□ 楊再良 貴州大學(xué)明德學(xué)院生物系

發(fā)酵工程，是指在現(xiàn)代工程技術(shù)手段的運(yùn)用下，利用微生物的某些特定功能為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。在整個(gè)生物工程領(lǐng)域，發(fā)酵工程的地位十分顯著。發(fā)酵工程的內(nèi)容包括菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴(kuò)大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等方面。

1 發(fā)酵工程的特點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r

發(fā)酵工程所具備的特點(diǎn)主要包含以下幾點(diǎn)：①發(fā)酵過程中，可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)發(fā)酵反應(yīng)，即便同一設(shè)備中也不會(huì)存在干擾的情況，能完成所需發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)；②發(fā)酵無需在高溫高壓下即可進(jìn)行反應(yīng)，所需條件相對(duì)溫和，不存在較高的設(shè)備精度要求，也不會(huì)有較大的能源消耗；③原料多以糖類、麥芽和淀粉等農(nóng)副產(chǎn)品為主，十分常見，能充分利用這類農(nóng)副產(chǎn)品；④能對(duì)各種反應(yīng)做出選擇，即在特點(diǎn)官能團(tuán)中能予以精確反應(yīng)；⑤發(fā)酵具有相對(duì)專一的產(chǎn)生物質(zhì)，不會(huì)有太多廢料產(chǎn)生，因此不會(huì)對(duì)環(huán)境造成太大污染。

現(xiàn)代生物技術(shù)是一門利用微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)來生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的工程技術(shù)，在整個(gè)生物工程中發(fā)酵工程的地位十分顯著，主要負(fù)責(zé)優(yōu)良菌種的培育、微生物菌體的生產(chǎn)、發(fā)酵生產(chǎn)代謝產(chǎn)物、天然物質(zhì)改造等[1]。發(fā)酵工程屬于在工業(yè)生產(chǎn)有效應(yīng)用微生物的高科技技術(shù)，現(xiàn)代生物技術(shù)在飲料穩(wěn)定劑、新食品配料及衍生物制造等領(lǐng)域中都有所涉及，影響十分廣泛。

2 發(fā)酵工程在食品行業(yè)中的應(yīng)用

2.1 改造傳統(tǒng)食品加工工藝

利用現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)改造傳統(tǒng)發(fā)酵食品最典型的是使用雙酶法糖化工藝取代傳統(tǒng)的酸法水解工藝。國(guó)外是以“液體的面包”來稱呼啤酒，傳統(tǒng)發(fā)酵方法需求較長(zhǎng)的時(shí)間，難以滿足啤酒廠家現(xiàn)代化啤酒生產(chǎn)要求。而應(yīng)用固定化酵母連續(xù)發(fā)酵工藝后，可大幅度縮短啤酒發(fā)酵時(shí)間。而在發(fā)酵工程不斷應(yīng)用與發(fā)展下，啤酒發(fā)酵效果僅需90 min即可完成。不斷發(fā)展的發(fā)酵工藝，再加上提高原料利用率、縮短發(fā)酵周期、提升風(fēng)味品質(zhì)等各種優(yōu)勢(shì)的存在，使得發(fā)酵工程逐漸被運(yùn)用在醬類、黃酒和豆腐乳等傳統(tǒng)食品制造業(yè)中。此外，在食品發(fā)酵過程中，利用發(fā)酵工程生產(chǎn)天然色素和天然香味型劑等食品添加劑，逐步取代人工合成的色素和味精，已成為未來食品添加劑的主要發(fā)展方向。

2.2 生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白

單細(xì)胞蛋白（微生物蛋白）是在大量石油肥料和工農(nóng)業(yè)肥料的運(yùn)用下，通過人工培育所產(chǎn)生的微生物菌體。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，推動(dòng)了我國(guó)酵母產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)展。其中，單細(xì)胞蛋白作為微生物蛋白質(zhì)的資源，目前在各種各樣的食品中逐漸得到了廣泛運(yùn)用，也被人們稱之為一種極具發(fā)展前景的蛋白質(zhì)新資源[2]。人體所需的硒酵母、鉻酵母等，在單細(xì)胞蛋白中大量存在，單細(xì)胞蛋白的出現(xiàn)能有效解決蛋白質(zhì)資源緊缺的問題。隨著全球科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家也對(duì)單細(xì)胞蛋白的應(yīng)用展開了更深入的探索。

2.3 開發(fā)功能性保健食品

功能性食品，是指對(duì)人體具有增強(qiáng)機(jī)體防御機(jī)能、調(diào)節(jié)生理節(jié)律、預(yù)防疾病和促進(jìn)康復(fù)等有關(guān)生理調(diào)節(jié)功能的加工食品。功能性食品的研發(fā)為“醫(yī)食同源”這一目的的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。功能性食品不但能實(shí)現(xiàn)膳食結(jié)構(gòu)的調(diào)整，還具備益壽延年的功效。故而，此類功能性食品的研發(fā)逐漸成為保健食品行業(yè)發(fā)展的新潮流。

