生物工程及其在發(fā)酵工業(yè)上的應(yīng)用

齊俊平

摘 要：發(fā)酵技術(shù)在生物工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，各種發(fā)酵技術(shù)不斷出現(xiàn)，有效滿足了食品加工的需要。目前生物工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)離不開發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)發(fā)酵技術(shù)在生物工業(yè)中的應(yīng)用研究。中國論文網(wǎng)

關(guān)鍵詞：酶工程；食品工業(yè)；應(yīng)用

1重要性

隨著發(fā)酵酶作用和微生物學(xué)的發(fā)展，發(fā)酵技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。二次世界大戰(zhàn)期間，經(jīng)過英美兩國科學(xué)家的共同努力，較大規(guī)模的微生物深層發(fā)酵技術(shù)開發(fā)成功，開始大量生產(chǎn)青霉素。現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)相對于傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵技術(shù)，菌種明確，不易感染雜菌，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且生產(chǎn)率較高；又不像液態(tài)發(fā)酵那樣，需要較大的生產(chǎn)規(guī)模，會(huì)產(chǎn)生大量的廢液，可以達(dá)到節(jié)水、節(jié)能的目的，逐步受到世界各國的重視。

2現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的特性

固態(tài)發(fā)酵是指在幾乎無自由水存在或有一定濕度的水不溶性固態(tài)基質(zhì)中，用一種或多種微生物發(fā)酵的一個(gè)生物反應(yīng)過程。固態(tài)發(fā)酵中固態(tài)基質(zhì)既是微生物生長代謝所需的碳素及其它營養(yǎng)物質(zhì)和能量的來源，又是微生物生長的環(huán)境?，F(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)是指在固態(tài)基質(zhì)中進(jìn)行純種大規(guī)模培養(yǎng)微生物的工藝過程。

液態(tài)發(fā)酵需要溶解氧來滿足微生物生長需要，能耗較大，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)可以克服液態(tài)發(fā)酵技術(shù)能耗大的不足。傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵勞動(dòng)強(qiáng)度與占地面積大，采用厭氧發(fā)酵、非純種培養(yǎng)方式，憑經(jīng)驗(yàn)傳授技術(shù)致使產(chǎn)出率較低和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)采用密閉的固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵，使用純種單一菌株或限定菌株混合發(fā)酵，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，但需要無菌處理發(fā)酵原料，會(huì)增加操作費(fèi)用和設(shè)備投資。

3應(yīng)用

1、單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)

單細(xì)胞蛋白（Sole Cell Protein，SCP）主要指酵母、細(xì)菌、真菌等微生物蛋白質(zhì)資源。人們已公認(rèn)SCP是最具應(yīng)用前景的蛋白質(zhì)新資源之一，是因?yàn)槲⑸锞w的蛋白質(zhì)含量高，同時(shí)還含有多種維生素。這對于解決世界蛋白質(zhì)資源不足問題方面將發(fā)揮重要作用。同時(shí)也有一些是采用細(xì)菌、絲狀真菌和放線菌等菌種?，F(xiàn)在許多國家都在積極進(jìn)行球藻及螺旋藻SCP的開發(fā)，走在前列的是美國、日本、墨西哥等國，他們所生產(chǎn)的螺旋藻食品既是高級營養(yǎng)品，又是減肥品，在國際市場上很受歡迎。我國螺旋藻的開發(fā)研究始于20世紀(jì)70年代，到目前為止，已建立了大規(guī)模的養(yǎng)殖生產(chǎn)基地。

2、功能性食品的開發(fā)

功能性食品是指在特定食品中含有某些有效成分，它們具有對人體生理作用產(chǎn)生功能性影響及調(diào)節(jié)之功效，以實(shí)現(xiàn)“醫(yī)食同源”的目的。不僅能夠調(diào)節(jié)膳食結(jié)構(gòu)，而且能夠益壽延年。因此，這類功能性食品在保健食品產(chǎn)業(yè)中形成了一個(gè)新的主流。

