食品微生物技术在食品工业中的应用
食品生物技术在食品工业中的应用姓名：王秀超
班级：食工094
学号： 090107710
院（系）：食品学院
专业：食品工艺
指导老师：汪芳安
食品生物技术在食品工业中的应用
随着食品与生物科学技术的不断发展，利用生物技术制造的食品的产量与产值已占食品与生物产业的重要地位。食品生物制造是以基因重组、分子克隆等技术为基础，以生物反应过程、生物物质的分离纯化等技术为重点的工业化和工程化地利用生物体（或部分生物体）生产人类需要的食品的应用技术。食品生物制造已广泛应用于功能食品开发、生物制药、农产品综合利用等领域，促进了传统食品产业的改造和新兴产业的形成。未来生物技术不仅有助于实现食品的多样化，而且有助于生产特定的营养保健食品，进而治病健身。在与环境协调的粮食生产方式方面，生物技术将降低农用化学品的使用量，并使农作物更好地适应于特定的环境。
生物技术应用于食品有着悠久的历史，近年来,随着生物技术在食品生产与开发中的应用,用生物程序生产细胞或其代谢物质来制造食品,改进传统生产过程,使食品工业得到了飞速发展,主要体现在四个方面。
一、基因工程(gene engineering)
基因工程又称为DNA重组技术，是以分子遗传学为基础，以DNA重组技术（克隆技术）为手段，用人工的方法把不同生物的遗传物质（基因）分离出来，在体外进行剪切、组合、拼装，形成基因重组体，然后把重组体引入宿主细胞内或个体中以得到高效表达，最终获得人们所需要的基因产物，实现动物、植物、微生物等物种之间的基因转移，或DNA重组，达到食品原料或微生物的改良。
基因工程在食品领域中应用,主要在以下几个方面:
1．改善食品原材料品质和加工性能动、植物是食品加工的基本原料。基因工程运用于植物食品原料的生产上，可进行品种改良、新品种开发与原料增产，如选育抗病植物、耐除草剂植物、抗昆虫或抗病毒、耐盐或耐旱植物等。在畜产品生产中，应用基因工程生产某些畜用激素已投入批量生产，如增加产奶量和瘦肉型化的重组生长激素等。在不影响奶的质量前提下，美国康奈尔大学利用基因工程技术研究了一种牛生长激素，给母牛注射能提高乳牛的产奶量。利用生物技术还可改变乳的成分，如生产酪蛋白含量高的奶，生产含改良蛋白（酪蛋白和仪一乳清蛋白）的牛奶，减少乳中乳糖和B一乳球蛋白的含量等。
2．改良微生物的菌种性能食用工业如酒类、酱类、食醋、乳酸菌饮料的发展，关键在于是否有优良的微生物菌种。基因工程技术已将霉菌的淀粉酶基因转入E．eoli．并将此基因进一步转入酵母细胞中，使之直接利用淀粉生产酒精，省掉了高压蒸煮工序，可节约60%能源，大大缩短了生产周期。
3．应用于生产保健食品的有效成分和食品疫苗在保健食品的生产中，可以利用转基因手段，在动、植物或其细胞中，通过基因表达而获得有利于人类健康的有效成分。食品疫苗就是将某些致病微生物
的有关蛋白质（抗原）基因，通过转基因技术导入某些植物或动物受体细胞中，得以表达，直接成为具有抵抗相关疾病的疫苗。利用转基因植物生产食品疫苗是当前食品生物技术研究的热点之一。目前已成功研制出狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突变株表面蛋白等10多种转基因马铃薯、香蕉、番茄的食用疫苗。虽然食品疫苗的研发还处于起步阶段，但发展潜力巨大。
二、细胞工程( cell engineering)
细胞工程就是在细胞水平上，按照人们的设计，有计划地改造生物遗传特性和生产性能，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的技术。主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。
利用植物细胞的大量培养，生产天然色素、天然香料、次生代谢产生的功能性食品和食品添加剂。日本研究人员利用培养草莓细胞生产红色素的技术已成功应用于葡萄酒及食品加工中。我国科学家利用胡萝卜细胞生产胡萝卜素已获得成功，繁殖速度快，周期短，并可实现工业化生产。如日本研究人员利用原生质体的细胞融合技术，对构巢曲霉、产黄青霉、总状毛霉等菌的同一种内或种间进行细胞融合，选育出蛋白酶分解能力强、发育速度快的优良菌株，应用于酱油生产中，既提高了生产效率，又提高了酱油品质。
