术在食品添加剂及配料产业中的应用

现代生物技术在食品添加剂及配料产业中的应用

姚．继承

（武汉佳成生物制品有限公司，武汉４３００６３）

摘要：现代生物技术在食品添加剂及配料产业中的应用，不仅促进了该行业的迅猛发展，同时，为该行业今后的发展打开了无限的想象空间。根据生物技术所包含的基因工程、细胞工程、酶Ｔ程、发酵工程和生化工程等五大范畴来简要论述了现代生物技术在食品添加剂及配料产业中的应用现状与展望。

关键词：食品添加剂；食品配料；生物技术；生物工程；基因工程；细胞工程；发酵工程；生化工程；酶工程

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食品工业是关系国计民生的生命工业，也是一个国家、一个民族经济发展水平和人民生活质量的重要标志。经过改革开放２０多年的快速发展，我国食品工业已经成为国民经济的重要产业，在经济社会发展中具有举足轻重的地位和作

用。特别是“十五”时期，在相关科技攻关计划

项目的支持下，食品工业呈现出快速发展的势头，成为国民经济发展中增长最快、最具活力的产业之一，中国食品工业总产值已连续十年位居国民经济各行业之首。１９９９年全国食品工业总产值为７８２８亿元，到２００４年已达到１６１００亿元，仅五年的时间中国食品工业总产值翻了一番多。与２００３年同比增长２６．２％；利税总额２７００亿元，同比增长２３．１％；实现利润８４１亿元，同比

增长３１．０１％；进出口总额４１０亿美元，同比增长２６％，整个行业展现出持续高速增长的态势。食品添加剂及配料产业作为现代食品工业的核心组成，在食品工业的产业升级中发挥着不可或缺的主导作用，可以说，“没有现代化的食品添加剂，就没有现代化的食品工业”。

近年来在中国快速发展的食品添加剂及配料产业中，发展最为迅猛的当属生物食品添加剂及配料产业，２００４年我国生物食品添加剂及配料产业的工业产值约５６０亿元，占食品工业总产值的３．５％，总产量达１０００万吨，一批主要产品的生产规模和技术水平已居世界前列。中国生物食品添加剂及配料产业已成为现代生物技术在工业部门应用并带动关联产业发展和升级的成功范例。

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２基Ｉ玉ｌ＇ｒ程在食品添加剂及配料产业中的学变化。由于酶的作用专一性强，催化效率高，应用作用条件温和等特点。酶的应用不仅可增强产基因工程研究的是对某种目的产物在体内的量，提高质量，降低原材料和能源消耗，改善劳合成途径，其关键性代谢步骤、关键基因及其分动条件，降低成本，甚至可以生产出其他方法难离鉴别进行研究，采用自然条件下或过程中不可以得到的产品，促进新产品，新技术和新工艺的能发生的方法改变生物体的分子式或细胞生物学迅速发展。

性状。主要包括重组ＤＮＡ、基因缺失、基因加利用基因工程技术不仅可以大幅度提高现有倍、导入外源基因以及改变基因位置等分子生物的酶活力，而且还可将生物酶基因克隆到微生物手段，使某种特定性能得以强烈表达，从而使目．体中，构建新的基因菌，使许多酶基因得以克隆的产物产量大幅度提高的整个工程技术。和表达，近年来在这些方面取得很大的进展，成２．１基因工程技术开发生产新型的食品用酶功克隆出许多新型的食品工业等应用的酶（见表酶是生物细胞产生的有催化活性的蛋白质或２）。

多肽，它参与生物体或食品加工过程中的各种化

表２近年成功克隆的新型食品用酶

２基因工程在食品添加剂及配料产业中的应用

基因工程研究的是对某种目的产物在体内的合成途径，其关键性代谢步骤、关键基因及其分离鉴别进行研究，采用自然条件下或过程中不可能发生的方法改变生物体的分子式或细胞生物学性状。主要包括重组ＤＮＡ、基因缺失、基因加倍、导入外源基因以及改变基因位置等分子生物手段，使某种特定性能得以强烈表达，从而使目的产物产量大幅度提高的整个工程技术。

２．１基因工程技术开发生产新型的食品用酶酶是生物细胞产生的有催化活性的蛋白质或多肽，它参与生物体或食品加工过程中的各种化学变化。由于酶的作用专一性强，催化效率高，作用条件温和等特点。酶的应用不仅可增强产量，提高质量，降低原材料和能源消耗，改善劳动条件，降低成本，甚至可以生产出其他方法难以得到的产品，促进新产品，新技术和新工艺的迅速发展。

利用基因工程技术不仅可以大幅度提高现有的酶活力，而且还可将生物酶基因克隆到微生物体中，构建新的基因菌，使许多酶基因得以克隆和表达，近年来在这些方面取得很大的进展，成功克隆出许多新型的食品工业等应用的酶（见表２）。

表２近年成功克隆的新型食品用酶

由于转基因微生物生产酶制剂价值高、品质均匀、稳定性好、价格低廉等许多优点，目前世界上很多企业已成功应用转基因微生物生产食品酶制剂，最知名转基因酶制剂的企业有丹麦的诺维信公司及荷兰的Ｇｉｓｔ—Ｂｒｏｃａｄｅｓ公司等（见表３、表４、表５）。

表４丹麦诺维信公司利用转基因微生物生产的食品酶制剂

酶制剂生产菌基因来源用途ａ一乙酰乙酸脱羧酶ｂａｃ／／ｕｓｓｕｂｔ／／／ｓＢａｃｉｌｌｕｓｓｐ．饮料ａ一淀粉酶ｂａｃ／／ｌｕｓｓｕｂｔ／］／ｓＢａｃｉｌｌｕｓｓｐ．谷物、淀粉、饮料

ａ一淀粉酶缸硎ⅥｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓＢａｃｉｌｌｕｓ８ｐ谷物、淀粉、蔬菜、饮料、糖、面包过氧化氢酶ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｎｉｇｅｒＡｓｐｅｒｇｉｌｈｓｓｐ．牛乳、蛋凝乳酶ａｓｔＭｒｇｉｌｔｕｓｎｉｇｅｒｔ％删ａｍｏｒｉｃａｌｆｓｔｏｍａｃｈ干酪

凝乳酶Ｉｄｕｖｅｒｏｍｙｃｅｓｌａｃｔｉｓｃａｌｆｓｔｏｍａｃｈ干酪

环状麦芽糊精葡萄糖基转移酶缸ｃ溉ⅡｌｉｅｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓＴｈｅｒｍｏａｎａｅｍｂａｃｔｅｒｓｐ．谷物、淀粉ａ一葡聚糖酶ｂａｃｉｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓＢａｃｉｌｕｓｓｐ．谷物、淀粉、饮料

谷物、淀粉、减肥食品Ｂ一葡聚糖酶ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉＴｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｓｐ．

葡萄糖异构酶ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｌｉｖｉｄａｎｓＡｃｔｉｎｏｐｌａｎｅｓｓｐ．谷物、淀粉

葡萄糖异构酶ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｒｕｂｉｇｏｎｏｓｕｓＳｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｓｐ谷物、淀粉

葡萄糖异构酶ａｓｐｅｒｇｉＵｕｓｎｉｇｅｒＡｓｐｅｒｇｉｌｈｓｓｐ．蛋、饮料、面包、沙拉脂酶ａｓｐｅｒｇ／／ｌｕｓＯ／＂ｙ＇ｇｇｌ＂Ｃａｎｄｉｄａｓｐ．油脂

脂酶ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｏｒｙ＇ｇｔ”Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒｓｐ．油脂

脂酶删口喇盯叫ｏｒｙｚａｅＴｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓｓｐ油脂、面包麦芽糖基因的ａ一淀粉酶ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓＢａｃｉｌｌｕｓ谷物、淀粉、饮料蛋白酶ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｏｒｙＴ．ｔＭＲｈｉｚｏｍｕｃｏｒ叩．干酪

