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发酵综合项目工程在食品工业中的应用
发酵工程在食品工业中应用
摘要:
本文从老式微生物发酵在食品工业中历史及当代发酵工程发展,提出了发酵工程在生物工程中占有重要地位。
只有通过发酵工程,才干使由基因工程或细胞工程获得具备某种所需性状目菌株实现工业化生产,最后达到基因克隆或细胞融合,获得生产效益和经济效益,发酵工程是生物技术产业化基本。
简要综述了当代发酵工程技术在食品领域应用及其进展,涉及改造老式食品加工工艺、单细胞蛋白(SCP)生产、开发功能性食品和微生物油脂生产等。
核心词:
发酵工程食品工业应用
微生物广泛存在于自然界中,以微生物供应或制造食品并不是什么新概念。
当前发酵食品已经成为食品王业中重要分支,就广义而言,凡是运用微生物作用制取食品都可称为发酵食品。
当代科技中运用微生物生长速度快、生长条件简朴以及代谢过程特殊等特点,在适当条件下,通过当代化工程技术手段,由微生物某种特定功能生产出人类需要产品称为发酵工程,亦称微生物工程。
微生物在食品中应用有三种方式:
(1)、微生物菌体发酵是以获得具备各种用途微生物菌体细胞为目产品,涉及用于面包工业酵母发酵,单细胞蛋白,活性乳酸菌剂等。
(2)、微生物酶发酵,运用发酵法制备微生物酶是当今发酵工业重要构成某些,涉及α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶、脂肪酶、凝乳酶等。
(3)、微生物代谢产物,涉及初级代谢产物一供菌体运用、中级和级次产物如酒类、食醋、有机酸、维生素供人们运用。
近几年基因工程和细胞工程等当代生物技术为发酵工程发展提供了新技术。
重组DNA技术和细胞融合技术,使微生物从来不能产生某些物质变成了发酵产品,为发酵工程开辟了新领域。
本文简要简介发酵工程在食品工业中应用。
一、老式发酵在食品工业中历史
发酵技术来源干古老酿造食品工业,如:
清酒、啤酒、葡萄酒、黄酒、白酒、酱油、醋、腐乳以及干酪等制造。
咱们祖先为了生存和发展,很早就发现了运用微生物发酵作用(古代虽然不清晰微生物知识)可以提高食物消化性、保藏性、嗜好性,创造了一系列发酵工艺和发酵食品。
例如,以粮食为原料发酵制成烧酒、白酒、豆豉、酱、醋等被称为是固体发酵来源。
国内老式发酵食品是中华食文化代表,不但至今为国人之生活必须,并且无论过去和当前都深刻影响着整个人类饮食文明。
中华人民共和国人从来视“柴、米、油、盐、酱、醋、茶”为生活基本保障,其中酱、醋、茶都和发酵关于。
国内老式发酵食品重要种类如下表所示:
原料
食品种类
谷类
发酵面食(馒头、包子、烙饼、馕)、发酵米粉、酸浆面、醪糟、醋、面酱等
豆类
各种豆豉、腐乳、豆瓣酱、酱油、豆汁等
蔬菜
各种泡菜、腌渍菜、糖蒜、榨菜、酸菜等
水果
柿子醋、西瓜酱、山楂酱、其她果酒、果醋等
肉类
金华火腿、腊肉、香肠等
水产
熏鱼、腊鱼、虾酱、鱼酱、鱼酱油等
奶类
扣碗酪、奶豆腐、乳扇、酪干、奶卷、奶饽饽、酥油等
其她
各种酒类、茶等
中华人民共和国老式发酵食品有着非常丰富内涵,其种类之多,办法之妙在其她国家都是罕见。
除了各种酒类产品之外,在人们寻常饮食中发酵食品几乎无处不在。
国内各地泡菜、腌渍菜有较好保健效果。
例如赵丽珺运用降胆固醇能力较强乳酸菌SUF-1发酵泡菜,并通过体外实验证明泡菜具备一定降胆固醇效果。
