發(fā)酵工程在功能性食品中的應(yīng)用

1、功能性食品發(fā)酵工程在功能性食品中的應(yīng)用功能性食品是指強(qiáng)調(diào)其成分對(duì)人體能充分顯示機(jī)體防御功能的工業(yè)化食品“”“”關(guān)鍵作用的、真正具有生理作用的功效成分，或稱活性成分，功能因子。功效成分8 類： 功能性碳水化合物：如真菌多糖、功能性低聚糖、功能性單雙糖。 能性脂類：如-3 和 -6 多不飽和脂肪酸、磷脂等。 氨基酸、肽與蛋白質(zhì)：如牛磺酸、酪蛋白磷肽、降壓肽、免疫球蛋白、酶蛋白等。 維生素和維生素類似物：包括水溶性維生素、油溶性維生素、生物類黃酮等。 礦物元素：包括常量、微量元素等。 植物活性成分：如皂苷、生物堿、萜類化合物、有機(jī)硫化物等。 益生菌：主要是乳酸菌類，尤其是雙歧桿菌。 低能量食品成分：

2、包括蔗糖替代品、脂肪替代品等。轉(zhuǎn)向重點(diǎn)要求微量的功效成分。高新技術(shù)” ”“（即功效成分的生產(chǎn)上， 有8 2.發(fā)酵工程與功能性食品產(chǎn)業(yè)發(fā)酵技術(shù)的沿革傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵技術(shù)天然發(fā)酵主要產(chǎn)品有酒、醋、醬油、泡菜、干酪等，特點(diǎn)是發(fā)酵過程很難人為控制，生產(chǎn)只能憑經(jīng)驗(yàn)，口傳心授。第一代微生物發(fā)酵技術(shù)純培養(yǎng)技術(shù)的建立的初級(jí)代謝產(chǎn)物。第二代（近代）微生物發(fā)酵技術(shù)深層培養(yǎng)技術(shù)可分為兩個(gè)時(shí)期，前一時(shí)期抗生 20 50 代謝控2.2.4 第三代微生物發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵工程（菌 種、發(fā)酵工藝和發(fā)酵設(shè)備的協(xié)調(diào)，根據(jù)發(fā)酵目的對(duì)微生物的采集、分離和選育提出要求， 對(duì)發(fā)酵工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，對(duì)發(fā)酵設(shè)備提出改進(jìn)和配套選型的工程技術(shù)。設(shè)

3、計(jì)以及產(chǎn)品的分離提取和精制等過程。木糖醇的發(fā)酵法生產(chǎn)5060。生物合成法是利用微生物中的還原酶，以木糖為底物醇的分離步驟，是一種很有前途的生產(chǎn)方法。在無機(jī)酸作用下水解成木糖，可作為基質(zhì)。菌種：以木糖為基質(zhì)生產(chǎn)木糖醇，主要考慮2 種酶：一是木糖還原酶（NADPH 或H 為輔酶，一是木糖醇脫氫酶（以或?yàn)檩o酶。選擇木糖醇生產(chǎn)菌種的代謝途徑：木糖 NADPHNADP+木糖醇NAD+NADH木酮糖5磷酸木酮糖單磷酸己糖途徑影響因素通氣率 通氣培養(yǎng)能提高木糖向木糖醇的轉(zhuǎn)化量，因?yàn)槟咎谴嫉纳a(chǎn)直接同生件，在整個(gè)培養(yǎng)過程中介質(zhì)維持高水平的溶解氧會(huì)導(dǎo)致木糖醇氧化成木酮糖。因此，應(yīng)在培養(yǎng)早期維持高水平的溶解氧，然

4、后在產(chǎn)木糖醇的時(shí)期降低微生物的呼吸率。根據(jù)試驗(yàn)初始木糖含量在 80g120gL 比較合適。8 4 16.7gL 30.6gL 。培養(yǎng)基中的其它糖類 往基質(zhì)中加入葡萄糖，會(huì)對(duì)酵母發(fā)酵木糖生成木糖醇含量降低到一定值時(shí)，對(duì)木糖的轉(zhuǎn)化很快又重新開始。這說明其調(diào)節(jié)機(jī)制并不是代謝產(chǎn)物阻遏（阻遏酶合成，而是反饋抑制（抑制酶活性。當(dāng)葡萄糖含量低于 5gL 不會(huì)產(chǎn)生乙醇。而當(dāng)葡萄糖含量超過5gL pH 和溫度假絲酵母菌株最適 pH46，最適溫度范圍 2830。大型真菌的發(fā)酵法生產(chǎn)許多大型真菌含有多種活性物質(zhì)，如多糖、多肽、生物堿、萜類化合物、甾醇、苷類、酚類、酶、維生素、植物激素等。具有提高免疫力、抗腫瘤、抗炎

