生物技术在食品添加剂中的应用

一 简介 食品添加剂是指在食品加工过程中为改善食品品质和色 香 味以及为防腐 保 鲜和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物质 Error Reference source not found 食 品添加剂大大促进了食品工业的发展 并被誉为现代食品工业的灵魂 这主要是它给 食品工业带来许多好处 在食品工业中发挥重要作用 食品添加剂是食品加工过程中重要的原材辅料 按其使用功能和作用可分为 助 溶剂 填充剂 调味剂 调酸剂 增香剂 增稠剂 保润剂 防腐剂 着色剂 营养 强化剂等 生物技术制备的食品添加剂 这类食品添加剂是利用微生物发酵技术 酶 技术 基因工程等技术制备的 如味精 酵母 衣康酸 核糖 核酸 氨基酸 黄原 胶等 这些食品添加剂广泛应用于食品工业的各个领域 活跃于各类食品加工的场所 为改善食品内外品质 提携增强香气风味 完善营养成分 延长货架寿命 提高使用 价值 增香赋型添彩起了关键作用 食品工业的发展离不开食品添加剂 食品添加剂 新品种的创造 新技术的创新和生产水平的提高 对食品工业的发展和技术进步具有 极大的推动作用 但是无论利用哪一种技术制备的食品添加剂 其质量品种 使用范围和使用量必 须符合 食品添加剂使用卫生标准 GB2760 2011 规定的要求 Error Reference source not found 如果要使用 创制新的食品添加剂种类 必须按 食品添加剂卫生管理办法 中相关规定报国家卫生部进行审批 Error Reference source not found 经审核批准后方可使用 按规定取得工业产品生产许可证后方可生产新的食品添加剂 生物技术制备食品添加 剂常见的有以下几个方面 二 生物技术在食品添加剂中的运用 2 1 在酸味剂制备中的运用 食品生产加工过程中 酸味物质是不可缺少的重要原料 常用的酸味剂有柠檬酸 苹果酸 琥珀酸 醋酸 乳酸 酒石酸等 在食用香精调配中还常用到长碳链的酸类 如 壬酸 癸酸 月桂酸 豆蔻酸等 大多数水果中也含有这些物质 只是含量较低 通过化学方法可以制得这些酸类物质 也可利用生物发酵技术生产 发酵法生产柠檬 酸是利用假丝酵母或黑曲霉菌的无毒菌株在适宜的条件下经固体或液体发酵葡萄糖 淀粉 山芋干 废糖 甜菜糖蜜等原料 发酵终止 用热水提取柠檬酸 经分离纯化 即可得到目的产品 Error Reference source not found 其他酸类物质可通过选择不同的菌种控制 发酵条件即可得到目的产品 这些果酸物质应用广泛 不仅可作为食品的酸味调节剂 矫正剂 还可用于化妆品 药物制造 香精香料的调配原料 乳酸发酵主要有细菌形成 发酵产物中只有乳酸的称为同型发酵 除乳酸外还有 乙醇和 CO2等其它产物的称为异型发酵 酸性乳酸菌或德氏乳杆菌 保加利亚乳杆菌 等发酵葡萄糖或在需氧或兼性厌氧条件下产生乳酸 同型乳酸发酵 葡萄糖 2ADP 2Pi 2乳酸 2ATP 2 1 异型乳酸发酵 葡萄糖 ADP Pi 乳酸 乙醇 CO2 ATP 2 2 乳酸是食品生产中应用最多的酸类物质之一 乳酸是发酵酸奶中最重要的酸味风 味物质 其含量多少对发酵酸奶的风味 品质影响较大 发酵酸奶生产终点的控制多 以乳酸的含量的多寡判定 乳酸在酒类生产中应用广泛 在乳酸类饮料生产中 乳酸 是主要的酸香赋味剂 在奶类香精尤其是酸奶香精调配中乳酸更是重要的酸香物质 我国目前使用的乳酸全部采用微生物发酵法生产 Error Reference source not found 随着乳品工 业的发展 