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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除2传统的食品加工工艺23发酵工程在食品工业中的应用33.1发酵工程与番茄红素33.2发酵工程与“人造肉”43.3发酵工程与农产品加工64应用前景展望74.1 大力开发食品添加剂新品种84.2 开发微生物保健食品9【精品文档】第 6 页发酵工程在食品领域的应用刘璐璐(洛阳师范学院，09生物科学班)摘要：发酵工程又称为微生物工程，是指 传统的发酵技术与DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等技术结合并发展起来的现代发酵技术。随着社会的发展，发酵工程已经在许多领域起到了重要的作用，给人类带来不可估量的经济和社会效益，本文讨论了发酵工程在食品领域，并对其应
2、用前景进行了展望。关键词：发酵工程 食品工业 现代发酵技术 新型食品LiuLuLu(luoyang normal college, 09 biological science class)Abstract: also called microorganism fermentation engineering project, it is to point to the traditional fermentation technology and DNA restructuring, cell fusion, molecular modification and reconstruction
3、technique combining with modern and developed the fermentation technology. With the development of society, the fermentation engineering in many fields has played an important role, causing immeasurable economic and social benefits, this paper discussed the fermentation engineering in the food field
4、, and the prospect of application is discussed.Keywords: fermentation engineering food industry modern fermentation technology new-type food1发酵工程通常认为生物工程包括基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程，这四个方面互为促进、相互联系。基因工程和细胞工程是生物技术的主导领域，是发酵工程、酶工程的基础；而发酵工程和酶工程又是基因工程、细胞工程研究成果的实际应用。其中发酵工程占有重要的位置，这才可以从生物工程的过程看出来，只有通过发酵工程，才能使由基因工程或
5、细胞工程获得的具有某种所需性状的目的菌株实现工业化生产，最终达到基因克隆或细胞融合，获得生产效益和经济效益。可见发酵工程是生物技术产业化的基础。发酵工程又称为微生物工程，是指 传统的发酵技术与DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等技术结合并发展起来的现代发酵技术。现代发酵工程包括微生物资源开发利用；微生物菌种的选育、培养；固定化细胞计数；生物器设计；发酵条件的利用及自动化控制；产品的分离提纯等技术。发酵工程是古老而大有潜力的工业技术，生物技术中的基因工程、酶工程、单克隆抗体、生物量的研究转化等研究成果为它注入新的内容，使传统的发酵工艺焕发“青春”，赋予了微生物发酵技术新的生命力，使微生物发酵制
6、品的品种不断增加。目前，现代发酵工程技术已作为一种新兴的工业体系发展起来，已深入到生产的各个行业，如工业、农业、矿业、医药、食品、能源和环境保护等。本文简要综述了现代发酵工程技术在食品领域的应用及其进展。2传统的食品加工工艺传统的食品加工工艺一般是采用化学合成法和传统的发酵工艺，从植物中萃取食品添加剂成本高，而且来源有限；而化学合成法生产食品添加剂虽成本低，但化学合成率低，周期长，而且可能危害人类健康，而传统的发酵工艺产量低，质量也不能得到很好的保护，多年来人们一直用酵母发酵生产酒精，对传统酿造制品，如酱油、醋、黄酒、豆腐乳等，原料利用率很低，发酵周期长，风味和品种也比较单一，而这些缺点，运用