在动物细胞培养技术运用中，现已成功地培育出“四倍体复合银鲫鱼”“人工复合三体鲤鱼”大面体饲养试验显示出明显快速生长特性。如雌核发育的银鲫复合杂种鱼，生长速度比异育银鲫快30-50%，人工复合三体鲤鱼生长速度比普通鲤鱼快65%。
三、酶工程(enzyme engineering)
酶工程技术是食品工业中运用最为广泛的一项现代生物技术。目前已有几十种酶成功地运用于食品工业，涉及到淀粉的深度加工，果汁、肉蛋制品，乳制品等加工制造，在改进食品技术，提高食品质量，改善食品风味等方面发挥了重要作用。
酶工程在食品领域中应用,主要在以下几个方面:
1、酶用于淀粉糖的生产
以淀粉为原料，经α—淀粉酶和葡萄糖淀粉酶催化水解，得D —葡萄糖，将它通过固定化D—葡萄糖异构酶柱完成由D—葡萄糖至D—果糖的转化，再通过精制、浓缩等手段，即可得到不同种类的高果糖浆。
2、酶用于甜味剂的生产
淀粉糖均以淀粉为原料进行生产，其甜度增加有限，所以从根本上解决食糖短缺问题应生产甜度高而又不以淀粉为原料的甜味剂。国外大量生产的阿期巴甜（APM）就是一种高甜度的甜味剂。阿期巴甜（天门冬酰丙氨酸甲酯）是二肽甜味剂，其甜度是蔗糖的200倍。过去是以L—天冬氨酸与L —苯丙氨酸为原料用化学法合成。现在日本采用酶法合成新工艺，可用价格较低的DL—苯丙氨酸为原料，且产品都是α—型体（β—型体有苦味），使生产成本下降30%
3、酶用于乳品加工
（1）干酪生产
全世界生产干酪所耗牛奶达1亿多吨，占牛奶总产量的1/4。干酪生产的第一步是将牛奶用乳酸菌发酵制成酸奶，然后加凝乳酶水解K-酪蛋白，在酸性条件下，钙离子使酪蛋白凝固，再经切块加热压榨熟化而成。
（2）分解乳糖
牛奶中含有4.5%的乳糖。乳糖是一种缺乏甜味且溶解度很低的双糖，难于消化。有些人饮奶后常发生腹泻、腹痛等病，其原因即在于此。而且由于乳糖难溶于水，常在炼乳、冰淇淋中呈砂状结晶析出，从而影响食品风味。将牛奶用乳糖酶处理，使奶中乳糖水解为半乳糖和葡萄糖即可解决上述问题。
（3）黄油增香
乳制品特有香味主要是加工时所产生的挥发性物质（如脂肪酸、醇、醛、酮、酯以及胺类等）所致。乳品加工时添加适量的脂肪酶可增加干酪和黄油的香味。将增香黄油用于奶糖、糕点等食品，可节约黄油用量，提高风味
4、酶用于果蔬加工
（1）水果罐头加工
制作桔子罐头时需除桔瓣囊衣，过去使用碱处理法，耗水量大，又费工时。现采用黑曲霉产生的半纤维素酶、果胶酶和纤维素酶的混合物，可很好地除去桔瓣囊衣，而避免上述缺点。桔子罐头常发白色浑浊，这是桔肉中橙皮苷造成的。采用橙皮苷酶，可将橙皮苷水解成为水溶性的橙皮素，从而消除桔子罐头的白浊现象。桃果实含有红色花青素，罐藏时同金属离子作用而呈紫褐色。采用花青素酶处理桃酱、葡萄汁等，即可脱色而提高经济价值。这是因为花青素酶可以水解花青色素，使之变为无色物质。
（2）柑桔类脱苦
柑桔类脱苦问题历来是果品加工中的一大问题。桔子中的柠檬苦素是引起桔汁产生苦味的原因，利用球形节杆菌固定化细胞的柠檬酶处理即可消除苦味。
（3）果汁加工
水果中均含有果胶物质。果胶的重要特性之一，就是在酸性和高浓度的糖存在时，即可形成凝胶。这一性质是制造果冻、果酱的基础。但在果汁加工上，却造成了压榨、澄清的因难。现采用果胶酶处理破碎的果实，即可加速果汁过滤和促进澄清。
5、酶用于焙烤食品
面粉中添加α-淀粉酶可调节麦芽糖的生成量，使二氧化碳产生和面团气体保持力相平衡。添加蛋白酶可促进面筋软化，增加延伸性，减少揉面时间和动力，改善发酵效果。用蛋白酶强化的面粉制通心粉制通心面条，延伸性好，风味佳。用β-淀粉酶强化面粉可防止糕点老
化。糕点馅心常以淀粉为填料，添加β-淀粉酶可以改善馅心风味。糕点制作使用转化酶可使蔗糖水解为转化糖，从而防止糖浆析晶。面包制作中适当添加脂肪酶可增进面包的香味，这是因为脂肪酶可使乳脂中微量的醇酸或酮酸的甘油酯分解，从而生成δ-内脂或甲酮等香味物质。
6、酶用于酿酒
