1. 为什么微生物油脂比动物油脂更好
大多数微生物油脂都富含PUFAs,这是动植物油脂无法相比较的。因此,微生物油脂的研究、开发和应用日益受到重视的原因不仅仅是它作为动植物油脂的一个补充,更重要的是它富含不饱和脂肪酸,且后者在促进人类健康方面起着越来越重要的作用。
大量的研究结果表明,一旦人体缺乏PUFAs,就将产生某些疾病,也可以说人体的某些疾病会伴随着PUFAs的含量多少而改变。如在治疗新生儿湿疹中,给患处涂抹小麻油或红花油(含亚油酸),就能很快抑制住湿疹病情;当婴幼儿严重缺乏DHA和AA时,可造成永久性智力低下和视力障碍;6—12岁儿童出现皮肤搔痒、眼角干燥、上课注意力不集中,与其血浆内DHA含量低下有明显的正相关。精神分裂症患者体内PUFAs含量较正常人低许多。高血压、高脂血症、高胆固醇血症患者体内PUFAs含量较正常人低;食用适量富含PUFAs微生物油脂,可明显降低高脂、高胆固醇血症患者血浆内的脂质和胆固醇水平,同时提高血浆内载脂蛋白和高密度脂蛋白水平。
那么,与动植物油脂的生产相比,微生物油脂还具有哪些优点呢?
首先,微生物的适应性强,繁殖速度快,生产周期短。
其次,微生物生长所需的原料丰富多样,特别是可以利用农副产品、食品工业及造纸生产中产生的废弃物,同时还保护了环境。
第三,微生物生产油脂可节约劳动力,同时不受场地、气候、季节的影响,一年四季可连续生产。
第四,利用不同的菌株和培养基产品的构成变化较大的特点,尤其适合于开发一些功能性油脂。如富亚油酸、亚麻酸、EPA、DHA、角鲨烯、二元羧酸等油脂以及代可可脂。
产油微生物除可代替动植物油脂生产食用油脂,特别是保健类功能性油脂外,还可以作为生产生物柴油的油源。生物柴油由各种动、植物油脂经酯化或转酯化工艺而得,而大部分微生物油的脂肪酸组成和一般植物油相近,因此微生物油脂可替代植物油脂生产生物柴油。
2. 细菌油脂
微生物功能性油脂的研究
董欣荣 曹 健
摘要 从影响微生物油脂合成的重要因素、微生物油脂的制备、微生物油脂的定性分析、产品的理化指标和质量指标及利用微生物生产功能性油脂等几个方面,对国内外微生物功能性油脂的研究进行了综述。
关键词 微生物;功能性油脂;制取
分类号 TS218.01
FUNCTIONAL FATS AND OILS FROM MICROORGANISMS
Dong Xinrong Cao Jian
(Bioengineering department,Zhengzhou Grain College,Zhengzhou 450052)
Abstract This paper gives a general review of the prod uction of fats and oils from microorganisms,the important factors that work ri ng the process,qualitative analysis,physical and chemical properties and quality properties of the procts as well as the microorganism is applied to make the functional oils and fats at home and abroad.The proction of functional fats an d oils from microorganisms are also investigated.
Key words microorganism;functional fats and oils;proction
0 前言
微生物油脂一般又称单细胞油脂,很多微生物如细菌、霉菌、酵母菌及藻类等在一定条件下,可在菌体内产生大量油脂,有的干基菌体含油高达70%以上,而且这些油脂与一般植物油脂有类似的脂肪酸组成(见表1)〔1〕。微生物油脂的研究始于第一次世界大战期间,德国为了解决当时的油源匮乏而利用产脂内孢霉生产油脂,之后美国也开始着手微生物油脂的生产,但没有实现工业化。直至第二次世界大战前夕,德国科学家筛选到了适于深层培养的菌株,开始在德国工业化生产微生物食用油。
表1 部分微生物油脂的脂肪酸组成
菌株 12∶0 14∶0 1 6∶0 16∶1 18∶0 18∶1 18∶2 18∶3 其它
假丝酵母(Candidal0) - tr 32 - 15 44 8 -
隐球酵母
(Cryptococcus terricolus) - tr 36 1 14 36 8 tr
红酵母
(Rhdotorula glatiuis) - - 18 1 6 60 12 2 24∶0 1%
Rhythium irregulare 1 6 26 15 5 26 5 6a 20∶0 7%
产脂内孢霉 - 2 25 70 17 47 5 1
麦角菌霉 - tr 23 6 2 19 8 - 18∶1-OH 42%
串珠镰孢 - 1 14 - 11 30 42 1
米黑毛霉 - 1 20 4 6 48 16 5a
少根根霉 tr 1 18 4 11 29 16 tra
淀粉核衣藻 - - 30.7 2.6 0.8 4.1 35.3 7.5b 16∶2 16.2%
16∶3 2.7%
高山被孢霉
Ovder Mucorales b b b b b b 15 0
20∶3 3%
20∶4 30%
20∶5 15%
说明:a——γ—亚麻酸;b——未知;tr——痕量;br——支链酸;-— —OH羧基酸
与动植物油的生产相比,微生物油脂的生产有许多优点:1、微生物适应性强,繁殖速度快 ,生产周期短;2、微生物生长所需的原料丰富多样,特别是可以利用农副产品、食品工业及造纸业中产生的废弃物,如亚硫酸纸浆、木材糖化液、废糖液、制造淀粉产生的废料废液等,同时还保护了环境;3、微生物方法生产油脂可节约劳动力,同时不受场地、气候、季节的影响,一年四季可连续生产;4、利用不同的菌种和培养基产品构成变化较大的特点,尤其适合于开发一些功能性油脂。如富含油酸、γ—亚麻酸、花生四烯酸、EPA、DHA、角鲨烯、二元羧酸等的油脂以及代可可脂。此外,由于人口的增长使得油脂需求量与自然资源严重短缺的矛盾日益尖锐,开辟新油源—微生物油脂更具有重要的现实意义〔2、3〕 。
目前利用微生物生产油脂的技术可行性已不存在太大问题,主要还是经济可行性。微生物生 产油脂受多种因素影响,而且生产油脂的菌种有限,只有那些干基菌体含油率高,油脂转化率也较高的微生物才有可利用的价值。目前筛选的微生物干基菌体含油率一般为30%~60%,少数为70%~80%。油脂转化率一般为15%,个别菌种达20%~25%。因此,一般的微生物油脂经济价值还无法与植物油相抗衡,对微生物油脂的研究主要集中在利用微生物生产经济价值高的特殊营养油脂、特殊工业用途油脂。这类油脂的主要营养成分在天然动植物油脂中存在量很少,甚至不存在,但具有较大的生理功能和特殊用途,因而我们统称为微生物功能性油脂。目前通过微生物油脂分提制取可可脂、采用酵母发酵生产代可可脂都已在日本得以实现,以霉菌生产的γ—亚麻酸油脂已在日、英问世,生产富含花生四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸、中碳酸及蓖麻酸油脂的真菌、藻类菌种也已找到〔1,6,21〕。微生物功能 性油脂作为动植物油脂的必要补充在促进人类健康方面正起着越来越重要的作用,所以对微 生物功能性油脂的研究具有极其重大的意义。