2.3.1 開發(fā)大型真菌

功能性食品有效成分的來源是以靈芝、香菇、茯苓、蜜環(huán)菌和冬蟲夏草等民貴中藥材中的藥用真菌為主，這是因?yàn)檫@類真核微生物具有抗癌、防衰老、抗腫瘤及調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能的有效成分。就功能性食品的原料來源而言，可從野外采摘或人工種植的真菌實(shí)體直接提取，供于開發(fā)功能性食品；或是在發(fā)酵途徑的應(yīng)用下進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，將人們所需的藥用真菌提取出來。目前，人工發(fā)酵培育蟲草菌已取得顯著的成果，人工發(fā)酵培育的蟲草菌有著類同于天然冬蟲夏草的化學(xué)成分和藥理功效，可完全取代天然冬蟲夏草，廣泛應(yīng)用于治療慢性支氣管炎、性功能障礙和高脂血癥等疾病。相關(guān)研究表明，在性功能障礙治療方面，人工發(fā)酵培育的蟲草菌所發(fā)揮的效果優(yōu)于天然冬蟲夏草。

2.3.2 制備微生態(tài)制劑

鏈球菌屬、片球菌屬、乳桿菌屬、雙岐桿菌屬和明串珠菌屬等乳酸菌及醋酸菌等大部分微生物菌體自身即可用作保健食品添加劑或功能性配料。在保健食品中，作為微生態(tài)調(diào)節(jié)劑的雙歧桿菌更是得到了廣泛應(yīng)用，其生理功能主要如下：①能抑制或殺死腸道病原菌，進(jìn)而改善腸道微生態(tài)環(huán)境；②可阻斷腸道內(nèi)致癌物質(zhì)的生成，形成胞外多糖（具有抗腫瘤特性），同時(shí)還會(huì)分泌類溶菌物質(zhì)和雙歧桿菌素，促使巨噬細(xì)胞具有更強(qiáng)的吞噬能力，可實(shí)現(xiàn)機(jī)體免疫力、抗病能力的增強(qiáng)，并在腸道內(nèi)完成多種微生物的自然合成[3]。雙歧型微態(tài)制劑一般選用嬰兒雙歧桿菌，制備工藝為反復(fù)接種培養(yǎng)雙歧桿菌純培養(yǎng)物，使其活力得以恢復(fù)，將活化后的菌種接種到以脫脂乳為主的菌種繼代培養(yǎng)基中，依次完成三角瓶、種子罐培養(yǎng)后，利用冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥后，便完成了雙歧桿菌微生態(tài)制劑的制作。

2.3.3 制備有機(jī)形式的微量元素

鐵、鋅、碘、硒、鍺和鉻等微量元素是人體的必需物質(zhì)，而硒、鍺、鉻3種與對(duì)人體健康造成重大危險(xiǎn)的糖尿病、腫瘤和心血管疾病等密切相關(guān)，故而保健食品行業(yè)也將微量元素作為重要研究?jī)?nèi)容。硒、鍺、鉻處于無機(jī)形式下活性極低，并有不同程度的毒性，要想將其應(yīng)用于保健品中，首先需在微生物轉(zhuǎn)化法、植物種子發(fā)芽轉(zhuǎn)化法、植物轉(zhuǎn)化法等生物方法的運(yùn)用下將這類無機(jī)形式的元素轉(zhuǎn)化為有機(jī)形式微量元素。相關(guān)研究表明，酵母細(xì)胞對(duì)硒具有富集作用，吸收率約為75%，在特定培養(yǎng)環(huán)境下及各個(gè)階段中將硒加入培養(yǎng)基內(nèi)，使其被酵母充分吸收、利用并轉(zhuǎn)化為酵母細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)硒，通過酵母自溶即可得到有機(jī)形式的微量元素。

2.4 開發(fā)新糖源

隨著人們生活水平的不斷提高，人們的傳統(tǒng)飲食思想也在不斷改變，以往僅是以吃飽、吃好為目標(biāo)的思想已逐漸被吃得更健康、益壽延年的新思想所取代。因此，通過微生物發(fā)酵所制作的新糖源逐漸被大家所認(rèn)識(shí)并接受。相對(duì)于傳統(tǒng)糖而言，新糖源具有更好的口感、更高的甜度及更低的熱量等，可有效滿足糖尿病、肥胖癥和肝腎病患者對(duì)低糖食品的需求。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)在食品領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用，食品行業(yè)在人們?nèi)粘Ｉ钪兴紦?jù)的地位更為顯著。在生物技術(shù)快速發(fā)展的背景下，我們要重視對(duì)發(fā)酵工程技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究，同時(shí)需積極改革食品行業(yè)，為我國(guó)食品領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供動(dòng)力。