发酵在食品中的应用及研究进展
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大米发酵制品研究进展大米作为我国主要的粮食作物之一,在我国食品工业中有着广泛的应用。
大米作为食品原料营养价值高、口感好、易于加工、储藏和运输等特点,然而纯粹的大米缺乏多样化的口感和文化特色,为此,利用大米进行发酵后的制品研究逐渐受到人们的关注。
1.米酵和米酱米酵和米酱是大米发酵后的制品。
研究表明,米酵、米酱富含多种营养物质,如蛋白质、多酚类、生物活性物质和多种酵素。
其中以米酵的含量更为丰富,所以米酵具有更高的营养价值。
米酵和米酱的生产工艺相似,都是以大米为原料,添加适量的水和酵母菌,再通过长时间的发酵(24~72 h)而成。
米酵和米酱在味道上比较接近,但米酵酸度更高,口感更为浓郁。
2.米曲和污水曲米曲和污水曲是以大米为主要原料制成的,经过生产过程后的发酵菌,是韵味颇为丰富的中国传统调味品。
米曲是以纯净的淀粉为原料制作,在制作过程中,往往会利用不同的发酵菌进行调制,产生出不同口感和香味的味道。
此外,还可以将米曲和污水曲用于制作黑色生姜汁、五香豆、豆豉、甜豆腐等食品。
3.米醋米醋是以大米和水为原料,经过复杂的制作过程,通过深度发酵而产生的醋制品。
米醋的主要成分是醋酸和其他有机酸、挥发性酯和无机盐等,具有较好的口感和营养价值,有助于促进食欲,增加人体免疫力,预防疾病。
因此,米醋已经成为当前健康饮食的首选调味品之一,特别是在日式料理和健康餐食中广泛应用。
4.米糠酒米糠酒是以米糠为原料,通过发酵和蒸馏而得的一种酒类。
米糠酒口感柔和,有豆腐乳、奶香味,还富含有益人体健康的生物活性物质,如多酚、蛋白质、维生素E等。
5. 米面条米面条是以大米、小麦淀粉或曲面粉为原料,通过过程控制和发酵制成的一种受欢迎的面点制品。
米面条与普通面条相比,其口感更为细腻,外观更为透明,味道更加丰富。
研究表明,发酵过程可以促进碳水化合物的分解和吸收,提高肠道健康和免疫力。
综上所述,大米发酵制品是具有丰富味道和营养的特色食品,受到越来越多消费者的喜爱。
现代发酵工程技术在食品领域的应用研究进展摘要:随着科学技术的不断进步,人们对生活的需求也逐渐增加。
目前,生物技术的发展已成为人们关注的话题。
生物工程主要由细胞工程、基因工程、酶工程和发酵工程等组成,在现实生活中得到广泛应用。
发酵工程是基因工程和细胞工程的产物。
实际应用在食品工业、工业发展、医药研发等方面具有不可替代的作用。
论述了发酵工程在我国食品工业中的应用和发展。
关键词:发酵工程;食品领域;应用研究前言:现代生物技术是利用微生物生长和相应的代谢活动在生产各种有用材料的一种工程,发酵工程在整个生物工程技术中占有重要地位,主要包括培育优良的菌种和发酵生产。
谢产品,微生物的生产,天然物质的转化,等等。
发酵工程微生物有效地应用于高新技术的工业生产过程中,现代生物技术的影响非常广泛,如新食品、饮料配料、稳定剂、制造或相关领域的衍生物等。
1发酵工程的发展阶段1.1农产手加工因为在过去,社会经济不发达,人们主要是农业生产,然后发酵工程只在家里或作坊里发酵,发酵生产也就是我们所说的自然手工加工。
当时,因为科技不发达,人们只能通过存在于微生物的性质,进行了处理,但这种方法只用于生产,因为微生物纯自然的许多问题,如萃取效率高,存活率低,甚至可能是生病了,等等。
这也极大地制约了食品领域发酵工程的发展。
1.2近代发酵工程20世纪20年代,由于技术的兴起,工业、食品和医药的需求,传统的生产方式并不满足。
因此,人们使用化学和化学工程技术从农业化学和化学工程中学习来规范发酵过程。
采用机械生产和化学训练,代替传统的手工操作,不仅提高了生产效率,还使发酵工程在发酵生产中取得了第一个历史性的进步。
