食品生物技术

3食品生物技术

生物技术与食品加工生物技术与食品检测遗传工程食品食品生产是世界上最大的工业之一。在工业化国家，食品消费至少占家庭预算20%~30%。食品链主要开始于农业生产中的作物种植或动物饲养，终止于消费者对它们的利用。农产品和消费者之间的环节是食品加工业。食品生物技术包含的内容很广，如提高食品质量、营养、安全性和食品保藏等。一、单细胞蛋白1、蛋白质的需求人口的增长，传统农业不能提供足够的食物满足人类的需求，尤其是蛋白质短缺；发展中国家和发达国家间的蛋白质数量差距在扩大；全球在粮食生产和食物分配方面存在严重的地区不平衡；人类的饮食结构都有从谷物向肉类转移的趋势。3.1生物技术与食品加工单细胞蛋白（singlecellprotein,scp）是指“生产”蛋白质的生物大都是单细胞或丝状微生物个体，而不是多细胞复杂结构的生物，如动物、植物等。微生物含有丰富的蛋白，按其干重计算，酵母含40%~60%，霉菌含30%，细菌含70%，藻类含60%~70%，可以为人类提供日益短缺的蛋白质。SCP可补充人和动物的蛋白质需求SCP可作为食品添加剂，以改变食品风味，并可代替动物蛋白。在动物饲养上，可代替传统的蛋白质添加剂，如鱼粉、豆粉等，特别在水产养殖业，如养虾、养鱼等方面。

表1

不同生物的物质加倍时间

生物体时间

细菌和酵母菌20~120min霉菌和藻类2~6h草本植物1~2星期鸡2~4星期猪4~6星期小牛1~2月婴儿3~6月

用微生物生产SCP的优点：（1）在最佳条件下，一些微生物的生长量每隔蔼0.5~1小时能加倍。

（2）比植物和动物更容易进行遗传操作（3）蛋白含量高、高营养价值。（4）能在连续发酵反应器中大量培养，占地少，不依赖气候。（5）培养基来源广泛，低廉，2、SCP的生产从能源物质生产SCP英国的ICI公司采用利用甲醇的细菌生产的SCP蛋白用于动物营养。以乙醇作反应原料生产SCP，特别适合作为人类的食物。以甲烷作反应原料生产SCP，由于存在太多的技术困难而不能开发利用。以多链烷烃作反应原料生产SCP的生物技术加工过程复杂，且怀疑该法生产的SCP可能含有致癌物而停止了大部分生产。把有机废料转化为SCP废料中的许多物质应该回收再利用，比如稻秸、蔗渣、柠檬酸废料、果核、糖浆、动物粪便和污物等。2、SCP的生产从藻类中得到SCP在日本，把小球藻作为冰淇淋、面包等食品的蛋白质和纤维素的添加剂。非洲和墨西哥，人们广泛利用螺旋藻。螺旋藻在1974年的联合国世界粮食会议确定螺旋藻为重要蛋白质。研究表明，1g螺旋藻干粉所含营养，相当于1000g新鲜蔬菜；一亩水田的螺旋藻按所含蛋白质当量计算，相当于735.7亩水稻，657.9亩小麦，403.4亩或300.3亩大豆的平均产量。3、SCP的可接受程度纯技术和经济因素地理、政治、社会与心理等因素SCP产品的安全性、营养价值

二、发酵生产食品和饮料

食品和饮料的发酵是通过微生物或酶对农产品原料的利用，发生相关的化学反应，使最终产品口味、色泽等发生感官上的改善，产物通常更有营养，更易消化，口味更好，并且无病原微生物，无毒害。表2微生物生产的一些食品和饮料产品生产的微生物主要原料黄酒青霉、毛霉、根霉、酵母糯米、黍米、粳米葡萄酒酵母、纤细杆菌(Bacteriumgracile)葡萄白酒根霉、曲霉、毛霉、酵母、高梁、米、玉米、薯、豆乳酸菌、醋酸菌啤酒酿酒酵母大麦、酒花豆腐乳毛霉、曲霉、根霉大豆、冷榨豆粕酱油曲霉、酵母、乳酸菌小麦、蚕豆、薯、米酸奶乳酸杆菌牛奶、羊奶食醋醋酸杆菌、曲霉、酵母米、麦、薯等泡菜乳酸菌、明串珠菌(Leuconostoc)蔬菜、瓜果面包发酵酿酒酵母小麦粉味精谷氨酸棒杆菌糖密、淀粉、葡萄糖、玉米浆食用真菌香菇(Lentinusedodes)木材、木屑、甘蔗渣木耳(Auriculariaauricula)木材、棉籽壳、木屑Largebanksusedforwineproduction1、酒精饮料1、酒精饮料葡萄酒的生产工艺压榨葡萄灭菌,加入酵母果汁发酵发酵罐陈酿化装瓶丙-乳酸发酵由糖类产生乙醇最终酒精饮料的形成1、酒精饮料丹麦哥本哈根Carlsberg啤酒厂的酿酒罐2、奶制品发酵的奶制品占所有发酵食品的10%。乳酸杆菌对奶制品有很多好处：（1）乳酸杆菌对人无害，但对许多不良细菌有抑制作用，因此使奶制品能保存；（2）可改善奶制品的口味和质地；（3）对肠道微生物生态有着十分有利健康的影响。

