合成食品的研究动向

李云川

(云南大学生化学院应用化学系)

摘 要

合成食品是食品组成中较为重要的一部分。目前合成食品的研究发展主要有生物制备和化学合成两个方面。合成食品的研究动向涉及到多个方向,包括微生物制备、各种传统食品的替代物、改性后的传统食品、工程食品等多个方面,合成食品已经成为生活中不可缺少的一部分。

合成食品有别于我们传统意义上的食品。特别对于当今人口日益增长的社会以及人们对食物健康要求的提高而言,有着十分重要的意义。传统的食品受到其原料以及加工方法的限制,无法充分利用原料中的有用成分且造成多余的浪费,而且传统食品在原料来源上受到很大的限制。这些,在合成食品中都有很好的解决。合成食品原料来源更为广泛,而且经过人们改性后,有着更好的性质。下面就让我们一起来看一下目前比较新的一些合成食品的发展动向。

目前而言,合成食品的研究动向主要有生物制备和化学合成两个方面。

一、生物制备

生物制备,顾名思义就是利用生物体来制备,其中主要是微生物。由于微生物数量庞大,因此此类研究十分有价值。

1、食用酵母

用糖密式亚硫酸废纸浆液作为培养液,菌种为Torulla utilis,配合以适量的氮、磷源,用人工培养法可于10小时内增殖原菌种量的15倍。组成菌体成分的营养价值高,酵母体内含有多种酵素,其蛋白质含量在45%以上,各种必需氨基酸齐全。

食用酵母是一类微生物,除含蛋白质外,还含有糖类(干体的10%—60%,似动物体内的肝糖),油脂(2%—3%)灰分为(2%—14%),富含多种微量元素。这类酵母的特色之一为富含维生素如维生素B1多到200毫克,烟碱酸

30—40毫克,泛酸20毫克,干燥酵母中含维生素D2 100—250万国际单位。这一类酵母营养成分较原来大为提高。[1]

2、石油蛋白

“石油蛋白”这一名词对于大多数人们来说十分陌生,但其实在二十世纪六十年代起就开始研究了。

所谓石油蛋白就是以烃类化合物的代替糖为培养细菌或酵母的碳源,这些烃类大多为C10以上,它们主要来源于石油中。以此培养出来的细菌或酵母,其蛋白质含量可达60%—70%。由于原料来源广阔,意义十分重大。

最初,1963年英国石油公司在200℃——350℃石油馏分中培养出浓缩蛋白,干物中含有蛋白质50%,质地不亚于用糖质原料培养者,富含必需氨基酸以及维生素B复合体。在70年代美国ESSO公司以C8—C15正烷烃培养酵母Candia以及菌种Pseudomonas,干物中含有蛋白质54%。[1]

在台湾的中国石油公司用Pseudomonas 540号菌种,用C9—C20的烷烃为原料,配以适当的副料,通气培养,36℃—38℃,酸度为7,所得菌体含蛋白质70%。这项研究将改变传统意义上的蛋白质的获得方法。且通过这种方法,由于原料来源十分广泛,培养出的微生物所含的蛋白质质地不亚于正常培养的,所以有着广阔的前景。

3、微生物油脂

早在二十世纪四、五十年代,德国曾以微生物工业生产油脂。以C16—C18的烷烃为原料培养微生物,油脂生成率最高以达57%。但由于此工业受影响的因素较多,如氨源浓度,C\N必须适中,过高过低均不佳;氧气供给必须充分;维持温度稳定在25℃;酸度维持在3—6;盐类浓度。[1]

