DDC科技日 | 生物技术在饲料调味剂中的四大工程

日期:2018年1月17日 12:37

饲料调味剂(feed flavor)是指改善饲料的感官性质,使饲料更加美味可口,并能促进消化液的分泌和增进食欲的饲料添加剂。其主要由香味剂、甜味剂以及其他功能性调味剂等组成,其主要成分是食品安全的各类呈香、呈味原料以及可以促进动物采食调控的功能性因子。

生物技术在调味剂中的应用最早可追溯到远古时代,人类的祖先利用微生物酿造食用醋和酱等产品。目前所谓的生物技术主要是指:利用生物体系,应用先进的生物学和工程学技术,改变生物的某些特性进行物质转化,生产人类所需的各类单体或复合体产物。

随着生物科技的不断发展与广泛普及,生物技术在调味品生产中的应用越来越多,所起的作用也越来越大,正将调味品的开发及生产水平不断提升至一个新的高度。

可以预见未来在调味剂领域很快将迎来一场新的“生物革命”。现在我们将就生物技术所包含的“四大工程”----酶工程、发酵工程、基因工程、细胞工程在饲料调味剂领域中的应用进行一一解读。

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酶工程

 

酶的化学本质为蛋白质,蛋白质是由20种氨基酸组成的,它作为生物催化剂,在许多化学反应中起着不可估量的作用。通过酶,尤其是固定化酶的催化作用,可以简化生产工艺,降低生产成本,改善操作环境,其经济效益是非常可观的。随着人们环境保护意识和生活质量的提高,酶在医药、食品、化工等领域的应用日益广泛。而酶作为过程辅助因子,在调味剂原料生产领域的应用也越来越多。它作为催化剂参与生化反应,可以选择性的生成天然或半天然香原料,参与饲料调味剂的生产,甚至可以直接通过酶解获得奶香、肉香等天然复合香精。

香原料是指能被嗅觉嗅出香气或被味觉尝出香味的物质,是配制香精、调味剂的原始材料。随着美国和欧洲法律规定了“天然”香料只能由物理过程(从天然原料中萃取)或酶工程、微生物发酵工程来制备后,用天然物质发酵、酶处理生产香料的技术得到了迅速的发展。利用酶的特殊反应合成旋光性香料也得到了广泛应用。例如酯类化合物大都具有花香、果香、酒香或蜜甜香气。因此酯类及内酯类香料在我们饲料调味剂产品配方中占有十分重要的地位,是我们不可或缺的。目前市场上酯类的合成途径最常用的就是化学合成,但随着人类对安全性要求的不断提高,天然产物越来越受青睐,因此通过酶工程合成天然酯类受到了极大的关注。天然酯类的酶法合成主要是通过酶水解脂肪等催化作用来实现。目前脂肪族酯类、乳酸乙酯、乙酸香叶酯等香原料酶催化法合成工艺已十分成熟,并已被广泛应用于实践生产中。除了酯类的催化合成,酶工程生产香兰素、叶醇、薄荷醇、内酯及硫醇类香原料也已相当成熟,为饲料调味剂中奶香及果香的品质升级奠定了很好的基础。可见酶工程在饲料调味剂的调配方面所起的作用正越来越大,未来的发展空间会十分广阔。

 

2
发酵工程

 

所谓的发酵工程就是利用微生物的作用来实现特殊产物的生产过程。根据微生物的不同特点,它们在特殊情况下可以分泌特定的酶类或者参与特定的转化反应,进而生产出人类所需的某种产品。其实微生物发酵工程是调味剂领域应用最早的一项生物技术。最早可追溯至人类祖先对酱油、酱、食用醋及各种酒类的酿造。而近代微生物发酵技术则是在人类积累上千年实践经验的基础上,于19世纪中叶兴起的,并作为基因工程、细胞工程与酶工程等前沿技术的载体参与食品工业、化学工业、医药工业等大规模生产。

微生物发酵是微生物进行的一系列的生化反应,它具有反应条件温和、原材料来源广泛且可再生、工艺简单、环境友好等特点。因此在调味剂领域引起了人们的高度关注。例如目前天然乙偶姻产品主要是由美国、德国和日本的一些生物技术公司通过微生物发酵生产的。它主要可以用作调配奶油、乳品、酸奶和香草等口味的调味剂产品。近期有报道称国外在利用木瓜、黄豆、葵花籽油等进行发酵制备苹果复合香气方面也取得了突破性进展。

同时,作为奶味的重要成分的香兰素的微生物发酵生产,受香荚兰豆资源所限也正在迅速崛起。我国山东大学、东北农业大学、陕西科技大学等几所高校也正在开展此类工艺研究。微生物发酵生产香兰素主要是通过从木材、杂草或谷物的麸皮细胞壁中获取的阿魏酸作为发酵底物,经过特定微生物的作用转化为香兰酸,再将香兰酸通过另一种微生物转化为香兰素。香兰素是世界上用量最大的香原料,它的生物法制备工艺的成熟,让我们摆脱了植物资源的局限,极大的降低了香兰素的生产成本和产品价格,使饲料调味剂产品也可以大量的应用该产品进行奶味系列产品的生产。

 

3
细胞工程

 

细胞是生命存活、发挥生物体功能的最小单位之一。利用细胞工程制备调味剂的香原料是生物学家关注的热点之一。目前在此领域应用最多的就是通过动、植物细胞的组织培养来获取特定的饲料调味剂香原料,例如被誉为香料之王的香兰素,生物研究者们通过健康香兰荚豆外植体的选择、处理、愈伤组织的诱导与培养等工艺流程,已经在实践中获取了天然香兰素。随着细胞工程技术的逐渐成熟,科学家们通过组织培养几乎可以获得任何常见动植物的幼苗或富含香原料的体细胞,让稀缺动植物资源不再稀缺,为我们调味剂领域提供更多种类丰富、物美价廉的原材料,为我们通过分离提取法获取香味物质提供了便利。

 

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基因工程

 

20世纪60年代,随着生物化学与分子生物学的发展和延伸,人们对生命的遗传物质---基因有了比较清晰的认识。并逐渐形成了以基因工程为核心的,包含发酵工程、细胞工程和酶工程在内的一系列高新生物技术。而基因工程在调味剂领域的应用主要体现在对调味剂生产菌株或动植物细胞的基因改造。例如各种酯类及内酯类生产菌株的育种和苯乙醇生产酵母的基因改造与表达。基因工程主要是通过改变遗传物质信息,提高微生物生成特定物质的性能或简化代谢途径,甚至部分消除代谢反馈抑制,进而提高所需产品的产量。

除此之外,基因工程还可以通过改良原料的品质来实现增香、增味的效果。例如可以通过对酿酒葡萄进行品种改良,来实现葡萄酒风味的增强与改善。可见基因工程这门高深技术其实离我们并不遥远,也不是那么高不可攀。它的大量应用无论对香原料的生产还是其他各相关行业都将起到划时代的作用。

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