西北农林科技大学《食品生物工程》
发酵工程技术在功能性酸奶中的应用
摘 要：发酵工程技术是生物技术的关键分支，深入研究其在食品中的应用可确保我国食品工业生产稳定进行，具有较高的经济价值、发展价值及实践价值。本文针对发酵工程技术在食品开发中的应用进行阐述发酵分析发酵工程的含义、发酵形式及其应用，结合现行发酵技术对其发展前景分析，并以功能性酸奶为载体具体、深入分析发酵工程在其生产中的应用。
关键词：发酵工程；生物技术；功能性酸奶
发酵工程技术是在食品工程中具有重要地位的生物应用技术。发酵技术在食品工程中的应用由来已久，它给人类带来了饮食的多样化。随着人们对食品品质要求的不断提升，发酵工程在食品工程领域的应用将不断广泛和深入。
1 发酵工程概述
发酵工程技术实质上是发酵技术与基因工程、细胞工程相结合，通过 DNA 重组、细胞融合以及分子修饰等手段，充分发挥微生物的特性，生产出相关产品，或者是将微生物直接作用于生产过程的一项技术。相比于传统发酵技术，应用生物技术的发酵工程为食品生产带来了新的机遇。在生物技术有力支持下，传统发酵技术朝向科技化方向发展，并形成系统化的发酵工程[1]。发酵工程是采用现代工程技术手段，利用微生物的特定功能，为人类生产有用的产品，或直接将微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程包括菌种选育、培养基配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程及产品分离提纯等环节[2]。发酵工程与食品生产密切相关，随着食品工业的发展，发酵食品种类及数量随之增加。
1.1 发酵工程原理
发酵工业主要利用工业微生物进行发酵，工业微生物具有个体小、种类多、繁殖快、分布广、代谢能力强等特点。对微生物要求也较为严格，用在发酵工业的微生物需要满足以下条件：能在廉价原料制备的培养基上迅速生长并生成所需的代谢产物，且产量高；培养条件易于控制；生长迅速，发酵周期短；满足代谢控制的要求；抗暖菌体和杂菌能力强；遗传性状稳定，菌种不易变异退化；在发酵过程中产生的泡沫要少；对需要添加的前体物质有耐受能力；并且不能将这些前体物质作为一般碳源使用；不是病原菌，同时在系统发育上与病原菌无关，不产生任何有害的生物活性物质（包括抗生素、激素和病毒）以保证安全[3]。
1.2 发酵工程特点
①在发酵时可以多个反应共同进行，在同一设备中可以互不干扰地进行各种发酵产品的生产。②发酵过程所需要的条件不高，不需要高压、高温等条件就能进行反应，所以在实际生产的过程中能耗也相对较小。③对设备的精度方面的要求也不高，需在生产的过程中所需的原材料价格较为低廉而且普遍存在，比如一些麦芽、糖类等农副产品，合理地利用这些农副产品，可以获得较好的效果。④可以合理地选择各种反应，精准地对相关的官能团进行反应，最后在发酵的过程中出现的废物较少，生成的物质非常专一，不会对附近的环境产生较大的影响[4]。
2 发酵工程在食品工程中的应用
2.1 在传统食品行业中的应用
发酵技术在传统食品行业中的使用十分广泛，比如常见的制醋技术、酿酒技术等。在食品行业中合理地使用发酵工程，可以进一步让传统食品朝优质化的方向发展，比如在酿酒时，从原来的速度较慢的工程逐步转化为较快的工程，如啤酒酿造的时间已经大大缩短到 90 min 左右[5]。与此同时，在我国一些传统酱类、黄酒、腐乳等产品的制造过程中，发酵技术的应用也取得了较好的效果，大幅度提高了原料的利用率，并且提高了产品的品质。
2.2 功能性保健食品的开发
日本首先提出了功能性食品的概念，各国对功能性保健食品进行研究之后，也制定了相关的法律法规和政策[6]。真菌多糖、膳食纤维类、胡萝卜素等都是非
常常见的功能性保健品，在糖醇方面主要分为木糖醇和赤藓糖醇，人们对木糖醇已经较为熟悉，糖醇中还有一类被称作是赤藓糖醇，这类糖醇主要是通过分解淀粉获得葡萄糖过程中的一种酵母发酵而形成的。这种糖醇入口较为清凉，而且糖度很低，往往可以混合一些高倍甜味剂共同食用，而木糖醇主要是通过木糖发酵而生成的，主要作用在于为糖尿病患者提供一种甜味剂和辅助治疗药剂，属于人类糖类代谢过程中的一种中间体[7]。
乳酸菌是一种有益于人体健康的菌类，可以避免某些人普遍存在的乳糖不耐症，可以保证肠道菌群的向有益的方向发展，加快人们对蛋白质的吸收，而且可以降血压、降血脂，具有对抗胆固醇进行抑制的作用[8]，所以人们对乳酸菌进行了充分的利用，生产了各种不同的类型的产品，如口服液、胶囊状药剂等。很多乳酸菌是在微生物发酵的条件下获得的，如酸性酪乳、酸奶等。这些乳酸菌制品在市面上获得了广泛的欢迎，对人体是非常有利的。
2.3 单细胞蛋白生产