多数奶酪蛋白生产的主要过程是：（1）通过乳酸菌将乳糖转化为乳酸；（2）蛋白水解和酸化联合作用是酪蛋白凝结。cheeseCheddarCheeseProductionCheddar是英格兰的一个村庄3、蔬菜发酵（腌制）泡菜制作时，要加盐起脱水作用，使糖从菜叶中渗出，隔绝空气，以利于乳酸菌生长产酸，降低pH值，阻止有害菌的生长，从而制成有营养、口味好的食品。Sauerkraut泡菜生卷心菜修剪切碎加盐发酵20-30天加工和包装卷心菜脱水产生乳酸限制腐败微生物4、谷类食品发酵面包就是主要的谷类发酵食品。目前应用生物技术改良酵母，使它们的活性更高，生产的面包风味和品质更好。5、豆类发酵大豆是用于发酵的主要豆类。发酵使这些豆类易于消化，破坏了不易消化的成分和会在消化道引起肠胃胀气的化合物。6.MushroomProductingMushroomFarm三、酶与食品加工食品加工业中应用的酶大部分是来自特定的微生物，这些酶中60%属于蛋白水解酶类，10%属于糖水解酶类，3%属于脂肪水解酶类，其余部分为较特殊的酶类。酶可以促进甚至取代机械加工，在工业生产上淀粉转变的化学作用已基本由酶代替。蛋白质工程可以对酶进行适当修饰，甚至设计完全新的酶催化剂。酶也将广泛而深入地用在新型功能食品的开发上，如低热量的寡聚糖、人工脂肪和特殊的食物纤维成分等在日本研究较多。四、新型甜味剂酶技术创造出一类来自淀粉的新甜味剂。阿斯巴甜是一种二肽（L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲脂）。在合成过程中，最贵的成分是苯丙氨酸，现在大部分由发酵生产。阿斯巴甜在安全性上是研究得最完全的一种食品添加剂。它不升高血糖，特别适合于糖尿病、高血压、肥胖症、心血管疾病患者使用。

表3传统的和可替代的甜味剂产品相对甜度蔗糖1.055%高果糖浆1.4cyclamate50安赛蜜(Acesulfame)150阿斯巴甜(aspartame)200糖精300~650thaumatin3000

五、其他食品添加剂1、醋含至少4%的醋酸，少量的酯糖、酒精和盐；它通常来自葡萄、麦芽或苹果汁。发酵菌通常是醋酸菌。它广泛用作酸味剂和调味剂。目前高浓度（15%w/v）的醋在国际市场上大受欢迎国内市场上未见醋酸含量大于10%的产品主要原因：缺适应高浓度醋酸的醋酸菌菌种；生料制醋工艺易受各种微生物污染。解决办法：采用回交法、基因突变和细胞融合等手段培育新菌种；采用固定化活细胞发酵法提高生产效率。2、食用有机酸

常用的有柠檬酸、醋酸、乳酸、葡萄糖酸、苹果酸和酒石酸，这些有机酸都需要通过微生物的发酵制成。其中以柠檬酸的产量和用量最大。柠檬酸在食品工业中用途广泛，如水果饮料、糖果点心、果酱的生产，以及水果的保存等。我国的柠檬酸的总产量已超过4万吨，它是以糖蜜为原料，通过黑曲霉发酵而生产的。表4部分有机酸国内外技术水平比较

产品名称国外国内柠檬酸产酸2