生物技术在保健食品开发中的应用综述_姬德衡

生物技术在保健食品开发中的应用综述X

姬德衡,钱方,牟光庆

(大连轻工业学院生物与食品工程学院,辽宁大连116034)

关键词:生物技术;保健食品;功能性食品

摘要:生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等。本文综述生物技术在保健食品开

发中的应用,包括膳食纤维、活性多糖、功能性低聚糖、糖醇、活性肽及氨基酸、功能性油脂、核苷

酸、糖苷、微量活性元素、乳酸菌等。

中图分类号:T S218文献标识码:A

Survey of the applications of biotechnology in

health food development

JI De-heng,QIAN Fang,M U G uang-qing

(School of Biolog ical&Foodstuff Engineer ing,Dalian Institute of L ight Industry,Dalian116034,China)

Key words:biotechnology;health food;functional food

Abstract:Biotechnology includes gene eng ineering,cell eng ineering,enzyme engineering,fermentation en-g ineering,etc.This article surveys the applications of biotechnology in the development of health food as follows:dietary fiber,active polysaccharide,functional oligosaccharide,sugar alcohol,active peptide and amino acid,functional oil and fat,nucleotide,g lycoside,active m icroelement,lactic acid bacteria,etc.

生物技术是对生命有机体进行加工改造和利用的技术,它是本世纪高新技术的核心之一。现代生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等,已经广泛应用于食品加工,形成了食品生物技术产业。

保健食品是具有人体生理调节功能的食品,被誉为21世纪的食品。保健食品的研制开发是当代食品研发的世界潮流。传统的食品加工工艺往往难以满足研制开发保健食品的技术要求,因此迫切需要采用现代科技。本文作者简要介绍了生物技术在保健食品及功能性食品素材开发中的应用。

1在保健食品开发中的应用

1.1无乳糖牛乳

牛乳经过装有固定化B-半乳糖苷酶的生物反应器处理,使牛乳中的乳糖水解为半乳糖和葡萄糖,制成无乳糖牛乳以供乳糖不耐症患者食用。利用基因工程,向乳牛导入一个乳糖酶基因,并在乳腺中表达,则可能产生不含乳糖牛乳[1]。1.2低胆固醇乳脂乳

采用固定化胆固醇还原酶或胆固醇氧化酶处理牛乳,生产低胆固醇乳脂乳。

1.3低变应原米

有些人因先天性高过敏体质遗传因素影响,食用大米后大米中的球蛋白可引起过敏性皮炎。为此,开发了低变应原大米,工艺为:首先将大米浸泡于油酸单甘油酯水溶液中使其组织膨润后进行脱气(抽真空)处理,然后用猕猴桃蛋白酶处理分解大米中的球蛋白,充分洗净后进行米表面蒸煮以改善口感,经干燥后即为低变应原米[2]。

2在功能性食品素材开发中的应用

2.1膳食纤维

利用巴氏醋酸菌、木醋杆菌等微生物发酵法生产的细菌纤维素具有很好的持水性、粘稠性、稳定性及生物可降解性,是良好的功能食品素材[3]。2.2活性多糖

(1)真菌多糖。真菌中所含多糖如金针菇多糖、

第23卷第3期2004年9月

大连轻工业学院学报

Journal of Dalian Institute of Light Industry

Vol.23,No.3

Sept.2004

X收稿日期:2003-11-20

作者简介:姬德衡(1941~),男,教授.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、防血栓等多种生理功能[2]。上述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。