1.3现代发酵工程通过发酵工程的不断发展,人们逐渐意识到化学工程的模式处理发酵工业生产的问题,玩很难达到预期的效果,化学可能生产的微生物对人体有害的化学物质,严重影响了人们的健康。
因此,它很快被生物工程所取代。
这种生物工程技术是利用微生物的基因,有效地改造它,达到人们想要的效果,满足人们生活的需要。
食品发酵技术在食材天然香料提取中的应用研究近年来,人们对天然食材提取天然香料的需求不断增加。
天然香料富含丰富的风味和营养成分,不仅可以增添食物的口感和味道,还能增强人体的免疫力和健康状况。
因此,寻找一种能够高效提取天然香料的方法变得非常重要。
食品发酵技术作为一种天然、环保且高效的提取方法,正日益受到研究者的关注。
食品发酵技术是一种利用微生物进行菌种培养来发酵物质的方法。
在食材提取天然香料中,食品发酵技术通常包括两个主要步骤:培养微生物和香料提取。
首先,合适的微生物菌种是提取天然香料的关键。
微生物菌种的选择应根据所需香料的化合物特性和微生物的生长特性来进行。
对于单一香料的提取,常见的微生物菌种包括酵母菌、乳酸菌和真菌等。
而对于复杂香料的提取,可能需要多种微生物菌种的协同作用。
为了提高菌种的活力和营养需求,研究者通常会在培养基中添加适量的碳源、氮源和微量元素等。
其次,香料的提取一般采用物理和生物学两种方法。
物理方法包括蒸馏、溶剂提取和超临界流体萃取等。
这些方法虽然能够提取出纯净的香料,但往往需要较多的能量和有机溶剂,对环境造成一定的污染。
相比之下,食品发酵技术就显得更加环保和天然。
在发酵过程中,微生物通过代谢产生的酸、酶和酮等物质能够有效地溶解食材中的香料化合物,然后通过分离、浓缩和精制等步骤将香料纯化。
相较于传统的物理方法,食品发酵技术不需要大量的化学品和能源,具有更低的成本和环境风险。
尽管食品发酵技术在提取天然香料中具有许多优势,但它也面临着一些挑战和限制。
首先,不同的微生物菌种对香料的提取效果各不相同,因此合适的菌种选择非常重要。
研究者需要通过试验和分析,找到最佳的菌种组合和培养条件。
其次,微生物发酵过程中可能伴随着产生有害物质的风险。
这些物质可能对香料的品质和安全性产生负面影响,因此,对发酵过程中的微生物代谢产物进行监测和控制也是必不可少的。
总之,食品发酵技术在提取天然香料中具有广阔的应用前景。
食品加工中发酵工艺的优化及稳定性研究食品加工是现代社会中不可或缺的一环,而发酵工艺是其中一项重要的加工方法。
发酵工艺指的是利用微生物(如酵母菌、乳酸菌等)对食品进行物质的转化和生化反应,从而改变食品的性质和口感,提高其风味和保质期。
发酵工艺的优化是指通过科学的方法,结合食品的特性和生产要求,对发酵工艺进行调整和改进,以提高产品质量和生产效率。
发酵工艺的稳定性研究则是针对工艺的稳定性而进行的一种研究。
优化发酵工艺并保持其稳定性有助于提高食品加工的效果和产品的竞争力。
在食品加工过程中,合理选择和利用发酵菌种是优化发酵工艺的关键。
发酵菌种的选择应考虑其酶活性、产物产率、耐受性以及对食品的适应能力等因素。
例如,在酿造啤酒的过程中,选择适宜的酵母菌种可提高酒精发酵效率和产品品质。
因此,在发酵工艺的优化中,了解和研究不同菌种的特性十分重要。
此外,控制发酵过程中的环境条件也是优化发酵工艺的一项重要工作。
发酵过程中,温度、湿度、氧气含量和pH值等环境因素对发酵菌种的生长和代谢有着直接影响。
通过合理调控这些环境条件,可以控制菌种的繁殖速度和产物生成率,从而提高发酵工艺的效果。
例如,在制作酸奶的发酵过程中,控制发酵温度和pH值可以使乳酸菌充分繁殖和产生乳酸,达到制造优质酸奶的目的。
在食品加工中,利用辅助剂和功能菌种也是优化发酵工艺的重要手段之一。