1 影响微生物油脂合成的重要因素
1.1 培养基的C/N比
油脂的生成由细胞油脂含量与细胞收获量的乘积决定。微生物生产油脂的 过程可分为两阶段:细胞增殖阶段和产油阶段。这两个阶段所用培养基的C/N比不同,细胞增殖期要 求氮素营养相对偏高以获取足量菌体细胞;产油期则是在获取足量菌体细胞后,增加碳素营养物 质,为菌体大量积油创造条件〔9〕。
1.2 pH值
产生油脂的最适pH值依微生物种类而不同,酵母为3.5~6.0,霉菌为中 性至偏碱性。构巢曲霉在pH2.8~7.4培养时,随pH值上升,油酸含量增加。而培养油脂 酵母的增养基最初pH值越接近中性,稳定期细胞油脂含量越高〔7〕。
1.3 无机盐和微量元素
一般地对于真菌,适当增加无机盐和微量元素的使用量,可提高产油速度 及产油量。Carrid等人对构巢曲霉的研究表明,调整Na+、Mg2+、SO42- 、PO43-等离子的含量比,可使油脂含量由25%~26%(生成率6.7~7.9)提高到51 %(生成率17.2)。一项有关油脂酵母产油的实验证明,在培养基中增加铁离子浓度可加快油 脂合成,而增加锌离子浓度(有些菌株要求维生素B)可提高积累量。
1.4 温度
油脂生成的最适温度大多在25℃左右。温度可影响油脂的组成、含量,培 养温度低时不饱和脂肪酸含量将增加。
1.5 培养时间
培养时间对油脂的合成也很重要。如黑曲霉、米曲霉、根霉、红酵母、酿 酒酵母 最佳培养时间分别为3d、7d、7d、5d、6d。培养时间不足,微生物菌体总数达不到最 大量而影响油脂量;培养时间过长,微生物个体变形、自溶,形成的油脂进入培养基中难以 收集,同样影响油脂产量。
1.6 孢子数量
菌体生长期孢子数量过多,单细胞油脂产量反而可能低。细胞内积存的油 脂过多,又会使菌体失去增殖能力。因此培养产油菌时应使之达到最佳孢子数量,以保持菌 体的增殖能力和产油生理状态。
1.7 氧气供给量
微生物利用基质糖类合成油脂及不饱和脂肪酸都需要氧气参与,因此必须供应充足的氧气。
1.8 添加
添加脂肪酸合成的中间物或能形成中间物的二碳化合物如乙醇、乙酸盐、乙醛等可增加油脂含量。
2 微生物油脂的制备
2.1 菌株的选择
用于生产微生物油脂的菌株要求具备以下条件:
(1)具备或改良后具备合成油脂的能力,油脂积累量大,含油量稳定在50%以上且油 脂转化率不低于15%。
(2)能利用农副产品及工业废水、废料。
(3)繁殖力旺盛,杂菌污染困难,沉淀、过滤、分离油脂容易。
(4)油脂风味良好,食用无害,易消化吸收。
(5)用于工业化生产时能适应工业化深层培养,装置简单〔4,5〕。此 外菌种不同,培养条件不同,产品也不同。一些菌株油脂的脂肪酸组成、类型及甘三酯组成 见表1和表2。
表2 微生物油脂的立体专一分析
油脂 Sn 14∶0 16∶0 16∶1 17∶0 17∶1 18∶0 18∶1 18∶2 19tr 20∶0 22∶0 24∶0 24∶1
Mycobacterium 1 1 8 9 tr 2 7 60 - 7 1 1 1 1
snegmatis 2 7 57 13 2 1 6 9 - 1 tr tr 1 tr
3 1 7 7 tr tr 16 18 - 6 7 7 18 7
(油脂酵母) 1 3 14 8 - - 4 61 10 10 - - - -
Lipomyces 2 - 1 2 - - - 88 9 - - - - -
lipoferus 3 6 29 13 - - 9 37 6 - - -
- -
2.2 培养基
需配制的培养基有斜面培养基、种子液培养基、基础摇瓶培养基、发酵培养基等。斜面培养基是培养该菌种的普通培养基;种子培养基与基础培养基成分变化不大 ,主要是为了稳定菌种的性状;发酵培养基要使碳源比重增加,氮源比重下降,同时增加通气量,使菌体充分合成油脂〔28,29〕。
配制时所用的碳源有乳糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、石蜡、废糖蜜、纸浆工业废水、木材水解 液、淀粉厂废水等;氮源有铵盐、尿素、硝酸盐、氨基酸、酵母水、玉米浆等;无机盐类有KH2 PO4、MgSO4、CaCl2等;生长素有酵母膏、蛋白胨等;如果要诱变改良菌种,还需配制诱变培养基,所用的诱变剂有亚硝基胍、N—甲基—N—亚硝基胍、硫酸二乙酯、紫外线、激光、离子束等。
2.3 培养方法
2.3.1 菌种的活化
将保存的菌种转接到斜面培养基上,28 ℃培养4 d。
2.3.2 种子液的制备
活化菌种以少量无菌水洗,入装有种子液培养基的三角瓶中,24~30 ℃ , 转速150~300 r/min,培养2~5 d。培养温度、时间、摇瓶速度依菌种的类型和数 量而定,通常种子液培养基装液量为三角瓶的1/5。
2.3.3 摇瓶培养
采用与(2)同样容积的三角瓶,内装1/5容积的种子液培养基,接入种子液 2~3 mL,温度、转速同(2),培养时间比(2)延长1~2 d。
2.3.4 大罐发酵
装液量为灌体的2/3,接种5%,罐压0.5 kg/cm2,搅拌速度提高至原来的2倍,罐温与上述温度相同。有时为了逐渐诱导产脂,可采用三级发酵的方法,使培养 基营养的供给趋向于碳源逐渐升高,氮源逐渐减少,通气量加大,pH值也逐渐接近微生物合 成油脂的最适值。
2.4 菌体的收集
培养好的菌体经镜检后,以滤布(纱布、的确凉布)过滤,用蒸馏水洗三次 ,称湿重,取部分湿菌体60 ℃烘干,称干重,以确定湿菌体的含水率。收集大量菌体时则 采用离心法。
2.5 提油前菌体的前处理及菌体油脂的提取
微生物油脂存在于坚韧的细胞壁中,且部分以脂蛋白、脂多糖的形式存在 ,因此提油前必须对菌体进行前处理。前处理的方法主要有四种:(1)干菌体磨碎法(将菌体 与砂子一起进行研磨);(2)干菌体、稀盐酸共煮法(共煮使细胞分解便于获油);(3)菌种自 溶法(50 ℃下保温2~3 d);(4)菌体蛋白变性法(用乙醇或丙醇使结合蛋白变性)〔10〕 。另外还有利用高压匀浆、球磨、膨化、高渗透压等处理使菌体破裂的办法。
用于油脂浸提的有机溶剂主要有乙醚、异丙醚、氯仿、乙醚—乙醇、石油醚、氯仿—甲醇等 ,浸提后再通过减压蒸馏等手段回收溶剂。
3 微生物油脂定性分析
经苏丹黑染色法染色后,菌体中的脂肪粒呈现蓝紫色或蓝灰色,而菌体 为红色。根据脂肪粒大小可初步判断脂肪含量的多少,还可用于确定最佳产油时间〔5〕。