7、现代发酵工艺都可以得到明显的改善3发酵工程在食品工业中的应用3.1发酵工程与番茄红素番茄红素是由11个共轭双键及2个非共轭碳碳双键构成的高度不饱和直链型烃类化合物，具有预防癌症、防治心血管疾病、缓解骨质疏松症和提高免疫等重要的生理功能。番茄红素的生产方法主要有提取法、化学合成法和微生物发酵法。由于番茄红素含量低，提取法无法满足市场需求；化学合成法存在收率低、产物不稳定以及合成成本高等缺点；发酵法被认为是生产番茄红素最有潜力的方法发酵法利用特定微生物的代谢将淀粉、葡萄糖、黄豆饼粉等廉价原料转化为番茄红素，不受原材料、地理环境和气候等因素影响，工艺简单、生产周期短、生产效率高、生产成本低，且产物质
8、量可控，并减少了对环境的污染。最重要的是发酵法生产的番茄红素3.2发酵工程与“人造肉”近年来，国内外市场上出现了一种引人注目的新食品，它们的样子很象鸡、鸭、鱼或猪肉，但却不是通过饲养畜禽而获得的制品，也不是耕种收获的五谷杂粮，而是利用现代发酵工程技术制成的，因此，人们将他称为“人造肉”。现代发酵工程，就是利用微生物的许多特殊本领，通过现代的工程技术手段来生产人类有用的物质，或者把微生物直接运用于工业生产的一类技术。它是以培养微生物发酵为主的，因此又叫微生物工程。我们知道，蛋白质是生命活动的基础，一切有生命的地方都有蛋白质，微生物也不例外。不过到目前为止，能够担当生产微生物蛋白的菌种还不多，主要
9、是一些不会引起疾病的细菌、酵母和微型藻菜。这些生物的结构非常简单，一个个体就是一个细胞，用发酵法生产这些单细胞微生物，就可以得到大量的单细胞蛋白质。在生产单细胞白质的工厂里，人们为微生物安排了最适宜的居住环境，这就是一个个大小不等的发酵罐，罐里存放着适合不同类微生物“胃FI”的食料，保证它们在这里能“吃饱喝足”，迅速繁殖。当发酵罐里的微生物繁殖到足够数量时，便可收集起来加工利用了。用发酵工程生产单细胞蛋白质，繁殖速度快。如一头体重500 kg的牛，每天只能合成05 kg蛋白质，而500 kg的活菌体，只要条件合适，在24 h内能够生产1 250 kg蛋白质。而且生产单细胞蛋白质的原料十分丰富，
10、如农作物的秸秆，农副产品加工业的大量废水、废渣，以及石油产品、甲醇等，都可用来发酵生产单细胞蛋白。单细胞蛋白具有很高的营养价值。它的蛋白质含量高，可达细胞干重的70 ，比一般植物高46倍；而且单细胞蛋白质里氨基酸的种类比较齐全，有几种在一般粮食里缺少的氨基酸，在单细胞蛋白里却大量存在。另外，还含有多种维生素，这也是一般食物所不及的。正是由于单细胞蛋白具有这些突出的优点，现在人们用它加上相应的调味品做成鸡、鱼、猪肉的代用品，不仅外形相象，而且味道鲜美，营养也不亚于天然的鱼肉制品；用它掺和在饼干、饮料、奶制品中，则能提高这些传统食品的营养价值。在畜禽的饲料中，只要添加3 一10的单细胞蛋白，便能大
11、大提高饲料的营养价值和利用率。用来喂猪可增加瘦肉率；用来养鸡能多产蛋；用来饲养奶牛还可提高产奶量。在井冈霉素、肌苷、抗菌素等发酵工业生产中，它又可以代替粮食原料。因此，单细胞蛋白用途广泛，前途远大。随着世界人口的不断增长，粮食和饲料不足的情况日益严重。面对这一严峻的现实，开发利用单细胞蛋白已成为增产粮食的新途径。若以蛋白质含量计算，1 kg单细胞蛋白相当于1 kg一15 kg的大豆。建立一座5个100 t发酵罐的工厂，可以年产5 000 t单细胞蛋白，相当于3 330 hm 耕地上种植大豆的产量。单细胞蛋白的生产向人们展示美好的前景，在现代科学技术的培育下，也许有不了多久，用单细胞蛋白制成的饭
12、菜，就会出现在你家的餐桌上。3.3发酵工程与农产品加工3.3.1甜高粱茎秆液态发酵在液态发酵过程中，由于甜高粱汁液中氮源、无机盐含量不能满足酵母菌的需求，大多数研究者通过在汁液中添加氮源和无机盐来研究最佳的发酵工艺条件。从节省水资源、降低劳动强度和减少费用的角度。考虑，液态发酵中高密度发酵更具竞争力。当可溶性固形物含量从16g100g升高到31glOOg时，可节约585的用水，同时减少环境污染，提高设备利用率，而且高密度发酵可以增加发酵速率和酒精得率。Bvochora 1等研究了在甜高梁汁液和磨碎的甜高粱籽粒混合液中加入蔗糖(浓度34glOOml混合液)进行高密度液态发酵，酒精的最大得率能达到
13、168(vv)。高密度液态发酵有利于提高从甜高梁茎秆汁液中获取燃料乙醇的收益。甜高梁茎秆汁液高密度发酵工业化生产往往采用固定化酵母发酵工艺，固定化技术应用于酒精发酵的机理是利用活细胞或酶的高度密集，从而比普通游离状态的细胞成倍地增长，加快反应速度、缩短反应周期和提高工作效率。载体内部的酵母受外界影响较少，并不断增殖向外扩散，载体内部一直保持原有品质，而且拥有较好的抗污染能力。从固定化人手来高发酵强度是一种切实可行的方法。刘荣厚 等研究了在摇床和流化床反应器上进行固定化酵母汁液酒精发酵，取得了很好的效果，为燃料乙醇的发展提供了科学依据。3.3.2红薯饮料用红薯与鲜奶配合发酵制成的红薯酸奶，有红薯