辅助剂可以改善发酵过程中的物质转化和产物质量,如添加一定量的酵母活化剂可以促进面包的发酵,增加面包的体积和口感。
而功能菌种则可以通过合成特定的物质或代谢废物,来提高食品的功能性和品质。
例如,在发酵豆浆的过程中,添加苦味还原菌可以降低豆浆中的苦味物质,改善其口感和风味。
发酵工艺的稳定性研究旨在探索和解决工艺中的不确定性和波动性问题。
波动性可能来自原料的差异性、发酵菌种的不稳定性以及加工条件的变动等因素。
通过对这些问题的深入研究,可以设计出稳定的发酵工艺,并优化生产过程,减少成本并提高产品质量。
毕业论文设计(论文)题目:乳酸发酵酸菜的应用研究姓名学号院系专业指导教师年月摘要本论文以实验室提供的短乳杆菌S1-3和植物乳杆菌Sc6-3、Sc9-6三株乳杆菌为供试菌株,经测定其生长特性的基础上尝试发酵酸菜试验。
结果显示,三株乳酸菌的最适生长温度均为30-35℃,能够耐受的最大盐浓度为7%。
用不同菌种组合的发酵剂发酵白菜,筛选出的最佳菌种组合为:D1(S1-3:Sc9-6=1:1);产品最佳发酵工艺参数为:接种量3%、盐浓度5%、发酵温度20℃、发酵时间3天。
D1组混合菌种的生产酸菜过程中,在发酵的初期(ld-3d)产酸速率远远大于对照组,其产酸量比对照组高8.0倍,亚硝酸盐含量明显降低。
关键词:酸菜;乳酸菌;筛选.AbstractThis paper provides a short laboratory S1-3 and Lactobacillus plantarum Sc6-3, Sc9-6 for the three strains of Lactobacillus strains tested, the growth characteristics were determined based on the attempt to fermented vegetable trials. The results showed that three strains of lactic acid bacteria are the optimal growth temperature 30-35 ℃, can withstand the maximum concentration of 7%. With different combinations of starter strains fermented cabbage, the best strains selected combination of: D1 (S1-3: Sc9-6 = 1:1); product optimal fermentation parameters were: 3% inoculum, salt Concentration of 5%, fermentation temperature 20 ℃, the fermentation time of 3 days. D1 group of mixed bacteria during the production of sauerkraut, in the early stages of fermentation (ld-3d) acid production rate far greater than the control group, the acid production 8.0 times higher than the control group, significantly increase nitrite content decreased.Key words : Fermented vegetable ; Lactic acid bacteria (LAB) ; Filter目录1 