人们消费的乳品日益增多 尤其人们安全意识增强 天然食品添加剂备受 青睐 发酵乳酸的需求量大增 相关科技人员也在优化发酵条件 提高发酵产率方面 进行积极的探索和研究 2 2 在调味品制备中的应用 调味剂是指能赋予食品甜 酸 苦 辣或鲜麻涩清凉等特殊味道的一类食品添加 剂 人们日常生活中应用最多的酱油 醋 味精 核苷酸等也都是微生物发酵产物 他们选择适宜的菌株 以豆泊 高粱 麸皮等为原料在一定条件下发酵 产生呈味物 质等物质 通过进一步的技术处理而成为人们一日三餐的食品原料 味精是一种鲜味 剂 其学名叫 L 谷氨酸钠 食用味精按谷氨酸钠 结晶水含量与一定的比例的核苷酸 IMP 如 5 肌苷酸二钠 5 鸟苷酸二钠等复配 可调制出鲜味较强的调味料 核 苷酸包括肌苷酸 IMP 鸟苷酸 GMP 胞苷酸 ICMP 和尿苷酸 UMP 黄苷酸 XMP 这 些核苷酸 都只能以二钠或二钾 钙的形式才有鲜味 利用枯草杆菌 产氨短杆菌等 发酵葡萄糖类物质 提取发酵产物 再经磷酸化即可得到 也可由胶木的核酸分解分 离纯化得到核苷酸 Error Reference source not found 食醋的主要成分为乙酸 利用一类极生鞭毛细菌且不能进一步氧化醋酸的醋酸杆 菌 纹膜醋酸杆菌 巴士醋酸杆菌等以糖和酵母膏为培养基 Error Reference source not found 控制一定条件 即可得到发酵的乙酸产品 2 3 在着色剂方面的应用 市场货架上五颜六色的食品 着色剂功不可没 着色剂有天然的如辣椒红素 番 茄红素 栀子色素 姜黄素等 合成的如柠檬黄 胭脂红等 色价高且对环境条件相 对稳定 微生物发酵的 S 色素有红曲红色素 B 胡萝卜素 维生素 B 等 人们日常使 用的红腐乳也是微生物发酵所得 红曲是由紫红曲霉 安卡红曲霉 巴克红曲霉等放于培养基内 30 摇床培养 3 周 得深红色菌丝体液 干燥粉碎后用一定浓度的乙醇溶液或丙二醇提取过滤 浓缩 离 心等方法而得到 也可将上述菌株接种于浸湿过的籼米 大米或糯米上 保持适宜的 条件 产生红色米粒 红曲色素 C22H24O5 或红曲黄素 C17H22O4 等 这些红色色素可 广泛用于化妆品 饮料 糕点的生产 这些技术的应用使天然食用色素的开发生产展 示了良好的发展前景 Error Reference source not found 2 4 在防腐剂方面的应用 防腐剂是食品加工中的重要的原料 没有它食品的保质保鲜及货架寿命则无从谈 起 国际上目前使用的防腐剂比较多 美国约有 50 种 日本约 40 种 我国国标 食 品添加剂使用卫生标准 GB2760 2011 允许使用的大约 20 多种 在食品加工中常用 的有苯甲酸 苯甲酸钠 山梨酸 山梨酸钾 丙酸钠 过氧化氢等 这些都是化学合 成产品 微生物发酵也能生产防腐剂如乳酸链球菌素等 这种生物防腐剂在低 pH 低 温稳定性较好 能有效抑杀革兰氏阳性细菌及其芽孢 肉毒梭陵状芽孢杆菌等 乳链 球菌素对胰凝如乳蛋白酶敏感 在消化道中很快被胰凝乳蛋白酶分解 对人体无毒 不改变人体肠道内正常菌群等 鉴于此 乳酸乳球菌菌株在发酵牛奶和奶酪的生产中 是一种比较经济而且比较重要的制备乳品前体的原料 如雷特氏乳酸球菌亚种 MG1363 是含有穿梭质粒的菌株 该菌株中的 dar 基因编码二乙酰还原酶 二乙酰还原 酶在发酵奶酪过程中发挥重要作用 孙大庆等在乳酸乳球菌 NZ9000 中超表达牛凝乳 酶原基因 采用 Nisin 诱导基因表达系统进行表达 乳酸乳球菌作为发酵剂的同时实现 凝乳功能 而且 Nisin 的加入还能减少加工过程中的腐败菌 从而提高乳制品加工的效 