蛋白酶ｂａｃｉｌｍｓｕｂｔｉｌｉｓＢａｃｉｌｌｕｓｓｐ．肉、鱼、谷物、淀粉、饮料、面包

蛋白酶ｂａｃｉｌｌｕｓｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓＢａｃｉｌｌｕｓｓｐ．肉、鱼支链淀粉酶ｂａｃｉｌｕｓｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓＢａｃｉｈｓｓｐ．谷物、淀粉

支链淀粉酶ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａｐｌａｎｉｃｏｌａＫｌｅｂｓｉｅｌｌａｓｐ．谷物、淀粉、饮料

木聚糖酶ａｓｐｅｒｇｉｌｕｓａｉｇｅｒＡｓｐｅｒｇｉｌｈｓ叩．谷物、淀粉

木聚糖酶ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｎｉｇｅｒＴｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓｓｐ．面包、谷物、淀粉

木聚搪酶删，州ｋｎｉｇｅｒＡｓｐｅｒｇｉｌｌｍｓｐ．Ｖａｔ＂．ａｗａｍｏｒｉ面包

木聚糖酶唧ｅｒｇｉｌｌｕｓｎｉｇｅｒＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ印．谷物、淀粉、饮料

木聚糖酶ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓＢａｃｉｌｌｕｓｓｐ．谷物、淀粉、饮料

木聚糖酶ｔｒ／ｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉＴｒｉｃｈｏｄｅｎｎａｓｐ．谷物、淀粉、饮料——————－——————————＿—●——————————————————————————————●———————————————————————————————————————————一一

表５其它公司利用转基因微生物生产的食品酶制剂

酶制剂生产菌基因来源公司

蛋白酶ｐｓｅｕｄｏｍｏｎｕｓｓｐ．Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ?Ｇｅｎｅｎｅｏｒ

蛋白酶ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ删——Ｕｎｉｌｅｖｅｒ枯草杆菌蛋白酶ｂａｃ／／ｌｕｓｓｐ．Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｐ．Ｃ，ｅｎｅ“ｃｏｔ凝乳酶∞棚ｆ妇ＣａｌｆｓｔｏｍａｃｈＧｅｎｅｎｃｏｒ

凝乳酶ｅ镕ｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ．ＣａｌｆｓｔｏｍａｃｈＰｆｉｚｅｒ

木聚糖酶ｕｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ删————

半纤维素酶ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｎ‘ｇｅｒｖａｒ，ａｗａｍｏｒｉＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｎｉｇｅｒＶ札ａｗａｍｏｆｉＱｕｅｓｔＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

半纤维素酶ｂａｃ／／／ｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓＢａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓＲｏｈｍ

２．２基因工程在香精香料中的应用

Ｕ．Ｋｒｉｎｇｓｅｔａ１．利用野生假单胞菌（ｐｓｅｕｄｏ—ｍｏｎｏ阽ｐｕｔｉｄａ）作为宿主，向其引入一个编码单萜转化酶的基因，从而使之成为具有特殊催化功能的基因工程菌，来将单萜转化为具有强烈香味活性的功能性氧化产品。

ＫＢｒａｎｄｔ，ｅｔａ１．对丁子香酚降解菌假单胞菌Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ．０ＰＳｌ）中的丁子香酚羟化酶基因（ｅｈｙＡ／ｅｈｙＢ）进行了研究。

Ｓ．Ａｃｈｔｅｒｈｏｈ，ｅｔａｌ研究了能将阿魏酸转化为香兰Ａｍｙｃｏｌａｔｏｐｓｉｓｓｐ．ＨＲ１６７的基因。

Ｊ．Ｏｖｅｒｈａｇｅ通过破坏香兰素脱氢酶（ｖｄｈ）基因构建的假单胞菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ．ＨＲｌ９９），用于将丁子香酚转化为香兰素。

ＳＩ．Ｇａｒｌａｎｄ等利用ＰＣＲ标记大米的香精基因，对大米香精进行了基因水平的研究。

３细胞工程在食品添加剂及配料产业中的应用

细胞工程出现于２０世纪７０年代末至８０年代初，以细胞生物学的方法，按照人们预定的设计，在细胞水平上改变细胞的遗传特性或有计划地改造遗传物质和细胞培养技术，通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术工程。细胞工程包括细胞融合技术、动物细胞工程、植物细胞工程（又称为植物组织培养）等内容。

３．１细胞融合技术

细胞融合技术是指在外力（诱导剂或促融剂）作用下，两个或两个以上的异源（种、属间）细胞或原生质体相互为基础，从而发生膜融合。胞质融合或核融合并形成杂种细胞的现象称为细胞融合（ｃｅｌｌｆｕｓｉｏｎ）或细胞杂交（ｃｅｌｌｈｙ?ｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）ｏ

自１９７５年原生质体融合技术运用于微生物中，匈牙利的Ｆｅｒｅｎｃｚｙ首先报道ＰＥＧ促进真菌融合，以后的成功报道涉及酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种问直至属间。以此获得了许多优良的应用于食品添加剂的新型微生物菌种和代谢产物。

３．２细胞融合技术开发功能食品配料

龚加顺等利用紫花曼陀罗细胞悬浮培养转化外源对羟基苯甲醛合成天麻素，并应用多种色谱技术进行分离纯化，根据转化产物的理化性质和光谱数据分析鉴定结构，实验表明，紫花曼陀罗细胞成功将对羟基苯甲醛转化为天麻素（Ⅱ），同时也得到了由对羟基苯甲醛生成天麻素的转化中间体对羟基苯甲醇（Ｉ）。

利用人参细胞培养生产人参皂昔及其它活性成分已实现工业化。灵芝、冬虫夏草菌发酵培养也取得了成功，如河北省科学院微生物研究所等筛选出繁殖快、生物量高的优良灵芝菌株，应用于深层液体发酵和提取成功，建立了一整套发酵和提取新工艺。人工发酵培养虫草菌已在中国医学科学院药物研究所实现，成果显著，分析产品的化学成分和药力等方面，与天然虫草类同。３．３细胞工程在开发香精香料中的应用

香荚兰（Ｖａｎｉｌｌａ）是世界上用得最广的香料。目前可利用植物细胞培养技术进行生产，在植物细胞培养产生香兰素时，向培养基中添加一些植物激素，如２，４一二氯苯氧乙酸（２，４一ｄｉ—ｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｏｘｙａｃｅｔｉｃ，２，４一Ｄ），苄基腺嘌呤（ｂｅｎｚｙｌａｄｅｎｉｎｅ，ＢＡ）和萘乙酸（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅａｃｅｔｉｃａｃｉｄ，ＮＡＡ）等，愈伤组织发生率大大提高，而且所形成的愈伤组织的继代培养生长较好。

张树珍等进行了香荚兰的细胞培养，将香荚兰的幼茎在Ｍｓ＋Ｂ舢斗ｇ／ｍＬ＋５斗ｇ／ｍＬ培养基上培养４０ｄ，其表面形成白色块状的愈伤组织。愈伤组织在ＭＳ＋２，４一Ｄ１斗ｇ／ｍＬ＋ＢＡｌｍｇ／ｍＬ＋ＮＡＡ４ｐ，ｇ／ｍＬ＋２．５％蔗糖的半固体培养基上快速增殖培养，培养４周后培养物的质量增加７倍左右；在相同培养基的悬浮培养中，培养４周后培养物的质量增加６～８倍。

曹孟德等报道了氮源、碳源及吸附剂对香荚兰细胞悬浮培养产生香兰素的影响，结果表明，蔗糖比葡萄糖及果糖更适合作香荚兰细胞生长及产生香兰素的碳源。最佳蔗糖浓度为５％；当培养基中仅含ＫＮＯ，时，则有利于细胞的生长和香兰素的形成；培养液中去掉ＫＮＯ，，仅含ＮＨ。Ｎ０３时，细胞生长和香兰素的形成均被抑制；培养基添加吸附剂后，香荚兰细胞产生的香兰素含量明显增加，活性碳的效果优于ＸＡＤ一２，而且活性碳用量增加，香兰素的产量亦增加。