由于诸多条件的限制,使得这项技术成本过高,目前尚未有多大实用价值,开发也较少。

4、用酵母制取强甜剂

强甜剂就是甜味剂,一般而言,甜味剂来源于甘蔗等富含糖类的植物中或人工甜味剂。而现在,人们已经成功得把生产甜味剂的任务交给了酵母菌来完成。由美国费城的莫奈尔生化中心和日本神奈川公司共同研究成功。他们利用基因工程把原产于西非的甜浆果中的蛋白质移植到酵母菌的体内,对此酵母菌作培养,从而得到大量的带有这种蛋白质的酵母菌,由此培养的酵母菌中可获得甜度为蔗糖的300倍的蛋白质——莫尼林。

莫奈尔生化中心和日本神奈川公司研究的动物实验表明,经过移植莫尼林基因的酵母菌,其体内产生的莫尼林蛋白质含量高达50%。

经过莫尼林进行的动物实验显示,该新颖的代谢糖其安全性和实用性较传统的代谢糖而言,有着十分明显的优势。目前,该项成果正向美国食品与药品管理局的审批,一经通过,将在两年内投放市场。[2]

5、细菌生产食用超细纤维素

纤维素是由许多葡萄糖结构单元在1、4—位上以β—型苷键连接起来的多糖。由于人们的体内没有能使纤维素水解为葡萄糖的酶,所以人不能以纤维素为主食。但纤维素在人们体内也有着不可缺少的作用。它可以帮助人们的消化。人们对纤维素的摄取一般来自于蔬菜、水果中。但由于纤维素自身的性质,一般的纤维素利用率不高。 现在,有一种全新的食用型纤维素,它是由细菌发酵生产。日本Nurasweet Kelco公司用细菌发酵生产出食用型的超细纤维素。这种纤维素平均直径仅0、1—0、2微米,表面积比其它纤维素大200倍。这些性质使它适用性更强,加上它适用的酸度范围广,温度稳定性好,在食品工业中有着很好的应用前景。可用作食品的增粘剂,用于半固体或液体调味品、糖衣、发酵乳制品、冷冻乳制品、肉制品、酸奶酪、发泡点心和水果等食品中,也可用于低脂

或无脂食品中。用量较其他纤维素少且效果更好。[3]

此项技术正在进一步的研发中。

6、天然氧蛋白

蛋白质是生命的物质基础,对生物体而言,无疑是最重要的。通常人们对蛋白质的摄取来自于其他生物。通过天然氧合成蛋白质,有多少人听说过。试想一下,这有价值。地球上含有最多的元素就是氧。地球表层蕴藏着丰富的“天然氧”。氧在地壳中的分布广泛,它偏及岩石层、水层和大气层,氧约占地壳总质量的48%。这意味着最广泛的原料来源。

北欧国家挪威的诺弗思公司在挪威中西部海域建立了世界上第一个天然氧食品工厂。他们利用在海上油田采出的天然氧,输送到工厂发酵缸内培养微生物,从这些微生物身上经过一系列的加工处理可以得到颗粒状态的微蛋白。这种微蛋白营养成分十分全面和丰富,有着和从生物体中提出的蛋白质相同的优点。该工厂利用这种天然氧蛋白制造食品添加剂、汤料、调味剂等等。类似于此的技术,目前在世界上还不是很多。[4]

从以上的6个例子,我们看到目前合成食品领域在生物制备方法中,最主要的方法,就是以天然存在的物质为基础,经过微生物的进一部处理而成为一种新产品,而且都有不错的进展。石油蛋白,天然氧蛋白等,这些都有着十分巨大的潜在经济价值,有着非常广阔的开发前景。 除了生物制备方法外,在合成食品领域中,另一个重要的方法便是化学合成。

二、化学合成

一般人们听到“化学合成”的字眼,很容易发生误解,认为凡是化学合成出来的东西都是不好的。其实这是一种错误的观念。通过人工合成改良,可以把常见物中不好的东西去除,加入人们需要的物质,使它具有我们需要的性质,这对于食品工业而言,更显得十分有意义。另外,可以通过人工合成制成一些人们常需物质的替代物。这些替代物有着比原来物更加出色的性质。随着技术的日益发展完善,这些已经成为现实。合成食品已经慢慢地在改变我们的膳食结构,而作为合成中的一个重要手段——化学合成,更是给人们带来了十分长远的效益。以下让我们来看一看一些最新的通过化学合成食品的发展动向。