二、当代发酵工程在食品工业中发展
自20世纪70年代以来,随着基因工程为核心内容,涉及细胞工程、酶工程和发酵工程当代生物技术广泛应用于食品生产与开发,食品工业也有了飞速发展。
运用当代生物技术不但能改造食品资源、同步还能改进老式工艺,改良食品品质、提高产品加工深度,增长食品包装功能并将其产业化。
当代生物技术也将成为解决食品工业生产所带来环保和健康等问题有效途径。
发酵工程是生物工程技术重要构成某些,是生物技术产业重要环节,是一门运用微生物生长和代谢活动来生产各种有用物质工程技术。
涉及哺育优良菌种、发酵生产某些代谢产物、生产微生物菌体、改造某些天然物质等。
当前,当代发酵工程技术已作为一种新兴工业体系发展起来,已进一步到生产各个行业,如工业、农业、矿业、化工、医药、食品、能源和环保等。
当代发酵工程对食品工业影响重要体当前运用当代发酵技术改造老式发酵食品以及加速开发高附加值当代发酵产品。
涉及到新食品配料、食品加工催化剂、饮料稳定剂、D-氨基酸及其衍生物制造等诸多食品工业领域。
三、发酵工程在食品工业中应用
3.1改造老式食品加工工艺
运用当代发酵技术改造老式发酵食品最典型是使用双酶法糖化工艺取代老式酸法水解工艺,用于味精生产。
可提高原料运用率10%左右。
在啤酒生产中,国外采用固定化酵母持续发酵工艺进行啤酒酿造。
可将啤酒发酵时间缩短至1d,甚至90rain。
国内对老式酿造制品,如黄酒、酱类、豆腐乳等运用优选菌种发酵.提高了原料运用率,缩短了发酵周期,改良了风味品质。
此外,运用发酵工程生产天然色素、天然新型香味剂等食品添加剂,逐渐取代人工合成色素和香精,这也是当前食品添加剂研究方向。
如甜味剂中木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等;酸味剂中苹果酸、琥珀酸等;氨基酸中各种必须氨基酸;增稠剂中黄原胶、普鱼兰、茁霉多糖、热凝性多糖等;风味剂中各种核苷酸、琥珀酸钠、香茅醇、双乙酰;芳香剂中脂肪酸酯、异丁醇等;色素中类胡萝卜素、红曲色素、虾青素、番茄红素等;维生素中维生素C、维生素B12、核黄素、肉碱;生物活性添加剂中各种保键活菌、活性多肽等;防腐剂中乳链菌肽、杀菌肽、瓜蟾抗菌肽、防御素等。
3.2生产单细胞蛋白
单细胞蛋白(SoleCellProtein,SCP)重要指酵母、细菌、真菌等微生物蛋白质资源。
由于微生物菌体蛋白质含量高,同步还具有各种维生素。
因而人们已公认SCP是最具应用前景蛋白质新资源之一,对于解决世界蛋白质资源局限性问题方面将发挥重要作用。
用于生产SCP微生物以酵母和藻类为主。
也有某些是采用细菌、丝状真菌和放线菌等菌种。
当前许多国家都在积极进行球藻及螺旋藻SCP开发,如美国、日本、墨西哥等国所生产螺旋藻食品既是高档营养品.又是减肥品,在国际市场上很受欢迎。
国内螺旋藻开发研究始于20世纪70年代。
当前已建立了大规模养殖生产基地。
发展前景看好。
3.3开发功能性食品
所谓功能性食品是指在某些食品中具有某些有效成分,它们具备对人体生理作用产生功能性影响及调节之功能,实现“医食同源”,使人们膳食具备良好营养性、保健性和治疗性,从而达到健康及延年益寿目。
因而,此类功能性食品在保健食品产业中形成一种新主流,也是它发展必然趋势。
3.3.1大型真菌开发
