主题：【第三届原创参赛】功能食品生物制造的研究进展（9月）

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发表于：2010/09/26 16:56:00 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

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功能食品生物制造的研究进展

中文摘要：近年来，饮食与健康的关系尤为受到人们的关注。人们想通过日常饮食达到防病保健的目的，功能食品应运而生。而制造功能性食品最主要的就是功能性材料。当然，这种功能性材料也包含食品的品质保持或物性改善方面的功能。本文就介绍了一些利用生物技术开发的功能性食品材料。

关键词：功能食品、生物技术、开发

正文：

随着经济的高速发展，消费者的饮食观念也发生了深刻的变化。因此，功能性食品已成为当代食品中最具有吸引力的新食品之一。现代生物技术高速发展，设备日益更新，为功能食品的开发提供了一个新的平台。

1、功能食品的分类

功能性食品营养保健性涵盖面广泛，而且多涉及到天然性食品，一些功能性因子也具有良好的营养保健作用。其中天然性食品所占比例较大，主要包括发酵型和非发酵型。由于世界传统发酵食品历史悠久，分布广泛，许多国家和地区都有当地特色的传统发酵食品，在发酵型食品中我们常见的有中国的酱油和腐乳，日本的纳豆和清酒，韩国的泡菜，意大利的色拉米香肠，高加索地区的开菲尔奶，以及西方许多国家的葡萄酒、面包、干酪和酸奶，都是人们餐桌上必不可少的美味佳肴。这些发酵型食品各自均具有明显的功能作用，如葡萄酒(尤其是红葡萄酒) 大量存在多酚类物质(类黄酮、黄酮醇、花青素、单宁等)，具有抗氧化和消除氧自由基、阻碍血小板凝集、防止低密度脂蛋白(LDL)的氧化和抗癌的作用。

另外在非发酵型功能性食品中主要有天然型及功能性因子添加型。其中天然型最为常见，如可食用菌类(猴头菇、羊肚菌、仙人掌、苦瓜等) 特别是羊肚菌性平，味甘寒，无毒，具有益肠胃、助消化、化痰理气、补肾壮阳、补脑提神等功效；现代医学研究表明，羊肚菌还具有降血脂、调节机体免疫力、抗疲劳、抗菌、抗病毒、抑制肿瘤、减轻放化疗引起的毒副作用等功效。刘玉田等^[1]以可食用粮食类培养基代替传统的灵芝培养基，采取先液后固培养灵芝菌新工艺，使经选择的培养基转化成具有灵芝功能的目标保健食品。而以酪蛋白磷酸肽，谷胱甘肽等活性多肽为代表的功能性调节因子，能够有效地促进老年人钙的吸收。另外其它一些微量元素的介入，也使其功能保健性大大加强，但由于涉及食品安全问题，微量元素的添加量有着严格规定。

2、功能食品的发展过程

纵观各国功能食品发展过程，大体可分为三个阶段，也可称为三代产品。第一代功能食品，包括各类强化食品，是最原始的功能食品，仅根据食品中的各类营养素或强化的营养素功能来推断该食品的调节功能，但并未对这些功能进行实验予以证实。第二代功能食品，指必须经过人体及动物实验证明该食品中某些营养素或强化的营养素对人体具有生理调节功能而相应设计生产的食品，即美日等国强调的真实性与科学性。第三代功能食品不仅需要经过人体及动物实验证明该食品具有某种生理调节功能，还需知其生理活性物质(功能因子) 的成分、化学结构、含量及作用机制，并要求功能因子在食品中应有稳定的形态^[2,3]。

3、生物技术在功能食品中的应用

3.1、提供食品工业用的基础原料

利用基因工程、细胞工程等现代生物技术, 可以全面改良动植物的遗传性状, 增育出优良的谷类、果蔬、家畜和水产品品种, 达到降低生产成本、提高产品质量的目的。而且, 应用生物技术, 人们还有可能选育出全新的、自然界原先并不存在的农作物、家禽、家畜和水产品的品种, 为食品工业提高全新优质原料。

3.2、直接生产出人们喜爱的各种发酵食品

利用微生物发酵技术, 已经能够生产出门类众多的发酵食品, 主要包括饮料酒、酱、酱油、醋、乳酪、酸奶等。随着微生物发酵技术的发展, 发酵食品的品种还将不断增多, 质量不断提高, 产量不断增加。

3.3、提供各种食品添加剂和保健食品的功能性基料

近来, 随着“回归大自然”的呼声的高涨, 人们越来越重视采用微生物发酵方法生产食品添加剂等。此外, 用微生物发酵和酶法转化, 可以生产多种保健食品的基料, 如碳水化合物类、肽类、多不饱和脂肪酸等。

3.3.1、碳水化合物类

这是国内外比较成熟的功能性甜味剂, 主要品种有山梨醇、麦芽糖醇、木糖醇。最近法国赛力事达公司和日本用淀粉原料发酵法开发成固体结晶状‘赤鲜醇’(四元醇) , 热量只有葡萄糖的1/10, 其最大的优点是耐受度高, 可一次性摄入1g/kg。淀粉经酶解成葡萄糖后,由嗜高渗酵母发酵后浓缩、结晶、分离、干燥制得^[4] 。