1、变性淀粉

淀粉是人类膳食中碳水化合物的主要来源。人摄入淀粉后,

在体内的α—葡萄糖苷酶作用下,水解成为葡萄糖,为生命活动提供能源,多余的葡萄糖,则在体内的酶的催化下转变为糖元。可以说淀粉是人体生命活动的“基石”。同样,在食品工业中淀粉也被称为“基石”,它是一种非常重要的工业原料。然而原淀粉有些物理性质在食品工业中存在很大的缺陷。如淀粉易回生、冷藏条件下易析水,黏度低,持水能力差等。

而变性淀粉解决了上面的问题。变性淀粉是原淀粉经物理、化学或酶处理而得。它改变了原淀粉的物理、化学或酶处理而得。它改变了原淀粉的物理性质或增加了新的性质。如:α—淀粉,即将新糊化淀粉脱水干燥,这种淀粉具有可溶性,可制成即食的方便食品;酸处理的淀粉——磷酸淀粉,用于冷冻食品中,可改善食品的冷冻以及抗冻性能;此外,还有氧化淀粉、二醛淀粉、淀粉酯、淀粉醚等等。这些经改性后的淀粉在食品工业中有着广泛的运用。[5]

2、工程食品

工程食品是合成食品中最突出的体现。所谓工程食品就是从食品原料中提出各种营养素,呈味物质,经过科学配方,根据人们健康所需,加上某些合成或天然化合物,重新调配合成的食品。

在工程食品中,最成功的应算是“工程肉”的成功开发。

⑴工程肉

工程肉即“工程肉制品”,它是由脱脂大豆和肉糜混合而成,具有更加全面的营养成分。因加入的肉的种类不同,可分为工程猪肉、工程鸡肉、工程鱼肉等。工程肉的开发,具有很高的科技含量。动植物两种蛋白的混合食品是我国乃至全世界食品行业长期以来追求的目标。研究工程肉采用的挤压加工技术是食品科学与工程学领域新崛起的一项高新技术,被誉为“二十一世纪的食品工业”。

中国食品发酵工业研究所和北京化工大学塑料机械与塑料工程研究所经过几年的功关研究,现已经研究成功了新型螺杆挤压机。使动植物蛋白有机结合而成的“工程肉”开发成功。无疑,这种工程肉的营养成分要高于普通的肉。随着更进一步的研究,大批量的投入市场相信只是一个时间问题。[6]

除工程肉外,还有其它一些工程食品。

⑵人造米

大米是中国人最主要的主食,天然大米的化学成分为糖、蛋白质、脂肪和灰分。人造米则是以小麦、高梁、马羚薯、红薯、碎米、维生素、氨基酸、钙质为原料配比加工,经过混合、轧片制粒、分离筛选、蒸煮成型、烘烤等工序而得到成品。由于人造米所使用的原料和加工使得人造米在形状、色、香、味、营养价值方面都优于天然大米。[7]

⑶工程虾

工程虾是以小杂鱼,经济价值低的鱼类为原料,配以牛奶、淀粉、虾肉糜、白糖、味精、食盐、可食性纤维以及改质剂、凝聚剂调配蒸制而成。成品外观暗白,微有鱼香,口感良好,营养丰富。[7]

⑷仿生葡萄

仿生葡萄是由主体液——白糖、蜂蜜、海藻胶、山楂汁、适量的苯甲酸钠;成型液——乳酸钙、柠檬酸;固化液——凝胶,三种液混合加工成形。产品在色、香、味、形等方面酷似葡萄,而营养价值却远远超过了天然葡萄。[7]