率 Error Reference source not found 2 5 在增稠 乳化 稳定剂生产中的应用 用于食品的增稠 乳化 稳定剂有天然的如阿拉伯树胶 瓜尔豆胶 明胶 果胶 等 合成的有藻酸丙二醇酯 羟丙基淀粉谜等 微生物发酵产物有黄原胶或叫汉生胶 等 黄原胶是由 2 8 份 D 葡萄糖 3 份 D 甘露糖及 2 份 D 葡萄糖醛酸组成的多糖类高 分子化合物 分子量在 100 万以上 黄原胶是由野油菜黄单孢发酵葡萄等物质在 pH6 0 7 0 环境中培养 50 100 小时产 生的微生物胞外多糖 杀菌后用有机溶剂提取 烘干粉碎等工艺制得商用黄原胶 最 常用的生物反应器是通气搅拌罐 常用的培养基包括以葡萄糖 蔗糖和淀粉为主的碳 源 以蛋白胨 豆饼粉 鱼粉为主的氮源以及无机盐 微量元素 谷氨酸等促进剂 发酵温度为一般为 25 35 通气量 20 50L min pH 一般为 7 左右 发酵时间为 50 90hError Reference source not found 黄原胶为浅黄色 淡棕色粉末 水溶液呈中性 易溶于冷热水 低浓度黏度很高 不受温度影响 对酸和盐稳定 可用于乳品 饮料 果冻等食品的稳定剂 乳化剂 增稠剂 黄原胶用于乳化香精的生产可得到良好的效果 尤其是在酸奶类乳化香精的 制备中使用黄原胶 能达到非常稳定的状态 所以 黄原胶是一种高黏度 酸度高适 应性 应用广泛的天然乳化稳定增稠剂 目前我国生产黄原胶技术逐渐成熟 山东食 品发酵工业研究设计院较早进行了这方面的研究 其研究成果已成功转化 并大规模 生产 产品销往国内外 取得了良好的经济效益和社会效益 Error Reference source not found 2 6 在食品用香精香料生产中的应用 食品用香料是食品加工中重要的食品添加剂之一 它能增加食品香气香味 改善 口感 弥补生产加工带来的风味缺陷 可提高食品的质量档次 食品的种类也因使用 香精香料的应用点缀而变得丰富多彩 食品香精香料的质量和安全性已引起人们和国 家监督部门的高度关注 天然食用香精香料备受人们的青睐 食用香料分为天然香料 合成香料 天然香料一般是指通过物理方法比如 对天然芳香植物压榨 浸提 水蒸 汽蒸馏 超临界萃取等而获得的香料 根据国际香料工业组织规定 生物技术香料属 于天然香料范畴 生物技术如酶技术 微生物发酵技术 基因工程等技术在香精香料 方面的应用研究已引起香料界研究人员的高度关注 Error Reference source not found 发酵工程 可采用生物合成法或生物转化法进行天然香精香料的制备 如内酯是广泛存在于自然 界中具有生物活性的一类香精香料 在食品和化妆品工业中有重要的应用价值 生物 合成法是指利用真菌和酵母菌的自身代谢作用 在静置期合成和积累对于细胞生长非 必需的次生代谢产物一内酯 生物转化法是指以羟基脂肪酸 非羟基脂肪酸和脂肪酸 酯等为底物 在微生物体内酶的作用下转化成 1 一羟基脂肪酸 然后再进一步转化为 内酯 发酵工程在天然奶味香精中的应用比较广泛 微生物发酵法产奶昧香精是指采用 乳杆菌 乳链球菌等微生物 以牛奶或稀奶油为底物 发酵生产奶味香精的方法 由 于微生物细胞内含有的酶系种类繁多 发酵产生的奶味香气多样化 包含有机酸 醇 类 羰基类 各种酯类 内酯类 硫化物等近百种香味成分 与天然牛奶十分接近 其香气自然 柔和 是纯人工调配技术所难以达到的 此外 产品的赋香效果好 添 加这类香精 牛奶的奶香味饱满 绵长 逼真 能明显提高加香产品的质量档次 由此可见 用生物法制备天然香精香料给香精香料工业带来了一次革命性的突破 