4 微生物油脂各项理化指标与质量指标的测定
采用AOCS方法,分析指标主要包括以下几方面:(1)折光指数;(2) 比重; (3)透明度;(4)气味、滋味;(5)水分;(6)酸价;(7)过氧化值;(8)碘价;(9)色泽;(10)2 80℃实验;(11)脂肪酸组成;(12)甘三酯组成;(13)不皂化物。
5 利用微生物制取功能性油脂
通过细胞融合、细胞诱变等手段,可使微生物生产出比动植物油脂 更符合人体需要的高营养油脂或某些特定脂肪酸组成的油脂〔27〕。现分述如下:
5.1 油酸、亚油酸
亚油酸是一种人体必需脂肪酸,通过人体的△6脱氢酶作用可以转 变成 人体所需的γ—亚麻酸。尽管这类油脂在植物中存在较为普遍,但亚油酸含量达到70%以上 的只有红花油、葵花油。据报道利用纤维素作碳源来培养丝状菌马铃薯黑痣病薄膜霉 ,所产 生的油脂亚油酸含量高达71.8%~76.3%〔11〕。国外资料报道有利用产脂内孢霉 工业化生产富含油酸、亚油酸的油脂。微生物油脂中油酸、亚油酸常常同时存在,二者可占 总脂量的65%~78%,这一点与许多植物油脂非常相似,此外熔点、折射率、比重、酸价、过 氧化值、皂化值、碘值等物理化学特性的分析结果,也与植物油接近〔9〕。
一份关于38株假丝酵母的全细胞脂肪酸分析表明:这些酵母油酸含量达34%~69%,亚油酸含 量达5%~34%,而且有的菌株棕榈油酸含量达15.9%〔2,3〕。油脂酵母、红酵母、 掷孢酵母合成的油脂以油酸为主要成份,脂肪酸组成与常用植物油中的橄榄油、菜籽油相近 〔2,13〕。
5.2 γ—亚麻酸(GLA)
GLA天然存在量很少,只有在乳脂和特殊野生植物种子中含量较高,人体 △6脱氢酶的存在及活力常受肥胖、癌症、 病毒感染、老龄等健康及营养因素的影响,阻碍摄入的亚油酸转变为GLA,使PG(前列 腺素)不能顺利合成,从而导致动脉硬化、血栓症、糖尿病等,故富含GLA的油脂是一类保健 性油脂〔14〕。
传统上,GLA主要从月见草种子油中提取,1948年Bernhard和Albercht首先从布拉克须霉的 菌丝体脂肪中鉴定出真菌CLA,含量达16%,Nugtern证明其结构与月见草种子油GLA相似。19 64年Show又发现藻状菌纲的菌株含有GLA,而不含α-亚麻酸。最近,日本Ona da Cement公司生物工程研究室的Morio Hiramo和东京农业与技术大学生物工程系的Yunki M iura等利用新鲜海水培养钝顶螺旋藻和一种小球藻(Chlorella sp.NKG4240)生产GLA, 其含量可达总脂肪酸的10%〔15〕。
在发酵生产GLA方面,1985年Osama Suzuki等利用深黄被孢霉、葡酒色被孢霉,拉曼被孢霉 和矮被孢霉以高 浓度葡萄糖(60~400 g/L)为碳源发酵培养,菌体油脂含量达35%~70%,其中GLA占3%~11% 。 1987年蓑岛良一等用雅致小克银汉霉发酵生产GLA,GLA含量达18%。英国使用爪哇镰刀菌, 以小麦淀粉生产的葡萄糖作为培养基进行发酵,产物经提纯达到食用标准,γ—甘油三亚麻 酸酯含量高达16%。利用发酵法生产γ—亚麻酸酯的John & Starge有限公司产量达100 t/a 〔4,26〕。1986年以来,英国Sslby factory of sturge Biochemicals、日本出光 化 学公司已有微生物GLA产品上市,主要用于医药、保健食品、功能性饮料和高级化妆品 〔11〕。
我国上海工业微生物研究所在500L发酵罐中用M102菌株发酵生产GLA,GLA含量达到8% 。1993年,南开大学生物系用深黄被孢霉As3.3410为出发菌株,经紫外诱变得变异株,在1 0L 罐中发酵产生GLA时,菌体得率为29.3%,油脂含量达44.7%,其中GLA含量达9.44%〔 12〕;1998年福建师范大学生物工程学院以深黄被孢霉As3.31410为出发菌株,经紫外 、硫酸二乙酯、亚硝基胍复合诱变处理后,进行了60m3罐三级发酵,菌体油脂含量高达79 .2%〔16〕。
5.3 花生四烯酸(AA)
AA传统上来自鱼油,但含量极低,一般小于0.2%(W/W)。AA与二十碳五烯 酸(EPA)是花生酸代谢的重要中间产物,它们在营养学、医学上的地位为世人瞩目,这主要 是 由于二十碳酸代谢产物PG、TX、LT具有调节脉管阻塞、血栓、伤口愈合、炎症及过敏等生理 功能〔1〕。1990年Buranova等发现几株被孢霉能聚集二十碳三烯酸(DGLA又称二高γ —亚麻酸)和AA,并且在一定条件下生产EPA。80年代以来,GLA、AA含量高的微生物油脂 相继在日本、英国、法国、新西兰等国投入工业化生产,日本、英国已有AA发酵产品投入市 场〔17〕。国内朱法科等以一株被孢霉为出发菌株,通过紫外诱变得到一株AA高产菌 ,AA得率达0.83g/L。研究还指出:培养不同时间的菌丝(3d~5d)在室温下老化15d,菌丝 体中总脂含量由18%~30%上升至36%~41%;菌丝体中AA含量则由1.1%~2.6%上升至2.6%~ 3.7%〔18〕。
5.4 二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)
天然EPA、DHA通常在海洋动物和海洋浮游植物中含量丰富。EPA、DHA属于 ω—3多不饱和脂肪酸(PUFA),其生理功能主要表现在:(1)预防和治疗动脉粥状硬化、血栓 形成及高血压。(2)治疗气喘、关节炎、周期性偏头痛、牛皮癣、肾炎。(3)治疗乳腺、前列 腺和结肠癌。目前ω—3PUFA的商业来源是海洋鱼及其油。鱼油中ω—3PUFA的构成与含量随 鱼种类、季节、地理位置等变化;为了提高其氧化稳定性,多数鱼油常常要经过氢化、调和 等步骤从而使EPA、DHA受到破坏。
1988年Shimizu等人提出高山被孢霉是生产EPA的一个潜在来源,在12℃的低温条件下生长时 ,可积累15%以上的EPA。Thraustochytrium aureum则是一种海生真菌,DHA含量达34%。许 多 海生藻可产高含EPA和DHA的油脂。金藻纲、黄藻纲、哇藻纲、红藻纲、褐藻纲、绿藻纲、绿 枝藻纲、 隐藻纲、Eustigmatoohyceae中的一些藻都高含EPA;甲藻纲的藻DHA含量高,而甲藻纲 中Amphidinium carteri的EPA和DHA含量都很高〔15〕。
培养基组成、通气、光强、温度、培养时间等对EPA、DHA等PUFA的合成、积累起着重要作用 ,氮源的数量影响饱和与不饱和脂肪酸的比例,光照不足将增加ω—6脂肪酸的合成和抑制 ω—3脂肪酸的合成,对数生长期末尾或在稳定期的开始时微生物PUFA的浓度达到最大。 此外使用基因工程选育菌种,有可能大大增加藻类、真菌产生EPA、DHA及其他PUFA的潜力, 而且藻油中的EPA比鱼油中有着更大的氧化稳定性,且没有鱼油的气味和滋味。
表3 可生产类可可脂的微生物
菌种 干菌体量
PC/g.L-1 脂质含