前言 11.1 概述 11.2 酸菜的发酵机理 11.3 乳酸发酵对蔬菜的意义 31.3.1 提高蔬菜制品的营养价值 31.3.2 改善蔬菜制品的风味 31.3.3 延长蔬菜制品保质期 31.3.4 增加蔬菜制品的保健作用 31.3.5 丰富蔬菜制品的花色品种 41.4 本研究的目的和意义 42材料与方法 52.1试验材料 52.2 仪器设备 52.3 试验方法 52.3.1供试菌液的制备 52.3.2 供试乳酸菌的温度生长特性 52.3.3 供试乳酸菌的耐盐试验 52.3.4 最佳发酵组合的筛选试验 62.3.5 发酵试验 62.3.6 感官品质评价: 72.3.7 纯菌发酵对酸菜产品质量的影响 73 结果与分析 83.1最适生长温度试验结果 83.2 耐盐试验的结果 103.3最佳发酵菌种组合的筛选及发酵试验结果 113.3.1发酵菌株组合的筛选 113.3.2发酵试验结果 133.3.3 纯菌发酵对酸菜产品质量的影响 154结论 17致谢 18参考文献 19作者简介 201 前言1.1 概述酸菜是一种独特且具有悠久历史的大众的乳酸发酵蔬菜制品。
生物发酵工程技术在产业和生活中的应用研究随着人们对生活质量的要求越来越高,生物制品的需求量也越来越大。
生物发酵工程技术是一种利用微生物进行大规模生产的技术,在医药、食品、能源等众多领域与生活息息相关。
本文将从生物发酵工程技术的基础原理、应用研究以及未来发展方向三个方面探讨其在产业和生活中的应用。
一、生物发酵工程技术的基础原理生物发酵工程技术是通过选择并利用微生物、发酵工艺和设备等手段,使原料在微生物的作用下转化为所需的产品。
微生物是生物发酵的关键,微生物在发酵过程中通过代谢作用将原料转化为目标产物,同时释放相应的能量。
发酵的基础原理主要是利用微生物在生长和繁殖中产生的代谢产物,生成所需的目标产物。
其中微生物的产生和培养、培养基的选择和设计、代谢产物的识别和分离纯化等技术都是发酵工艺中关键的环节。
二、生物发酵工程技术的应用研究1.医药制造医药制造是生物发酵工程技术较为重要的应用领域之一。
在医药制造中,生物发酵工程技术主要用于制备抗生素、激素、酶及多肽类等重要药物。
通过选择适宜的微生物及培养条件,生产出高质量的药品,满足人们对药品的需求。
2.食品加工食品加工业中有很多产品都需要生物发酵技术来生产,如酸奶、酱油、味精、酒类等。
生物发酵技术能够发挥微生物转化和代谢特性,使这些食品呈现出特有的香味和口感。
3.能源生产生物发酵工程技术在能源领域有广泛的应用,如生物燃料、发酵氢气等。
微生物可以将生物质转化为燃料,生产出高质量的生物燃料,提供清洁且可再生的能源。
三、生物发酵工程技术的未来发展方向未来,生物发酵工程技术的发展方向主要是技术先进化,产品多样化和工业化生产。
一方面,随着技术的不断提高,会有更多更好的微生物被开发,为工艺提供更多的选择;另一方面,也要将已有的生物发酵产品从实验室转移到实际工业化生产中。
总之,生物发酵工程技术已经成为了生产生物产品中的一个重要工具。
在未来,生物发酵技术将持续发展,围绕着工业化高效生产、能源领域开发新型生物燃料等方向不断探索,使人们的生活更加美好。
食品发酵中微生物的应用现状与发展方向探讨食品发酵是利用微生物进行食品加工和生产的过程,微生物在发酵过程中可以改变食品的质感、味道、营养成分和功能等,因此深受人们的青睐。
近年来,随着消费者对健康食品的需求不断增加,食品发酵越来越受到关注。
本文旨在探讨食品发酵中微生物的应用现状与发展方向。
一、应用现状1、传统发酵食品传统发酵食品是指长期以来人们传承下来的以微生物为主要发酵剂的食品。
如酸奶、豆浆、腐乳、酱油、味精等。
这些传统发酵食品深受人们喜爱,因其口感好、营养丰富等优点。