另外,以鱼浆和海藻等大宗水产品为原料加工合成各种仿生食品也十分受欢迎,这里不再赘述。

今天,在天然食品热兴起的同时,工程食品热也同时兴起。无疑,工程食品在各方面均超越了天然食品,更能适应人们的健康要求。

3、新一代的低热油脂Salatrim

当今,人们的生活水平提高,肥胖问题也随之而来。肥胖的表现是皮下脂肪积累,主要原因是摄入热量过多,这些热量多来源于脂肪。 现在,一种低热量的油脂已经问世。新一代的构造脂质型低热油脂稳定性好,具有较高的应用潜力。将三乙酰甘油酯、三丙酰甘油酯或三丁酰甘油酯与氢化豆油、棉籽油或菜籽油按一定比例在甲醇钠的催化下,100℃加热5—6分钟,然后将反应物过滤,真空脱臭处理除去未反应的挥发性脂肪酸、甘油酯等,即得成品。[8]

Salatrim油脂是由大豆油、棉籽油等天然原料与食用短链脂肪酸进行酯交换所得,分子结构与天然油脂相同,在人体肠道内消化吸收也相同。且人体实验证明具有极好的安全性,可完全替代天然油脂。一旦这种Salsteim油脂面市,对于希望减肥又要健康的人们而言,将是一个最好的选择。

4、新世纪的脂肪代用品

上面我们知道了一种全新的低热油脂,下面在让我们了解一种脂肪的代用品。

美国伊利诺伊州农产品利用研究所利用碎燕麦和大麦除去粗杂纤维得到Nutrim胶体。该胶体具有亲水性,含有能降低血液中的胆固醇的可溶性β—葡萄糖,可代替椰子油脂,被称为“新世纪的脂肪代用品”,可用于非乳性干酪,冰淇淋,烧烤食品等。[9]

这种新型的人工合成加工而成的植物性脂肪有着更高的营养价值,更有利于人体的健康。

5、分离蛋白

分离蛋白是应用现代化加工技术,通过大豆蛋白质进行改性加工制成的高科技大豆蛋白产品。其产品含有人体所需而自身有不能合成的八种氨基酸,无胆固醇,对于心脑血管疾病有很好的食疗功效。分离蛋白是目前世界上最先进,用途最广泛的食品添加剂。[10]

分离蛋白是合成食品领域一股很有活力的新生力量。

6、食物纤维

在前面,我们已经了解了一种以细菌发酵生产的超细食用纤维。现在,再让我们来看一种化学合成的食物纤维。

Lntemational Filler公司开发出一种品牌为“JustFider”的食用纤维。该产品以纯α—纤维素和棉籽食物纤维作为原料,在其它物质作用合成下生成的一种全食物纤维。这种全食物纤维含量为99%,无热无脂肪,无臭无味,是一种非消化性碳水化合物。它能使产品膨松,保持水分。但不可作抗凝剂和脂肪乳化剂。在食品工业中已经得到应用。[11]

7、利用废弃物加工而成的食品

一般人看到这样的标题,一定大为惊讶。利用废弃物可以生产食品吗?可以。通过化学合成这是可以实现的。当然,我们这里所说的废弃物是在食品工业中无用的那一部分原料,经过一系列化学合成加工处理成为可食用的、高营养的合成食品。这可能吗?请看下面。

⑴水产废弃物加工海鲜剂

在日本,人们将生产海鲜罐头废弃的鳝鱼头、鳗鱼头、鱼骨等废弃物洗净后,捣成为浆状经过过滤、除菌得到原液,然后加入适量的马羚薯淀粉、鸡肉、面包粉、葱、香料等,混合后进行加工处理,得到产品。该产品含有大量氨基酸和鲜味物质,用于烧汤、烧肉、方便食品等,口感好且营养丰富。[12]