曹孟德等还研究了培养基组成对香荚兰细胞

悬浮培养产生香兰素的影响，结果发现，香荚兰细胞在全组成的ＭＳ培养基中香兰素含量均低于由矿物质盐组成培养基中的含量。同时，采用植物细胞培养技术生产香兰素及其系列化合物时，会受到多种因素影响。外植体、使用培养基的类型、培养基中添加的前体物质的种类和数量、培养期的温度和光照的温度都会对代谢物的组成和产量有重要影响。

４酶工程在食品添加剂及配料产业中的应用

酶是活细胞产生的具有高度催化活性和高度专一性的生物催化剂，可应用于食品生产过程中物质的转化。如纤维素酶在果汁生产、蔬菜汁生产、速溶茶生产、酱油酿造、制酒等食品工业中应用广泛。

４．１酶工程开发功能性低聚糖中的应用

（１）低聚果糖：蔗糖加水溶解后通过装有固定化果糖基转移酶的生物反应器（控制温度、ｐＨ，通风）制造低聚果糖。

（２）低聚木糖：玉米芯、甘蔗渣（木聚糖）经木聚糖酶处理制得。

（３）纤维低聚糖：纤维素经纤维素酶分解生成纤维低聚糖，可用作双歧因子。

（４）魔芋低聚糖：魔芋淀粉经由细菌产生的甘露聚糖酶处理，水解生成魔芋低聚糖，可用作双歧因子。

（５）偶合糖：淀粉和蔗糖经环化糊精合成酶作用制得。偶合糖具有低腐蚀性。可用于防龋齿。

（６）低聚乳蔗糖：以１：１乳糖和蔗糖为原料，经Ｒ一呋喃果糖苷酶处理制得。该糖为低卡糖，可用于减肥食品，亦可用作双歧因子。

（７）帕拉金糖：蔗糖经ａ一葡萄糖基转移酶处理制得。

（８）低聚壳聚糖：壳聚糖经壳聚糖酶处理制得。

（９）黏多糖：鲜猪皮加胰蛋白酶酶解制取黏多糖。

（１０）蛋白多糖：海参胭体以木瓜蛋白酶处理提取蛋白多糖。４．２酶工程开发功能性糖醇中的应用

（１）麦芽糖醇：淀粉先经Ｏｔ一淀粉酶液化，再由１３一淀粉酶糖化，制得麦芽糖。然后在镍催化下高压氢化制得。

（２）异麦芽糖醇：蔗糖经Ｏｔ一葡萄糖基转移酶处理制得帕拉金糖，然后在镍催化下氢化制得。

（３）山梨醇：淀粉经ａ一淀粉酶、糖化酶处理制得葡萄糖，然后在镍催化下氢化制得。

（４）赤鲜糖醇：淀粉经酶解成葡萄糖后，由嗜高渗酵母发酵制得。

（５）木糖醇：利用酵母发酵法由木糖生产。

（６）壳聚糖：甲壳素经细菌（或真菌）中的甲壳素脱乙酞酶处理制取壳聚糖。

４．３酶工程开发功能性活性肽及氨基酸中的应用（１）酪蛋白磷酸肽（ＣＰＰ）：酪蛋白经胰蛋白酶（或产碱杆菌蛋白酶）等蛋白酶作用下水解制得。

（２）糖巨肽（ＧＮＰ）：酪蛋白经凝乳酶处理制得。ＧＮＰ具有抗病毒、活化双歧杆菌等功能。

（３）大豆多肽：大豆蛋白经木瓜蛋白酶等蛋白酶处理制得。大豆多肽具有促进脂肪代谢、降低胆固醇、活化双歧杆菌等功能。

（４）降血压肽：鱼、虾蛋白经蛋白酶酶解可制得降血压肽，如ｑ肤（金枪鱼）、ｃｌｉ肤（沙丁鱼）、ｃ肽（南极磷虾）。降血压肽可抑制血管紧张素转移酶活性，从而起到降低血压作用。

（５）类吗啡肽（Ｏｐｉｏｉｄｐｅｐｔｉｄｅ）：谷蛋白（面筋）经蛋白酶处理制得。类吗啡肽具有镇痛、促进胰岛素分泌等功能。

（６）高Ｆ值低聚肽：玉米醇溶蛋白经碱性蛋白酶及木瓜蛋白酶两步酶解法制得。该肽具有预防肝硬化、抗疲劳等功能。

（７）谷胱甘肽：Ｌ一谷氨酸、Ｌ一半胱氨酸及甘氨酸经固定化谷胱甘肽合成酶催化，合成谷胱甘肽。

（８）＾ｙ一氨基丁酸：以Ｌ一谷氨酸为原料，通过固定化Ｌ一谷氨酸脱竣酶转化制得。＾ｙ一氨基丁酸具有降血脂及健脑益智功能。

（９）Ｌ一异亮氨酸：以糖、氨、Ｃ１一氨基丁酸为原料，用黄色小球菌或枯草杆菌发酵而得。

（１０）Ｌ一苯丙氨酸：用红酵母菌种二级发

酵，培养具有苯丙氨酸解氨酶活性的细菌培养物，以此作为生物催化剂，在肉桂酸、氨水液中保温反应，由酶催化制得。

（１１）Ｌ一谷氨酸：以葡萄糖、尿素、无机盐等为原料，用产谷氨酸微球菌、产氨短杆菌、产气杆菌等为菌种，发酵制得。

（１２）Ｌ一谷氨肽胺：以葡萄糖等糖类为原料经黄色短杆菌发酵制得。

此外，赖氨酸、色氨酸、苏氨酸、亮氨酸、精氨酸、半胱氨酸、脯氨酸等氨基酸亦可由微生物发酵法制得。利用ＤＮＡ重组法得到的基因工程菌，已用于赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸的生产，其产酸能力比原株均有较大幅度的提高。

４．４酶工程开发功能性脂肪中的应用

（１）２０碳５烯酸（ＥＰＡ）和２２碳６烯酸（ＤＨＡ）：可利用苔醉、高山被抱霉、硅藻、隐甲藻等发酵后分离、提取制得。

（２）鱼油中ＥＰＡ（２０碳５烯酸）、ＤＨＡ（２２碳６烯酸）的富集：利用各种脂肪水解酶的专一性，采用柱晶假酵母脂肪酶、黑曲霉脂肪酶等脂肪酶可选择性水解鱼油中的非多不饱和脂肪酸部分，从而对ＥＰＡ，ＤＨＡ起到富集作用。

（３）酶解卵磷脂：由大豆磷脂或蛋黄磷脂经磷脂酶处理制得。可提高卵磷脂的乳化性能。

（４）共扼亚油酸（ＣＬＡ）：共扼亚油酸具有抗肿瘤、减肥、调节免疫、防动脉硬化等保健功能。

４．５酶工程开发新型酶制剂中的应用

（１）乳糖酶：在乳清、氨水中接入脆壁酵母，３０℃通风培养，收集酵母，洗净后于一１８℃速冻，然后用乙醇处理制得。将乳糖酶加入牛乳可供乳糖不耐症患者饮用。

（２）超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）：由细菌（Ｂａ—ｃｉｌｌｕｓ，Ｓｅｒｒａｔｉａ）或绿色木霉培养后的培养液用水提取而得。ＳＯＤ具有清除体内过剩自由基、抗衰老、消除疲劳等保健功能。

（３）Ｌ一天冬肽胺酶：Ｌ一天冬肽胺酶具有抑制肿瘤细胞生长的作用。铜绿色极毛杆菌、软腐氏杆菌、黏氏赛氏杆菌、大肠杆菌（Ｅ．Ｃｏｉｌ）均能产生Ｌ一天冬肽胺酶。Ｅ．ＣｏｌｉＡＳｌ．３７５发酵法生产Ｌ一天冬肽胺酶的工艺流程：斜面Ｅ．Ｃｏｌｉ菌种一肉汤菌种一种子菌种一发酵液一湿菌体一干菌体一提取液一粗酶一精制一成品。

