上海交通大学：《生物技术与人类》通识课程教学资源（小论文）生物技术在食物风味上的应用.doc_大学文库

引言：生物技术是生产食品风味物质的重要手段。早在七千多年前，人们就已利用微生物来生产食醋。随着科学和经济的发展，生物催化技术在发酵调味品和发酵食品的生产中发挥着越来越大的作用。在另一方面，食品风味除来自于原料和加工过程外，往往依赖于外加风味剂得以加强与改善。微生物与酶已被证实。在食品风味剂生产中有着不可替代的影响，同样，从改善食品风味的目的出发，外加风味酶处理也逐渐受到人们的重视。 1.酶在食品风味中的应用酶制剂已在食品工业中得到广泛应用，同时酶的许多优越特性使它们成为操纵生物材料的理想工具。酶催化过程具有反应时间短、具有专一性、作用条件温和、易于控制、反应效率高、产品易于分离等优点，因此各种来源的酶已被广泛应用于食品风味剂的生产，其中包括了单一的呈香呈味物质和采用酶法生产的复合调味料。酶母自溶抽提物即是将活性酵母的水质浓浆加热到一定温度，使其能够有效地杀死细胞而不危及存在的任何酶，这些酶中大部分是蛋白酶，它们能攻击细胞组份，因而部分溶解细胞，产生低分子量的肽、氨基酸和核苷酸类化合物。酵母抽提物含有近20多种氨基酸、10多种维生素和10多种无机盐类以及多种香味和挥发成份，可用于食品、医药、饲料及用作细菌培养基，在食品调味方面可作为肉汁代用品。在美拉德反应制备反应香味料中是一种很重要的原料。自1989年发现了酵母自溶现象后，目前国内外已广泛使用酵母抽提物，并且与味精、核苷酸类调味料、HVP、HAP成为食品调味工业的重要支柱。食品风味很大一部分来自于内源酶，它们能够赋予食品应有的特征风味。在食品加工过程中易导致内源酶活力的降低或丧失，而留下的底物仍然有效，所以采用酶制剂的形式添加到食品中可以改善和强化风味的形成，这种酶称为风味酶。另外，各种食品表现出风味的时间不同，蔬菜、水果在成熟后散发出浓郁的香气，在加工后风味却会变淡甚至产生异味，如蔬菜经热处理产生的煮熟味、脱水生姜片产生焦糊味、乳制品和肉类则往往在加工后风味才能产生。因此，很多食品在被加工后再向产品中添加风味酶恢复其风味是非常有意义的研究领域。人们最初是利用风味酶恢复脱水和冷冻食品的香气，例如蔬菜中特有的香气成份是异硫氰酸酯类，这种酯是通过黑芥子硫苷酸酶作用而形成的，在高温加工过程中，酯和酶均被破坏，所以在干燥的蔬菜中加入黑芥子硫苷酸酶液，就能得到和新鲜蔬菜大致相同的香味。在水果风味物质中，有些是以游离态存在的，另有一些与糖类形成糖苷键的

引言：生物技术是生产食品风味物质的重要手段。早在七千多年前，人们就已利用微生物来生产食醋。随着科学和经济的发展，生物催化技术在发酵调味品和发酵食品的生产中发挥着越来越大的作用。在另一方面，食品风味除来自于原料和加工过程外，往往依赖于外加风味剂得以加强与改善。微生物与酶已被证实。在食品风味剂生产中有着不可替代的影响，同样，从改善食品风味的目的出发，外加风味酶处理也逐渐受到人们的重视。 1.酶在食品风味中的应用酶制剂已在食品工业中得到广泛应用，同时酶的许多优越特性使它们成为操纵生物材料的理想工具。酶催化过程具有反应时间短、具有专一性、作用条件温和、易于控制、反应效率高、产品易于分离等优点，因此各种来源的酶已被广泛应用于食品风味剂的生产，其中包括了单一的呈香呈味物质和采用酶法生产的复合调味料。