新的发酵工程技术在研发单细胞蛋白的过程中可以将资源消耗大大降低。微生物是一座待开发的大宝库，它不仅含有大量油脂而且蛋白含量也不低。微生物所含有的蛋白质可以同时满足人类和动物的食品供应要求，因为微生物的蛋白质含量很高且可以减少生产过程中的资源消耗。微生物蛋白之所以被称为单细胞蛋白是为了与植物、动物蛋白作区分[9]。人们可以直接食用某些微生物蛋白，牲畜家禽也可以食用其中的一些微生物蛋白。
2.4 食品添加剂
如何利用发酵技术来改良和生产食品添加剂成为国内外发酵工程研究的热点[10]。在究色香味的同时，人们更注重食品的安全性，生物发酵技术造就的食用色素和食用香料对人体的危害程度可降到最小。
3 发酵工程技术在功能性酸奶中的应用
3.1 功能性食品概述
功能性食品是具有特定的营养保健功能的食品，生物活性物质的含量明确，且不以治疗为目的适用于特定人群食用的食品[11]。功能性食品必须满足以下三个
要求：一是不以治疗为目的，并且不能取代药品在人类生活中治疗疾病的作用；二是针对特定人群研制的；三是必须无毒无害，符合食品安全法律法规。功能性食品的研制有待完善，因此发酵工程技术在功能性食品中的应用尤为重要。
3.2 功能性酸奶生产流程
脱脂乳 + 真菌多糖提取物(3%～5%)→均质→调配→加热灭菌→冷却→接种发酵剂(嗜酸乳杆菌:嗜热链球菌=1:l)→分装→发酵(41～43℃)→冷却
3.3 真菌多糖的提取
真菌的深层发酵在大型发酵罐中进行，在抗菌素发酵技术的基础上，不断调整培养基的种类和组成，通过优化发酵工艺，在短时间内得到大量大型真菌的菌丝体。真菌的提取方法有酶法、超声波法、热水提取法，其中超声波法操作简单，不需加热条件，耗时短，得率高。胡斌杰等[12]通过实验得出，超声波提取方法的最佳条件为：提取温度60℃，料液比1∶15，超声时间25min，并发现多糖提取率较传统热水提取法提高30%以上。通过发酵工程得到的真菌菌丝体与传统的子实体在生理功能上很相似，用发酵工程开发真菌和真菌多糖，易于实现工业化生产，规模大，效益高。
3.3.1 香菇多糖的提取
随着生物工程技术的发展，采用深层发酵技术短时间获得大量菌丝体，提取香菇多糖，有成本低、周期短的优点，易于大规模生产，解决了从子实体中提
取多糖成分难度大、周期长、成本高等问题，发酵工程对香菇多糖的研究具有重要现实意义。采用摇瓶培养研究香菇菌丝液体发酵的最适培养条件[13]，利用超声波辅助水提取香菇多糖，香菇多糖的提取率最高可达12.5%。目前，我国学者研究了发酵因素对提取胞外多糖产量的影响，影响因素主要有乙醇浓度、醇沉时间和发酵液的pH。研究发现，液体发酵技术与固体栽培相比，具有周期短、产量大、成本低、产生的活性物质多等优点。故液体发酵法将会成为越来越多人研究的对象，同时带来社会效益。
3.3.2 灵芝多糖的提取
灵芝为属多孔菌科灵芝属，是我国应用历史悠久的药用真菌，具有较高的药用价值。研究表明，灵芝中最主要的活性成分是灵芝多糖，具有增加人体免疫力、抗病毒、抗衰老等多种功效。液体发酵灵芝菌丝体是在适宜的培养基及培养条件下，通过液体深层发酵法培养的菌丝体[13]。液体深层发酵技术培养灵芝有两大优点：一是打破了固体栽培的局限性，在短时间内制备出大量的优质液体菌种，是一种产量高、周期短、成本低、适于工业化生产的生产方式[14]，便于工厂大规模生产；二是通过液体发酵法提取的灵芝菌丝体不仅含有灵芝多糖，还有大量有益的次生代谢产物，这些胞外活性物质可用于开发保健食品的研究，极大地推动了发酵工程在灵芝中的应用。
3.4 酸奶的发酵
酸奶的发酵是以牛乳为主要原料，通过适当的微生物发酵实现对乳产品的加工，使乳产品更加适应人体需求，乳制品的营养和保健功效也因此得以充分发挥。乳制品在未加工时具有较重的气味，口感也相对较差，其保存期短，容易变质，给乳制品的普及造 成了一定的困难[15]。而通过微生物发酵后，乳制品实现了易于吸收、口感较佳、便于保存和营养均衡的转变，使其适用性和食用性大幅度提升。
3.5 真菌多糖在酸奶中的应用
添加真菌多糖的风味发酵乳是近年来研制的一类新型的功能性乳制品。它是以鲜奶为原料，添加真菌多糖，如灵芝多糖、香菇多糖等，并通过发酵工程技术生产出食用菌多糖风味发酵乳。发酵工程在功能性乳制品行业的应用有了新的发展。通过对添加不同多糖酸奶的物化性质和感官指标进行对比评价，实现发酵工程对于真菌的开发。
4 发酵工程技术的应用前景
发酵工程技术适用于众多领域，为我国食品制备提供诸多便利，为人们生活提供很多优越条件。在日后的发展中，人们只有不断研发新的生物技术，才可研发出与时俱进的发酵技术。想要提升食品生产效率，应加大发酵工程研究力度， 秉持创新思想，勇于开拓，充分发挥生物工程在食品行业的 重要作用。面向未来的发酵工程技术，必须顺应时代发展，结合时代特征与先进的科技手段催生崭新的发展思路，创新技术理念[16]。随着食品发酵工程技术的进一步推广应用，在 国民生活中将占据更加重要的地位。
