浅谈生物技术在食品添加剂中的应用
内容摘要：随着食品与生物科学技术的不断发展，利用生物技术制造的食品的产量与产值已占食品与生物产业的重要地位。食品生物制造是以基因重组、分子克隆等技术为基础，以生物反应过程、生物物质的分离纯化等技术为重点的工业化和工程化地利用生物体（或部分生物体）生产人类需要的食品的应用技术。食品生物制造已广泛应用于功能食品开发、生物制药、农产品综合利用等领域，促进了传统食品产业的改造和新兴产业的形成。生物技术已在我国食品工业中已得到了广泛应用，本文主要阐述了生物技术在食品工业中的发展现状、在食品添加剂（包括单细胞蛋白、甜味剂、天然色素、真菌多糖等方面）中的应用现状及其发展前景。
关键字：添加剂 生物技术 发酵工业 食品
随着人们科技的进步、经济的发展以及人民生活水平的提高，人们对食品的组成、营养价值和外观的要求也越来越高，食品已不再是传统农业食品的概念，工业食品将在人们日常生活中占据重要地位。在这一进程中，生物技术显露锋芒。下面浅谈一下生物技术在单细胞蛋白、甜味剂、天然色素、真菌多糖等方面的应用:
一、生物技术在单细胞蛋白中的应用
单细胞蛋白主要是指富含蛋白质的藻类、酵母、细菌、真菌等微生物进行大规模培养，并从中提炼出来的蛋白质资源。与传统蛋白质生产比较，发酵技术生产三细胞蛋白不受季节和耕地的制约，具有生产效率高等特点。单细胞蛋白在饲料和食品工业中有着极重要的作用，可为饲料蛋白，已被世界广泛应用。例如用假丝酵母及产朊酵母作为菌种，利用亚硫酸废液或石油生产酵母菌体，可用于牲畜饲料。用它喂养家禽、家畜，效果好、生长快，奶牛产奶多，鸡产蛋率高，并能增强机体免疫力。以酵母菌和假丝酵母菌生产的单细胞蛋白，可直接用作人的食品。最近美国以乙醇有为原料生产的单细胞蛋白，已作为食品，由于单细胞蛋白氨基酸组成齐全，因此，常作为营养强化剂而添加到食品中，用以增加各类产品的蛋白质生物价。由于单细胞蛋白中维生素、矿物质含量丰富，因此常用于补充许多食物所需全部或部分的维生素和矿物质。此外，单细胞蛋白在食品加工中也有着重要作用。它能提高食品的物理性能，例如：把活性干酵母加入意大利烘饼中可提高其延薄性能，把食用酵母以1～3％比例加入肉制品中可提高肉与水及脂肪的结合能力。它还能提高食品的风味，例如：醇母的浓缩蛋白质具有显著的鲜味，已被广泛作为饲料、肉汁等食品的增香剂。
二、生物技术在食品胶中的应用
（一) 黄原胶
黄原胶又称黄胶、汉生胶、黄单细胞多糖，是野油菜黄单胞杆菌以碳水化合物为主要原料，经发酵工程生产的一种用途广泛的微生物胞外多糖，简称XC 。黄原胶在工业上主要是以玉米淀粉为碳源，以鱼粉、豆饼粉为氮源，用CaCO3为pH 调节剂，并在一定量的消泡剂存在下，野油菜黄单胞杆菌经好氧深层发酵而得到多糖含量在2．5%左右的发酵液．黄原胶具有许多优良特性：①在热水和冷水中有很好的溶解性；②有良好的增粘性和浮悬能力，在低浓度下具有较高的粘度；③有很高的稳定性，耐酸碱、高盐环境，抗高温、低温冷冻和生物降解，抗污染能力强；④可同多种物质互配，具有令人满意的兼容性；⑤有良好的触变性和假塑性；⑥有良好的分散作用、乳化稳定作用；⑥在适宜的pH 下，黄原胶分子能和高价金属离子凝胶化；⑦黄原胶和刺槐豆胶、瓜尔豆胶等半乳甘露聚糖配合使用时有极为显著的协同增效作用，可显著提高粘度和耐盐稳定性，达到用量少、成本低和提高使用效果的目的．因此，广泛应用于食品工业中的增稠剂、乳化剂、成型剂等。
黄原胶作为蛋糕的品质改良剂，可以增大蛋糕的体积，改善蛋糕的结构，使蛋糕的孔隙大小均匀，富有弹性，并延迟老化，延长蛋糕的货架寿命；奶油制品、乳制品中添加少量黄原胶，可改进质量，使产品结构坚实、易切片，更易于香味释放，口感细腻清爽；用于饮料，