功能性有效成分重要来自那些名贵中药材如灵芝、冬虫夏草、茯苓、香菇、蜜环菌等药用真菌,由于这些真核微生物含调节机体免疫机能、抗癌或抗肿瘤、防衰老有效成分,这是发展功能性食品一种最重要原料来源。
一方面直接取白天然源药用真菌,用于功能性食品开发;另一方面通过发酵途径实行工业化生产,大量索取。
灵芝、冬虫夏草菌发酵培养都获得成功,如河北省科学院微生物研究所等筛选出繁殖快、生物量高优良灵芝菌株,应用于深层液体发酵研究获得成功,建立了一整套发酵和提取新工艺,为研制功能性食品提供更为辽阔药材原料源。
人工发酵培养虫草菌已在中华人民共和国医学科学院药物研究所实现,成果卓著,分析产品化学成分和药理等方面,与天然冬虫夏草类同,临床上应用对高血脂症、性功能障碍、慢性支气管炎等均有疗效,而治疗性功能障碍优于天然冬虫夏草;对病毒性肝炎(乙肝)有明显疗效。
因而,通过发酵途径生产这种药用真菌所具备有效成分,按科学配比掺入功能性食品研制,必将为人类保健和延年益寿发挥特定功能作用。
3.3.2γ-亚麻酸制备
γ-亚麻酸是人体必须一种不饱和脂肪酸,对人体许多组织特别是脑组织生长发育至关重要。
γ-亚麻酸具备明显降血压、减少血清甘油三脂和胆固醇水平功能。
当前以月见草为一亚麻酸重要来源,但是月见草种子产量和含油量很不稳定,受气候、产地等条件影响较大,生产周期较长,精炼成本高,不能满足市场日益增长需要。
而运用经筛选高含油鲁氏毛霉、少根根霉等蓄积油脂较高菌株为发酵剂,以豆粕、玉米粉、麸皮等作培养基,经液体深层发酵法制备γ-亚麻酸,发酵温度为30℃,时间为2d,干燥菌体中油脂含量25%-35%,其中γ-亚麻酸含量为12%-15%,与植物源相比具备产量稳定、周期短、成本低、工艺简朴等优越性。
3.3.3微生态制剂制备
许多微生物菌体自身可作为保健食品功能性配料或添加剂,例如乳酸菌(乳杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、双歧杆菌属和片球菌属等)和醋酸菌等,其中双歧杆菌作为微生态调节剂在保健食品中应用最为广泛,重要生理功能是抑制和杀死肠道病原菌,从而改进肠道微生态环境;阻断肠道内致癌物质生成,产生具备抗肿瘤特性胞外多糖,能分泌双歧杆菌素和类溶菌物质,提高巨噬细胞吞噬能力,增强机体免疫力和抗病能力,在肠道内自然合成各种维生素。
双歧型微生态制剂普通选用婴儿双歧杆菌,制备工艺为将取用双歧杆菌纯培养物进行重复接种培养以恢复其活力,将活化后菌种接种到以脱脂乳为主菌种继代培养基中,依次进行三角瓶和种子罐培养,运用冷冻干燥机进行冷冻干燥即制成双歧杆菌微生态制剂。
3.3.4有机形式微量元素制备
人体必须微量元素涉及硒、铬、锗、碘、锌、铁等,其中硒、锗、铬3种元素与当前严重危害人类健康肿瘤、心血管疾病和糖尿病等关系较大,作为活性成分也成为保健食品研究热点之一。
由于无机形式硒、锗、铬活性很低同步具备不同限度毒性,因此通过生物办法将无机形式这些元素转化成有机形式微量元素是其应用于保健食品前提。
转化办法有植物转化法(富硒苹果、富硒水稻、富硒茶叶等)、植物种子发芽转化法(如富硒麦芽或富硒豆芽等)和微生物转化法(如富硒酵母或富硒食用菌等)等。
经研究发现酵母细胞对硒具备富集作用(吸取率约75%),运用酵母这一特点,在特定培养环境下及不同阶段在培养基中加入硒,使它被酵母吸取运用而转化为酵母细胞内有机硒,然后由酵母自溶制得产品。