⑵花生油饼粕加工鲜味剂

在英国北爱尔兰,英国北爱尔兰农产品加工公司利用榨油后花生饼粕生产食用鲜味剂。以盐酸浸泡粉碎后的花生油粕,用氢氧化钠调节酸度至中性,将过滤后的液体浓缩,加入微量磷酸苷、半胱氨酸、葡萄糖和鸡油,然后在110℃加热,一段时间以后,经干燥得一粉状产品。

该鲜味剂鲜度比普通味精更高,且节约大量粮食原料。该方法已由该公司在欧洲专利局申请了专利。[13]

可见,由废弃物生产的合成食品不但节约了资源,而且更有营养价值,给人们带来的经济效益更是巨大。开发前景十分乐观。

以上都是一些比较高新的合成食品技术,那么,有没有一些比较贴近我们生活的例子呢?

8、日常合成食品

⑴胡萝卜豆腐

以胡萝卜、大豆为原料生产的胡萝卜豆腐,含有丰富的胡萝卜素、微量元素,使豆腐不同的营养成分得到合理的组合。胡萝卜豆腐营养价值优于普通豆腐。其凝固状态好,有弹性,质地细腻,颜色为橙黄色,口感润滑,有胡萝卜风味,可以掩盖豆腐的酸味和豆腥味。

产品营养组成为:蛋白质4.95%、脂肪1.24%、碳水化合物2.01%,β——胡萝卜素0.33毫克/100克。[14]

⑵功能性双歧因子钙奶复合冰淇淋

选用胶体碳酸钙,功能性低聚果糖生产的功能性冰淇淋,产品口感好,具有一定营养和保健作用。

采用的胶体化碳酸钙直径小,易与其它物料形成均匀的乳浊液,使成品口感细腻。最佳配方:糖量18%、奶粉12%、麦淇淋6%、碳酸钙释液15%。由此配方制出的冰淇淋符合QB969—85标准。[15]

⑶螺旋藻挂面

顾名思义,即是在加工挂面的过程中加入螺旋藻,使挂面更加具营养。

每千克挂面:七五面粉986克,钝顶螺旋藻粉适量,稳定性维生素C 400毫克,维生素B1 4毫克,维生素B2 4毫克以及天然食用调味料10毫克,水29毫克。

由上加工生产即得成品。[16]

⑷人造咖啡

人造咖啡价格比天然咖啡便宜,且在色、香、味上与天然咖啡有异曲同工之妙。

制法:①配方 烘焙大麦46%—49%,菊苣23%—24%,无花果14%—16.5%,大 豆11.5%—12.5%,咖啡赋香剂0.085%—1.15%

②制法 将大麦烘焙1—1.5小时,把破碎大豆烘焙1小时,两者混合磨粉,然后与菊苣、无花果细粉混合均匀,加入赋香剂即得成品。[17]

在以上的文中,我们了解了一些最新的合成食品的研究动向。不可否认,今天,大多数人还是以天然食品为主,对于合成食品有着不太正确的观念。但是随着人们对食品健康要求的提高,以及对于经济效益的要求,合成食品将逐渐进入我们的膳食结构中。我们也应该以更为科学的观点看待合成食品。在某些方面,合成食品有着天然食品无法比拟的优点,同时也有着更加广泛的应用前景。

参考文献

[1] 周天泽著《现代生活化学》,首都师范大学出版社

[2]《今日科技》,1998(7),31

[3]《食品文摘》,1999(1),50

[4]《食品文摘》,1999(5),48

[5]《食品文摘》,1999(4),18

[6]《食品信息》,1999(11),27

[7]《食品文摘》,1999(1),14

[8]《食品科技》,1999(2),11—12

[9]《食品文摘》,1999(7),49

[10]《食品文摘》,1999(4),15

[11]《食品文摘》,1999(7),48

[12]《食品文摘》,1999(8),42

[13]《世界农业》,1998(10),55

[14]《食品文摘》,2000(1),11

[15]《广州食品科技》,1999(4),10—11转16

[16]《食品工业》,1999(9),10

[17]《食品文摘》,1999(11),22

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