量/% 脂肪酸组成/% 1、3-二饱和、3不饱
和甘 油酯含量/%
16∶0 18∶0 18∶1
红冬孢酵母
(Rhodosporidium toruloi des) 12.8 59.8 25.0 12.7 46.4 47.9
红酵母(Rhodotorula glaminis) 8.0 35.8 29.8 11.8 35.5 32.8
产脂内孢霉 8.5 10.4 25.1 12.3 47.1 30.6
被孢霉(Mortierella vinacea ) 5.0 33.7 27.9 12.7 48.0
被孢霉(MM nana) 4.5 51.3 25.1 16.6 44.4
被孢霉(M.ramanianaver
anguispora) 3.2 13.4 28.1 16.6 40.8
5.5 长链二元酸
长链二元酸在工业上有广泛的用途,是生产聚合体、粉末涂料、可塑剂、 润滑油、香料、农药等的出发原料和中间体。C10以下的短链二元羧酸在自然界存在 广泛,合成较为容易,但C11以上的长键二元羧酸几乎没有天然存在的,合成也很 困难。很多微生物经发酵可得到C11~C18饱和及不饱和二元酸,这方面的应用 在日本最为广泛,且经使用效果良好。
5.6 角鲨烯
角鲨烯资源也非常短缺,主要存在于深海鲸鱼和鲨鱼肝油中,橄榄油和米 糠油中含量也较高。角鲨烯在油中具有抗氧化作用,但它全氧化后又成为助氧剂。其氢化物 是优良的化妆品基质和钟表等精密机械的润滑剂。以癸烷为碳源,利用深黄被孢霉发酵得到 的油脂,角鲨烯含量可达50mg/L。
5.7 代可可脂
可可脂是世界上最贵重的油脂之一,天然可可脂是以可可豆为原料经清洗 、去皮,水压法提取而得到的,其甘三酯组成为POS52%、SOS19%、POP6%。天然可可脂具有 风味良好、不易氧化且不被脂解酶分解、加工粘度适合、易于脱模等特性,成为制取巧克力 不可缺少的一种油脂成分。由于天然可可脂货源不足且价格昂贵,因此出现了多种多样的类 可可脂、代可可脂。利用微生物制取可可脂包含两方面的内容:(1)利用微生物酶作为催化 剂,催化油脂酯交换,达到可可脂要求的甘三酯组成,用这种方法可制得类可可脂。(2)培 养微生物菌株,使其在菌体内产生理化性质或甘三酯组成与可可脂接近的类可可脂和代可可 脂。
莫斯科工业研究所利用红酵母属、红冬孢酵母属、隐球酵母属菌株生产油脂 的一 项研究表明:Rhodotorula gracilis K-76及Rhodosporim sphaerocarpum L-103产生 的2 位为油酸的甘三脂产量很高,经分提得到的油脂理化性质近似于可可脂、橄榄油、棉籽油; 荷兰利用假丝酵母属、类酵母属、红酵母属 油脂酵母属等14个属的酵母变异种生产可可脂 及其代用品,以N-甲基-N-亚硝基胍诱变后得到高产菌种,经培养油脂含量达30%,且其中95 %的甘三酯具有P 37.6%、S 14.3%、O 37.5%的脂酸肪组成〔21〕;加拿大以脱 蛋白乳清为培养基培养酵母,通过添加所需晶型得到了甘三酯组成及含量与可可脂相似的类 可可脂,并且不经分提即可市售,产品均匀稳定〔22〕。
在利用微生物合成可可脂方面研究最多的是日本。在一项专利中,将乳酸杆菌、双歧杆菌菌 种接种到一种由油、脂、发酵的奶粉、糖类制成的混合物中,并按比例添加有全奶粉、蔗糖 、乳糖、磷脂、香料、柠檬酸及天然色素,在低于45℃的条件下发酵后,所得产品经感官检 验具酸奶酪味,可代替可可脂用于食品中〔23〕。
还有一项专利是将一种对苹婆酸及其衍生物敏感的假丝酵母进行摇瓶培养,培养后测得其甘 三酯组成中POP占18.6%、POS占39.0%、SOS占14.6%,可作为可可脂使用〔24〕 。另有一项专利使用被孢霉生产代可可脂,成效也非常显着〔25〕。
综上所述,微生物功能性油脂的研究是21世纪的发展方向,它将使油脂行业的范围更广 ,也将使微生物应用到更为广阔、重要的领域。
作者简介:董欣荣:女,1973年生,硕士研究生
作者单位:郑州粮食学院生物工程系,郑州 450052
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收稿日期 1999-06-25
3. 食用油分几类,所含成分是什么
食用油的分类 一、食用油的分类
分为三类:
动物油
植物油
微生物油脂
动物油如:猪油,牛油、羊油、鸡油、鱼油等
植物油如:大豆油、菜籽油、花生油、玉米油、葵花籽油、棕榈油、茶籽油、橄榄油、米糠油、芝麻油、红花籽油、亚麻籽油等。这此植物油在中国市场上均有产品在超市内销售。
微生物油脂:是由微生物产生的,目前没有直接用作烹调油。但在保健食品和食品中有用作原料,如在婴儿奶粉中加入的AA,和DHA,就有来源于微生物油脂的。
另外要提一下的是调和油,目前市上的调和油产品是由多种植物油调和而成的产品,不同厂家生产的调和油用的原料也有差别。
二、食用油中的营养成分
食用油中的主要营养成分是甘油三酯(脂肪),维生素E,植物甾醇。特别是精炼后的的食用油,其主要的营养成分就是以上三种。
而脂肪(甘油三酯)约占食用油的99%以上,甘油三酯是由甘油(约10%)和脂肪酸(约90)组成的。所以关注食用油的营养就要关注脂肪和脂肪酸的营养。
脂肪酸的种类很多,不同品种的植物油其脂肪酸的含量是不一样的,所以也就决定了不同品种的植物油其营养不一样。
维生素E是生育酚和生育三烯酚的总和。在植物油中含量很高,以小麦胚芽油中的维生素E含量高,其次是玉米油和大豆油。其它常见的植物油维生素E的含量比以上三种植物油来说要低很多。维生素E的对人体的主要功能是抗衰老。
植物甾醇(又叫植物固醇),是和胆固醇结构相似的一类化合物。因为植物甾醇进入人体内后,可以与胆固醇竞争,这样就能降低胆固醇的吸收。所以植物甾醇有降低胆固醇的作用。
三、脂肪酸
饱和脂肪酸:脂肪酸分子中不含不饱和化学键。
不饱和脂肪酸:脂肪酸分子中含不饱和化学键。在自然存在的油脂中的不饱和脂肪酸是含有双键(或烯键)的脂肪酸,包括单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。
单不饱和脂肪酸:分子中含一个双键的脂肪酸。(如油酸)
多不饱和脂肪酸:分子中含两个及以上双键的脂肪酸。(如亚油酸、亚麻酸)
人体不能自身合成,必需通过食物供给的脂肪酸,称为必需脂肪酸,必需脂肪酸包括:亚油酸、α-亚麻酸两种。
在不饱和脂肪酸分子中,距竣基最远的双键是在倒数第3个碳原子的称为ω-3脂肪酸,是在倒数第6个碳原子的称为ω-6脂肪酸。
四、六大营养素
六大营养素:碳水化合物、蛋白质、脂肪(油脂)、矿物质、维生素、水
人体三大营养物质是碳水化合物、蛋白质、脂肪(油脂)其在人体内提供的热量如下:
碳水化合物:4 kcal/g(4千卡每克)
蛋 白 质:4 kcal/g(4千卡每克)
脂 肪: 9 kcal/g(9千卡每克)
注:1 kcal=4.184 kJ(1千卡等于4.184千焦)
油脂(脂肪)对人体有的营养价值?