14、的特有香味，还增加了酸奶纤维素、维生素和多种微量元素，减少脂肪含量，既可达到动植物营养互补，又能降低生产成本，是一种风味独特的滋补饮料。3.3.3膨化玉M粉酸奶玉M是一种含多种营养成分的高产经济作物，含有大量的氨基酸、脂肪和粗纤维。经挤压、膨化、粉碎后的玉M粉除以上特点外，由于采取了高温高压短时的加工方法，营养成分几乎未被破坏，原料经糊化处理后，更易消化吸收，挤压后的淀粉和蛋白质均易受酶作用而发生水解，产品lZl感细腻，风味好。以膨化后的玉M粉为原料，配以脱脂乳，用乳酸菌进行发酵制成膨化玉M粉乳酸发酵制品，酸甜适lZl，lZl感细腻，有乳香和玉M清香，含有大量对人体有益的活性乳酸菌。3.3.4
15、中华猕猴桃果醋中华猕猴桃营养价值高，被誉为“水果之王”。中华猕猴桃果醋生产工艺流程：猕猴桃一洗净一粉碎一蒸煮一加麸曲一榨汁一果汁一加酒母一酒精发酵一加醋酸菌液一醋酸发酵一过滤一高温杀菌一装瓶一成品。4应用前景展望发酵食品是人类巧妙地利用有益微生物加工制造的一类食品，通过发酵使食品中原有的营养成分发生改变并产生独特的风味简单来说，加入的微生物就像一台台小小的加工机，对食物的每个细胞挨个进行处理，增加一些有营养的物质、去除一些没营养的物质，顺便改变味道和质地。发酵时微生物分泌的酶能裂解细胞壁，提高营养素的利用程度。肉和奶等动物性食品，在发酵过程中可将原有的蛋白质进行分解，易于消化吸收。微生物还能合
16、成一些B族维生素，特别是维生素B12，动物和植物自身都无法合成这一维生素，只有微生物能“生产”。发酵食品一般脂肪含量较低，因为发酵过程中要消耗碳水化合物的能量，是减肥人士的首选健康食品。在发酵过程中，微生物保留了原来食物中的一些活性成分，如多糖、膳食纤维、生物类黄酮等对机体有益的物质，还能分解某些对人体不利的因子，如豆类中的低聚糖、胀气因子等。微生物新陈代谢时产生的不少代谢产物，多数有调节机体生物功能的作用，能抑制体内有害物的产生。4.1 大力开发食品添加剂新品种根据国际上对食品添加剂的要求，今后要从两个方面加大开发的力度：用生物法代替化学合成的食品添加剂，迫切需要开发的有保鲜剂、香精香料、防
17、腐剂、天然色素等。要大力开发功能性食品添加剂，如具有免疫调节、延缓衰老、抗疲劳、耐缺氧、抗辐射、调节血脂、调整肠胃功能性组分。4.2 开发微生物保健食品微生物食品有着悠久的历史，酱油、食醋、饮料、酒、蘑菇等属于这个领域，它们与双歧杆菌饮料、酵母片剂、发酵乳制品等微生物医疗保健品一样，有着巨大的发展潜力。利用微生物生产食品具有独特的特点，繁殖过程快，在一定条件下可大规模生产，要求营养物质简单。食用菌的投入与产出比高于其他经济作物，食用菌不仅营养丰富，还含有许多保健功能成分，应大力发展食用菌保健食品。 展望21世纪基因食品的发展，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
18、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。参考文献：【1】李卓才，鲁波，尹红，等番茄红素化学合成的研究进展J合成化学，2006，14(2)：1l8121【2】 Bhosale PEnvironmental and cultural stimulants in the production of carotenoids from microorganismsJApplMicrobiol Biotechnol，2004，63：351361【3】王航，袁其朋，张黛黛发酵法生产番茄红素培养方法的改进及优化J北京化工大学学报，2006，33：3841【4】刘荣厚甜高粱茎
19、秆汁液固定化酵母酒精发酵的研究【J农业工程学报，2005，(9)：137140【5】陈洪章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)：2124【6】MammaLCata1UsingSorghumStarchasaCarbonSourceJEngineeringinLifeSciences，1995，(4)：369372【7】金滨锋现代生物技术在食品工业中的应用fJ生物技术世界，2005，(8)：36 39【8】黎大爵甜高梁及其应用【M】北京：北京科学出版社，1992：161289【9】熊宗贵发酵工艺原理【M】北京：中国医药科技出版社，2001：1-425【10】王兵
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