生物工程及其在发酵工业上的应用

齐俊平

摘 要：发酵技术在生物工业中得到了广泛的应用，各种发酵技术不断出现，有效满足了食品加工的需要。目前生物工业生产中已经离不开发酵技术的应用，因此应当加强发酵技术在生物工业中的应用研究。中国论文网

关键词：酶工程；食品工业；应用

1重要性

随着发酵酶作用和微生物学的发展，发酵技术进入高速发展时期。二次世界大战期间，经过英美两国科学家的共同努力，较大规模的微生物深层发酵技术开发成功，开始大量生产青霉素。现代固态发酵技术相对于传统的固态发酵技术，菌种明确，不易感染杂菌，产品质量稳定，且生产率较高；又不像液态发酵那样，需要较大的生产规模，会产生大量的废液，可以达到节水、节能的目的，逐步受到世界各国的重视。

2现代固态发酵技术的特性

固态发酵是指在几乎无自由水存在或有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物发酵的一个生物反应过程。固态发酵中固态基质既是微生物生长代谢所需的碳素及其它营养物质和能量的来源，又是微生物生长的环境。现代固态发酵技术是指在固态基质中进行纯种大规模培养微生物的工艺过程。

液态发酵需要溶解氧来满足微生物生长需要，能耗较大，固态发酵技术可以克服液态发酵技术能耗大的不足。传统固态发酵劳动强度与占地面积大，采用厌氧发酵、非纯种培养方式，凭经验传授技术致使产出率较低和产品质量不稳定。

现代固态发酵技术采用密闭的固态发酵反应器进行发酵，使用纯种单一菌株或限定菌株混合发酵，扩大了应用范围，但需要无菌处理发酵原料，会增加操作费用和设备投资。

3应用

1、单细胞蛋白的生产

单细胞蛋白（Sole Cell Protein，SCP）主要指酵母、细菌、真菌等微生物蛋白质资源。人们已公认SCP是最具应用前景的蛋白质新资源之一，是因为微生物菌体的蛋白质含量高，同时还含有多种维生素。这对于解决世界蛋白质资源不足问题方面将发挥重要作用。同时也有一些是采用细菌、丝状真菌和放线菌等菌种。现在许多国家都在积极进行球藻及螺旋藻SCP的开发，走在前列的是美国、日本、墨西哥等国，他们所生产的螺旋藻食品既是高级营养品，又是减肥品，在国际市场上很受欢迎。我国螺旋藻的开发研究始于20世纪70年代，到目前为止，已建立了大规模的养殖生产基地。

2、功能性食品的开发

功能性食品是指在特定食品中含有某些有效成分，它們具有对人体生理作用产生功能性影响及调节之功效，以实现“医食同源”的目的。不仅能够调节膳食结构，而且能够益寿延年。因此，这类功能性食品在保健食品产业中形成了一个新的主流。

3、微生物油脂的生产

人们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，还有一部分是由猪、牛及羊等动物熬制的动物油脂，很少考虑到微生物油脂。其实，在许多微生物中都含有油脂，含油率从最低的2%～3%到60%～70%，且大多数微生物油脂富含多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated Fat Acids，PUFA），有益于人体健康。目前，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，微生物油脂的应用已形成趋势。

4、新糖源的开发

微生物发酵生产的新型强力甜味剂有甜度高、热量低的特点，能够满足肥胖症、肝肾病以及糖尿病人对低糖食品的要求。其产生的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，具有免疫激活、抗肿瘤、抗衰老、降血糖、降血脂、保肝、防血栓等多种功能。以上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，并且淀粉经酶解成葡萄糖后，由嗜高渗酵母发酵后经过浓缩、结晶、分离、干燥等过程制得赤藓糖醇。

5、发酵饮料的生产与改良

在食品工业领域中，发酵饮料主要指的是以动物乳作为主要原材料，通过酵母菌、乳酸菌等微生物活动去完成生产的饮用产品，例如：红状元、酸奶等。发酵饮料有着非常高的营养价值，而且具有独特的口味，是广大消费者所喜爱的食品之一。其中植物蛋白发酵饮料是利用高蛋白含量的核果类与乳酸菌接种制作而成，由于它容易被人体吸收，所以在消费者中得到了一致的好评。在较为常见的啤酒制作过程中，也应用了酵母菌去缩短发酵时间，提升发酵质量。从这里可以看出，生物工程技术在饮料的生产和改良过程中有着非常广泛的应用。