（４）纳豆激酶：纳豆激酶是纳豆发酵过程中由纳豆菌或纳豆枯草杆菌产生的丝氨酸蛋白酶，具有溶血栓作用。纳豆激酶可由基因重组大肠杆菌发酵培养制得。

４．６酶工程开发核苷酸中的应用

（１）５７一肌苷酸（ＩＭＰ）：先由发酵法生产酵母，自酵母提取核酸后经核酸酶、磷酸二酸酶处理制得。

（２）５７一腺苷酸（ＡＭＰ）：先由发酵法生产蛋白假丝酵母，用热水提取核酸后，经核酸酶、磷酸二酸酶水解制得。

（３）酶改性芸香苷（水溶性芸香苷）：将自芦笋等植物中提取的芸香苷用酶加水分解以提高其溶解度后，加人葡萄糖同时用葡萄糖转位酶处理使之结合成新的黄酮配糖物。改性芸香苷具有抗氧化及血管扩张作用，因此具有抗衰老及预防动脉硬化、抗血栓的保健功能。

（４）酶改性甜菊苷（葡糖基甜菊苷）：甜菊苷是一种非营养型功能性甜味剂。甜菊苷具有轻微的苦涩味，通过酶法改质后可除去苦涩味改善风味。酶处理方法是在甜菊苷溶液中加人葡萄糖基化合物，采用葡萄糖基转移酶处理，生成葡糖基甜菊苷。

４．７酶工程在香精香料中的应用

到目前为止。约３０００种酶在文献中被报道，但只有几百种可商业化生产，且其中仅２０种适合于工业生产过程，脂肪酶、酯酶、蛋白酶、核酸酶和糖苷酯酶可用于香料化合物的提取过程，而且还可将大分子前体化合物水解为小分子香料物质，一个很好的例子是酯水解反应的逆反应即利用脂肪酶在非水相中的脂化反应，这些酶还可用于脂肪族酯、芳香酯和内酯的立体选择性水解和转酯反应。

脂肪酶催化反应因具有突出的对底物活性基因位置的专一性和对手性化合物的立体选择性，且反应条件温和的优点而受到人们的重视，在香精香料新产品研究开发中起着越来越重要的作用。

脂肪酶不仅能催化脂的水解反应，而且在有机相中能催化酯化反应和酯交换反应，包括催化羟基脂肪酸形成内酯。１０一羟基癸酸经酶催化可

形成分子间大环内酯。脂肪酶催化羟基脂肪酸的反应，既可以是分子内的反应形成内酯，也可以是分子间反应形成聚酯。两者比例取决于底物的化学结构和浓度等。

在香荚兰传统加工过程中，香兰素及其它香气成分的形成主要依赖于豆荚本身所含有的葡萄糖苷酶对糖苷化合物的分解作用，但这一分解作用一般都进行得缓慢而又不够完全。金丽等通过外加Ｂ一葡萄糖苷酶后，更快更完全地分解香兰素葡萄糖苷。酶促生香样品香兰素含量明显高于传统产品。同时其表面附有白色透亮的香兰素针状结晶，外观品质很好。

利用酶工程还可以生成许多香精香料的前体物质，应用这一方法，一方面可拓宽香精香料的原料来源，另一方面通过寻找廉价的原料，大大降低生产成本。１９８３年，Ｔｉｅｎ和Ｋｉｒｋ从Ｐｈａｎｅｒｏ－ｃｈａｅｔｅｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ中分离出木质素过氧化物酶，并对其进行定性，发现它与木质素的解聚有关。１９９８年，Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ等以农业废料为原料，采用物理和酶工程相结合的方法，产生香兰素生物合成的重要前体物质一阿魏酸。许多研究人员曾尝试利用阿魏酸酯酶和肉桂酸水解酶使木质素释放出阿魏酸。

５发酵工程在食品添加剂及配料产业中的应用

发酵工程又称为微生物工程，是指传统的发酵技术与ＤＮＡ重组、细胞融合、分子修饰和改造等技术结合发展起来的现代发酵技术。采用现代发酵设备，使经优选的细胞或经现代技术改造的菌株进行放大培养和控制性发酵，获得工业化生产预定的食品添加剂或食品功能成分等方面，已取得显具效果。

基因工程和细胞工程是生物技术的主要领域，是发酵工程、酶工程的基础；而发酵工程和酶工程又是基因工程、细胞工程研究成果的实际应用。其中发酵工程占有重要位置，这可以从生物工程的过程中看出来，只有通过发酵工程，才能使由基因工程或细胞工程获得的某种目的菌种实现工业化生产，最终达到基因克隆或细胞融合的实现，获得生产效益和经济效益。可见，发酵工程是生物技术产业化的基础。

现代发酵工程包括微生物资源利用；微生物菌种的选育、培养；固定化细菌技术；发酵条件的优化及自动化控制等技术。发酵工程是古老而大有潜力的工业技术，生物技术中的基因工程、酶工程、单克隆抗体、生物量的转化等研究成果为它注人新的内容，使传统的发酵工艺焕发“青春”，赋予微生物发酵技术新的生命力，使微生物发酵制品的品种不断增加。

５．１以发酵工程代替常规发酵或化学合成从植物中萃取食品添加剂的成本高，且来源有限；化学合成法食品添加剂虽成本低，但化学合成率低，周期长，且可能危害人体健康。因此，生物技术，尤其是发酵工程技术已成为食品添加剂生产的首选方法。目前，利用微生物技术发酵生产的食品添加剂主要有维生素（ＶＣ、ＶＢ阶ＶＢ：），甜味剂、增香剂和色素等产品。发酵工程生产的天然色素、天然新型香味剂，正在逐步取代人工合成的色素和香精，这也是现今食品添加剂研究的方向。

氨基酸生产过去都是采用动植物蛋白质提取和化学合成法生产，而采用基因工程和细胞融合技术生成的“工程酶”进行发酵，其生产成本下降、污染减少，产量可成倍增加。

（１）食品色素：（ａ）红曲色素：以大米为原料，利用红曲霉发酵生产红曲色素，这是目前最廉价的纯天然食用色素。武汉佳成生物公司将液态发酵和固态发酵相结合，生产出的红曲色素色价可达到６０００ｕ／ｇ。

（ｂ）虾青素：虾青素可由红发夫酵母发酵后分离、提取制得。它有极强的抗氧化性能，具有抑制肿瘤、增强免疫力等保健功能。

（ｃ）类胡萝卜素：可利用三抱布拉霉和红酵母发酵后，分离、提取生产类胡萝Ｉ－素。

（２）味精：使用双酶法糖化发酵工艺取代传统的酸法水解工艺，可提高原料利用率１０％左右，已广泛应用于味精生产。

（３）己酸菌：以现代发酵工程改造传统发酵工艺，武汉佳成生物有限公司生产的己酸菌含量已达到５４Ｌ／ｍｏｌ，比传统发酵工艺高近十倍。

（４）细菌发酵生产酒精：多年来人们一直用酵母发酵生产酒精，近年来广泛研究了细菌发酵生产酒精以期得到耐两温、耐酒精的新菌种。

（５）调味品的纯种和复合菌种发酵：日本利用纯种曲霉进行酱油酿造，原料的蛋白质利用率高达８５％。武汉佳成生物有限公司研发的复合曲种，应用于酱油、醋、黄酒、豆腐乳等发酵生产，提高了原料利用率，缩短了发酵周期，改良风味和品质得到了显著成效。