随着科技的发展,新型发酵食品越来越受到人们的关注。
新型发酵食品包括酵素改良酶制品、发酵蛋白等。
其中,酵素改良酶制品是指通过工程菌株对天然酶进行改良,制成优质酶制品,可以广泛应用于食品加工、生物工程等领域。
发酵蛋白是一种新型蛋白质来源,可用于替代某些食品中的动物蛋白,具有环保性和可持续性。
3、基因工程发酵食品基因工程发酵食品是指利用基因技术对微生物的目标基因进行改造,提高微生物的发酵效率和稳定性,制造新的发酵食品。
目前,基因工程技术在酵母菌、大肠杆菌等微生物中的应用已经比较成熟,可以生产出多种新型发酵食品。
二、发展方向传统发酵食品虽然具有悠久历史,但其生产方式存在着一些问题,如纯度低、发酵周期长、无法控制风味、质量波动等问题。
因此,对传统发酵食品的改良和开发是未来的发展方向。
通过微生物基因工程技术,改良传统食品中的微生物,提高发酵效率和质量,生产更加健康、营养、美味的食品。
2、发展新型微生物新型微生物的应用是发酵食品未来的一大趋势。
通过对新型微生物的研究和开发,生产更加丰富、多样的发酵食品。
同时,对微生物的分离、筛选和鉴定等工作也需要进一步提高,掌握更多新型微生物资源。
3、发展绿色、可持续的生产技术随着人们健康环保意识的提高,未来发酵食品的生产需要更加绿色、可持续。
因此,在发酵过程中,要采用高效、环保的工艺和技术,尽可能减少废弃物和污染物的排放。
发酵在食品烹饪中的应用技巧发酵是指在适当的条件下,食物中的糖类通过微生物作用转化为酒精、酸及气体的过程。
发酵在食品烹饪中有着广泛的应用,能够增加食品的口感、味道和营养价值。
本文将为大家介绍发酵在食品烹饪中的应用技巧。
首先,发酵可以用于制作面食类食品。
在制作面食时,添加适量的酵母菌,让面团经过发酵后变得松软有弹性,口感更佳。
面包、馒头、饼干等都是通过酵母菌的作用实现发酵的,这些食品在发酵过程中还会产生酵母菌所生成的酸性物质,使面食更具酸香味和松软感。
其次,发酵还可以用于制作酱料类食品。
在制作酱油、豆腐等食品时,通过发酵可以增加食品的口感和滋味。
比如制作酱油时,将大豆与麦曲、麸皮等混合发酵,经过一段时间的发酵,豆酱就制成了。
豆酱具有浓郁的口感和独特的香味,成为了许多菜肴中不可或缺的调味品。
另外,发酵还可以改善食品的保存性。
由于发酵过程中产生的酸性物质和抑菌物质的作用,食品的酸度增加,微生物的生长受到抑制,从而延长了食品的保鲜期。
比如酸奶就是通过牛奶中的乳酸菌发酵生产而成的,乳酸菌产生的乳酸降低了牛奶的酸碱度,起到了抑菌、保鲜的作用,使酸奶的保存期延长。
发酵还可以提高食品的营养价值。
在发酵过程中,微生物会分解食材中的一些难以消化的物质,释放出更多的营养物质。
比如黄豆中的蛋白质含量很高,但人体难以完全吸收,经过发酵制成的豆腐,蛋白质就被分解成更小的肽链,更容易被人体利用。
同时,发酵还能产生一些营养物质,比如维生素B1、B2等,为食品提供了额外的营养价值。
要掌握好发酵的技巧,需要注意以下几点。
首先是选择合适的发酵剂。
不同的食品需要不同的发酵剂,如酵母菌、乳酸菌等,根据不同的需求进行选择。
其次是注意发酵的温度和时间。
发酵过程需要一定的温度和时间,过高或过低的温度都会影响发酵的效果,过长或过短的时间也会导致食品的质地和味道不理想。
最后是注意卫生和环境。
发酵过程中,微生物是食品变质的主要原因,因此要保持操作环境的卫生,避免细菌的繁殖。
发酵在食品中的应用及研究进展 摘 要:传统发酵食品在我国食品工业中占有举足轻重的地位,本文介绍了发酵在食品工业中的应用,详细描述了五种类型的发酵食品,并就食品发酵行业发展现状及其所面临的问题作一综述,提出应对措施。 关键词:发酵;食品;应用;进展