富硒酵母95%以上硒是以有机硒形式存在,并且动物实验亦证明其抗衰老及抑制肿瘤功能较亚硒酸钠明显,而其毒性却大大低于亚硒酸钠,因而酵母是将无机硒转化为有机硒安全有效载体。
富硒酵母在国外己实现工业化并进入实用阶段。
与富硒酵母同样,也可以运用啤酒酵母将无机锗和铬转化成为非常活化有机锗和有机铬。
3.3.5超氧化物歧化酶(SOD)制备
SOD广泛存在于动植物和微生物细胞中,当前国内SOD生化制品重要是从动物血液红细胞中提取。
SOD能清除人体内过多氧自由基,延缓衰老,提高人体免疫能力并增强对各种疾病抵抗力。
SOD作为一种临床药物在治疗由于自由基损害而引起各种疾病效果明显,可与放化疗结合治疗癌症、治疗骨髓损伤、炎症及消除肌肉疲劳等。
临床应用证明SOD作为人体组织细胞正常成分是安全、有效,因而广泛应用于化妆品、牙膏和保健食品中。
鉴于动、植物特别是动物血液来源困难,而微生物具备可以大规模培养优势,故运用微生物发酵法制备SOD将具备更大实际意义,能制备SOD菌株有酵母、细菌及霉菌。
3.3.6L-肉碱制备
L-肉碱(Candtme)化学名称是L-3-羟基4-三甲铵丁酸,广泛存在于机体组织内,是国内新批准营养强化剂。
能增进脂肪酸运送和氧化,可应用于运动员食品,提高其耗氧量和氧化代谢能力,从而增强机体耐受力;同步可用在婴幼儿食品、老年食品中,在减肥健美食品中也被采用。
老式生产办法是化学合成法,如今开发了发酵法和酶法。
运用根霉、毛霉、青霉进行固态发酵,在可溶性淀粉、硝酸钠、磷酸二氢钾和小麦麸皮构成固体培养基中,25℃培养4d-7d,L-肉碱产量为12%-48%。
3.4微生物油脂生产
咱们寻常吃油脂不是由芝麻、花生、油菜籽、大豆等油料作物榨取植物油脂,就是由猪、牛及羊等动物熬制动物油脂,很少考虑到微生物油脂。
其实,在许多微生物中都具有油脂,低含油率2%-3%,高60%-70%,且大多数微生物油脂富含多不饱和脂肪酸(PolyunsaturatedFatAcids,PUFA),有益于人体健康。
当前,运用低等丝状真菌发酵生产多不饱和脂肪酸已成为国际发展趋势。
在国内,武汉福星生物制药有限公司当前已实现大规模生产富含花生四烯酸(ArachidomicAcid,AA)微生物油脂。
微生物油脂应用已势不可挡,富含AA和DHA微生物油脂已在美国、日本、英国、法国等国上市。
3.5开发新糖源
微生物发酵生产新型强力甜味剂甜度高、热量低,可以满足肥胖症、肝肾病以及糖尿病人低糖食品规定。
如天冬精(门冬酰苯丙氨酸甲酯)甜味是砂糖2400倍,糖精12倍。
真菌中所含多糖如金针菇多糖、银耳多糖、香菇多糖、灵芝多糖、猴头菇多糖、茯苓多糖、虫草多糖等,具备免疫激活、抗肿瘤、抗衰老、降血糖、降血脂、保肝、防血栓等各种生理功能。
上述真菌菌丝体可采用深层发酵培养制取,然后提取真菌多糖。
淀粉经酶解成葡萄糖后,由嗜高渗酵母发酵后浓缩、结晶、分离、干燥可制得赤藓糖醇;运用酵母发酵法由木糖生产木糖醇等。
展望将来,食品工业将成为当代生物技术应用最辽阔、最活跃、最富有挑战性领域。
随着当代发酵工程技术在食品领域广泛应用,食品工业将不再是老式农业食品概念,工业食品将在人们寻常生活中占据重要地位。
当代食品工业蓬勃发展,已显示出发酵工程技术巨大生命力,要充分运用世界生物技术迅猛发展契机,注重发酵工程技术研究,增进国内食品工业改革,实现国内食品工业健康有序发展。
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