1、供给人体热量
2、供给必需脂肪酸
3、提供脂溶性维生素并促进其消化吸收
4、增加食物美味与饱腹感
六大营养素要均衡地摄入,人体才更健康。这可以参照中国营养学会的网站(关于膳食指南和平衡膳食宝塔)
五、关于脂肪和脂肪酸的营养摄入
中国营养学会推荐:成人脂肪摄入量占总能量的百分比为20-30%,其中饱和脂肪小于10%,单不饱和脂肪10%,多不饱和脂肪10%,(n-6)多不饱和脂肪酸:(n-3)多不饱和脂肪酸=(4-6):1。
中国营养学会平衡膳食宝塔推荐的食用油的摄入量是25克。
所以大家在使用食用油的时候不仅要注意量的摄入,也要注意脂肪酸的比例。
因此推荐大家食用调和油,特别是食用脂肪酸均衡的食用调和油,如0.27:1:1的调和油。
六、关于压榨和浸出
六、关于压榨和浸出
压榨法和浸出法是两种不同的油脂制取工艺。压榨法就是人们印象中的用物理压榨的方式“榨油”,这种方法不涉及添加化学物质,榨出油的各种成分保持较为完整,但缺点是出油率低。而浸出法则是将一种被称为“六号抽提溶剂油”(俗称六号轻汽油)的原料与粉碎后的油料进行充分混合后再进行油脂的抽提,这种方法相对产油率较高,成本较低,但成品油中可能存在微量溶剂残余。 不过经过精炼后的食用油溶剂已经被去掉了,特别是正规厂家生产的食用油。不用担心溶剂残留的问题。
一些人认为压榨制油工艺比浸出法制油工艺更先进,这是一种不科学的理解。只要符合国家标准,无论哪种工艺生产的产品都是合格的,不存在孰优孰劣的问题。
七:关于转基因
凡是允许在中国销售的转基因食品,都要通过国家农业部转基因办公室、专家委员会和相关检验机构的严格评审、检测,已经通过安全性评价的转基因食品,由国家农业部颁发安全合格证书后,方能投入进行食品加工。从营养安全的角度讲,目前还没有发现转基因食品不利于人体健康的证据,也没有出现因此引发的食品安全纠纷。那么,转基因食品与非转基因食品在营养上是否有区别呢?要求营养成分绝对相同是不可能的,但二者的差异不会超过允许范围。也就是说,同一品种的转基因食品与非转基因食品,其营养成分是没有太大区别的。
目前市场销售的大豆色拉油基本都是转基因的,不是转基因的非常少。但是任何一种作物被确定是否用转基因技术改造时,首先要对该种作物本身进行安全性评价,要确保其对人体不会产生不良反应,比如说,花生对极少数人有过敏性,所以不能考虑花生作为转基因对象。有些人不了解什么是转基因,认为转基因食品是在食品或农作物中加了个叫基因的东西。其实我们吃的任何东西都是由成千上万基因组成,传统品种改良通过杂交,实际也是基因的交换,并且杂交是在染色体水平上的基因交换,而基因技术是定向改造生物,跟杂交育种没有本质区别,只是效率更高罢了。转基因食品至少有两点好处,一可以减少农药残留,二可以强化某些营养成分。当然,目前对于转基因食品,也有专家持谨慎态度。也许以后会有更多的转基因食品出现在餐桌上,也许会被其他食品所替代。
目前中国每年从国外进口的大豆就有两千多万吨,基本上是转基因的,而这些大豆生产出的大豆油只有四五百万吨,而另外的一千多吨在哪里呢?是做成了各种饲料,喂猪牛羊鸡鸭鱼等,我们天天都在吃这些动物的肉,所以说我们几乎天天都在食用与转基因有关的食品。所以我们几乎没有人是可以不接触转基因食物的。
同时我们国家也在采用转基因的手段来改进其它的农作物,这些农产品可能在市场上也有出现的。
我认为:在选择食用油时根本就不要考虑是否是转基因和非转基因的问题!
八、关于维生素A强化的食用油
维生素A的缺乏是一个世界性的卫生问题,营养调查发现中国居民是缺乏维生素A的。也就是说从中国居民的维生素A平均摄入量来看,离推荐的需要摄入量还差很多。 特别是边远的农村和5岁以下的小孩缺乏最为严重。
但维生素A的毒性也是非常大。过量摄入是对身体也不好的。所以在食品中强化是一个比较好的方法。
维生素A是脂溶性的维生素,在食用油中的溶解性好,所以食用油是维生素A强化非常好的食品。而且人对食用油的摄入不会象很多其它食品一样,会大量的过量。这样维生素A的摄入量也就比较稳定不会太过。
在国标14880《营养强化剂使用卫生标准》中规定维生素A强化的量为4000ug-8000ug/kg油。
国家公众营养与发展中心为了改善中国居民的营养状况,在推动中国的营养强化工作,主要推动的是在面粉中强化B族维生素,在酱油中强化铁,在食用油中强化维生素A。所可靠消息,公众营养与发展中心计划在几年以后要推动国家立法强行规定在所有食用中必需强化维生素A。
目前在市场上最有影响力的维生素A强化食用油是福临门的维A油和金龙鱼的AE大豆油。建议大家也可以偿试一下这两种油,特别是喜欢大豆油的朋友,这两种油是不错的选择。
九、关于胆固醇
因为我们国家的一些企业和专家多年来对胆固醇的危害宣传过多,大家一提到胆固醇就会远离它,这里我要纠正一下。胆固醇是人体所必需的营养成分之一,如果没有胆固醇,人是不能生存的。
胆固醇可以分为两种,一种是低密度脂蛋白(LDL),一种是高密度脂蛋白(HDL)。LDL是负责把脂肪从肝脏运送到血管壁,而供给细胞脂肪。HDL是负责把血管壁多余的脂肪运回到肝脏。如果当LDL太高时,血管壁的脂肪太多,就会使脂肪在血管壁堆积,堵塞血管,从而引起高血压等心血管疾病。所以有人把LDL叫坏胆固醇,有人把HDL叫好胆固醇。
中国营养学会推荐中国居民每天胆固醇的摄入不要超过300mg。
因为中国居民目前胆固醇的摄入普遍偏高,所以大家都在讲胆固醇的坏处,而不讲它的作用。
对于以下含胆固醇高的食物,大家要适量地摄入,不要吃太多。
�6�1 蛋类:蛋类的蛋黄,如鸡蛋黄、鸭蛋黄、咸蛋黄、皮蛋黄等。
�6�1 动物内脏:脑、腰、肝、肠等。
�6�1 海产类:墨鱼、鱿鱼、虾膏、蟹黄、鱼子、鱼头等。
�6�1 油类:奶油、牛油、鸡油、猪油等。
常见高胆固醇的食物中胆固醇的含量见下面的网页
10、关于食用油中的脂肪问题
食用油中的绝大部分成分都是脂肪,有人说某某植物油脂肪含量高,某某植物油脂肪含量低,这些说法均是不科学的。
而准确的说法应该是某某植物油饱和脂肪酸含量高,某某植物油饱和脂肪酸含量低。
而大家也不要对脂肪产生恐慌,人体是需要脂肪的,人每天需要从外界摄入的脂肪大约是72克左右。因体力劳动的强度而有所不同。
脂肪是要适量的摄入,不要太过,但如果人不吃脂肪,也会对身体不好的!