3、微生物油脂的生產(chǎn)

人們?nèi)粘Ｊ秤玫挠椭蟛糠质怯芍ヂ?、花生、油菜子、大豆等油料作物榨取的植物油脂，還有一部分是由豬、牛及羊等動(dòng)物熬制的動(dòng)物油脂，很少考慮到微生物油脂。其實(shí)，在許多微生物中都含有油脂，含油率從最低的2%～3%到60%～70%，且大多數(shù)微生物油脂富含多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated Fat Acids，PUFA），有益于人體健康。目前，富含AA和DHA的微生物油脂已在美國、日本、英國、法國等國上市，微生物油脂的應(yīng)用已形成趨勢。

4、新糖源的開發(fā)

微生物發(fā)酵生產(chǎn)的新型強(qiáng)力甜味劑有甜度高、熱量低的特點(diǎn)，能夠滿足肥胖癥、肝腎病以及糖尿病人對低糖食品的要求。其產(chǎn)生的真菌中所含多糖如金針菇多糖、銀耳多糖、香菇多糖、靈芝多糖、猴頭菇多糖、茯苓多糖、蟲草多糖等，具有免疫激活、抗腫瘤、抗衰老、降血糖、降血脂、保肝、防血栓等多種功能。以上真菌的菌絲體可采取深層發(fā)酵培養(yǎng)制取，然后提取真菌多糖，并且淀粉經(jīng)酶解成葡萄糖后，由嗜高滲酵母發(fā)酵后經(jīng)過濃縮、結(jié)晶、分離、干燥等過程制得赤蘚糖醇。

5、發(fā)酵飲料的生產(chǎn)與改良

在食品工業(yè)領(lǐng)域中，發(fā)酵飲料主要指的是以動(dòng)物乳作為主要原材料，通過酵母菌、乳酸菌等微生物活動(dòng)去完成生產(chǎn)的飲用產(chǎn)品，例如：紅狀元、酸奶等。發(fā)酵飲料有著非常高的營養(yǎng)價(jià)值，而且具有獨(dú)特的口味，是廣大消費(fèi)者所喜愛的食品之一。其中植物蛋白發(fā)酵飲料是利用高蛋白含量的核果類與乳酸菌接種制作而成，由于它容易被人體吸收，所以在消費(fèi)者中得到了一致的好評。在較為常見的啤酒制作過程中，也應(yīng)用了酵母菌去縮短發(fā)酵時(shí)間，提升發(fā)酵質(zhì)量。從這里可以看出，生物工程技術(shù)在飲料的生產(chǎn)和改良過程中有著非常廣泛的應(yīng)用。

4發(fā)酵技術(shù)在有肥料方面的應(yīng)用

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，目前糧食的產(chǎn)量在不斷的增長，因此大量的農(nóng)業(yè)秸稈廢棄物也出現(xiàn)。根據(jù)最新的資料顯示，目前我國每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈高達(dá)6億噸左右。在這些廢棄的農(nóng)業(yè)秸稈中，3分之二的秸稈可以被收集利用。由于這些秸稈物中含有豐富的微量元素，比如：氮、磷、鉀等，因此開發(fā)的價(jià)值很大，其中蘊(yùn)含著豐富的資源。人們的生活水平在不斷的提高，因此對蛋奶以及肉的需求量越來越高。在此情況下，我國的養(yǎng)殖業(yè)迎來了一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇，因此發(fā)展迅速。豬、牛、羊、雞、鴨等的出欄率在逐年攀升，存欄率也是一樣。市場的需求也得到基本的滿足?？梢哉f，養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展讓市場的供求關(guān)系得到改善，但是隨之也產(chǎn)生了一些問題，比如：大量的禽畜糞便如何處理以及有效的再次使用。北方這一問題還不是很嚴(yán)重，但是在南方卻又為突出。養(yǎng)殖場產(chǎn)生了大量的糞便，這些糞便被隨意的丟棄于河流中，這樣臭氣熏天，環(huán)境遭到了極大的污染。資源被白白的浪費(fèi)，環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重的下降。