5、和抗?jié)兊裙π?。大型真菌的深層發(fā)酵是在抗菌素發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與傳統(tǒng)栽培真菌子實(shí) 次性投資大，部分菌絲體缺乏子實(shí)體特有的風(fēng)味。經(jīng)研究認(rèn)為適合于深層發(fā)酵的食用或藥用大型真菌多達(dá) 80 產(chǎn)的尚不太多。發(fā)酵法生產(chǎn)真菌的主要工藝是：母種 搖瓶培養(yǎng) 種子罐發(fā)酵罐深層發(fā)酵。2.2.1 靈芝的發(fā)酵法生產(chǎn)工藝斜面母種一級(jí)搖瓶培養(yǎng)23d）二級(jí)搖瓶培養(yǎng)2628,90r min,2d)種子罐培養(yǎng)接種量 5%,4d）發(fā)酵培養(yǎng)放罐培養(yǎng)基組成（略）培養(yǎng)條件30菌菌絲停止生長(zhǎng)。溫度能影響多糖的產(chǎn)量。在發(fā)酵過程中，前期 030h 以稍高的溫度促進(jìn)菌絲迅速生長(zhǎng)30150h 150h 后，溫度稍提高，以促進(jìn)有效物質(zhì)的分

6、泌。通氣 通氣的目的是保證最好的溶氧性，以提供靈芝菌絲體生長(zhǎng)所需的氧，此外還特別是發(fā)酵初期 絲自溶或原生質(zhì)凝集，導(dǎo)致明顯的代謝變化、產(chǎn)量下降甚至發(fā)酵失敗。攪拌 由于氧難溶于水，為加大其溶解度，必須進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)速 100200r/min， 罐身高，空氣量大， 氧利用率高。由于無機(jī)械攪拌，罐體易保持嚴(yán)密，染菌率低，一般在0.2%以下。0.03%。pH pH pH5.06.0pH4.0 5.4急劇下降到 2.53.5 pH pH 會(huì)急劇下降，而采用花生餅粉蔗糖培養(yǎng)基pH 變化不大。在發(fā)酵中遇到急劇下降或上升，一般加入酸或堿調(diào)節(jié)，加入磷酸鹽作緩沖。菌齡與接種量靈芝深層培養(yǎng)菌種的菌齡一般為 48h 左右

7、,接種量 510，接種量少了會(huì)延長(zhǎng)發(fā)酵周期，接種量太多菌絲老化快，降低有效物質(zhì)的積累，也給后處理帶來困難。維生素C 的發(fā)酵法生產(chǎn)維生素 C，又名 L抗壞血酸，為人體所必需的維生素，并作為許多具有重要生理功能的同時(shí)維生素C 還是一種重要的自由基清除劑，可清除超氧陰離子O 、羥自由基）2和烷過氧基（ROO）等，這些自由基被認(rèn)為與癌癥、心血管疾病等密切相關(guān)。維生素 C 廣泛用于食品、功能性食品、藥品和化妝品中，目前世界總產(chǎn)量每年近 80000t，總值超過 6 億美元，市場(chǎng)前景廣闊。萊氏法工藝一直為生產(chǎn)維生素C 的普遍方法，其基本原理是：D葡萄糖Dft梨醇弱氧化醋酸桿菌Lft梨丙/H2SO4 雙丙酮L

8、ft梨高錳酸雙丙酮L古洛酸水解2酮基古洛酸內(nèi)酯化、烯醇化 L抗壞血酸兩次發(fā)酵工藝由于萊氏工藝路線繁雜冗長(zhǎng)，輔助原料消耗量大，自20 60 年代開始研究重點(diǎn)集中于微生物發(fā)酵，希望能將Dft梨醇或Lft梨糖直接轉(zhuǎn)化為 21969 年開始在微生物發(fā)酵化學(xué)合成法的基礎(chǔ)上進(jìn)行維生素C 的兩次發(fā)酵工藝的研究， 在 1974 伴生菌的自然共生菌絲，兩者共生發(fā)酵時(shí)，能 Lft梨糖直接轉(zhuǎn)化為 2, 生產(chǎn)菌種將 Dft梨醇轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)ft梨糖的微生物除弱氧化醋酸桿菌，還可用生黑醋酸桿菌。將Lft梨糖轉(zhuǎn)化為 2單胞菌共生發(fā)酵外，還可與熒光假單胞菌、雙黃假單胞桿菌和綠葉假單胞菌等共生發(fā)酵。發(fā)酵工藝ft將ft梨醇溶液泵入內(nèi)