中国营养学会推荐的人每天食用油的摄入量是25克。
4. 微生物油脂的微生物油脂的特点
微生物生产油脂不仅具有油脂含量高、生产周期短、不受季节影响、不占用耕地等优点;而且可用细胞融合、细胞诱变等方法,使微生物产生高营养油脂或某些特定脂肪酸组成油脂,如EPA、DHA、类可可脂等。
5. 微生物油脂的微生物油脂的生产
微生物产生油脂的过程, 本质上与动植物产生油脂的过程相似, 都是从乙酰 CoA 羧化酶催化羧化的反应开始, 然后经过多次链延长, 或再经过去饱和作用等完成整个生化过程。在此过程中, 有两个主要的催化酶, 即乙酰 CoA 羧化酶和去饱和酶。其中乙酰 CoA 羧化酶催化脂肪酸合成的第一步, 是第一个限速酶。此酶是由多个亚基组成的复合酶,结构中有多个活性位点, 因此该酶能为乙酰 CoA、ATP 和生物素所激活。去饱和酶是微生物通过氧化去饱和途径生成不饱和酸的关键酶, 这一过程称之为脂肪酸氧化循环。
综合目前国外的研究,粘红酵母油脂合成的机理可分为四个环节: 两个前体乙酰 CoA 和 3- 磷酸甘油的形成; 甲羟戊酸的合成, 乙酰 CoA 形成脂酰 CoA 和鞘脂; 以甲羟戊酸为前体合成甾醇、 类胡萝卜素和碳水化合物; 以乙酰CoA和 3- 磷酸甘油为前体合成磷脂酸、甘油二脂、甘油三脂和磷脂。由此可见, 在酵母细胞内油脂合成的多少, 乙酰 CoA 起了主导作用, 而乙酰 CoA 的形成又受到氮源多少、 AMP 和异柠檬酸脱氢酶活力等诸多因素的影响。
6. 收购与销售非食用废弃植物油需要什么手续
食用油的种类:
从油脂的来源讲,可分为陆地动物油脂、海洋动物油脂、植物油脂、乳脂和微生物油脂。
草本植物油:大豆油、花生油、菜籽油、葵花籽油、棉籽油等。
木本植物油:油茶籽油、核桃油、苹果油、橄榄油等。
陆地动物油:猪油、牛油、羊油、鸡油、鸭油等。
海洋动物油:鲸油、深海鱼油等。
食用油时应该如何挑选?
1. 看色泽。一般高品位油色浅,低品位油色深(芝麻油除外),油的色泽深浅也因其品种不同而使同品位油色略有差异,高品位油透明度好,无浑浊。此外,高品位油无沉淀和悬浮物,黏度小。
2. 看透明度。透明度高,水分杂质少,质地就优良。优质的植物油静置24小时后,应该清晰透明、不混浊、无沉淀、无悬浮物。
3. 尝滋味。正常的食用油没有刺激性气味,如有刺激性气味,可能是加入了化学油或油提炼不干净,残留溶剂偏高。
4. 看时间。油贮存时间长了或贮存条件不好,容易产生酸败,消费者最好购买近期生产的产品。 关于食用油的存放,除注意干燥、避光、低温和密封外,中国疾病预防控制中心营养与食品安全所建议在油桶外套一个黑塑料袋,这样可加强避光性,以防止油脂氧化变质,并且提高其储存的品质。
7. 生物油是怎么制作的
生物油是通过快速加热的方式在隔绝氧气的条件下使组成生物质的高分子聚合物裂解成低分子有机物蒸汽,并采用骤冷的方法,将其凝结成液体,它具有原料来源广泛、可再生、便于运输、能量密度较高等特点,是一种潜在的液体燃料和化工原料。
生物油也叫醇燃料,分厨房,锅炉,车用三种,配方不同,效果不一样。
厨房的主要是甲醇兑水和添加剂,热值不过4500 左右大卡,通过更换原来的炉心,提高热效率,使用一键启动,气化燃烧,锅离火灭等方式来达到节能的目的。
生物柴油具有环保性能好、发动机启动性能好、燃料性能好,原料来源广泛、可再生等特性。近年来许多研究证实,无论是小型、轻型柴油机还是大型、重型柴油机或是拖拉机,燃烧生物柴油后碳氢化合物都减少55%~60%,颗粒物减少20%~50%,CO减少45%以上,多环芳烃减少75%~85%。
生物柴油是植物油(如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等)、动物油(如鱼油、猪油、牛油、羊油等)、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。具有某种结构符号的脂肪酸甘油酯(即甘油三酸酯)的植物油和动物脂肪通常被作为生物柴油的原料。
8. 环保生物燃油市场前景咋样
生物柴油产业简介
生物柴油是指植物油(如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等)、动物油(如鱼油、猪油、牛油、羊油等)、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。具有某种结构符号的脂肪酸甘油酯(即甘油三酸酯)的植物油和动物脂肪通常被作为生物柴油的原料。生物柴油是典型的“绿色能源”,具有环保性能好、发动机启动性能好、燃料性能好,原料来源广泛、可再生等特性。
生物柴油是典型的“绿色能源”,具有环保性能好、发动机启动性能好、燃料性能好,原料来源广泛、可再生等特性。近年来许多研究证实,无论是小型、轻型柴油机还是大型、重型柴油机或是拖拉机,燃烧生物柴油后碳氢化合物都减少55%~60%,颗粒物减少20%~50%,CO减少45%以上,多环芳烃减少75%~85%。
生物柴油产业链可分为上游资源供应、中游研发生产、下游销售渠道和服务三个环节。
——更多数据可参考前瞻产业研究院《中国生物柴油行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。
9. 微生物油脂是什么
微生物油脂是继植物油脂、动物油脂之后人类开发出的又一种食用油脂新资源。能够生产油脂的微生物有酵母、霉菌、细菌和藻类等,其中真核的酵母、霉菌和藻类能合成与植物油组成相似的甘油三酯,而原核的细菌则合成特殊的脂类。不过,人们的研究主要集中在藻类、细菌和真菌上,因为细菌的油脂产量太低。
微生物油脂研究始于第一次世界大战期间,德国为了解决当时的油源匮乏而利用产脂内孢霉生产油脂,此后美国也开始着手微生物油脂的生产,但没有实现工业化。第二次世界大战前夕,德国科学家筛选到了适于深层培养的菌株,开始在德国工业化生产微生物食用油脂。在二战之后的几十年里,由于科学技术的不断进步,科学家们对产油脂的微生物菌株进行反复的改造和筛选,终于获得了一大批油脂含量高、生产周期短、不受季节影响、产油脂率高、遗传性状稳定、成本较低、易于工业化生产的微生物油脂。
微生物油脂比动植物油脂更有利于人体健康
10. 微生物在食品工业中的应用
微生物在食品工业中的应用
1.1 食醋