（６）细胞蛋白（ＳＣＰ）的生产：由于微生物菌体的蛋白质含量高，一般细菌含蛋白质６０％～７０％，酵母４５％～６５％，霉菌３５％～４０％。因此，它是一种理想的蛋白质资源。为了和来源于植物、动物蛋白相区别，人们把微生物蛋白称作为单细胞蛋白（ＳｏｌｅＣｅｌｌＰｒｏｔｅｉｎ，ｓｃＰ）。前苏联利用发酵法大量生产酵母，最高产量曾达到６０万吨／年，成为世界上最大的单细胞蛋白生产国。由于生产ＳＣＰ的微生物以酵母和藻类为主，也有采用细菌、放线菌和丝状真菌等，但现在许多国家都在积极进行球藻和螺旋藻ＳＣＰ开发，如美国、日本、墨西哥等国所生产的螺旋藻食品既是高级营养品，也是减肥品，在国际上很受欢迎。科学家们设计了分泌蛋白质的微生物，由“工程酶”（大肠杆菌和酵母菌）发酵生产高营养强化蛋氨酸的大豆球朊和鸡卵清蛋白。

５．２发酵工程开发功能性食品辅料

（１）大型真菌：通过发酵途径实行大型真菌的工业化生产。灵芝、冬虫夏草菌发酵培养都取得了成功。人工发酵培养虫草菌已在中国医学科学院药物研究所实现，成果显著。

（２）１一亚麻酸的制备：利用经筛选高含油的鲁氏毛菌、少根根菌等

蓄积油脂较高的菌株作为发酵剂，以豆粕、玉米粉、麸皮等作为培养基，经液体深层发酵法制备１一亚麻酸，与植物源相比具有产量稳定、周期短、成本低、工艺简单等优越性。

（３）微生态制剂：许多微生物菌体本身可作为保健食品的功能性配料或添加剂，例如乳酸菌（乳杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、双歧杆菌属和片球菌属等）和醋酸菌等，其中双歧杆菌作为微生态调节剂在保健食品中的应用最为广泛。

（４）有机微量元素

（ａ）富硒酵母：经研究发现酵母细胞对硒具有富集作用（吸收率约７５％），利用酵母的这一特点，在特定培养环境下及不同阶段在培养基中

加入硒，使它被酵母吸收利用而转化为酵母细胞内的有机硒，然后由酵母自溶制得产品。富硒酵

母９５％以上的硒是以有机硒的形式存在的。因此酵母是将无机硒转化为有机硒的安全有效载体。富硒酵母在国外已实现工业化并进入实用阶段。

（ｂ）富铬、锗酵母：与富硒酵母一样，也可以利用啤酒酵母将无机锗和铬转化成非常活性的有机锗和有机铬。

（ｅ）富硒红曲：中国食品发酵研究院和航天生物技术公司利用特殊的育种方式，在富硒培养基中培养出了具有降血脂、抗衰老的富硒功能性红曲。

（５）超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）：ＳＯＤ广泛存在于动植物和微生物中，目前国内ＳＯＤ的生化制品主要是从动物血液的红细胞中提取的。鉴于动植物特别是动物血液来源相对困难，而微生物具有可较大规模培养的优势，故利用微生物发酵法制备ＳＯＤ将具有更大实际意义，能制备ＳＯＤ的菌株有酵母、细菌及霉菌。

（６）Ｌ一肉碱：Ｌ一肉碱广泛存在于有机体组织内，是我国新批准的营养强化剂。传统的生产方法是化学合成法，如今开发了发酵法和酶法。利用根霉、毛霉、青霉进行固态发酵，在可溶性淀粉、硝酸钠、磷酸二氢钾和小麦麸皮组成的固体培养基中，２５。Ｃ培养４ｄ～７ｄ，Ｌ一肉碱的产量为１２％～４８％。

（７）微生物多不饱和脂肪酸：在许多微生物中都含油油脂，低的含油率２％～３％，高的６０％～７０％，且大多数微生物油脂富含多不饱和脂肪酸（ＰｏｌｙｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄＦａｔＡｃｉｄｓ，ＰＵＦＡ），有益于人体健康。

当前，利用低等丝状真菌发酵生产多不饱和脂肪酸已成为国际发展趋势。在我国，武汉烯王生物有限公司目前已实现大规模生产富含花生四

烯酸（ＡｒａｃｈｉｄｏｍｉｅＡｃｉｄ，从）的微生物油脂。微生物油脂的应用已势不可挡，富含ＡＡ和ＤＨＡ

的微生物油脂已在美国、日本、英国、法国等国上市。

（８）新糖源：微生物发酵生产的新型强力甜味剂甜度高、热量低。如天冬精（门冬酰苯丙氨酸甲酯）甜味是砂糖的２４００倍，糖精的１２倍。

真菌中所含多糖如金针菇多糖、银耳多糖、

香菇多糖、灵芝多糖、猴头菇多糖、茯苓多糖、虫草多糖等。上述真菌的菌丝体可采取深层发酵培养制取，然后提取真菌多糖。

淀粉经酶解成葡萄糖后，由嗜高渗酵母发酵后浓缩、结晶、分离、干燥可制得赤鲜糖醇；利用酵母发酵法由木糖生产木糖醇等。

（９）膳食纤维：利用巴氏醋酸菌、木醋杆菌等微生物发酵法生产的细菌纤维素具有很好的持水性、黏稠性、稳定性及生物可降解性，是良好的功能食品辅料。

（１０）活性多糖

（ａ）真菌多糖：真菌中所含多糖如金针菇多糖银耳多糖、香菇多糖、灵芝多糖、猴头菇多糖、虫草多糖等具有免疫激活、抗肿瘤、抗衰老、降血糖、降血脂、保肝、防血栓等多种生理功能。上述真菌的菌丝体可采取深层发酵培养制取，然后提取真菌多糖。

（ｂ）葡聚糖：葡聚糖又称右旋糖伊（ｄｅｘ．Ｆａｌｌ）具有抗血栓、改善微循环等生理作用。葡聚糖可由蔗糖经肠膜明串珠菌发酵制得。

（１１）维生素

（ａ）维生素Ｂ：：由阿氏假囊酵母等微生物发酵后，从发酵液中分离、提取制得。

（ｂ）维生素Ｂ“由黄杆菌、丙酸杆菌等细菌及灰色链霉菌等经培养发酵后分离精制而得。

（ｃ）维生素Ｄ：：先由发酵法生产啤酒酵母，从啤酒酵母中分离提取出麦角固醇后经紫外线照射而得。

（ｄ）维生素Ｃ：以Ｄ一葡萄糖为原料，经弱氧化醋酸杆菌、氧化葡萄糖酸杆菌、条纹假单胞杆菌发酵而制得。

（１２）功能性油脂：（ａ）１一亚麻酸：可利用毛霉、根霉、深黄被抱霉等霉菌发酵后分离、提取制得。（ｂ）花生四烯酸：可利用青霉、被抱霉发酵后分离、提取制得。

（１３）功能红曲：其制造工艺为：将稻米清洗后用０．２％柠檬酸水溶液浸泡，蒸熟，冷却至４５℃接种红曲霉，经发酵、干燥制成。功能红曲具有降血脂、降血糖的保健功能。红曲所含莫那克林Ｋ（ｍｏｎａｅｏｌｉｎＫ）具有降低血清胆固醇的作用。武汉佳成生物公司开发的功能红曲的莫那克林Ｋ含量达到２０ｍｇ／ｇ。

（１４）乳酸菌：Ｌ＿乳酸菌是一类以发酵利用碳水化合物产生大量乳酸的细菌。乳酸菌具有维持肠道正常菌群平衡，抑制腐败菌繁殖，防止有害物质产生，延缓衰老，抗肿瘤、降血脂、胆固醇，增强免疫力等保健功能。乳酸菌大多属于厌氧或兼性厌氧菌（如双歧杆菌），只能在无氧或少氧条件下生长，这给生产、包装、运输、存放带来不便。利用基因工程将ＳＯＤ基因和过氧化氢酶（ＣＡＴ）基因转人双歧杆菌中，获得耐氧的双歧杆菌菌株。．

（１５）小球藻：小球藻是一种单细胞绿藻，所含食物纤维，复合脂质（磷脂、糖脂）、糖蛋白、核酸等生物活性物质具有调节血脂、增强免疫力、抗肿瘤等保健功能。其所含小球藻生长因子（ＣＧＦ）具有促进乳酸菌等生长的作用。小球藻可采用池塘培养、封闭式光照反应器培养，亦可采用发酵罐异养发酵生产。