Research Development and Application of Fermented Food Abstract: Chinese traditional fermented food takes a pivotal position in the food industry. The simply presentation of fermentation and its applications in food industry were introduced briefly in this paper, mainly including five types of fermented food. Then, it analyzed the status of fermented food industries and pointed out corresponding problems as well as the countermeasure and trend of its development. Key words: fermentation; food; application; development
1 发酵食品概述 发酵工程,即微生物工程,通过微生物的大量繁殖使生物的优良遗传性状得到高效表达,从而生产出人们所需产品,该技术体系主要包括菌种的选育保藏和扩大培养、控制微生物代谢条件、发酵设备及分离纯化精制成品等。发酵工程是现代生物技术的重要组成部分,随着20世纪40年代抗生素发酵工业的建立而兴起。70年代以来,由于细胞融合、细胞固定化以及基因工程等技术的建立,发酵工程进入了一个崭新的阶段,并广泛用于医药、食品、农业、化工、能源、冶金、新材料和环境保护等领域。 发酵工程对食品工业的贡献较大,从传统酿造到菌体蛋白,都是农副产品升值的主要手段。发酵食品是指在食品加工过程中有微生物或酶参与而形成的一类特殊食品,其味道独特且具有地方情韵,不仅可以满足人们对不同风味、口感的要求,在营养、生理功能上也有一定成效[1],主要源于微生物产生的代谢产物和微生物酶对原料分解后产生的分解产物,如功能性碳水化合物、多肽及氨基酸、抗氧化活性物质和益生菌等[2,3]。葡萄酒中存在大量的多酚类物质,其具有抗氧化和消除氧自由基、阻碍血小板凝集、防止低密度脂蛋白的氧化和抗癌作用。研究表明,法国人心血管疾病的发病率和死亡率都较其他西方国家低,这与他们经常饮用葡萄酒有着密切关系[4]。在非洲国家,以谷物等为原料的传统发酵食品通常作为婴幼儿断奶食品和营养辅助食品[5,6]。由于发酵食品原料丰富、工艺简单、生产成本低,因此在发展中国家膳食结构中占有重要地位[7]。我国食品发酵工业发展迅猛,味精、柠檬酸、酶制剂作为我国三大发酵制品,产量突出,生产、出口及消费位居世界前列。
2 发酵食品的现状及发展 据报道,由发酵工程贡献的产品占食品工业总销售额的15%以上。近几年,我国发酵食品工业化水平逐年提高,白酒、啤酒、葡萄酒、酸奶等产品的工业化生产发展迅速,利用微生物发酵生产食品添加剂主要有维生素(VC、VB12、VB2)、甜味剂、添香剂和色素等现代发酵产品,其他产品如腐乳、豆豉、酱油、发酵肠等工业化程度相对较低。 2.1 发酵食品的菌种 菌种是决定发酵产品是否具有产业化和商业化价值的关键因素,是发酵工业的灵魂。工业上常用的酵母有啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等,分别用于酿酒、制造面包、生产可食用酵母菌体蛋白等。曲中的微生物由曲霉、红曲霉、根霉等霉菌,假丝酵母、汉逊酵母等酵母菌,以及乳酸菌、丁酸菌、耐高温芽抱杆菌等细菌组成;酸奶及发酵乳饮料是由乳酸杆菌、乳酸球菌、双歧杆菌等发酵制得;啤 酒发酵是利用酵母菌;发酵肉制品主要的微生物有乳酸菌、片球菌、霉菌等。