酶母自溶抽提物即是将活性酵母的水质浓浆加热到一定温度，使其能够有效地杀死细胞而不危及存在的任何酶，这些酶中大部分是蛋白酶，它们能攻击细胞组份，因而部分溶解细胞，产生低分子量的肽、氨基酸和核苷酸类化合物。酵母抽提物含有近 20 多种氨基酸、10 多种维生素和 10 多种无机盐类以及多种香味和挥发成份，可用于食品、医药、饲料及用作细菌培养基，在食品调味方面可作为肉汁代用品。在美拉德反应制备反应香味料中是一种很重要的原料。自 1989 年发现了酵母自溶现象后，目前国内外已广泛使用酵母抽提物，并且与味精、核苷酸类调味料、HVP、HAP 成为食品调味工业的重要支柱。食品风味很大一部分来自于内源酶，它们能够赋予食品应有的特征风味。在食品加工过程中易导致内源酶活力的降低或丧失，而留下的底物仍然有效，所以采用酶制剂的形式添加到食品中可以改善和强化风味的形成，这种酶称为风味酶。另外，各种食品表现出风味的时间不同，蔬菜、水果在成熟后散发出浓郁的香气，在加工后风味却会变淡甚至产生异味，如蔬菜经热处理产生的煮熟味、脱水生姜片产生焦糊味、乳制品和肉类则往往在加工后风味才能产生。因此，很多食品在被加工后再向产品中添加风味酶恢复其风味是非常有意义的研究领域。人们最初是利用风味酶恢复脱水和冷冻食品的香气，例如蔬菜中特有的香气成份是异硫氰酸酯类，这种酯是通过黑芥子硫苷酸酶作用而形成的，在高温加工过程中，酯和酶均被破坏，所以在干燥的蔬菜中加入黑芥子硫苷酸酶液，就能得到和新鲜蔬菜大致相同的香味。在水果风味物质中，有些是以游离态存在的，另有一些与糖类形成糖苷键的

形式存在，即风味前体物。科学家指出：风味酶可从不同的水果如芒果、葡萄中游离出丰富的萜烯类化合物：研究指出：菠萝汁中键合态的芳香化合物可通过从杏仁中提取的酶水解释放，如酚、内酯、醇、酸、醛类。天然风味化合物一般是从原料中提取出来的挥发性组份，其组成以及各组份的挥发程度与原料本身之间有差异，另外风味之间存在密切的协调作用，从而使提取物在风味上难以平衡，导致风味失真。与食品工业中普遍使用的增香剂相比，风味酶能够产生更加复杂的风味体系，并且它不仅可以模拟原料的天然风味，且能够有目的地增强或添加某种酶来更好地强化食品的某种特征风味，这对于我们的食品工业生产有着非常广阔的前景。目前风味酶制剂已不断被开发出来用于加工业。生物技术在肉类香精中的应用主要体现在酶技术被应用于肉蛋白质的水解中，产生高质量的肉蛋白酶水解物，进而生产出肉味更逼真、强度更高的天然肉类香精。用胃蛋白酶对鸡肉进行水解，将肉蛋白质水解成分子量为2000-5000的肽类，再将酶水解物加热，便可得到强烈的煮鸡或烤鸡肉味，肉味强度比传统方法产生的香味强80-100倍。在非乳制品中如人造奶油、豆奶、雪糕中牛奶香精需要补充，利用酶法生产奶类香精，主要以稀奶油、奶油为原料，通过酵母脂肪酶将乳脂肪分解从而得到增强150-200倍的乳香原料，以此为基础配制奶类香精，香气柔和完美，留香持久。另外，风味酶在乳及乳制品中可以恢复乳粉与脱脂乳的香味，改善干酪的风味质量，消除酸乳的异味并可以加快发酵过程。在国外报道了将部分面筋的水解产物，添加到用来制作面包的粉中，导致面包体积增加、改良面包结构及产生了一种较强的风味 2.利用微生物产生风味物质目前，世界上风味和芳香物质的市场，约占整个食品添加剂市场的25%。在所有可得的风味化合物中，84%的产品是由化学合成法生产。