（１６）Ｌ一苹果酸：以黄曲霉ＨＡ５８００为出发菌株，用液化淀粉、脱脂玉米粉、葡萄糖、淀粉水解糖不同碳源、以玉米浆与硫酸铵配合氮源、无机盐类等原料直接发酵生产Ｌ一苹果酸。

５．３发酵工程开发天然食品防腐剂

（１）乳酸链球菌素（ｎｉｓｉｎ乳链菌肽）

乳链菌肽又称为乳酸链球菌素（ｎｉｓｉｎ），是由于血清型Ｎ群的乳酸乳球菌（１ａｃｔｏｃｏｃｃｕｓｌａｃｔｉｓ）分泌的一种高度修饰的多肽类细菌素。１９２８年，Ｒｏｇｅｒｓ等首次报道了这种由某些乳球菌产生的，能够抑制其他链球菌生长和阻止保加利亚乳杆菌产酸的物质。１９４７年，Ｈｉｒｓｃｈ等首先将乳链菌肽用作食品防腐剂，成功抑制了肉毒梭幸芽孢杆菌引起的爱们塔尔干酪的膨胀腐败。接着Ｋｏｏｙ和Ｐｅｔｔｅｒ报道了产乳链菌肽的乳酸链球菌培养物抑制了干酪中的丁酸发酵。１９５３年，乳酸菌肽的第一批商业化产品——Ｎｉｓａｐｌｉｎ在英国面世。１９６８年ＦＡＯ／ＷＨＯ联合委员会确认乳链菌肽是安全有效的生物食品防腐剂，１９８８年美国食品与药品管理局（ＦＤＡ）批准它作为食品添加剂使用，我国于１９９０由卫生部食品监督局签发了在国内使用乳链球菌作为食品保藏剂的使用合格证书。

乳链球菌的相对分子质量大约为７０００～１００００。由３４个氨基酸残基组成。由于第２７位氨基酸的不同，自然界中存在的两种天然变异体，

一种称之为乳链菌肽Ａ，另一种称之为乳链菌肽Ｚ。乳链菌肽Ａ已由英国Ａｐｌｉｎ＆Ｂａｒｒｅｔｔ公司于１９５３年实现工业化生产。乳链菌肽ｚ是１９９１年发现的新品种，由于乳链菌肽Ｚ具有更好的扩散性和对一些菌株更有效，所以乳链菌肽Ｚ的研究开发与工业化生产成为人们关注的热点。

中国科学院微生物研究所于１９８９年率先在国内进行乳链菌肽的研究与开发，２０世纪９０年代后期，采用我国自行选育的乳链菌肽Ｚ高产突变株乳酸乳球菌ＡＬ２为生产菌株，以蛋白胨、酵母粉等廉价原料替代牛奶作培养基，采用自主独创的后提取工艺路线，与浙江银象生物工程公司合作完成了乳链菌肽ｚ中试和工业化生产实验，并建立了我国第一座乳链菌肽工业化生产厂。２００２年实现了工业化向产业化发展的重大跨越，成为世界上唯一一家利用植物蛋白生产乳链菌肽的厂家。

（２）纳他霉素（ｎａｔａｍｙｃｉｎ）

纳他霉素（ｎａｔａｍｙｃｉｎ）又名游霉素，海松素，它是一种多烯大环内酯类抗真菌抗生素，１９５５年由Ｓｔｒｕｙｋ等从纳塔尔链霉（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｎａｔａｌｅｎｓｉｓ）中首次分离得到。１９５７年，Ｓｔｒｕｙｋ等称这种新的抗真菌物质为匹马菌素（ｐｉｍａｒｉｃｉｎ），１９５９年，Ｂｕｍｓ等在美国的田纳西州Ｃｈａｔｔａｎｏｏｇａ的土壤中也分离到了一株恰塔努加链霉菌（Ｓｔｒｅｐ—ｔｏｍｙｃｅｓ

ｃｈａｔｔａｎｏｏｇｅｎｓｉｓ），并从其培养物中分离到了田纳西霉菌（Ｔｅｎｎｅｃｅｔｉｎ）；此后的研究证明匹马菌素和田纳西霉菌为同一物质，并被世界卫生组织（ＷＨＯ）统一命名为纳他霉素。

作为一种高效的新型生物防腐剂，纳他霉素对霉菌、酵母均具有极强的抑制作用，能有效的抑制酵母菌和霉菌的生长，阻止丝状真菌中黄曲霉毒素的形成，极少量的纳他霉素即可抑制霉菌及酵母菌。其杀菌机理是与酵母或霉菌细胞上的麦角甾醇以及其他甾醇基结合，阻遏麦角甾醇的生物合成，从而使细胞膜畸变，最终导致渗漏引起细胞死亡。与其他抗菌成分相比，纳他霉素对哺乳动物细胞的毒性极低。

美国ＦＤＡ建议纳他霉素作为食品添加剂使用的抗生素，还将其归类为一般公认为安全的（ＧＡＲＳ）产品之列。我国于１９９６年食品添加剂委员会对纳他霉素进行了评估并建议批准使用，现已列人食品添加剂使用标准，其商品名称为霉克（Ｎｔａｍａｘｉｎ）。美国联邦法规编码（ＣＦＲ）值是０．３ｍｇ／ｋｇ，根据我国《食品添加剂卫生使用标准》（ＧＢ２７６０）规定，食物中最大残留是ｌＯｍｇ／ｋｇ，而纳他霉素在实际应用中的使用量为１０。６数量级。因此。纳他霉素是一种高效、安全的新型生物防腐剂。

（３）ｓ一聚孚Ｌ酸（８一ＰＥＡ）

８一聚乳酸为一种新型的广谱型防腐剂和出色的营养性食品保鲜剂，其解聚后成为赖氨酸，有营养作用。它还可以作为高吸水性聚合物用于妇女卫生巾、婴儿尿片和其他许多产品。目前中国尚无生产。

５．４发酵工程开发新型香精香料

目前，在香精香料的生物合成中应用最广泛的生物技术是发酵工程，以工农业废料为原料，利用微生物可以生产各种天然香料。细菌、霉菌和酵母菌都可用来生产香兰素、内酯等香精香料，采用细胞固定化等技术手段还可以大大提高香精香料物质的产量。

（１）发酵工程在香兰素生产中的应用

许多细菌、霉菌和酵母菌都可用来生产香兰素，一些微生物以阿魏酸、丁子香酚、异丁子香酚、香草醇、香草胺、松柏醇、黎芦醇等化合物为前体，经发酵可获得香兰素。丁子香酚是丁香树（Ｓｙｚｙｇｉｕｍａｒｏｍａｔｉｃｕｍ）精油的主要成分，价格便宜，用它作为香兰素的合成前体在经济上具有可行性。镰刀霉（Ｆｕｓａｒｉｕｍｓｏｌａｎｉ）也可将丁子香酚转化为香兰素。微生物发酵制取香兰素的最早专利是１９９０年Ｒａｂｅｎｈｏｒｓｔ和Ｈｏｐｐ以丁子香酚为前体，发酵２周得到微量的香兰素，其转化率约为９％～１９％。１９９６年Ｒａｂｅｎｈｏｒｓｔ又发现了一个新的假单胞菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ．）可以将丁子香酚转化为各种香兰素的前体物质，且含量较高。

阿魏酸由于与香兰素的化学相似性，被认为是很有前途的前体物质，该物质大量存在于谷糠、甜菜糖浆等农业废料中。从这些原料中提取纯化阿魏酸，用来发酵生产香兰素，可大大提高谷物与甜菜的综合利用率。当前，已经有用谷糠和甜菜糖浆生产天然香兰素的相当成熟的工艺：（ａ）从谷糠和甜菜糖浆中提取纯化阿魏酸；（ｂ）