食醋是我国劳动人民在长期的生产实践中制造出来的一种酸性调味品。它能增进食欲,帮助消化,在人们饮食生活中不可缺少。在我国的中医药学中醋也有一定的用途。全国各地生产的食醋品种较多。着名的山西陈醋、镇江香醋、四川麸醋、东北白醋、江浙玫瑰米醋、福建红曲醋等是食醋的代表品种。食醋按加工方法可分为合成醋、酿造醋、再制醋三大类。其中产量最大且与我们关系最为密切的是酿造醋,它是用粮食等淀粉质为原料,经微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。其主要成分除醋酸(3%~5%)外,还含有各种氨基酸、有机酸、糖类、维生素、醇和酯等营养成分及风味成分,具有独特的色、香、味。它不仅是调味佳品,长期食用对身体健康也十分有益。
1.1.1 生产原料
目前酿醋生产用的主要原料有:薯类 如甘薯、马铃薯等;粮谷类 如玉米、大米等;粮食加工下脚料 如碎米、麸皮、谷糠等;果蔬类 如黑醋栗、葡萄、胡萝卜等;野生植物 如橡子、菊芋等;其他 如酸果酒、酸啤酒、糖蜜等。
生产食醋除了上述主要原料外,还需要疏松材料如谷壳、玉米芯等,使发酵料通透性好,好氧微生物能良好生长。
1.2 发酵乳制品
发酵乳制品是指良好的原料乳经过杀菌作用接种特定的微生物进行发酵作用,产生具有特殊风味的食品,称为发酵乳制品。它们通常具有良好的风味、较高的营养价值、还具有一定的保健作用。并深受消费者的普遍欢迎。常用发酵乳制品有酸奶、奶酪、酸奶油、马奶酒等。
发酵乳制品主要包括酸奶和奶酪两大类,生产菌种主要是乳酸菌。乳酸菌的种类较多,常用的有干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、保加利亚乳杆菌(L. bulgaricus)、嗜酸乳杆菌(L. acidophilus)、植物乳杆菌(L. plantarum)、乳酸乳杆菌(L. Lactis)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)等。
近年来,随着对双歧乳酸杆菌在营养保健方面作用的认识,人们便将其引入酸奶制造,使传统的单株发酵,变为双株或三株共生发酵。由于双歧杆菌的引入,使酸奶在原有的助消化、促进肠胃功能作用基础上,又具备了防癌、抗癌的保健作用。双歧杆菌因其菌体尖端呈分枝状(如Y型或V型)而得名。双歧杆菌是无芽孢革兰氏阳性细菌,专性厌氧、不抗酸、不运动、过氧化氢酶反应为阴性,最适生长温度为37~41℃。初始生长最适pH6.5~7.0,能分解糖。双歧杆菌能利用葡萄糖发酵产生醋酸和乳酸(2:3),不产生CO2。目前已知的双歧杆菌共有24种,其中9种存在于人体肠道内,它们是两歧双歧杆菌(B. bifim)、长双歧杆菌(B. longum)、短双歧杆菌(B. brevvis)、婴儿双歧杆菌(B. angulatum)、链状双歧杆菌(B. adolescentis)、假链状双歧杆菌(B. pseudocatenulatum)和牙双歧杆菌(B. dentmum)等。应用于发酵乳制品生产的仅为前面5种。
双歧杆菌与人体,除了如在酸奶中起到和其它乳酸菌一样的对乳营养成分的“预消化”作用,使鲜乳中的乳糖、蛋白质水解成为更易为人体吸收利用的小分子以外,主要产生双歧杆菌素。其对肠道中的致病菌如沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌等具有明显的杀灭效果。乳中的双歧杆菌还能分解积存于肠胃中的致癌物N-亚硝基胺,防止肠道癌变,并能通过诱导作用产生细胞干扰素和促细胞分裂剂,活化NK细胞,促进免疫球蛋白的产生、活化巨嗜细胞的功能,提高人体的免疫力,增强人体对癌症的抵抗和免疫能力。
目前,发酵乳制品的品种很多,如酸奶、饮料、干酪、奶酪等。现仅简要介绍一下双歧杆菌酸奶的生产工艺。
双歧杆菌酸奶的生产有两种不同的工艺。一种是两歧双歧杆菌与嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等共同发酵的生产工艺,称共同发酵法。另一种是将两歧双歧杆菌与兼性厌氧的酵母菌同时在脱脂牛乳中混合培养,利用酵母在生长过程中的呼吸作用,以生物法耗氧,创造一个适合于双歧杆菌生长繁殖、产酸代谢的厌氧环境,称为共生发酵法。
1.3 氨基酸发酵
1.3.1 概述
氨基酸是组成蛋白质的基本成分,其中有8种氨基酸是人体不能合成但又必需的氨基酸,称为必需氨基酸,人体只有通过食物来获得。另外在食品工业中,氨基酸可作为调味料,如谷氨酸钠、肌苷酸钠、鸟苷酸钠可作为鲜味剂,色氨酸和甘氨酸可作为甜味剂,在食品中添加某些氨基酸可提高其营养价值等等。因此氨基酸的生产具有重要的意义。表7~1列出部分氨基酸生产所用的菌株。
自从60年代以来,微生物直接用糖类发酵生产谷氨酸获得成功并投入工业化生产。我国成为世界上最大的味精生产大国。味精以成为调味品的重要成员之一,氨基酸的研究和生产得到了迅速发展。随着科学技术的进步,对传统的工艺不断地进行改革,但如何保持传统工艺生产的特有风味,从而使新工艺生产出的产品更具魅力,是今后研究的课题。
1.5 黄原胶
1.5.1 概况
黄原胶(Xamthan Gum)别名汉生胶,又称黄单胞多糖,是国际上70年代发展起来的新型发酵产品。它是由甘兰黑腐病黄单胞细菌(Xanthomonas campestris)以碳水化合物为主要原料,经通风发酵、分离提纯后得到的一种微生物高分子酸性胞外杂多糖。其作为新型优良的天然食品添加剂用途越来越广泛。
国际上,黄原胶开发及应用最早的是美国。美国农业部北方地区Peoria实验室于60年代初首先用微生物发酵法获得黄原胶。1964年,美国Merck公司Keco分部在世界上首先实现了黄原胶的工业化生产。1979年世界黄原胶总产量为2000t,1990年达4000t以上。在美国,黄原胶年产值约为5亿美元,仅次于抗生素和溶剂的年产值,在发酵产品中居第3位。
我国对黄原胶的研究起步较晚,进行开发研究的单位,如南开大学、中科院微生物研究所、山东食品发酵研究所等,均已通过中试鉴定。目前全国有烟台、金湖、五连等数家黄原胶生产厂,年产在200t左右,主要用作食品添加剂。我国生产黄原胶的淀粉用量一般在5%左右,发酵周期为72~96h,产胶能力30~40g/L,与国外比较,生产水平较低。随着黄原胶生产和应用范围的进一步发展,目前北京、四川、郑州、苏州、山东等地都有黄原胶生产新厂建成,预示着我国的黄原胶生产将呈现一个新的局面。
2 食品制造中的酵母及其应用
酵母菌与人们的生活有着十分密切的关系,几千年来劳动人民利用酵母菌制作出许多营养丰富、味美的食品和饮料。目前,酵母菌在食品工业中占有极其重要的地位。利用酵母菌生产的食品种类很多,下面仅介绍几种主要产品。
