发酵工程技术在食品开发中的应用

◎ 匡小波

（江西富祥药业股份有限公司，江西 景德镇 333000）

经济发展大大提高了人们的生活水平，同时人们也越来越关注“舌尖上的安全”。在进行食品开发的过程中，利用现代发酵工程技术，能生产出质量更高、更安全健康的发酵食品，还能丰富发酵食品的种类，同时满足人们的品质需求和饮食多元化需求[1]。现代生物工程包含了基因、细胞、发酵工程以及酶工程这几大类。其中，基因工程与细胞工程是典型的生物技术工程，而发酵则是基因与细胞工程的重要实施载体，只有利用发酵工程才能使基因工程与细胞工程所选育的菌种实现工业化生产，体现出生物工程的经济效益。

1 发酵工程技术概述

发酵工程技术实质上是发酵技术与基因工程、细胞工程相结合，通过DNA重组、细胞融合以及分子修饰等手段，充分发挥微生物的特性，生产出相关产品，或者是将微生物直接作用于生产过程的一项技术[2]。发酵工程包含的内容有选育菌种、选择培养基、灭菌、发酵以及提纯等。现代发酵工程技术的应用为传统发酵技术注入了新的活力，增加了微生物发酵制品的种类，构建了更为庞大的发酵工程体系。

2 发酵工程技术在食品开发中的应用

2.1 在食品添加剂开发中的应用

在食品开发与加工生产的过程中，为了使食品更具风味，做到色香味俱全，经常会用到相应的食品添加剂。但是传统的食品添加剂，如食用色素，通常源于植物中提取或是化学合成[3]。植物提取不仅成本高且原料的来源有限，化学合成虽然成本低，但是存在一定的安全风险。因此发酵工程技术已经成为当前食品添加剂开发中的技术首选。利用微生物发酵来生产食用色素，在保证安全性的同时又降低了使用成本。

2.1.1 氨基酸

氨基酸属于一种有机化合物，其中包含了氨基与羧基，前者属于碱性，后者属于酸性，这是蛋白质的基本组成部分，也是人体所需要的营养成分。在氨基酸碳链中，α-氨基酸包含了酸甜苦鲜等几种不同的口感，其中谷氨酸单钠及甘氨酸则是调味品中应用较为广泛的成分。在进行氨基酸合成与生产的过程中便可以利用微生物发酵的方法，如通过对1红酵母菌种的二级发酵来获取L-苯丙氨酸[4]，再例如通过黄色短杆菌发酵获得谷氨酸单钠。此外还可以通过工程菌培育的方法进行特定氨基酸的合成，相比于传统的化学合成，微生物发酵能进一步提高产量，降低经济 成本。

2.1.2 维生素

维生素属于一种微量物质，是人体所必需的营养成分，可以通过饮食方式进行补充。维生素在人体生长发育、代谢当中作用显著。严格来讲，维生素属于一类营养元素，在体内既不参与构成人体细胞，也不为人体提供能量。维生素不能由体细胞合成，即使合成含量也非常少，必须要通过食物来供给，如在进行食品开发与加工生产的过程中可以通过外部添加的方式予以补充。同样，可以利用发酵工程技术来进行维生素的获取。例如，通过阿氏假囊酵母类微生物的发酵可以获得维生素B2[5]；通过培育黄杆菌或丙酸杆菌，经过分离提纯可以获得维生素B12；通过弱氧化醋酸杆菌、氧化葡萄糖酸杆菌的发酵可以获取 维生素C。

2.1.3 防腐剂

防腐剂会对微生物的活动产生抑制作用，进而达到防腐效果，属于一种常见的食品添加剂，主要通过对微生物的正常的酶系运动产生破坏作用，抑制酶活性，从而达到防腐的目的。除此之外还有一类防腐剂主要用于保持食品原有的品质和营养价值，例如苯甲酸、山梨酸等[6]。防腐剂在食品生产中具有非常重要的应用价值。随着技术的不断进步，在传统化学合成防腐剂的基础上，利用微生物发酵又发现了细菌素、乳酸菌素等抑菌物质。细菌素是一种由细菌产生的抑菌物质，多为多肽类复合物，能抑制霉菌的产生。乳酸菌素是由乳酸菌、乳酸杆菌发酵而成的，能抑制肠道致病菌，促进正常菌群的生长。

2.1.4 核苷酸

核苷酸属于一种化合物，具有非常重要的生物学功能，不仅影响能量代谢，还与人体免疫有着密切的关系。通过发酵工程技术的应用，可以利用微生物发酵产生核苷和嘌呤核苷酸。例如可以通过酵母发酵后，利用热水提取核酸后再经过酶水解获得腺嘌呤核苷酸以及次黄嘌呤核苷酸。

