淺析發(fā)酵食品生產(chǎn)中現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用

崔杰

摘要：現(xiàn)代生物技術(shù)包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程等領(lǐng)域。在我國的工業(yè)食品中，生物技術(shù)工業(yè)化產(chǎn)品占相當(dāng)大的比重。近年來，葡萄酒及新型發(fā)酵制品、釀造制品產(chǎn)值占工業(yè)食品總產(chǎn)值的17%?，F(xiàn)代生物技術(shù)在發(fā)酵食品領(lǐng)域有著廣闊的市場和發(fā)展前景。本文主要介紹現(xiàn)代生物技術(shù)在發(fā)酵食品生產(chǎn)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù);基因工程;細(xì)胞工程;酶工程;發(fā)酵食品

前言

生物技術(shù)是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物機體、生物系統(tǒng)創(chuàng)造新物種，并與工程原理相結(jié)合，加工生產(chǎn)生物制品的綜合性科學(xué)技術(shù)。在我國的工業(yè)食品中，生物技術(shù)工業(yè)化產(chǎn)品占有相當(dāng)大的比重。在食品發(fā)酵生產(chǎn)中應(yīng)用生物技術(shù)可以提高發(fā)酵劑的性能，縮短發(fā)酵周期，豐富發(fā)酵制品的種類。本文闡述了基因工程、細(xì)胞工程、酶工程等現(xiàn)代生物技術(shù)在食品發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用。

一.現(xiàn)代生物技術(shù)在發(fā)酵食品生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.基因工程技術(shù)在發(fā)酵食品生產(chǎn)中的應(yīng)用

基因工程技術(shù)是現(xiàn)代生食品 物技術(shù)的核心內(nèi)容，采用類似工程設(shè)計的方法，按照人類的特殊需要，將具有遺傳性的目的基因在離體條件下進(jìn)行剪切、組合、拼接，再將人工重組的基因通過載體導(dǎo)入受體細(xì)胞，進(jìn)行無性繁殖，并使目的基因在受體細(xì)胞中快速表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的產(chǎn)品或組建成新的生物類型。發(fā)酵食品生產(chǎn)的關(guān)鍵是優(yōu)良菌株的獲取，除選用常用的誘變、雜交和原生質(zhì)體融合等傳統(tǒng)方法外，還可與基因工程結(jié)合，進(jìn)行改造生產(chǎn)菌種。

1.1 改良面包酵母菌的性能

面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。將優(yōu)良酶基因轉(zhuǎn)入面包酵母菌中后，其含有的麥芽糖透性酶及麥芽糖的含量比普通面包酵母顯著提高，面包加工中產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w量提高，應(yīng)用改良后的酵母菌種可生產(chǎn)出膨潤松軟的面包。

1.2改良釀酒酵母菌的性能

利用基因工程技術(shù)培育出新的釀酒酵母菌株，用以改進(jìn)傳統(tǒng)的釀酒工藝，并使之多樣化。采用基因工程技術(shù)將大麥中的淀粉酶基因轉(zhuǎn)入啤酒酵母中后，即直接利用淀粉發(fā)酵，使生產(chǎn)流程縮短，工序簡化，革新啤酒生產(chǎn)工藝。目前，已成功地選育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜殺啤酒酵母菌株 提高生香物質(zhì)含量的啤酒酵母菌株。

1.3改良乳酸菌發(fā)酵劑的性能

乳酸菌是一類能代謝產(chǎn)生乳酸，降低發(fā)酵產(chǎn)品pH值的一類微生物。乳酸菌基因表達(dá)系統(tǒng)分為組成型表達(dá)和受控表達(dá)兩種類型，其中受控表達(dá)系統(tǒng)包括糖誘導(dǎo)系統(tǒng)、Nisin誘導(dǎo)系統(tǒng)、pH誘導(dǎo)系統(tǒng)和噬菌體衍生系統(tǒng)。相對于乳酸乳球菌和嗜熱鏈球菌而言，德氏乳桿菌的基因研究比較缺乏，不過已經(jīng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒pN42和PJBL2用于構(gòu)建德氏乳桿菌的克隆載體。研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌基因突變有兩種方法：第一種方法涉及（同源或異源的）可獨立復(fù)制的轉(zhuǎn)座子，第二種方法是依賴于克隆的基因組DNA片斷和染色體上的同源部位的重組整合而獲得。通過基因工程得到的乳酸菌發(fā)酵劑具有優(yōu)良的發(fā)酵性能，產(chǎn)雙乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的穩(wěn)定形成能力、抗雜菌和病原菌的能力較強[10-12]。