2.1 面包
面包是产小麦国家的主食,几乎世界各国都有生产。它是以面粉为主要原料,以酵母菌、糖、油脂和鸡蛋为辅料生产的发酵食品,其营养丰富,组织蓬松,易于消化吸收,食用方便,深受消费者喜爱。
酵母是生产面包必不可少的生物松软剂。面包酵母是一种单细胞生物,属真菌类,学名为啤酒酵母。面包酵母有圆形、椭圆形等多种形态。以椭圆形的用于生产较好。酵母为兼性厌氧性微生物,在有氧及无氧条件下都可以进行发酵。
2.2 酿酒
我国是一个酒类生产大国,也是一个酒文化文明古国,在应用酵母菌酿酒的领域里,有着举足轻重的地位。许多独特的酿酒工艺在世界上独领风骚,深受世界各国赞誉,同时也为我国经济繁荣作出了重要贡献。
酿酒具有悠久的历史,产品种类繁多如:黄酒、白酒、啤酒、果酒等品种。而且形成了各种类型的名酒,如绍兴黄酒、贵州茅台酒、青岛啤酒等。酒的品种不同,酿酒所用的酵母以及酿造工艺也不同,而且同一类型的酒各地也有自己独特的工艺。
2.2.1 啤酒
啤酒是以优质大麦芽为主要原料,大米、酒花等为辅料,经过制麦、糖化、啤酒酵母发酵等工序酿制而成的一种含有C02、低酒精浓度和多种营养成分的饮料酒。它是世界上产量最大的酒种之一。
3.1 生产用霉菌菌种
淀粉的糖化、蛋白质的水解均是通过霉菌产生的淀粉酶和蛋白质水解酶进行的。通常情况是先进行霉菌培养制曲。淀粉、蛋白质原料经过蒸煮糊化加入种曲,在一定温度下培养,曲中由霉菌产生的各种酶起作用,将淀粉、蛋白质分解成糖、氨基酸等水解产物。
在生产中利用霉菌作为糖化菌种很多。根霉属中常用的有日本根霉(Rhizopus japonicus AS3. 849)、米根霉(Rhizopus oryzae)、华根霉(Rhizopus chinensis〉等;曲霉属中常用的有黑曲霉(Aspergillus niger)、宇佐美曲霉(Asp. usamii)、米曲霉(Asp. oryzae)和泡盛曲霉(Asp. awamori)等;毛霉属中常用的有鲁氏毛霉(Mucor rouxii),还有红曲属(Monascus)中的一些种也是较好的糖化剂,如紫红曲霉(Monascus. Purpurens)、安氏红曲霉(Monascus. anka)、锈色红曲霉(Monascus. rubiginosusr)、变红曲霉(Monascus. serorubescons AS3.976)等。
3.2 酱类
酱类包括大豆酱、蚕豆酱、面酱、豆瓣酱、豆豉及其加工制品,都是由一些粮食和油料作物为主要原料,利用以米曲霉为主的微生物经发酵酿制的。酱类发酵制品营养丰富,易于消化吸收,即可作小菜,又是调味品,具有特有的色、香、味,价格便宜,是一种受欢迎的大众化调味品。
用于酱类生产的霉菌主要是米曲霉(Asp.oryzae),生产上常用的有沪酿3.042,黄曲霉Cr-1菌株(不产生毒素),黑曲霉(Asp. Nigerf-27)等。所用的曲霉具有较强的蛋白酶、淀粉酶及纤维素酶的活力,它们把原料中的蛋白质分解为氨基酸,淀粉变为糖类,在其他微生物的共同作用下生成醇、酸、酯等,形成酱类特有的风味。
3.3 酱油
酱油是人们常用的一种食品调味料,营养丰富,味道鲜美,在我国已有两千多年的历史。它是用蛋白质原料(如豆饼、豆柏等)和淀粉质原料(如麸皮、面粉、小麦等),利用曲霉及其他微生物的共同发酵作用酿制而成的。
酱油生产中常用的霉菌有米曲霉、黄曲霉和黑曲霉等,应用于酱油生产的曲霉菌株应符合如下条件:不产黄曲霉毒素;蛋白酶、淀粉酶活力高,有谷氨酰胺酶活力;生长快速、培养条件粗放、抗杂菌能力强;不产生异味,制曲酿造的酱制品风味好。
1923年美国科学家研究成功了以废糖蜜为原料的浅盘法柠檬酸发酵,并设厂生产。1951年美国Miles公司首先采用深层发酵大规模生产柠檬酸。我国1968年用薯干为原料采用深层发酵法生产柠檬酸成功,许多微生物都能产生苹果酸,
食品制造中的主要微生物酶制剂及其应用
酶是一种生物催化剂,催化效率高、反应条件温和和专一性强等特点,已经日益受到人们的重视,应用也越来越广泛。生物界中已发现有多种生物酶,在生产中广泛应用的仅有淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、脂肪酶、纤维素酶、葡萄糖异构酶、葡萄糖氧化酶等十几种。利用微生物生产生物酶制剂要比从植物瓜果、种子、动物组织中获得更容易。因为动、植物来源有限,且受季节、气候和地域的限制,而微生物不仅不受这些因素的影响,而且种类繁多、生长速度快、加工提纯容易、加工成本相对比较低,充分显示了微生物生产酶制剂的优越性。现在除少数几种酶仍从动、植物中提取外,绝大部分是用微生物来生产的。
4.1 主要酶制剂、用途及产酶微生物
酶制剂可以由细菌、酵母菌、霉菌、放线菌等微生物生产。
.3.1 酶制剂在食品保鲜方面的应用
随着人们对食品的要求不断提高和科学技术的不断进步,一种崭新的食品保鲜技术—酶法保鲜技术正在崛起。酶法保鲜技术是利用生物酶的高效的催化作用,防止或消除外界因素对食品的不良影响,从而保持食品原有的优良品质和特性的技术。由于酶具有专一性强、催化效率高、作用条件温和等特点,可广泛地应用于各种食品的保鲜,有效地防止外界因素,特别是氧化和微生物对食品所造成的不良影响。
葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase)是一种氧化还原酶,它可催化葡萄糖和氧反应,生成葡萄糖酸和双氧水。将葡萄糖氧化酶与食品一起置于密封容器中,在有葡萄糖存在的条件下,该酶可有效地降低或消除密封容器中的氧气,从而有效地防止食品成分的氧化作用,起到食品保鲜作用。
酶制剂在淀粉类食品生产中的应用
淀粉类食品是指含大量淀粉或以淀粉为主要原料加工而成的食品,是世界上产量最大的一类食品。淀粉可以通过水解作用生成糊精、低聚糖、麦芽糊精和葡萄糖等产物。这些产物又可进一步转化为其他产物。在这些产物的生产中,已广泛应用各种酶。
在淀粉类食品的加工中,多种酶被广泛地应用,其中主要的有a-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支链淀粉酶、葡萄糖异构酶等。现在国内外葡萄糖的生产绝大多数是采用淀粉酶水解的方法。酶法生产葡萄糖是以淀粉为原料,先经a-淀粉酶液化成糊精,再利用糖化酶生成葡萄糖。果葡糖浆是有葡萄糖异构酶催化葡萄糖异构化生成果糖,而得到含有葡萄糖和果糖的混合糖浆。