2.2 在传统发酵产品改良中的应用

在食品开发与生产领域，还可以将现代发酵工程技术用于对传统发酵食品的改良，尤其是在酿造酱油、食醋以及酒精类产品的加工生产中。①对于酱油的酿造，可以利用曲霉发酵工艺来实现酱油酿造的改良，曲霉的使用能极大地提升原料中蛋白质的利用率，经过研究发现，使用曲霉后，原料中蛋白质利用率能高达85%。②利用固定醋酸菌的方法进行食醋酿造，不仅能显著提升醋化能力，还能缩短发酵的周期，提高食醋的生产效率，降低酿造成本。除了酱油和食醋之外，像腐乳、黄豆酱这一类的发酵食品，都可以通过培育相应的菌种发酵制得，不仅能减少发酵时间，还可以改良发酵食品的风味和品质。③对于酒精类产品，以啤酒的生产为例，可以用固定微生物细胞的方法来代替传统的啤酒发酵工艺，通过吸附包埋法来固定处理微生物，能极大地提升啤酒发酵效率，降低设备能耗，从而提高啤酒的生产效益和经济价值。

2.3 在单细胞蛋白开发中的应用

蛋白质是生命运动必需的物质，人体可以通过饮食来增加蛋白质的摄入量，合成人体所需要的蛋白质。人们所摄入的蛋白质大多是来源于动植物，当前，在蛋白质摄入方面存在全球性的资源紧缺问题。为了更好地解决这一问题，就要实现对新的蛋白质资源的开发。经过研究发现，除了植物和动物蛋白之外，还存在微生物蛋白，也就是单细胞蛋白。单细胞蛋白中最重要的就是酵母蛋白、细菌蛋白和藻类蛋白，其中酵母蛋白的蛋白质含量在40%～60%，细菌蛋白的蛋白质含量在60%～70%，藻类蛋白的蛋白质含量可以高达90%。对于藻类蛋白而言，其中的螺旋藻及小球藻最为突出，其属于微藻类型，在这两种藻类中，除了必需的含硫氨基酸量比较少，其他的人体必需氨基酸含量非常丰富，且含有大量的活性成分，因此当前有许多机构和国家正在积极进行藻类食品的开发。单细胞蛋白在食品开发中可以用于制造人造肉，并且基于一些单细胞蛋白良好的抗氧化性，还可以用于开发和生产婴幼儿食品。除此之外，单细胞蛋白的应用还能对食物中的一些性质产生改变作用，例如将活性酵母加入红饼，酵母的浓缩蛋白可以显著提升食品的鲜味，可以用作食品增鲜剂。

2.4 在甜味剂加工中的应用

甜味剂属于较为常见的添加剂，能增加食品或者饮料当中的甜味。在食品开发中，甜度是重要指标，为了使食品或饮料更加适口，使食品获得更好的风味，通常会加入一定量的甜味剂。甜味剂的种类较多，一般分为天然甜味剂和人工合成甜味剂，相较于天然甜味剂，人工合成甜味剂的成本要更低，因此使用范围也更加广泛。但是近年来研究证明，摄入过多的甜味剂尤其是人工合成的甜味剂会对人体造成一定的损伤，并且对于患有肥胖症以及糖尿病的病人而言，其必须严格控制甜味剂的摄入。为了同时满足人们对食品健康和风味的需求，相关研究人员在微生物发酵技术的支持下开发了一些新型的甜味剂，也称为新糖源。常见的新糖源有木糖醇和赤藓糖醇。利用酵母发酵法，将假丝酵母以木糖为原料进行发酵可以生产出木糖醇。赤藓糖醇可通过小麦或者玉米基于酶降解来获取，工艺流程主要包括淀粉液化、葡萄糖获取、生产菌株发酵、过滤、色层分离、净化、浓缩、结晶、分离、干燥，最后得到赤藓糖醇[7]。

2.5 在保健食品开发中的应用

保健食品也被称为功能性食品，主要是指有着较强保健性能或能帮助人体获取更多微生物的食品。此类食品的适用范围具有局限性，主要针对特定人群，能对机体起到一定的调节效果，但并不能对疾病起到治疗作用，也不会对人体产生危害。当前，越来越多的人开始重视身体保健，保健食品市场得到了快速发展。发酵技术在保健食品开发中的合理应用，能最大限度地保障保健食品的健康与安全。例如类胡萝卜素的开发。类胡萝卜素主要包括β-胡萝卜素、虾青素以及番茄红素等，这些都是人体所需要的重要微量元素，具有一定的抗氧化性，还可以增强人体的免疫力。对于类胡萝卜素的获取，可以通过酵母发酵以及真菌发酵来取得。再例如乳酸菌食品的开发。乳酸菌是基于对碳水化合物进行发酵而形成大量乳酸的一种菌群。乳酸菌也是人体必须具备的微生物之一，能对人体的生理功能起到一定的调节作用，其主要分布在人体肠道菌群当中。人体摄入一定的乳酸菌或是含有乳酸菌的食品，能对肠道起到良好的调节作用，从而促进肠道中的菌群稳定及平衡，抑制有害菌繁殖。日常生活中常见的乳酸菌食品有酸奶、酸乳酪，乳酸发酵的果蔬汁及乳酸菌饮料等。应用发酵工程技术能以淀粉等可再生资源为原料，通过发酵法来实现乳酸的大规模生产，由于其原材料丰富，且生产过程简单，成本低廉，安全性高，是乳酸生产领域最为重要的一项技术。

3 结语

随着生物技术的快速发展，现代发酵工程技术在食品开发领域中的应用前景较为广阔，发酵工程技术的应用为食品行业向工业化方向迈进提供了技术支撑，为食品开发行业的健康有序发展提供了诸多有利条件。