生物法制备天然香精香料的进一步发展必将促进广泛应用高效的绿色生物催化过程改 造传统的化学过程 以解决人类所面临的资源短缺 能源危机及环境污染等限制社会 和经济发展的重大问题 也为食品添加剂行业其他天然食品添加剂如生物防腐剂 色 素等的健康发展提供了一条良好的借鉴思路 2 7 在蛋白质中的运用 酶是一种生物催化剂 随着生物技术 特别是基因工程的出现和发展 酶技术也 发生着革命性的变化 新特性 新种类的酶不断出现 新的应用领域不断拓展 成为 推动食品工业快速发展的 催化剂 酶在几乎所有的蛋白质加工行业都有应用 例如分离蛋白是大豆的深加工产品之 一 近年来刚刚出现 但其市场扩展很快 市场年增长率超过 15 以上 由于分离蛋 白主要设备和技术已经实现国产化 所以也是近年来国内的投资热点之一 目前 国 内有数十家分离蛋白厂家上马或投产 并且大多都在年产量万吨以上 酶制剂的发展 为产品功能的改进开辟了新的发展空间 其需要的设备简单 大 多数大豆分离蛋白厂家设备不需要大的调整就可以生产多种高增值产品 是分离蛋白 厂家扩展竞争力 提高生存能力的一条方便之路 根据市场需求 通过不同蛋白酶的选 择 工艺条件和水解程度的调整 就可以开发生产多种具有不同功能特性的产品 此外酶制剂还运用在乳制品分离蛋白上 也有不错的效果 用蛋白酶对分离蛋白 进行水解 一方面 可以使其溶解性 粘度等性能符合乳制品 固体饮料类的产品要 求 如在乳制品添加用分离蛋白要求粘度低 无异味 溶解度高 不溶性固体低于一定 指标 另一方面 酶解分离蛋白具有更高营养价值 除消化率升高外 还具有抗氧化 清 除体内自由基功能用酶法生产乳制品分离蛋白 一方面提高溶解度 控制粘度的降低 一方面要控制苦味的产生 一般控制酶解水解度 DH 在 10 20 左右 另外对于固体饮 料用分离蛋白产品 产品还要求具有良好的冲调性能 需要对蛋白进行速溶化处理 如表面喷涂磷脂 附聚造粒等 Error Reference source not found 三 展望 生物技术在制备食品添加剂中有很多应用 但同时还有许多问题值得细化 生物 技术制备天然食品添加剂以下几个问题应当关注 首先明确目标产品 单体或者复合 物 其次确定为实现目标产品所需采取的生物技术手段和方法 然后选择实验条件 过程方法 测量步骤 判定步骤 目标产品检验及规模化生产的可行性和原料的供应 适合的酶制剂 微生物细菌的选择是关键 由于发酵产物浓度较低 目标产物的提取 分离 及其关键成分的测定也是研究开发中的很重要的技术问题 生物技术制备天然食品添加剂的优势有以下几点 1 生产条件温和 操作简单 选择性高 生产设备容易实现 2 生产成本低 原材料价廉易得 有些都是农副产品 来源不受季节限制 3 微生物资源丰富 酶类繁多 通过分离纯化 育种可获得各种用途的细菌和酶 也可发现新的细菌用于制备新的天然食品添加剂 4 生物技术制备的食品添加剂安全性高 消费者喜欢 由于现代环境污染 人们 对健康 食品安全越来越重视 青睐天然食品添加剂 利用生物技术制备食品添加剂 符合当前的消费潮流 5 可节省 保护现有的自然资源 保护环境 对保护环境维持生态平衡有现实意 义 总之 利用微生物生产天然食品添加剂 具有广阔的发展前景 不仅可以改进现 有的天然食品添加剂 也可创制出新的更为安全的食品添加剂 食品工业的发展 基 因工程 发酵工程 分析技术及分离检测设备仪器技术水平提高 将对生物技术制备 天然食品添加剂的发展和技术进步具有极大的促进和推动作用 参考文献 1 陈永生 食品添加剂概述 J 食品安全导刊 2016 1X 76 77 2 本社 GB2760 2011 食品安全