4发酵技术在有肥料方面的应用

我国是一个农业大国，目前粮食的产量在不断的增长，因此大量的农业秸秆废弃物也出现。根据最新的资料显示，目前我国每年产生的农作物秸秆高达6亿吨左右。在这些废弃的农业秸秆中，3分之二的秸秆可以被收集利用。由于这些秸秆物中含有丰富的微量元素，比如：氮、磷、钾等，因此开发的价值很大，其中蕴含着丰富的资源。人们的生活水平在不断的提高，因此对蛋奶以及肉的需求量越来越高。在此情况下，我国的养殖业迎来了一个新的发展机遇，因此发展迅速。猪、牛、羊、鸡、鸭等的出栏率在逐年攀升，存栏率也是一样。市场的需求也得到基本的满足。可以说，养殖业的迅速发展让市场的供求关系得到改善，但是随之也产生了一些问题，比如：大量的禽畜粪便如何处理以及有效的再次使用。北方这一问题还不是很严重，但是在南方却又为突出。养殖场产生了大量的粪便，这些粪便被随意的丢弃于河流中，这样臭气熏天，环境遭到了极大的污染。资源被白白的浪费，环境质量严重的下降。

我国是一个农业大国，目前农业在不断的发展，因此农业的基础地位也得到了不断的巩固。农业的种植结构也在不断的调整，因此结构变化比较明显、传统的一些经济作物的面积在不断的下降，比如：水稻。因此，其他的一些作物的增长则比较快，比如一些高附加值的作物。谷物的种植面积的波动比较大，其中水稻下降的趋势比较明显，而蔬菜的播种面积一直在增加。水果的种植面积尽管有波动，但是一直保持平稳的趋势，变化不大。农民的收入主要依赖塑料大棚以及温室等。

长期以来，轻农肥、重化肥的思维已经在农民心中根深蒂固，长期使用化肥会让土壤板结、有机质大大下降、另外微生物匮乏。因此，应该使用有机肥。有机肥料生产工艺。生物发酵是有机肥生产的主要工艺，目前的方法是使用二段过程，也就是先使用耗氧发酵，然后使用厌氧发酵。过程如下：农业秸杆、禽畜粪便→粉碎→生物厌氧发酵→造粒→干燥→称重包装。

5应用前景展望

1、进一步研究食品添加剂新品种

（1）用生物法来取代化学合成的食品添加剂，并需要对香精香料、天然色素、保鲜剂、防腐剂等进行进一步的研发；（2）加大对功能性食品添加剂的研发力度，如具有延缓衰老、耐缺氧、抗辐射、免疫调节、调节血脂、抗疲劳、调整肠胃功能等。

2、开发微生物保健食品

由于食醋、饮料、酱油、酒、蘑菇等微生物食品具有非常悠久的发展历史，它们与酵母片剂、双歧杆菌饮料、发酵乳制品等一般具有非常广阔的发展前景，此时就可以借助生物技术所具备的独特特点，来对其进行大规模生产。与其他经济作物相比，食用菌的投入与产出比非常高，其不仅具有非常丰富的营养，而且还具备一定的保健功能，可用于微生物保健食品的开发。

3、开发某些虫类高蛋白食品

昆虫蛋白质属于目前比较优质的新食物源，与鸡蛋蛋白相比，其氨基酸组成非常相似，因此被称之为完全蛋白。如中蟋蟀、华稻蝗、蝉、蝴蝶、蚂蚁等生物的蛋白质占据其自身干质量的75%、73.5%、72%、71%和67%，因此具有非常高的食用价值，可以加大对其开发的力度。实际上，昆虫食物已经逐渐发展成为人类生活中比较理想的高营养食品，因此可以借助生物技术来加大对某些虫类高蛋白食品的研发，具有非常广阔的发展前景。

6结语

总的来说，发酵技术在生物工程技术的应用将我国的生物工业领域推向了另一个高度，同时推动着我国的社会经济发展。

参考文献

[1]王长城.生物工程技术在食品工业领域中的应用[J].商品与质量，2016（17）.

[2]董磊，关聪.生物工程技术在食品工业中的应用[J].黑龙江科技信息，2013（12）.

（作者单位：浙江梦家园生物科技股份有限公司）