2.細(xì)胞工程技術(shù)在發(fā)酵食品生產(chǎn)中的應(yīng)用

細(xì)胞工程是生物工程的主要組成部分之一，產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代末至80年代初，是在細(xì)胞水平上改變細(xì)胞的遺傳特性或通過大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)以獲得人們所需物質(zhì)的技術(shù)過程。細(xì)胞工程主要有細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合及細(xì)胞代謝物的生產(chǎn)等。細(xì)胞融合是在外力（誘導(dǎo)劑或促融劑）作用下，使兩個或兩個以上的異源（種、屬間） 細(xì)胞或原生質(zhì)體相互接觸，從而發(fā)生膜融合、胞質(zhì)融合和核融合并形成雜

種細(xì)胞的現(xiàn)象。細(xì)胞融合技術(shù)是一種改良微生物發(fā)酵菌種的有效方法，主要用于改良微生物菌種特性、提高目的產(chǎn)物的產(chǎn)量、使菌種獲得新的性狀、合成新產(chǎn)物等。與基因工程技術(shù)結(jié)合，使對遺傳物質(zhì)進(jìn)一步修飾提供了多樣的可能性。例如日本味之素公司應(yīng)用細(xì)胞融合技術(shù)使產(chǎn)生氨基酸的短桿菌雜交，獲得比原產(chǎn)量高3倍的賴氨酸產(chǎn)生菌和蘇氨酸高產(chǎn)新菌株。釀酒酵母和糖化酵母的種間雜交，分離子后代中個別菌株具有糖化和發(fā)酵的雙重能力。日本國稅廳釀造試驗所用該技術(shù)獲得了優(yōu)良的高性能謝利酵母來釀制西班牙謝利白葡萄酒獲得了成功。目前，微生物細(xì)胞融合的對象已擴展到酵母、霉菌、細(xì)菌、放線菌等多種微生物的種間以至屬間，不斷培育出用于各種領(lǐng)域的新菌種。

3.酶工程技術(shù)在食品發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用

酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有高效催化功能、高度專一性和高度受控性的一類特殊生物催化劑。酶工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的一個重要組成部分，酶工程又稱酶反應(yīng)技術(shù)，是在一定的生物反應(yīng)器內(nèi)，利用生物酶作為催化劑，使某些物質(zhì)定向轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)，包括酶的研制與生產(chǎn)，酶和細(xì)胞或細(xì)胞器的固定化技術(shù)，酶分子的修飾改造，以及生物傳感器等。酶工程技術(shù)在發(fā)酵生產(chǎn)中主要用于兩個方面，一是用酶技術(shù)處理發(fā)酵原料，有利于發(fā)酵過程的進(jìn)行。如啤酒釀制過程，主要原料麥芽的質(zhì)量欠佳或大麥、大米等輔助原料使用量較大時，會造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纖維素酶的活力不足，使糖化不充分、蛋白質(zhì)降解不足，從而減慢發(fā)酵速度，影響啤酒的風(fēng)味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制劑，可補充麥芽中足的缺陷，提高麥汁的可發(fā)酵度和麥汁糖化的組分，縮短糖化時間，減少麥皮中色素、單寧等不良雜質(zhì)在糖化過程中浸出，從而降低麥汁色澤。二是用酶來處理發(fā)酵菌種的代謝產(chǎn)物，縮短發(fā)酵過程，促進(jìn)發(fā)酵風(fēng)味的形成。啤酒中的雙乙酰是影響啤酒風(fēng)味的主要因素，是判斷啤酒成熟的主要指標(biāo)。當(dāng)啤酒中雙乙酰的濃度超過閾值時，就會產(chǎn)生一種不愉快的餿酸味。雙乙酰是由酵母繁殖時生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羥基丁酸氧化脫羧而成的，一般在啤酒發(fā)酵后期還原雙乙酰需要約5～10d的時間。崔進(jìn)梅等報道，發(fā)酵罐中加入α-乙酰乳酸脫羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮，可縮短發(fā)酵周期，減少雙乙酰含量[17]。

結(jié)束語

傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用由來已久， 如傳統(tǒng)的釀酒、發(fā)酵肉制品、發(fā)酵豆制品、發(fā)酵奶制品和發(fā)酵調(diào)味品等。應(yīng)用現(xiàn)代微生物發(fā)酵工程技術(shù)不僅可以更好地生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵制品， 而且對于發(fā)酵生產(chǎn)現(xiàn)代的酶制劑、氨基酸、菌體蛋白、食品添加劑等食用產(chǎn)品具有重要意義。

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