另外植物提取香气物质具有许多不足之处，植物中的有效成份通常含量很少，或以结合状态存在，致使分离困难、风味物质产品价格昂贵，所以应用微生物产生香气物质愈来愈受到人们的重视，许多微生物在标准培养基生长时都能够合成香气物质，且来源丰富的细菌、真菌、酵母都可产生香味物质，同时微生物可以完成化学需要许多步骤的生产过程。微生物所具有的代谢能力强、易于培养的特点，使其可能成为生产纯粹的风味化合物及其复合物的最有前途的方法。首先，吡嗪类为含N的杂环化合物，吡嗪可产生菠萝、马铃薯、爆米花、坚果味，其在肉味香精中应用也非常广泛，主要用于形成烤香型的香气。内酯化合物具有浓郁的香气，在各种具有水

形式存在,即风味前体物。科学家指出：风味酶可从不同的水果如芒果、葡萄中游离出丰富的萜烯类化合物；研究指出：菠萝汁中键合态的芳香化合物可通过从杏仁中提取的酶水解释放，如酚、内酯、醇、酸、醛类。天然风味化合物一般是从原料中提取出来的挥发性组份，其组成以及各组份的挥发程度与原料本身之间有差异，另外风味之间存在密切的协调作用，从而使提取物在风味上难以平衡，导致风味失真。与食品工业中普遍使用的增香剂相比，风味酶能够产生更加复杂的风味体系，并且它不仅可以模拟原料的天然风味，且能够有目的地增强或添加某种酶来更好地强化食品的某种特征风味，这对于我们的食品工业生产有着非常广阔的前景。目前风味酶制剂已不断被开发出来用于加工业。生物技术在肉类香精中的应用主要体现在酶技术被应用于肉蛋白质的水解中，产生高质量的肉蛋白酶水解物，进而生产出肉味更逼真、强度更高的天然肉类香精。用胃蛋白酶对鸡肉进行水解，将肉蛋白质水解成分子量为 2000-5000 的肽类，再将酶水解物加热，便可得到强烈的煮鸡或烤鸡肉味，肉味强度比传统方法产生的香味强 80-100 倍。在非乳制品中如人造奶油、豆奶、雪糕中牛奶香精需要补充，利用酶法生产奶类香精，主要以稀奶油、奶油为原料，通过酵母脂肪酶将乳脂肪分解从而得到增强 150-200 倍的乳香原料，以此为基础配制奶类香精，香气柔和完美，留香持久。另外，风味酶在乳及乳制品中可以恢复乳粉与脱脂乳的香味，改善干酪的风味质量，消除酸乳的异味并可以加快发酵过程。在国外报道了将部分面筋的水解产物,添加到用来制作面包的粉中，导致面包体积增加、改良面包结构及产生了一种较强的风味 2.利用微生物产生风味物质目前，世界上风味和芳香物质的市场，约占整个食品添加剂市场的 25%。在所有可得的风味化合物中，84%的产品是由化学合成法生产。另外植物提取香气物质具有许多不足之处，植物中的有效成份通常含量很少，或以结合状态存在，致使分离困难、风味物质产品价格昂贵，所以应用微生物产生香气物质愈来愈受到人们的重视，许多微生物在标准培养基生长时都能够合成香气物质，且来源丰富的细菌、真菌、酵母都可产生香味物质，同时微生物可以完成化学需要许多步骤的生产过程。微生物所具有的代谢能力强、易于培养的特点，使其可能成为生产纯粹的风味化合物及其复合物的最有前途的方法。首先，吡嗪类为含 N 的杂环化合物，吡嗪可产生菠萝、马铃薯、爆米花、坚果味，其在肉味香精中应用也非常广泛，主要用于形成烤香型的香气。内酯化合物具有浓郁的香气，在各种具有水