可使饮料具有优良的口感，赋予饮料爽口的特性，使果汁型饮料中的不溶性成分形成良好的悬浮液，保持液体均匀不分层；加入黄原胶可使柑橘属果肉悬浮；黄原胶也广泛用于制造浇注型沙拉调料作为稳定剂；当无乳化时，黄原胶又兼有乳化稳定作用，含有黄原胶的调味料，其稳定期大大延长并由于其高度的假塑性而能增加口感，提高食品质量；加入啤酒可使其产泡效果极佳；加入焙烤食品中，可保持食品的湿度，抑制其脱水收缩，延长贮存期；用于果冻，黄原胶赋予其软胶状态，加工填充物时，使果冻的粘度降低从而节省动力并易于加工；用于糖果、蜜饯中，可改进加工性能，大大缩短加工时间；加入黄原胶的巧克力液体糖果，贮藏稳定性大为提高；加入方便面中，可提高加工过程的成品率，减少产品断碎干裂，改善口感，使产品有咬劲等．它还广泛用于罐头、火腿肠、饼干、点心、肉制品等产品中．
（二）结冷胶
少动鞘氨醇单胞菌是一种好氧的革兰氏阴性杆菌，能在以葡萄糖、淀粉、蔗糖、麦芽糖等为碳源, 硝酸铵、酵母膏、蛋白胨等为氮源及含其他微量元素的培养基中生长并合成、积累结冷胶, 并结合代谢工程手段优化结冷胶发酵生产的工艺技术, 引入透明颤菌血红蛋白改善了少动鞘氨醇单胞菌在发酵过程中对氧气的摄取和利用能力, 并最终提高了结冷胶产量。 由于结冷胶优越的凝胶性能，在食品、制药、化工等领域有着广泛的应用前景，目前已逐步代替琼脂、卡拉胶使用。结冷胶主要作为增稠剂、稳定剂，可用于饮料、面包、乳制品、肉制品、面条、糕点、饼干、起酥油、速溶咖啡、鱼制品、雪糕、冰淇淋等食品中，可用做生产低固形物含量果酱及果冻的胶凝剂，也用于软糖、甜食及宠物罐头中。如结冷胶应用于中华面、荞麦面和切面等面制品时，可以增强面制品面条的硬度、弹性、黏度，也有改善口感、抑制热水溶胀，减少断条和减轻汤汁浑浊等作用；结冷胶作为稳定剂(与其他稳定剂复配使用效果更好) 应用于冰淇淋中可提高其保型性；结冷胶在糕点如蛋糕、奶酪饼中添加，具有保湿、保鲜和保形的效果。
三、生物技术在食用色素中的应用
（一）香兰素
香兰素又称香草素或香草酚，是白色或奶白色结晶状物质, 微甜, 具有芳香气味。香兰素主要存在于秘鲁香膏、爪哇香膏油、丁香花蕾油中, 它既是重要的香料之一, 应用于食品添加剂中。
香兰素可以用发酵技术法生产：假单胞杆菌能将异丁子香酚转化为香兰素。以异丁子香酚为底物，经过阿魏酸途径，代谢为香草酸和原儿茶酸。多种细菌酵母菌和霉菌可利用阿魏酸途径为底物生产香兰素。谷糠是粮食加工中的副产物，含有大量的阿魏酸，从谷糠中纯化阿魏酸→利用为生物发酵转化为香兰素—超滤、分离和去除微生物→在发酵液中萃取香兰素→纯化获得的高纯度香兰素—用活性炭吸附去除副产物→多次重结晶后得到高纯度香兰素。也可用黑曲霉胺氧化酶和大肠杆菌单胺氧化酶氧化香草胺生产香兰素。还可以利用植物细胞培养技术工业化生产香兰素。
（二）类胡萝卜素
β-胡萝卜素是类胡萝卜素之一，也是橘黄色脂溶性化合物，它是自然界中最普遍存在也是最稳定的天然色素。β-胡萝卜素作为一种食用油溶性色素，其本身的颜色因浓度的差异，可涵盖由红色至黄色的所有色系，能作为天然食品着色剂，因此受到食品业相当热烈的欢迎。其非常适合油性产品及蛋白质性产品的开发，如：人造奶油、胶囊、鱼浆炼制品、素食产品、速食面的调色等。而经过微胶囊处理的β-胡萝卜素，可转化为水溶性色素，几乎所有的食品都可应用，它是一种非常安全的、无任何毒副作用的营养元素，它含有丰富的氨基酸、维生素、天然保湿因子、微量元素及其它生物活性物质。