9、循環(huán)氣升式發(fā)酵罐中。加水調(diào)節(jié)ft梨醇含量至 1035，通常在發(fā)酵初期濃度較低，待菌體繁殖至對(duì)數(shù)期再提高含量。接種弱氧化醋酸桿菌進(jìn)行發(fā)酵，調(diào)70 80。經(jīng) 1430h 發(fā)酵結(jié)束，ft梨醇得率可達(dá)96.5%，培養(yǎng)基組成（略8010min pH6.77.0，接種氧化葡萄糖酸桿菌和條紋假單胞菌，在 30溫度下進(jìn)行共生發(fā)酵。為保證產(chǎn)酸的正常進(jìn)行應(yīng)定期補(bǔ)充pH7.02036h，將ft梨糖耗盡，發(fā)酵達(dá)到終點(diǎn)。后可得 244.5%46.7%。共生發(fā)酵種子和發(fā)酵罐培養(yǎng)基（略）2.3.5 發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C 的研究進(jìn)展 2酮基L古洛糖酸轉(zhuǎn)化率的提高Lft梨糖生物氧化成2ft梨糖酮 脫氫酶所催化，生成Lft梨糖酮中

10、間體，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，然后經(jīng)胞內(nèi)脫氫酶進(jìn)一步作用，在 細(xì)胞質(zhì)ft梨糖酮還原酶和ft6磷酸葡萄糖，進(jìn)入糖醛酸途徑，生成尿苷二磷酸葡萄糖醛酸P 葡萄糖醛酸，再經(jīng)糖醛酸還,NADPH 為氫供體還原成LL古洛糖酸內(nèi)酯，最后由 L古洛糖酸內(nèi)酯氧化酶氧化成抗壞血酸。靈長(zhǎng)目動(dòng)物和人因?yàn)槿狈古洛糖酸內(nèi)葡 艾杜糖醛酸。國(guó)外有研究將李氏醋桿菌細(xì)胞膜界面上的ft梨糖酮脫氫酶基因ftLft梨糖氧化為 235。在發(fā)酵過程中，由于 艾杜糖醛酸的生成，導(dǎo)致 2下降。通過化學(xué)誘變，可使 艾杜糖醛酸的合成數(shù)量大幅度減少，從而提高 2古洛糖酸的得率。另外，也有人提出通過 2,5D葡萄糖酸途徑，來合成 2酮基L古洛糖酸。先由歐文氏菌

11、突變株將葡萄糖轉(zhuǎn)化為 2,5D葡萄糖酸，然后將整個(gè)培養(yǎng)基285， 210.5g/L。由 2酮基L古洛糖酸生物轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)抗壞血酸傳統(tǒng)工藝中， 2酮基L古洛糖酸可通過兩條化學(xué)途徑轉(zhuǎn)化為 L抗壞血酸： 一是 2酮基L古洛糖酸在強(qiáng)酸下酯化成甲基2酮基L古洛糖酸，然后與堿反應(yīng)生成抗壞血酸金屬鹽，最后酸化為抗壞血酸。此法反應(yīng)步驟較多，且需要使用較多的氣態(tài)HCL。二是采用一步法，將 2酮基L古洛糖酸直接轉(zhuǎn)化為 L抗壞血酸，但需要非常昂貴的處理裝置和特殊的純化步驟。故兩種方法均不理想。目前正在嘗試通過生物技術(shù)來繞過這些問題。有人研究用水解酶催化 2酮基L古洛糖酸生成L抗壞血酸，并申請(qǐng)了專利。另外，也有報(bào)道已經(jīng)分離了能夠直接將 2酮基L古洛糖酸生成L抗壞血酸的酵母。多不飽和脂肪酸的發(fā)酵法多不飽和脂肪酸是指含有二個(gè)或二個(gè)以上雙鍵且碳原子數(shù)為1622 的直鏈脂肪酸。根據(jù)其距離脂肪酸中性末端端）的第一個(gè)雙鍵位置，可