通过微生物发酵把阿魏酸转化为香兰素；（ｅ）采

用超滤分离和去除微生物；（ｄ）从发酵液中萃取除去副产物，多次重结晶后得到高纯度的香兰

素。１９９９年，Ｏｄｄｏｕ等进行Ｐｙｃｎｏｐｏｒｕｓｃｉｎｎａｂａｒｉ—ｎｎ￥的高密度培养，优化阿魏酸到香兰素的转化率，以葡萄糖和磷脂的混合物为碳源，代替过去

以麦芽糖为碳源的方式，经过１５ｄ的培养，香兰素含量达７６０ｍｇ／Ｌ。

以木质素为前体，白腐真菌（ｗｈｉｔｅ—ｒｏｔｆｕ

ｎｇｉ）能将其转化为香兰素。１９９７年，Ｌｅｓａｇｅ—Ｍｅｅｓｓｅｎ等以香草酸为前体，在培养３ｄ的Ｐｙｃｎｏｐ－

ｏｒｕ￥ｃｉｎｎａｂａｒｉｎｕｓＭＵＣＬ３９５３２麦芽糖培养基中添加３．５９／Ｌ纤维二糖，经过７ｄ的培养，得到５１０ｍｇ／Ｌ的香兰素；在培养３ｄ的Ｐｙｃｎｏｐｏｒｕｓｃｉｎ—

ｎａｂａｒｉｎｕｓＭＵＣＬ３８４６７纤维二糖培养基中添加２．５９／ｌ纤维二糖，经过７ｄ的培养，得到５６０ｍｇ／Ｌ的香兰素。

（２）发酵工程在内酯合成中的应用

为了生产一些重要的内酯，工业上采用一些生物转化法，如用微生物合成Ｙ一癸内酯就是一个很好的例子。：用Ｙａｒｒｏｗｉａｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ酵母或其它

微生物生物降解蓖麻油酸，所得的１一癸内酯与开始存在的天然（Ｒ）一蓖麻油酸的手性中心相同，天然（Ｒ）一蓖麻油酸是蓖麻油中的主要脂

肪酸，这样，生产的＾ｙ一癸内酯有很高的光学纯度，通常包含９８％以上的（Ｒ）一（＋）一对映体。

Ｔｒｅｓｓｌ等报道了Ｓｐｏｒｏｂｏｌｏｍｙｃｅｓｏｄｏｒｕｓ在静止生长期产生内酯，同时细胞中长链脂肪酸减少。一些微生物能直接利用非经基脂肪酸作为前体形

成内酯。

Ｓｐｏｒｏｂｏｌｏｍｙｃｅｓｏｄｏｒｕｓ能将癸酸转化成１一癸内酯，Ｍｏｒｔｉｅｒｅｌｌａ属的某些种能从辛酸合成＾ｙ一辛

内酯，Ｍｕｃｏｒ属的某些菌株能从４一到２０一碳的

梭酸形成，．ｙ一或８一内酯。Ｈｔｙｒｏｓｐｏｍｍ属的一些种能将卵磷脂、油酸或人脂肪转化成＾ｙ一内酯（６一１１碳），最近，Ｈａｆｆｎｅｒ和Ｔｒｅｓｓｌ报道，Ｓｐｏｒｏｂｏｌｏｍｙｃｅｓｏｄｏｒｕｓ能从亚油酸合成，１一癸内酯。Ｋａｌｙａｎｉ等人采用表面发酵和深层发酵２种方法生产６一戊基一Ｏｆ，一毗喃酮。６生化工程在食品添加剂及配料产业中的应用．

生物化学工程简称生化工程或生物化工，是运用化学工程学的原理和方法，研究生物工程（或生物技术）工业化开发过程中的工程技术问题。它是生物技术的重要分支，是生物科学与化学工程相结合的交叉学科，既可视为化学工程的一个分支，又可认为是生物工程的一个组成部分。它应用工程学这一实践技术，以微生物作为研究的主角、生物化学作为理论基础，从动态、定量、微观的角度，广泛而深刻地揭示了生物（化学）工业过程的本质。它包括生物反应器的设计、微胶囊技术、膜分离技术、吸附分离技术、分子分离技术、冷冻干燥技术、超临界ＣＯ：萃取技术、固定化酶技术、基因芯片技术等生物检测及后处理技术。本节侧重简述基因芯片技术等生物检测技术在食品添加剂及配料产业中的应用。

６．１微胶囊技术（Ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）

通过天然与合成的高分子材料，将微小物质经包裹形成直径为５０～２００纳米的微型囊，主要用于新型色素、香精香料、酶制剂及益生菌和ＤＨＡ、ＳＯＤ等生理功能活性物质的包埋，生产制取的微胶囊能最大限度地维护囊心物的色、香、味、性能和生物活性，防止营养物质的破坏和损失。

食品添加剂工业中将微胶囊控制释放的特点主要用于生产各种微胶囊食品风味剂（风味油、香辛料、调味品）、甜味剂、色素、营养剂（维生素、氨基酸、矿物质）、精油、酸味剂、盐、碱、抗氧化剂、抗菌剂等等。如阿斯巴甜是食品加工中广泛应用的人工合成甜味剂之一，与风味物质相似，对湿、热敏感，易于与其它物质反应，在Ｚｉｂｅｌｌ等人的专利中，叙述了一种较喷雾干燥法和流化床法等更为经济的方法，该方法将阿斯巴甜和一种胶凝剂（如羟丙基甲基纤维素）混合，用水湿润去尘，干燥后研碎过筛，使之成为最大粒径小于４３ｍｍ的微胶囊。

天然活性成分的保持、强化是食品添加剂工业中的难题，也是食品添加剂工业的发展趋势。微胶囊化技术和控制释放技术使得活性组分在各

应用条件下更好的传输并最大限度地发挥其效用。目前，油溶性物质的微胶囊化研究已经较为成熟，而水溶性物质的微胶囊化则研究得较少，作为一种新兴技术，微胶囊化技术和控制释放技术在理论研究和实际操作上还不十分成熟，存在不少巫需解决的问题，如加工费用较高，聚合物的最终去向难以预测等。

６．２固定化酶技术（Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｉｎｇ）

使酶类或微生物菌体固定化，保留其固有的催化活性和存活力，可连续多次重复使用。

６．３ＤＮＡ探针技术

ＤＮＡ探针技术就是能识别特异碱基序列的一段与被测定的靶序列互补的带有标记的单链ＤＮＡ或ＲＮＡ分子，经标记后可作为探针用于杂交核酸检测，常用的３２Ｐ、１５Ｓ和３Ｈ标记的三磷酸核苷酸等放射性标记物和生物素、荧光素及地高辛配基等非放射性标记物。目前，ＤＮＡ探针可检测中的大肠杆菌、志贺氏菌、李斯特菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等。此外，ＤＮＡ探针还用于双歧杆菌的鉴定，并获得双歧杆菌属特异的寡核苷酸片段１ｍ３序列为５７一ＣＧＧＧＴＧＣｌｌＣＣＣＡＣｒＩ－Ｉ－１１ｃＡＴＧ一３，，利用ｌｍ３分别用３２Ｐ—ＡＴＰ和地高辛一１１一ＵＴＰ标记为放射性探针，与所有双歧杆菌属的种有杂交信号，与其它菌无反应。