发酵法生产真菌菌丝体的基本工艺是:斜面母种y摇瓶菌种y种子罐发酵y发酵罐深层发酵y后处理(分离菌丝体)[4]。

(2)葡聚糖。葡聚糖又称右旋糖酐(dexran)具有抗血栓、改善微循环等生理作用。葡聚糖可由蔗糖经肠膜明串珠菌发酵制得[5]。

(3)壳聚糖。甲壳素经细菌(或真菌)中的甲壳素脱乙酰酶处理制取壳聚糖[6]。

(4)粘多糖。鲜猪皮加胰蛋白酶酶解制取粘多糖[7]。

(5)硫酸软骨素。动物软骨经木瓜蛋白酶处理提取硫酸软骨素[7]。

(6)肝素。猪小肠粘膜(肠衣加工废弃物)经胰蛋白酶处理提取肝素[7]。

(7)蛋白多糖。海参胴体以木瓜蛋白酶处理提取蛋白多糖[8]。

2.3功能性低聚糖

(1)低聚果糖。蔗糖加水溶解后通过装有固定化果糖基转移酶的生物反应器(控制温度、pH、通风)制造低聚果糖[9]。

(2)低聚木糖。玉米芯、甘蔗渣(木聚糖)经木聚糖酶处理制得[10]。

(3)纤维低聚糖。纤维素经纤维素酶分解生成纤维低聚糖,可用作双歧因子[10]。

(4)魔芋低聚糖。魔芋淀粉经由细菌产生的B%甘露聚糖酶处理,水解生成魔芋低聚糖,可用作双歧因子[11]。

(5)偶合糖。淀粉和蔗糖经环化糊精合成酶作用制得[11]。偶合糖具有低腐蚀性,可用于防龋齿[11]。

(6)低聚乳蔗糖。以1B1乳糖和蔗糖为原料,经B-呋喃果糖苷酶处理制得。该糖为低卡糖,可用于减肥食品,亦可用作双歧因子[12]。

(7)帕拉金糖。蔗糖经A-葡萄糖基转移酶处理制得。

(8)低聚壳聚糖。壳聚糖经壳聚糖酶处理制得。

2.4糖醇

(1)麦芽糖醇。淀粉先经A-淀粉酶液化,再由B-淀粉酶糖化,制得麦芽糖。然后在镍催化下高压氢化制得。

(2)异麦芽糖醇。蔗糖经A-葡萄糖基转移酶处理制得帕拉金糖,然后在镍催化下氢化制得。

(3)山梨醇。淀粉经A-淀粉酶、糖化酶处理制得葡萄糖,然后在镍催化下氢化制得。

(4)赤藓糖醇。淀粉经酶解成葡萄糖后,由嗜高渗酵母发酵制得[13]。

(5)木糖醇。利用酵母发酵法由木糖生产。

2.5活性肽及氨基酸

(1)酪蛋白磷酸肽(CPP)。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[14]。

(2)糖巨肽(GMP)。J-酪蛋白经凝乳酶处理制得。GMP具有抗病毒、活化双歧杆菌等功能[14]。

(3)大豆多肽。大豆蛋白经木瓜蛋白酶等蛋白酶处理制得。大豆多肽具有促进脂肪代谢、降低胆固醇、活化双歧杆菌等功能[15]。

(4)降血压肽。鱼、虾蛋白经蛋白酶酶解可制得降血压肽,如C8肽(金鱼)、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[15]。

(5)类吗啡肽(Opioid peptide)。谷蛋白(面筋)经蛋白酶处理制得。类吗啡肽具有镇痛、促进胰岛素分泌等功能[16]。

(6)高F值低聚肽。玉米醇溶蛋白经碱性蛋白酶及木瓜蛋白酶两步酶解法制得。该肽具有预防肝硬化、抗疲劳等功能[17]。

(7)谷胱甘肽。L-谷氨酸、L-半胱氨酸及L-甘氨酸经固定化谷胱甘肽合成酶催化,合成谷胱甘肽。

(8)C-氨基丁酸。以L-谷氨酸为原料,通过固定化L-谷氨酸脱羧酶转化制得。C-氨基丁酸具有降血脂及健脑益智功能。

(9)L-异亮氨酸。以糖、氨、A-氨基丁酸为原料,用黄色小球菌或枯草杆菌发酵而得[8]。

(10)L-苯丙氨酸。用红酵母菌种二级发酵,培养具有苯丙氨酸解氨酶活性的细菌培养物,以此作为生物催化剂,在肉桂酸/氨水液中保温反应,由酶催化制得。

(11)L-缬氨酸。以葡萄糖、尿素、无机盐等为原料,用产谷氨酸微球菌、产氨短杆菌、产气杆菌等为菌种,发酵制得[12]。

(12)L-谷氨酰胺。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。利用DNA重组法得到的基因工程菌,已用于赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸的生产,其产酸能力比原株均有较大幅度的提高[18]。

187

第3期姬德衡等:生物技术在保健食品开发中的应用综述2.6维生素

(1)维生素B2(V B2)。由阿氏假囊酵母等微生物发酵后,从发酵液中分离、提取制得。

(2)维生素B12(V B12)。由黄杆菌、丙酸杆菌等细菌及灰色链霉菌等经培养发酵后分离精制而得。

(3)维生素D2(V D2)。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。

(4)维生素C(V C)。制备工艺:D-葡萄糖H2/Ni

D-山梨醇弱氧化醋酸杆菌L-山梨糖

氧化葡萄糖酸杆菌条纹假单胞杆菌2-酮基-L-谷洛酸M eOH/H

+

甲基-

2-酮基-L-谷洛酸M eO-

L-抗坏血酸(V C)。

此外,V E、V K、L-肉碱等亦可由发酵法生产[19]。

2.7功能性油脂

(1)C-亚麻酸。可利用毛霉、根霉、深黄被孢霉等霉菌发酵后分离、提取制得。

(2)花生四烯酸。可利用青霉、被孢霉发酵后分离、提取制得。

(3)20碳5烯酸(EPA)和22碳6烯酸(DHA)。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[20]。

(4)鱼油中EPA(20碳5烯酸)、DHA(22碳6烯酸)的富集。利用各种脂肪水解酶的专一性,采用柱晶假酵母脂肪酶、黑曲霉脂肪酶等脂肪酶可选择性水解鱼油中的非多不饱和脂肪酸部分,从而对EPA、DHA起到富集作用[21]。

