生物工程及其在發酵工業上的應用

齊俊平

摘 要：發酵技術在生物工業中得到了廣泛的應用，各種發酵技術不斷出現，有效滿足了食品加工的需要。目前生物工業生產中已經離不開發酵技術的應用，因此應當加強發酵技術在生物工業中的應用研究。中國論文網

關鍵詞：酶工程；食品工業；應用

1重要性

隨著發酵酶作用和微生物學的發展，發酵技術進入高速發展時期。二次世界大戰期間，經過英美兩國科學家的共同努力，較大規模的微生物深層發酵技術開發成功，開始大量生產青霉素。現代固態發酵技術相對于傳統的固態發酵技術，菌種明確，不易感染雜菌，產品質量穩定，且生產率較高；又不像液態發酵那樣，需要較大的生產規模，會產生大量的廢液，可以達到節水、節能的目的，逐步受到世界各國的重視。

2現代固態發酵技術的特性

固態發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基質中，用一種或多種微生物發酵的一個生物反應過程。固態發酵中固態基質既是微生物生長代謝所需的碳素及其它營養物質和能量的來源，又是微生物生長的環境。現代固態發酵技術是指在固態基質中進行純種大規模培養微生物的工藝過程。

液態發酵需要溶解氧來滿足微生物生長需要，能耗較大，固態發酵技術可以克服液態發酵技術能耗大的不足。傳統固態發酵勞動強度與占地面積大，采用厭氧發酵、非純種培養方式，憑經驗傳授技術致使產出率較低和產品質量不穩定。

現代固態發酵技術采用密閉的固態發酵反應器進行發酵，使用純種單一菌株或限定菌株混合發酵，擴大了應用范圍，但需要無菌處理發酵原料，會增加操作費用和設備投資。

3應用

1、單細胞蛋白的生產

單細胞蛋白（Sole Cell Protein，SCP）主要指酵母、細菌、真菌等微生物蛋白質資源。人們已公認SCP是最具應用前景的蛋白質新資源之一，是因為微生物菌體的蛋白質含量高，同時還含有多種維生素。這對于解決世界蛋白質資源不足問題方面將發揮重要作用。同時也有一些是采用細菌、絲狀真菌和放線菌等菌種。現在許多國家都在積極進行球藻及螺旋藻SCP的開發，走在前列的是美國、日本、墨西哥等國，他們所生產的螺旋藻食品既是高級營養品，又是減肥品，在國際市場上很受歡迎。我國螺旋藻的開發研究始于20世紀70年代，到目前為止，已建立了大規模的養殖生產基地。

2、功能性食品的開發

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生功能性影響及調節之功效，以實現“醫食同源”的目的。不僅能夠調節膳食結構，而且能夠益壽延年。因此，這類功能性食品在保健食品產業中形成了一個新的主流。

3、微生物油脂的生產

人們日常食用的油脂大部分是由芝麻、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、牛及羊等動物熬制的動物油脂，很少考慮到微生物油脂。其實，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，微生物油脂的應用已形成趨勢。

4、新糖源的開發

微生物發酵生產的新型強力甜味劑有甜度高、熱量低的特點，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酵培養制取，然后提取真菌多糖，并且淀粉經酶解成葡萄糖后，由嗜高滲酵母發酵后經過濃縮、結晶、分離、干燥等過程制得赤蘚糖醇。

5、發酵飲料的生產與改良

在食品工業領域中，發酵飲料主要指的是以動物乳作為主要原材料，通過酵母菌、乳酸菌等微生物活動去完成生產的飲用產品，例如：紅狀元、酸奶等。發酵飲料有著非常高的營養價值，而且具有獨特的口味，是廣大消費者所喜愛的食品之一。其中植物蛋白發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，也應用了酵母菌去縮短發酵時間，提升發酵質量。從這里可以看出，生物工程技術在飲料的生產和改良過程中有著非常廣泛的應用。

4發酵技術在有肥料方面的應用

我國是一個農業大國，目前糧食的產量在不斷的增長，因此大量的農業秸稈廢棄物也出現。根據最新的資料顯示，目前我國每年產生的農作物秸稈高達6億噸左右。在這些廢棄的農業秸稈中，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，因此開發的價值很大，其中蘊含著豐富的資源。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，我國的養殖業迎來了一個新的發展機遇，因此發展迅速。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。可以說，養殖業的迅速發展讓市場的供求關系得到改善，但是隨之也產生了一些問題，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重，但是在南方卻又為突出。養殖場產生了大量的糞便，這些糞便被隨意的丟棄于河流中，這樣臭氣熏天，環境遭到了極大的污染。資源被白白的浪費，環境質量嚴重的下降。

我國是一個農業大國，目前農業在不斷的發展，因此農業的基礎地位也得到了不斷的鞏固。農業的種植結構也在不斷的調整，因此結構變化比較明顯、傳統的一些經濟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，但是一直保持平穩的趨勢，變化不大。農民的收入主要依賴塑料大棚以及溫室等。

長期以來，輕農肥、重化肥的思維已經在農民心中根深蒂固，長期使用化肥會讓土壤板結、有機質大大下降、另外微生物匱乏。因此，應該使用有機肥。有機肥料生產工藝。生物發酵是有機肥生產的主要工藝，目前的方法是使用二段過程，也就是先使用耗氧發酵，然后使用厭氧發酵。過程如下：農業秸桿、禽畜糞便→粉碎→生物厭氧發酵→造粒→干燥→稱重包裝。

5應用前景展望

1、進一步研究食品添加劑新品種

（1）用生物法來取代化學合成的食品添加劑，并需要對香精香料、天然色素、保鮮劑、防腐劑等進行進一步的研發；（2）加大對功能性食品添加劑的研發力度，如具有延緩衰老、耐缺氧、抗輻射、免疫調節、調節血脂、抗疲勞、調整腸胃功能等。

2、開發微生物保健食品

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展歷史，它們與酵母片劑、雙歧桿菌飲料、發酵乳制品等一般具有非常廣闊的發展前景，此時就可以借助生物技術所具備的獨特特點，來對其進行大規模生產。與其他經濟作物相比，食用菌的投入與產出比非常高，其不僅具有非常豐富的營養，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。

3、開發某些蟲類高蛋白食品

昆蟲蛋白質屬于目前比較優質的新食物源，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占據其自身干質量的75%、73.5%、72%、71%和67%，因此具有非常高的食用價值，可以加大對其開發的力度。實際上，昆蟲食物已經逐漸發展成為人類生活中比較理想的高營養食品，因此可以借助生物技術來加大對某些蟲類高蛋白食品的研發，具有非常廣闊的發展前景。

6結語

總的來說，發酵技術在生物工程技術的應用將我國的生物工業領域推向了另一個高度，同時推動著我國的社會經濟發展。

參考文獻

[1]王長城.生物工程技術在食品工業領域中的應用[J].商品與質量，2016（17）.

[2]董磊，關聰.生物工程技術在食品工業中的應用[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）