果味、可可味、奶酪味及坚果味的食品体系中都曾分离得到内酯。假丝酵母、细菌在含有丙酮液的培养液中具有产生内酯的能力；另外萜烯类化合物是赋予香精油特殊香味的重要组份，产萜烯类的微生物多为真菌，通过真菌发酵产生的萜烯类化合物主要有香茅醇，鲜玫瑰香、香味醇，玫瑰香、甜果香、里那醇，鲜花香、甜柑橘香等：香兰素是典型的芳香醛，由于其在风味配方中的广泛应用，植物提取己不能满足要求，在扁桃酸盐的降解途径中，细菌菌株能够降解丁香醛产生香兰素。 3.经典糖源发酵技术糖源发酵的目的是利用微生物自身代谢将糖源转化为目标产物。传统中国食物制作中，有很多关于糖源发酵的实例，譬如中国传统调味料-一醋的制备就是利用小麦、糯米或大米等糖类物质较为丰富的原料，通过酵母菌和醋酸杆菌等微生物的发酵作用，将糖转化成醋酸，同时还含有乳酸、酒石酸、柠檬酸等物质，形成独特的芳香酸味。现代工业生产需要将这种芳香酸味物质高效制备出来，但传统制作工艺因为条件粗糙无法对具体参数进行调控。Li等人[1]利用收集来的食物残渣经干燥磨粉后，通过加入含有高活性酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和酿醋醋酸杆菌(Acetic acid bacteria)的干燥菌粉后，调控微氧发酵体系pH为3.0~3.5，氧化还原电位-500mV,酿酒酵母和醋酸杆菌在发酵中具有协同效应，前者将有机物发酵成乙醇，后者将乙醇转化成乙酸，形成的发酵液最后可通过精馏得到纯化乙酸。研究发现：体系乙酸产量的大小与所接菌种的类型息息相关，同时接种协同的两种菌株，乙酸产量达到25.99g/L, 远高于无菌种的12.81g/L,除了接种菌株，污泥的加入同样可产生类似的效果，乙酸产量达到19.46g/几，既提高了目标产物产量，又达到环保再生的目的，但是这种利用菌株协同效应提高产量的方法很难使代谢产物累积，难以形成和控制菌株生长的最佳环境，所以在后续研究中需要着重解决这一问题。在国外，奶酪黄油等食品是每天的餐桌必备，但有时因储藏不当，产生一种类似乙醚的先辣后甜难闻的丁酸气味，但它是工业上用来制备具有水果香味的丁酸酯类的前体分子。利用发酵技术生产丁酸是其制备的主要途径之一，传统丁酸发酵用的专性厌氧菌如丁酸梭菌(Clostridium butyricum)、丁酸弧菌属(Butyrivibrio)、丁酸杆菌属(Butyribacterium)等是研究最多的微生物，但丁酸梭菌发酵丁酸的产量相对较高，10g半乳糖+1g葡萄糖可产生4.83g丁酸，且稳定性较好，具有较

果味、可可味、奶酪味及坚果味的食品体系中都曾分离得到内酯。假丝酵母、细菌在含有丙酮液的培养液中具有产生内酯的能力；另外萜烯类化合物是赋予香精油特殊香味的重要组份，产萜烯类的微生物多为真菌，通过真菌发酵产生的萜烯类化合物主要有香茅醇,鲜玫瑰香、香味醇,玫瑰香、甜果香、里那醇,鲜花香、甜柑橘香等；香兰素是典型的芳香醛，由于其在风味配方中的广泛应用，植物提取已不能满足要求，在扁桃酸盐的降解途径中，细菌菌株能够降解丁香醛产生香兰素。 3．经典糖源发酵技术糖源发酵的目的是利用微生物自身代谢将糖源转化为目标产物。传统中国食物制作中，有很多关于糖源发酵的实例，譬如中国传统调味料 -- 醋的制备就是利用小麦、糯米或大米等糖类物质较为丰富的原料，通过酵母菌和醋酸杆菌等微生物的发酵作用，将糖转化成醋酸，同时还含有乳酸、酒石酸、柠檬酸等物质，形成独特的芳香酸味。现代工业生产需要将这种芳香酸味物质高效制备出来，但传统制作工艺因为条件粗糙无法对具体参数进行调控。