(5)酶解卵磷脂。由大豆磷脂或蛋黄磷脂经磷脂酶处理制得。可提高卵磷脂的乳化性能。

(6)共轭亚油酸(CLA)。共轭亚油酸具有抗肿瘤、减肥、调节免疫、防动脉硬化等保健功能[21]。

LA(亚油酸)嗜酸乳杆菌(L actobac illus acido philus)C AL。

2.8酶制剂

(1)乳糖酶。在乳清、氨水中接入脆壁酵母, 30e通风培养,收集酵母,洗净后于-18e速冻,然后用乙醇处理制得。将乳糖酶加入牛乳可供乳糖不耐症患者饮用[12]。

(2)超氧化物歧化酶(SOD)。由细菌(Bacillus;Ser ratia)或绿色木霉培养后的培养液用水提取而得。SOD具有清除体内过剩自由基、抗衰老、消除疲劳等保健功能。

(3)L-天冬酰胺酶。L-天冬酰胺酶具有抑制肿瘤细胞生长的作用。铜绿色极毛杆菌、软腐欧氏杆菌、粘氏赛氏杆菌、大肠杆菌( E.Coli)均能产生L-天冬酰胺酶。E.Coli AS1.375发酵法生产L-天冬酰胺酶的工艺流程:斜面E.Coli菌种y肉汤菌种y种子菌种y发酵液y湿菌体y干菌体y提取液y粗酶y精制y成品。

(4)纳豆激酶。纳豆激酶是纳豆发酵过程中由纳豆菌或纳豆枯草杆菌产生的丝氨酸蛋白酶,具有溶血栓作用。纳豆激酶可由基因重组大肠杆菌发酵培养制得[23]。

2.9核苷酸

(1)5c-肌苷酸(IMP)。先由发酵法生产酵母,自酵母提取核酸后经核酸酶、磷酸二酯酶处理制得[10]。

(2)5-腺苷酸(AM P)。先由发酵法生产蛋白假丝酵母,用热水提取核酸后,经核酸酶、磷酸二酯酶水解制得[24]。

2.10红曲米

红曲米亦称红曲,其制造工艺为:将稻米清洗后用0.2%柠檬酸水溶液浸泡,蒸熟,冷却至45e 接种红曲霉,经发酵、干燥制成。

除上述固态发酵法外,亦有深层发酵法生产红曲。红曲为天然色素(着色剂),红曲还具有降血脂、降血糖的保健功能。红曲所含莫那克林K (monacolin K)具有降低血清胆固醇的作用[25]。

2.11类胡萝卜素

(1)虾青素。虾青素是3,3c-二羟基-4,4c-二酮基B,B c-胡萝卜素,它有极强的抗氧化性能,具有抑制肿瘤、增强免疫力等保健功能。虾青素可由红发夫酵母发酵后分离、提取制得[26]。

(2)类胡萝卜素。可利用三孢布拉霉和红酵母发酵后,分离、提取生产类胡萝卜素[27]。

2.12糖苷(配糖物)

(1)人参皂苷。利用人参细胞培养生产人参皂苷及其它活性成分已实现工业化。人参皂苷具有抗肿瘤、调节免疫、抗缺氧、降血糖等保健功能。

(2)酶改性芸香苷(水溶性芸香苷)。将自芦笋等植物中提取的芸香苷用酶加水分解以提高其溶解度后,加入葡萄糖同时用葡萄糖转位酶处理使之结合成新的黄酮配糖物。改性芸香苷具有抗氧化及血管扩张作用,因此具有抗衰老及预防动脉硬化、抗血栓的保健功能。

(3)酶改性甜菊苷(葡糖基甜菊苷)。甜菊苷是一种非营养型功能性甜味剂。甜菊苷具有轻微的苦涩味,通过酶法改质后可除去苦涩味改善风味。酶处理方法是在甜菊苷溶液中加入葡萄糖基化合物,采用葡萄糖基转移酶处理,生成葡糖基甜菊苷。

18连轻工业学院学报第23卷2.13微量活性元素

(1)富硒酵母。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[28]。

(2)富铬酵母。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。

2.14乳酸菌

乳酸菌是一类以发酵利用碳水化合物产生大量乳酸的细菌[1]。乳酸菌具有维持肠道正常菌群平衡,抑制菌繁殖,防止有害物质产生,延缓衰老,抗肿瘤、降血脂、胆固醇,增强免疫力等保健功能。乳酸菌大多属于厌氧或兼性厌氧菌(如双歧杆菌),只能在无氧或少氧条件下生长,这给生产、包装、运输、存放带来不便。利用基因工程将SOD基因和过氧化氢酶(CAT)基因转入双歧杆菌中,获得耐氧的双歧杆菌菌株[29]。

2.15小球藻

小球藻是一种单细胞绿藻,所含食物纤维,复合脂质(磷脂、糖脂)、糖蛋白、核酸等生物活性物质具有调节血脂、增强免疫力、抗肿瘤等保健功能。其所含小球藻生长因子(CGF)具有促进乳酸菌等生长的作用。小球藻可采用池塘培养、封闭式光照反应器培养,亦可采用发酵罐异养发酵生产[30]。

3结束语

保健品的兴起,给人们带来了健康与长寿,而生物技术又给保健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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