黄酒发酵利用毛霉、根霉、酵母;酱油生产则利用米曲霉、酵母菌、乳酸菌;醋的生产主要是醋酸菌的作用。 近年来各国学者专注于研究细菌发酵生产酒精以得到耐高温、耐酒精的新菌种。有研究表明,细菌具有较强的抗染菌能力,发酵速度快,运动发酵单细胞细菌在酒精工业生产应用中较酵母会有着更好的优势[8]。日本从土壤中分离出一种酒精生产菌TB-22,可以利用稻草、废木材和纤维素生产酒精[9]。以鲜牛奶为原料,利用乳酸菌与酵母菌发酵密闭杀菌后而成的奶啤,满足人们对发酵型低醇乳饮
料产品的需求,同时还推动了中国乳品工业的进一步发展[10]。 常规菌种选择育种包括自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合育种等技术。随着人们对微生物代谢途径及其各种调节机制有了较为全面的认识,逐渐实现了定向育种,在分子生物学的基础上,产生了基因工程育种。 2.2 食品发酵的类型 发酵按培养基的类型分为固体发酵、液体浅层发酵和液体深层发酵,我国传统发酵食品制造中多采用酵母菌、霉菌和细菌等多种微生物进行固体自然发酵,而西方国家多使用细菌、酵母中的一种或几种进行液态纯种发酵,便于使用现代生物技术提高生产效率[11],液体深层发酵是目前发酵工业的主要类型,如山楂果醋、L-苹果酸、灵芝菌丝等的液体深层发酵[12-14];按照是否需氧可分为好氧发酵、厌氧发酵和兼性厌氧发酵。 根据不同的发酵类型,现在已研制出多种发酵罐。常用于基因工程菌发酵的生物反应器主要有两种基本类型:机械搅拌发酵罐和气升式发酵罐。机械搅拌发酵罐在发酵工厂应用最为普遍,气升式发酵罐省去了机械搅拌,不仅大大降低能耗,而且避免了机械搅拌桨轴封问题造成的染菌隐患。 2.3 发酵产物的提取与精制 多数发酵产品的提取和精制成本比发酵过程的成本高得多,因此要对发酵工程上游及发酵过程进行优化,如菌种改良、发酵条件优化、发酵过程控制等,使发酵工程下游的发酵产物易于提取和精制,从而降低发酵产品的综合生产成本,提高发酵产品的市场竞争力。随着各学科的交融,多种技术运用于产物的纯化,如固液分离技术、细胞破碎技术、浓缩技术、膜分离技术、沉淀分离技术、吸附分离技术、萃取分离技术、色谱分离技术结晶及干燥技术等[15,16]。
3 发酵食品及其技术应用 发酵工程在食品工业的应用广泛,传统发酵产品主要有酱油、食醋、腐乳、白酒、酸菜、腐乳等,除此之外,现代发酵产品还包括氨基酸类、有机酸类、酶类等。 3.1 氨基酸类产品 氨基酸是蛋白质的基本结构单位,也是重要的营养物质,在食品领域需求巨大。氨基酸发酵是指合成菌体蛋白的氨基酸脱离其正常的合成途径,超量合成并排出菌体外的异常发酵。它不以蛋白质为原料而是以废糖蜜和淀粉为碳源,以尿素、氨、硫酸铵等无机氮为氮源,通过微生物合成氨基酸,为食品工业做出了贡献。其最大的优点是生物合成的氨基酸和构成天然蛋白质的氨基酸都是L-型光学活性体,这和化学合成法得到的D,L-型混合的外消旋体完全不同。自1955年人们发现了发酵法高效生产L-谷氨酸的微生物后,氨基酸发酵研究发展迅速。目前已有多种氨基酸如L-赖氨酸、L-苏氨酸、L-异亮氨酸、L-缬氨酸、L-丝氨酸、L-色氨酸实现了工业化生产[17]。其中部分是通过基因工程菌发酵生产获得的,部分氨基酸也可以利用酶法生产。为了实现发酵工艺条件最优化,国内外都采用计算机进行过程控制。 3.2 有机酸类产品 有机酸广泛存在于植物果实中,作为食品、饮料中的重要酸味剂,用以增加食品、饮料的自然风味,同时有机酸有帮助消化和抑制微生物等作用。有机酸发酵的原理是指微生物在碳水化合物代谢过 程中,有氧降解被中断而积累各种有机酸[18]。