人们利用DNA 重组技术，将外源基因导入微生物中，利用微生物繁殖快、产量高的特点生产人们所需物质. 这一技术的关键是作为外源基因宿主的微生物首先必须具备供目的化
学物质合成的前体物质。有关类胡萝卜素的基因工程近年来在大肠杆菌和酵母上取得了成功，利用基因工程和生物技术能将类胡萝卜素合成定向发展，并成功克服类胡萝卜素的前体物质。
（三）红曲色素
红曲色素是由红曲霉产生的一种微生物色素，安全性高，稳定性好，是一种具有悠久应用历史的天然色素。主要应用于红酒、肉类及做中药治疗痢疾、胃病等。它具有性质稳定、耐热性强及对蛋白质着色力好等特点，同时红曲色素安全性也已经被公认，食用红曲色素安全无毒，而且还有抗菌功能和保健功能，是值得大力推广的食用天然着色剂。目前红曲主要应用于肉制品加工。在发酵香肠、午餐肉、通脊烤肉，圆火腿等西式肉制品中添加适量红曲色素替代亚硝酸盐作着色剂，其产品色泽红润均匀一致；而且口感细腻、风味独特、安全耐藏，德国肉类研究中心对此进行了研究和探讨，结果表明，在腌制类产品中添加红曲色素后，完全可将亚硝酸盐量减少60％，而其感观特性和可贮性不受影响。耐日光性高于亚硝基色素；同时由于红曲色素对脂肪代谢有促进作用，故将它用于肉制品更具有积极意义，是一种天然的染色剂和防腐杀菌剂。
生物微胶囊是一种新兴的细胞固定化技术，采用该技术对红曲霉菌进行固定化培养能生产出红曲色素。微胶囊固定化技术膜层较薄，机械强度较高，生物相容性良好，传递和滞留性质适宜，并且该体系制备方法简单，大大减少了染菌的几率。
四、生物技术在海藻糖中的应用
海藻糖作为一种安全的多功能新海藻糖可作为甜味剂、稳定剂、增稠剂以及增香剂应用在食品领域中。同时它也可作为需低温储藏食品的添加剂，防止食品品质因冷冻和干燥而受到影响。新型食品添加剂可以不限量地应用于食品领域。现详细谈谈海藻糖在各类食品中的应用： 烘焙产品 ：能降低饼干、面包、各类糕点等烘焙产品的甜度，使它们具有清爽的口感。在麻薯、年糕、汤圆和月饼等一些中式点心中使用海藻糖，能使其具有很高的保湿性和柔软性，同时能长时间保持透明，冷冻和解冻后效果依旧良好；由于海藻糖具有低吸湿性，因此使用海藻糖的面包、饼干等食品能长时间保持口感柔软和松脆，同时还能发挥产品潜在的风味并延长其货架期。米面类制品 ：能抑制布朗硬度降低，使其口感柔软，并能改善透明度和色泽、抑制米糠臭味以及陈米味，使产品整体质量得到提高，还便于保存较长时间；使用在湿面和即食面中，则能使产品具有良好的弹性和顺滑的口感，明显减少挥发性醛类气味，并能有效缩短煮面时间、抑制面条变糊；海藻糖用于饺子皮和春卷皮中，具有良好的保水性、不会干裂，蒸煮后，口感柔软，煎炸后，口感松脆，并能在常温下尤其是在冷冻条件下延长保质期。水产加工品：如白干鱼片、干鱼产品中加入海藻糖，能有效抑制鱼干在保存及运输中的褐变、保持色泽白净，同时还具有抑制腥臭味和防止褐变的作用，使产品口感柔软且富有弹性、味道鲜美、也便于长时间冷冻保存。
海藻糖的制备方法：（1）微生物抽提法：从面包酵母中抽提海藻糖→通过诱变、细胞融合或基因重组选育海藻糖含量高的菌株→高浓度培养基及高深发酵环境进行发酵→饥饿2~3小时→得到含量较高的培养物→酒精抽提技术结晶分离海藻糖。（2）从发酵液中提取：筛选含量较高的海藻糖的菌株灰树花→生物工程技术进行发酵→菌体中分离提取海藻糖。（3) 基因重组法：利用葡糖糖转化为海藻糖的酶的基因引进产糖的作物中，使其在植物体内产出海藻糖。
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