Li 等人［1］利用收集来的食物残渣经干燥磨粉后，通过加入含有高活性酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和酿醋醋酸杆菌（Acetic acid bacteria）的干燥菌粉后，调控微氧发酵体系 pH 为 3.0 ～ 3.5，氧化还原电位 -500mV，酿酒酵母和醋酸杆菌在发酵中具有协同效应，前者将有机物发酵成乙醇，后者将乙醇转化成乙酸，形成的发酵液最后可通过精馏得到纯化乙酸。研究发现：体系乙酸产量的大小与所接菌种的类型息息相关，同时接种协同的两种菌株，乙酸产量达到 25.99g/L，远高于无菌种的 12.81g/L，除了接种菌株，污泥的加入同样可产生类似的效果，乙酸产量达到 19.46g/L，既提高了目标产物产量，又达到环保再生的目的，但是这种利用菌株协同效应提高产量的方法很难使代谢产物累积，难以形成和控制菌株生长的最佳环境，所以在后续研究中需要着重解决这一问题。在国外，奶酪黄油等食品是每天的餐桌必备，但有时因储藏不当，产生一种类似乙醚的先辣后甜难闻的丁酸气味，但它是工业上用来制备具有水果香味的丁酸酯类的前体分子。利用发酵技术生产丁酸是其制备的主要途径之一，传统丁酸发酵用的专性厌氧菌如丁酸梭菌（Clostridium butyricum）、丁酸弧菌属（Butyrivibrio）、丁酸杆菌属（Butyribacterium）等是研究最多的微生物，但丁酸梭菌发酵丁酸的产量相对较高， 10g 半乳糖 +1g 葡萄糖可产生 4.83g 丁酸，且稳定性较好，具有较

高的商业化潜力。为保证商业化连续发酵过程中进一步提高生产效率，细胞固定化技术的应用，如聚乙烯醇(PVA)与硼酸的交联物进行细胞固定等正是目前丁酸产业生产的热门研究方向。传统谷物发酵制备啤酒或白酒时会产生一类碳原子数大于2的脂肪醇混合物，即杂醇油，它是白酒中最重要的三大芳香组分之一，其主要成分为正丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇等高级醇。如果白酒中缺少杂醇油，酒味将变得十分淡薄，例如异丙醇略带酒精气味、味辣，正丁醇稍有茉莉香，仲丁醇具有强烈的芳香味、爽口、味短，丁二醇有甜香，可使酒发甜，捎带苦味等。这些高级醇类除了自身带有的独特风味，又可以与酸发生酯化反应生成相应的天然风味酯类。由于杂醇油中含有约45%~55%的异戊醇，Yi1 maztekin 等人[13]通过向甜菜糖浆中加入不同量的杂醇油，利用土星拟威尔酵母 (Williopsis saturnus)发酵，研究如何将异戊醇最大限度的转变成目前工业上基本是化学合成的乙酸异戊酯，结果发现：加入1%(v~)的杂醇油可以实现乙酸异戊醇产量由118mg/几提升至354mg/L,效果显著，未来需在菌种选育和工艺优化上继续深入研究。Le等人同样也研究了如何通过加入杂醇油来提高木瓜汁发酵过程中风味物质的形成，结果发现：加入0.5%(v/y)的杂醇油可抑制选育出的土星拟威尔酵母的生长，在发酵过程中可产生一系列酸类、醇类、酯类和醛类风味物质，当杂醇油添加量为0.1%(v/)时，可降低诸如乙酸戊酯、醋酸等不愉悦风味的形成，同时可提高例如乙醇、乙酸酯类等愉悦风味的合成。以上研究表明：杂醇油作为酒精蒸馏工业的副产物，因其独特的成份组成，在发酵食品工业中可作为一种风味前体成分混合物加入，既为无酵母发酵制备风味物质提供一个新的方向，又能够减少氨基酸等物质的添加，节约成本的同时提高所需风味物质的合成，但同时可以看出，不同的发酵原料和菌株选育等问题，即使加入相同量的杂油醇，对相同菌种的抑制效果也各有差异，在未来的深入研究中还需考虑感官评定等其它手段的运用来完善制备工艺。