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，目前農(nóng)業(yè)在不斷的發(fā)展，因此農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)地位也得到了不斷的鞏固。農(nóng)業(yè)的種植結(jié)構(gòu)也在不斷的調(diào)整，因此結(jié)構(gòu)變化比較明顯、傳統(tǒng)的一些經(jīng)濟(jì)作物的面積在不斷的下降，比如：水稻。因此，其他的一些作物的增長則比較快，比如一些高附加值的作物。谷物的種植面積的波動(dòng)比較大，其中水稻下降的趨勢比較明顯，而蔬菜的播種面積一直在增加。水果的種植面積盡管有波動(dòng)，但是一直保持平穩(wěn)的趨勢，變化不大。農(nóng)民的收入主要依賴塑料大棚以及溫室等。

長期以來，輕農(nóng)肥、重化肥的思維已經(jīng)在農(nóng)民心中根深蒂固，長期使用化肥會(huì)讓土壤板結(jié)、有機(jī)質(zhì)大大下降、另外微生物匱乏。因此，應(yīng)該使用有機(jī)肥。有機(jī)肥料生產(chǎn)工藝。生物發(fā)酵是有機(jī)肥生產(chǎn)的主要工藝，目前的方法是使用二段過程，也就是先使用耗氧發(fā)酵，然后使用厭氧發(fā)酵。過程如下：農(nóng)業(yè)秸桿、禽畜糞便→粉碎→生物厭氧發(fā)酵→造?！稍铩Q重包裝。

5應(yīng)用前景展望

1、進(jìn)一步研究食品添加劑新品種

（1）用生物法來取代化學(xué)合成的食品添加劑，并需要對香精香料、天然色素、保鮮劑、防腐劑等進(jìn)行進(jìn)一步的研發(fā)；（2）加大對功能性食品添加劑的研發(fā)力度，如具有延緩衰老、耐缺氧、抗輻射、免疫調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)血脂、抗疲勞、調(diào)整腸胃功能等。

2、開發(fā)微生物保健食品

由于食醋、飲料、醬油、酒、蘑菇等微生物食品具有非常悠久的發(fā)展歷史，它們與酵母片劑、雙歧桿菌飲料、發(fā)酵乳制品等一般具有非常廣闊的發(fā)展前景，此時(shí)就可以借助生物技術(shù)所具備的獨(dú)特特點(diǎn)，來對其進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。與其他經(jīng)濟(jì)作物相比，食用菌的投入與產(chǎn)出比非常高，其不僅具有非常豐富的營養(yǎng)，而且還具備一定的保健功能，可用于微生物保健食品的開發(fā)。

3、開發(fā)某些蟲類高蛋白食品

昆蟲蛋白質(zhì)屬于目前比較優(yōu)質(zhì)的新食物源，與雞蛋蛋白相比，其氨基酸組成非常相似，因此被稱之為完全蛋白。如中蟋蟀、華稻蝗、蟬、蝴蝶、螞蟻等生物的蛋白質(zhì)占據(jù)其自身干質(zhì)量的75%、73.5%、72%、71%和67%，因此具有非常高的食用價(jià)值，可以加大對其開發(fā)的力度。實(shí)際上，昆蟲食物已經(jīng)逐漸發(fā)展成為人類生活中比較理想的高營養(yǎng)食品，因此可以借助生物技術(shù)來加大對某些蟲類高蛋白食品的研發(fā)，具有非常廣闊的發(fā)展前景。

6結(jié)語

總的來說，發(fā)酵技術(shù)在生物工程技術(shù)的應(yīng)用將我國的生物工業(yè)領(lǐng)域推向了另一個(gè)高度，同時(shí)推動(dòng)著我國的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王長城.生物工程技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].商品與質(zhì)量，2016（17）.

[2]董磊，關(guān)聰.生物工程技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2013（12）.

（作者單位：浙江夢家園生物科技股份有限公司）