６．４ＰＣＲ技术

聚合酶链式反应（ＰｏｌｙｍｅｒａｓｅＣｈｍｎＲｅａｃｔｉｏｎ，ＰＣＲ）是利用单链寡聚苷酸引物特异ＤＮＡ片段反复进行变性、退火、延伸循环、进行体外扩增的方法，能从极微量的ＤＮＡ乃至单细胞含有的ＤＮＡ起始，扩增出鹇级的ＰＣＲ产物。目前，从脱脂乳、全脂乳和干酪中直接提取金黄色葡萄球菌ＤＮＡ进行ＰＣＲ检测，但前者比后者进行ＰＣＲ检测更为有效。以８ｌｔ一１、ｓｌｔ一２、ｅａｅ、曲、ｈｌｙ、ｕｉｄＡ、ｆｌｉＣ基因为靶基因，可用于牛乳中大肠埃希氏菌０１５７：Ｈ７的ＰＣＲ检测，检测下限为５．８Ｘ１０２ＣＦＵ／ｍｌ。利用Ｂｉｆｌ６４和Ｂｉｆ６６２作为引物，对人体内的１２种双歧杆菌进行选择性扩增ｒＤＮＡ片段，用Ｓａｕ３Ａ、ＴａｐＩ、ＲｓａＩ、ＡｈＩ、和Ｓａｕ９６１等５种不同的限制内切酶进行酶切，根据产生的具有特征性的指纹图谱进行鉴定。基于ＰＣＲ发展起来的实时ＰＣＲ技术（ＲｅａｈｉｍｅＰＣＲ）是一种新型的可作定量分析的ＰＣＲ技术，其核心是利用荧光对核酸分子进行检测，常用ＳＹＢＲＧｒｅｅｎＩ和荧光共振能量转移（ＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅＲｅｓｏ－ｎａｎｃｅＥｎｅｒｇｙＴｒａｎｓｆｅｒ，ＦＲＥＴ）杂交探针，荧光强度与ＰＣＲ产物的数量是一一对应的关系，并可有效防止检测过程中的污染和假阳性。

６．５分子标记技术

基于ＤＮＡ多态性已发展１０余种分子标记技术（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｒｋｅｒ），常用的是限制片段长度多态性（ＲＦＬＰ）、随机扩增多态性（ＲＡＰＤ）、两单序列重复程度多态性和序列标志位点（ＳＴＳ）与传统的遗传标记技术相比，ＤＮＡ分子标记数量多，在同一基因位点有较多的复等位基因；对重要的经济性很少有不良效应；其多态性可在个体、组织器官及细胞水平上进行检测，不受环境条件的限制。在乳酸菌、双歧杆菌等益生菌种鉴定、遗传多样性分析等方面有广泛的应用。

６．６生物荧光技术

生物荧光技术（Ｂｉｏｌｕｍｉｎｅｓｅｅｎｃｅ）主要指ＡＴＰ生物荧光技术和细菌生物荧光技术。ＡＴＰ生物荧光技术是在荧光素酶的作用下，由ＡＴＰ激活，荧光素被氧化发生能量跃迁产生荧光光子（Ｈｒ）荧光强度与ＡＴＰ浓度在一定范围内线性相关，而ＡＴＰ在生物活细胞内的含量大致一定，从而可测出样品中的微生物含量，通过线性回归方程，由ＡＴＰ值可预测试料中的总菌数（ＳＰＣ）和细胞浓度。

在卫生监测中，５ｍｉｎ可检出结果，其结果与平板计数法得到的结果相关性约为８０％，同时也可用于巴氏杀菌产品的货架期制定及产品中抗生素或噬菌体残留的快速检测。

细菌生物荧光技术利用分子遗传学原理，将细菌生物荧光的特异性ＬＵＸ基因导人宿主细菌噬菌体中并使其发光”其强度与感染细菌的数量成比例，可用于检测乳酸乳球菌、干酪乳杆菌等发酵剂的活性检测。

６．７ＥＬＩＳＡ技术

酶联免疫分析技术（ＥｎｚｙｍｅＬｉｎｋＩｍｍｕｎｏｓｏｒ－ｂｅｎｔＡｓｓａｙ，ＥＬＩＳＡ）是以抗原和抗体的特异性结合为基础的免疫化学技术，利用酶催化底物反应的生物放大作用，提高特异性抗原、抗体免疫应答的敏感性，主要有测定抗体的间接法、测定抗原的双抗体夹心法和测定抗原的竞争法。

由Ｂ一酪蛋白经消化酶水解产生的活性肽１３一Ｃａｓｏｍｏｒｐｈｉｎ一７，氨基酸序列为ＴｒｙＰｒｏＰｈｅＰｒｅＧ－ｌｙＰｒｏＩＩｅ，ＥＬＩＳＡ对其的检测检测范围２０～３２０ｎｇ／ｍＬ，灵敏度２０ｎｇ／ｍＬ与其它内源性活性肽和神经因子通过竞争抑制试验，未发生免疫交叉反应。

用ＥＬＩＳＡ检测黄曲霉毒素Ｍｌ（ＡＦＴＭｌ）的残留量，浓度大于３０ｐｐｔ时，ＥＬＩＳＡ比高效液相色谱的精确度和准确度高。

应用ＥＬＩＳＡ可检测常见的青霉、毛霉和曲霉等。

６．８基因芯片技术

基因芯片（Ｇｅｎｅｃｈｉｐ）是生物芯片的一种，它是近几年发展起来的高新技术，具有高度并行性、多样性、微型化和自动化等特点；它通过固相的介质芯片，微生物样品ＤＮＡ经ＰＣＲ扩增后制备荧光标记探针，然后再与芯片上寡核苷酸点杂交，最后通过扫描仪定量和分析荧光分布模式来确定检测样品是否存在某些特定微生物，它是对传统生物技术的创新和飞跃。

通过设计通用引物扩增细菌核糖体１６ＳｒＲＮＡ，并将扩增产物与含有探针的低密度芯片进行杂交，从而直接检测鉴定微生物。

用基因芯片技术对与致病机制相关的细菌基因组中存在的特异标记进行检测，能成功检出致病菌的致病因子，进而对细菌病原菌进行自动检测和鉴定。

通过单管复合体扩增和基因芯片技术检测和鉴别６种李斯特菌；通过分析Ｅ．ｅｏｌｉ０１５７：Ｈ７的Ｓｈｉｇａ样毒素Ｉ、Ｓｈｉｇａ样毒素ＩＩ及溶血素Ａ，发现基因芯片可准确检测各种Ｅ．ｅｏｌｉ０１５７：Ｈ７分离物。

６．９生物传感器技术

生物传感器技术是在生命科学和信息科学之间发展起来的一门交叉学科。生物传感器研究的全面展开是在２０世纪８０年代，２０多年来发展迅速，正进入全面深入研究开发时期，各种微型化、集成化、智能化、实用化的生物传感器与系统越来越多。在食品工业、环境监测、发酵工业、医学等方面得到了高度重视和广泛应用。

在食品添加剂的分析中，亚硫酸盐通常用作食品工业的漂白剂和防腐剂，采用亚硫酸盐氧化酶为敏感材料制成的电流型二氧化硫酶电极可用

童笙堡鉴Ｃ生ｈｉｎ垦ａＦ剑ｏｏｄ缱Ａｄ迦ｄｉｔｉ趔ｖｅｓ于测定食品中的亚硫酸含量。此外，也有用生物传感器测定色素和乳化剂的报道。

在各种生物传感器中，微生物传感器具有成本低、设备简单、不受发酵液混浊程度的限制、能消除发酵过程中干扰物质的干扰等特点。因此，在发酵工业中广泛地采用微生物传感器作为一种有效的测量工具。

微生物传感器可用于测量发酵工业中的原材料和代谢产物。另外，还用于微生物细胞数目的测定。利用这种电化学微生物细胞数传感器可以实现菌体浓度连续、在线的测定。

由上述可见，到目前为止，现代生物技术在食品添加剂和辅料的品质改良，提高食品的营养价值及加工性能，生产各种功能食品有效成分、新型食品添加剂，食品生产过程的物质转化，工业化生产预定食品或食品功能成分，食品添加剂和辅料的包装、检测等许多方面已得到了广泛的应用。

展望未来的生物技术，将不仅有助于实现食品添加剂和辅料的多样化、生产特定的营养保健食品，进而生产治病健身的产品，促进食品添加剂和辅料产业的高速发展，而且在与环境协调方面，生物技术将更有助于食品工业的可持续发展。

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现代生物技术在食品添加剂及配料产业中的应用

作者：姚继承， YAO Ji-cheng

作者单位：武汉佳成生物制品有限公司,武汉,430063

刊名：

中国食品添加剂

英文刊名：CHINA FOOD ADDITIVES

年，卷(期)：2007，(z1)

引用次数：0次

参考文献(29条)

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