传统糖源发酵中加入杂醇油是为风味物质的形成提供原料，且接种传统菌株无法进一步提高风味时，酶类的加入以及优化操作参数就显得尤为重要。Su等人对在含有椰浆和杂醇油的混合水相体系里如何通过脂肪酶(Palatase)的催化来优化风味酯类的生物合成进行了研究，采用的是由日本田口玄一博士创立的，其核心内容被日本视为“国宝”的田口试验设计方法，即通过特殊的正交数组设计和信噪比进行定量描述，这种方法在生物进程优化中的应用在近些年开始普遍起来[4]。结果发现：温度

高的商业化潜力。为保证商业化连续发酵过程中进一步提高生产效率，细胞固定化技术的应用，如聚乙烯醇（PVA）与硼酸的交联物进行细胞固定等正是目前丁酸产业生产的热门研究方向。传统谷物发酵制备啤酒或白酒时会产生一类碳原子数大于 2 的脂肪醇混合物，即杂醇油，它是白酒中最重要的三大芳香组分之一，其主要成分为正丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇等高级醇。如果白酒中缺少杂醇油，酒味将变得十分淡薄，例如异丙醇略带酒精气味、味辣，正丁醇稍有茉莉香，仲丁醇具有强烈的芳香味、爽口、味短，丁二醇有甜香，可使酒发甜，捎带苦味等。这些高级醇类除了自身带有的独特风味，又可以与酸发生酯化反应生成相应的天然风味酯类。由于杂醇油中含有约 45%～55% 的异戊醇，Yilmaztekin 等人［13］通过向甜菜糖浆中加入不同量的杂醇油，利用土星拟威尔酵母（Williopsis saturnus）发酵，研究如何将异戊醇最大限度的转变成目前工业上基本是化学合成的乙酸异戊酯，结果发现：加入 1%（v/v）的杂醇油可以实现乙酸异戊醇产量由 118mg/L 提升至 354mg/L，效果显著，未来需在菌种选育和工艺优化上继续深入研究。Lee 等人同样也研究了如何通过加入杂醇油来提高木瓜汁发酵过程中风味物质的形成，结果发现：加入 0.5%（v/v）的杂醇油可抑制选育出的土星拟威尔酵母的生长，在发酵过程中可产生一系列酸类、醇类、酯类和醛类风味物质，当杂醇油添加量为 0.1%（v/v）时，可降低诸如乙酸戊酯、醋酸等不愉悦风味的形成，同时可提高例如乙醇、乙酸酯类等愉悦风味的合成。以上研究表明：杂醇油作为酒精蒸馏工业的副产物，因其独特的成份组成，在发酵食品工业中可作为一种风味前体成分混合物加入，既为无酵母发酵制备风味物质提供一个新的方向，又能够减少氨基酸等物质的添加，节约成本的同时提高所需风味物质的合成，但同时可以看出，不同的发酵原料和菌株选育等问题，即使加入相同量的杂油醇，对相同菌种的抑制效果也各有差异，在未来的深入研究中还需考虑感官评定等其它手段的运用来完善制备工艺。传统糖源发酵中加入杂醇油是为风味物质的形成提供原料，且接种传统菌株无法进一步提高风味时，酶类的加入以及优化操作参数就显得尤为重要。Sun 等人对在含有椰浆和杂醇油的混合水相体系里如何通过脂肪酶（Palatase）的催化来优化风味酯类的生物合成进行了研究，采用的是由日本田口玄一博士创立的，其核心内容被日本视为“国宝”的田口试验设计方法，即通过特殊的正交数组设计和信噪比进行定量描述，这种方法在生物进程优化中的应用在近些年开始普遍起来［4］。结果发现：温度