这些糖醇的共同特点是不被口腔中产生龋齿的链球菌利用, 在口腔中能微微提高pH值, 对防龋齿有重要作用。当今西方国家流行的无糖口香糖就是利用这些糖醇代替蔗糖和葡萄糖制造的。此外木糖醇摄入后不会增加血糖值, 不需胰岛素就能通过细胞膜, 成为细胞的营养, 所以糖醇防龋齿和在糖尿病人的营养功能方面有最好的效果。由于木糖醇的价格昂贵, 国际市场糖醇消费最大的是山梨醇, 其次是麦芽糖醇, 木糖醇的比重相当少。传统的糖醇生产一般是相应的单糖经过加压催化氢化, 使醛基还原成醇。氢化反应需要高压容器, 而且要采用昂贵的催化剂, 为了保护催化剂的活性, 糖溶液净化要求苛刻, 相应成本上升, 因此国内外开展了发酵法制取糖醇的研究工作。如利用酵母发酵法由木糖生产木糖醇^[5,6] 。

菌类多糖是我国采用深层发酵^[7]、研究开发较为广泛的功能性营养强化剂, 现在将近有20个品种, 如灵芝多糖、虫草多糖、茯苓多糖、银耳多糖、金针菇多糖、香菇多糖等。这些多糖具有抗氧、抗疲劳、免疫、抗癌等生理活性, 目前批量上市的主要是菌丝体粉, 含有菌类多糖。

表1是利用酶或微生物制造的具有代表性的一些糖类功能性食品新材料。

3.3.2、蛋白质类

一般由蛋白质降解获得，主要是低肽，2～5个肽，是功能食品研究领域最活跃的品种，至今仍没有较大工业规模的生产，但肽类的功能远远多于糖类。蛋白质降解最终物是氨基酸, 氨基酸只有20余种，肽类小肽由2个、3个氨基酸构成, 所以肽可以有几百种、上千种。一些功能肽并不由必需氨基酸组成, 如谷胱甘肽, 它是由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成。在经济发展到一定阶段, 消费水平上升, 食物结构调整后，人们在食物中摄入的必要氨基酸, 如赖氨酸、蛋氨酸并不缺少了, 但一些肽却有可能缺乏。我们能将一些廉价的蛋白资源, 经酶法降解得到相应的肽, 这样就能大幅度提高产品的价值, 并为人类健康作出贡献。“九五”期间国家科委已列入若干关于功能性肽类的攻关课题。现已取得一定进展，如鱼、虾蛋白经蛋白酶酶解可制得降血压肽,如C8肽(金枪鱼) 、C11肽(沙丁鱼) 、C3肽(南极磷虾) 。降血压肽可抑制血管紧张素转移酶活性,从而起到降低血压作用^[8] 。酪蛋白经胰蛋白酶(或产碱杆菌蛋白酶)等蛋白酶作用下水解制得^[9]。以糖、氨、α-氨基丁酸为原料,用黄色小球菌或枯草杆菌发酵而得^[10]。以葡萄糖等糖类为原料,经黄色短杆菌发酵制得。此外,赖氨酸、色氨酸、苏氨酸、亮氨酸、精氨酸、半胱氨酸、脯氨酸等氨基酸亦可由微生物发酵法制得^[11^～^13]。

3.3.3、多不饱和脂肪酸

目前市场比较热销的主要是DHA二十二碳六烯酸、EPA二十碳五烯酸、A2亚麻酸等，具有降低中性脂、胆固醇、血压、血小板凝聚力、血粘的作用。可以预防高血脂、动脉硬化及心脑血管疾病，目前主要从鱼油提取，但多不饱和脂肪酸的市场容量并不很大。多不饱和脂肪酸也可以由生物合成方法来生产，如可利用苔藓、高山被孢霉、硅藻、隐甲藻等发酵后分离、提取制得^[14,15]二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。其纯度可达90%以上，并能解脱鱼腥味的困扰，但目前用发酵法制取多不饱和脂肪酸的成本偏高，缺乏竞争力。

3.3.4、其他

微量活性元素是人体内不可少的营养成分。它在消化道和组织细胞代谢过程中，一方面，发生协同作用(如磷、锌、钴可调节肠壁内磷酸化过程和影响某些消化酶的活性；钻可促进锌的吸收；铁和铜共同参与红细胞的生成)。另一方面，又互相拮抗(如镁过多时在消化道内形成磷酸镁，阻碍磷的吸收；高锌可防止铜中毒；高铁易诱发钴、铜、锌、锰、硒的缺乏症)。目前其也可通过生物发酵的方式制得，如在麦芽汁中加入亚硒酸钠溶液，使麦芽汁中含硒达5mg/kg，接入啤酒酵母,通气培养后,分离出酵母，洗净、干燥、粉碎而成^[16]。啤酒酵母在铬盐培养液中发酵后，分离出酵母，洗净、干燥、粉碎制成。此外，还可利用酵母发酵法生产富锌酵母、富锗酵母等，利用食用菌深层发酵法生产富碘金针菇、富锗灵芝等^[17,18]。

维生素是我们每个人的健康要素。人体一旦缺乏维生素，相应的代谢反应就会出现问题，从而产生维生素缺乏症。缺乏维生素会让我们的肌体代谢失去平衡，免疫力下降，各种疾病、病毒就会趁虚而入。所以补充必须的维生素是很有必要的，它的生产也日趋成熟如先由发酵法生产啤酒酵母,从啤酒酵母中分离提取出麦角甾醇后经紫外线照射而得。此外，VE、VK、L2肉碱等亦可由发酵法生产^[19,20]。

结束语

功能食品的发展，给人们带来了健康与长寿，而生物技术又给功能食品带来了变革性发展。充分运用现代生物技术将推动保健食品向更高层次发展和促进新一代的保健食品的开发。

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附件：

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