啤酒是以麦芽为原料，经糖化发酵而成的酒精饮料。麦芽中含有发酵所必需的各种酶类。采用微生物淀粉酶、蛋白酶、β-淀粉酶、β-葡聚酶等酶制剂，可补充酶活力的不足。
果酒酿造中采用酸性蛋白酶、淀粉酶、果胶酶可消除浑浊，改善破碎果的榨汁操作。
白酒生产中采用糖化酶代替麸曲可使出酒率提高2%~7%，这既能节约粮食，又可简化设备，节省厂房。
四、发酵工程(fermentation engineering)
发酵工程技术是最早应用于食品领域的生物技术。现代发酵工程对食品工业的影响主要表现在利用现代发酵技术改造传统发酵食品以及加速开发高附加值的现代发酵产品。涉及到新食品配料、食品加工催化剂、饮料稳定剂、D一氨基酸及其衍生物制造等诸多食品工业领域。
发酵工程在食品领域中应用,主要在以下几个方面:
(1)用现代发酵工程改造传统发酵食品,最典型的是使用双酶法糖化工艺取代传统酸法水解工艺,用于生产味精.又如在啤酒生产中,国外采用固定化酵母的连续发酵工艺进行啤酒酿造,可以明显缩短发酵时间。我国在酒类、酱类等传统酿造技术方面作了许多工作.利用优选的微生物菌群发酵,缩短发酵周期,提高原料利用率,改良风味和品质。
(2) 生产单细胞蛋白单细胞蛋白主要指酵母、细菌、真菌等微生物蛋白质资源。由于微生物菌体的蛋白质含量高，同时还含有多种维生素，因此人们已公认SCP是最具应用前景的蛋白质新资源之一，对于解决世界蛋白质资源不足问题方面将发挥重要作用。用于生产SCP的微生物以酵母和藻类为主，也有一些是采用细菌、丝状真菌和放线菌等菌种。现在许多国家都在积极进行球藻及螺旋藻SCP的开发，如美国、日本、墨西哥等国所生产的螺旋藻食品既是高级营养品，又是减肥品，在国际市场上很受欢迎。我国螺旋藻的开发研究始于20世纪70年代，目前已建立了大规模的养殖生产基地，发展前景看好。
(3)开发功能性食品所谓功能性食品是指对人体具有增强机体防御机能、调节生理节律、预防疾病和促进康复等有关生理调节功能的加工食品。它代表了当代食品发展的新潮流。研究表明，一些药用真菌，如灵芝、冬虫夏草、茯苓和猴头菇等真菌中的多糖成分，能明显提高人体免疫力，且大部分还具有抗肿瘤和抗衰老功效。这是发
展功能性食品的一个重要原料来源。传统的生产方法是从野外采摘或人工种植的真菌实体直接提取，不仅规模小、产量低，且易受天气和季节的影响，难以满足功能性食品的发展需求。现在，通过发酵途径则可实现真菌多糖的工业化连续生产。例如河北省科学院微生物研究所等筛选出了繁殖快、生物量高的优良灵芝菌株，应用于深层液体发酵并取得成功，建立了一整套发酵和提取新工艺，为研制功能性食品提供了更为广阔的药材原料。此外，许多功能性食品或功能性成分，如低聚糖、糖醇、EPA、DHA、超氧化物歧化酶(SOD)、有益菌等都可通过发酵工程获得，其中许多已实现大规模生产。
展望21世纪，生物技术不仅有助于实现食品的多样化，而且有助于生产特定的营养保健食品，进而治病健身。在与环境协调方面，生物技术还有助于食品工业的可持续发展。传统的食品要依靠农牧渔业提供原料，无论在数量还是质量上都不能满足人类日益增长的需求。现代生物技术的应用，为食品工业的上、中、下游即食品资源改造、食品生产工艺改良及加工品的包装、贮运、检测等方面的发展开拓了更为广阔的前景。现代基因工程技术将为农业带来新的绿色生命，给人们更加丰富、更有利于健康、更富有营养的食品，将为人类发挥无穷无尽的力量。生物技术在食品工业上的应用具有极广阔的前景和美好的未来。
参考文献：
[1]郑华学,等.试论生物技术在我国食品工业中的应用[J].河西学院学报,2003,(5):99—102.
[2]孙建全,张倩,马建军等.基因工程技术在食品工业中的应用[J].山东农业科学,2008,2:106-108.
[3]华宝珍，马成杰，罗玲泉.现代生物技术在食品工业中的应用研究进展[J].江西农业学报，2009,21:134-136.
[4]李炜玮,陆启玉.酶工程在食品领域的应用研究进展[J].粮油食品科技,2008,16:34-36.
[5]史先振.现代发酵工程技术在食品领域的应用研究进展[J].中国酿造,2005,12:1-4.