目前以微生物发酵法生产的有机酸有10余种,其中应用较广、用量较多的有机酸有柠檬酸、醋酸、乳酸、苹果酸等,而柠檬酸发酵相当成熟,我国天天集 团-山东柠檬生化有限公司按照GMP标准设计的发酵工厂,可年产无水柠檬酸4万多吨,国内外柠檬酸的发酵主要以液体深层发酵为主,固体浅层发酵法在有些发展中国家也有大量应用[19]。 3.3 酶制剂 利用微生物生产酶具有悠久的历史,最具代表性的是制曲酿酒。工业上α-淀粉酶的生产主要来自于细菌和霉菌,霉菌α-淀粉酶的生产多采用固体曲法,细菌如枯草杆菌BF-7658则以液体深层发酵法为主。作为酿造工业上使用的粗酶制剂,直接把麸曲在低温下烘干,得率高、工艺简单[20];而把麸曲用水或稀释盐水浸出酶后,经过滤和离心除去不溶物后用酒精沉淀或硫酸铵盐析,酶泥滤出烘干,粉碎后加乳糖作为填充剂最后制成酿造用的酶制剂,酶活性单位高,杂质少。 3.4 酒类产品 酒精是制备各类白酒、果酒、药酒及食用香料等的主要原料,酒精生产要求菌种发酵能力高、生长速率高,特别是要有高的耐酒精等性能。酒精发酵工艺有间歇式、半连续式和连续式发酵。近年来,高强度酒精发酵、酵母细胞回用发酵、塔式发酵、透析膜发酵、固定化细胞发酵、萃取发酵、真空发酵、膜回收酒精发酵、中空纤维发酵、固体发酵等新技术、新工艺均取得较大研究进展[21]。 3.5 多糖类产品 近十多年来的大量研究证明,多糖具有许多生物活性。香菇是著名的食用菌类,香菇子实体、菌丝体及发酵液均具抗癌、保肝、降低胆固醇、提高机体免疫力的作用,起主要作用的有效物质即为香菇多糖[22]。采用液体深层发酵的方式,以工业发酵的手段可使香菇菌丝在短时间内快速生长并获取多糖,具有生产周期短、产量高、适于工业化开发等优点。所得的发酵液经破壁处理、过滤、低温提取、减压浓缩等后处理步骤即获香菇多糖浓缩液,再经沉淀、多级洗涤、干燥处理、粉碎等步骤即可获多糖粉。多糖发酵已越来越成为现代发酵工业的重要组成部分。近年来,尤其在热凝胶、结冷胶、裂褶菌多糖以及各种糖缀合物等的研究和发酵生产与应用方面取得了不错的进展[23]。
4 发酵食品的问题及对策 我国的发酵食品行业历史悠久,但受传统工艺影响较深,改进起步较晚,尤其是利用现代生物技术如基因工程等前沿技术对发酵食品微生物进行优良菌种筛选工作成绩较少,因此我国发酵食品总体工业化程度不高。而国外发达国家传统发酵食品发展较快,日本纳豆早已实现规模化生产,韩国泡菜也成为韩国重要的出口产品[24]。 一方面,产品质量不稳定,我国大多数企业以传统的天然发酵工艺为主,生产过程和质量控制主要依靠技术人员的经验加以判断,产品的质量受外界因素(温度、湿度、PH值等)的影响非常明显,这使得同一产品不同批次的品质、风味差异较大,难以实现标准化。另一方面,天然发酵过程中微生物菌群复杂,且发酵过程难以控制,不可能完全避免不良微生物甚至病原微生物的侵入,使得发酵终产物可能混有有害菌株而导致有害代谢产物积累,存在安全隐患[25]。如斯国静等人对浙江4 种传统大豆发酵食品中的真菌污染情况进行研究,从菌相分布来看,毛霉和青霉检出最多。青霉分布很广,其中软毛青霉可产生有毒代谢产物—黄曲霉素及展青霉素。黄曲霉素已确认为强致癌物,展青霉素也具有遗传毒性,其他青霉如桔青霉、扩展青霉、岛青霉均能产生毒素,具有不同程度的遗传性及致癌性[7]。此外,企业生产没有形成一定的规模,产品结构不合理,资源浪费严重,环境污染突出,经济效益低下。 发酵的主要生产环节包括制备发酵剂、选择原料进行发酵、发酵后处理等过程。制备发酵液阶段的趋势是分离纯化发酵过程中的优良菌种,再进行混菌制备发酵剂;原料预处理的方法和发酵条件控制也需要新方法的介入,使其操作简化,易于控制,并利于微生物生长发酵。发酵后处理要根据现代消费观念对传统发酵食品进行适当改进[26]。因此,首先要通过对现有优良菌种的扩大应用、前沿生物