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生物技术在保健饮料中的应用

2021-08-18 来源:广西工程机械网

生物技术在保健饮料中的应用

生物技术是以生命科学为基础,利用生物的特性和功能,设计构建具有预期性状的新物种或新品系,食品生物技术就是通过生物技术手段,用生物程序、生产细胞或其代谢物质来制造食品,改进传统生产过程,以提高人类生活质量的科学技术。近年来,随着许多新兴的生物技术应用于食品生产与开发,促进了食品工业的飞速发展,主要体现在四个方面:一是利用基因工程、细胞工程技术对食品资源的改造与改良;二是利用发酵工程、酶工程技术将农副产品加工成商品,如酒类、调味品、酸奶类等发酵制品;三是利用生物技术对产品进行二次开发,形成新的产品,如许多功能性的低聚糖、食品添加剂等;四是利用酶工艺、发酵技术、生物反应器等对传统食品加工工艺进行改造,降低能耗,提高产率,改善食品品质。此外,与食品生产相关的领域,如食品包装、储存、质检、三废处理等方面,生物技术也得到越来越广泛的应用。被誉为“21世纪饮料”、代表着当代饮料发展新潮流的保健饮料,就是应用生物技术制成的。通过生物技术这一手段,研制开发出适合于饮料生产特点的生理活性成分,并将其成功的应用到饮料生产中去,我国最近把这类饮料称为“具有特殊营养的食品”,也有其相应的具体规定。

利用生物技术生产保健饮料基料

保健饮料中具有生理活性作用的物质,被称为生理活性成分,它们可以起到增强和发挥人的机体功能,消除或预防疾病的生理调节作用。富含生理活性作用的物质多种多样,它们一般都被称为保健食品的基料。下面对一些常用于生产保健饮料的基料作一简单介绍。

目前国际上已确认的活性物质主要有以下几类:

(1)多糖类:包括活性多糖和膳食纤维两大类碳水化合物。

(2)功能性甜味剂:主要有功能性单糖(果糖)、功能性低聚糖(帕拉金糖)及多元糖醇(木糖醇、山梨醇)等。

(3)功能性油脂:包括多不饱和脂肪酸、磷脂、胆碱及油脂替代品等。

(4)自由基清除剂:分为非酶类清除剂(如VE、VC)和酶类清除剂(如SOD、CAT等)。

(5)维生素类:常用的有VA、VE、VC等。

(6)肽和蛋白质类:包括谷胱甘肽(GSH)、降血压肽、促进钙吸收肽及免疫球蛋白、抑制胆固醇蛋白等。

(7)活性菌类:主要有乳酸菌,特别是双歧杆菌等。

(8)矿物元素:作为营养素强化剂或功效成分的主要有钙、铁、锌、硒、铬、锗等。

(9)其它功效成分:如黄酮类、酚类、二十八烷醇、皂苷类、植物甾醇、大蒜素、牛磺酸等等。

随着越来越多生理活性物质被人们所了解,这为生产功能各异的多种保健饮料提供了可能,而生物技术则为保健饮料的生产提供了技术保证。借助于生物技术,人们获得了多种用于生产保健食品的基料,并将其成功地应用于保健饮料的生产。利用生物技术合成饮料中的功能性因子,目前开发的有酶法生产低聚糖(低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖);基因工程生产乳酸菌类(乳酸杆菌、双歧杆菌、德氏乳杆菌等);发酵法生产细菌多糖(黄原胶、葡聚糖)及真菌多糖(云芝多糖、香菇多糖、灵芝多糖、茯苓多糖等)等;细胞工程中采用动物、植物细胞大量培养,生产各种保健饮料的有效成分(如免疫球蛋白、促细胞生长素、生物酸、类黄酮等)。亦可采用转基因手段,在动、植物或其细胞中,得到基因表述而制造有益于人类健康因子或有效因子,如将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至牛羊体内,便可以在牛乳或羊乳中产生这种酶制造功能性饮料。

利用生物技术生产保健饮料

目前国际国内销售的、被国际公认的保健饮料有如下几类产品:

海藻类饮料、低聚糖饮料、双歧杆菌类饮料、超氧化物歧化酶饮料、多不饱和脂肪酸饮料、真菌多糖饮料、食用纤维饮料、肽类饮料,此外还有各种以中草药提取出有效成分配制成的饮料等。现仅简要介绍利用生物技术生产保健饮料的实例。

真菌多糖饮料

香菇、金针菇、银耳、灵芝、黑木耳、茯苓和猴头菇等大型食用或药用真菌中的某些多糖组分,具有明显提高人体免疫能力的生理功能,而且大部分还有很强的抗肿瘤活性。因此,真菌多糖是一种很重要的功能性食品(饮料)的基料。

从真菌实体中提取多糖的工艺

首先将栽培好的食用或药用真菌子实体粉碎,然后用5~20倍体积的水、稀酸或稀碱(02~1ml/L)在50~80℃温度下进行浸提,有时为了加快浸提速度,也可添加些纤维素酶或半纤维素酶,这种浸提液经中和(如用稀酸或稀碱)、过滤和减压浓缩后,即可直接用来制造功能性食品。如需要,还可将浓缩液真空干燥或喷雾干燥成固体粉末状物质。用真菌子实体直接提取的浸提物,除含有丰富的真菌多糖,还含有蛋白质、游离氨基酸、核酸、微量活性元素、风味物质及某些微量活性物质。上述的浸出液、浓缩液或粉末可作为活性成分添加到各种食品中,制成富含真菌多糖的功能性食品,如金针菇多糖功能饮料、茯苓奶粉等。

真菌多糖发酵技术

真菌深层发酵技术是在抗菌素发酵技术基础上发展起来的,经研究认为适合于深层发酵的食用或药用大型真菌多达80余种,但真正实现工业化生产的尚不太多。与传统的农业法栽培真菌实体的方法不同,发酵法生产是在大型发酵罐内进行,可通过调节培养基组成,发酵温度和时间等,在短时间内得到大量的真菌菌丝体。这些菌丝体的化学组成或生理功能,经分析表明与农业栽培得到的真菌子实体是很相似的。因此,从发酵菌丝体中提取的真菌多糖,真菌蛋白质及其他活性物质,可用来调制生产功能性饮料。发酵法生产真菌及其多糖的最大优点是易于实现工业化生产、规模大、产量高、周期短和效益高等,主要缺点是一次性设备投资较大及部分菌丝体缺乏子实体所特有的芳香风味。通过在菌丝增殖终了时对菌丝体施以加热、冷却、超声波处理等物理性冲击以及调节发酵液pH在5~7之间的化学冲击等措施,可以有效地达到强化菌丝体风味的目的,进而调制出品质风味更佳的功能性饮料。

低聚果糖饮料

低聚果糖(Fructooligosa charade)又称寡果糖或蔗果三糖族低聚糖,属于果糖与葡萄糖构成的直链杂低聚糖。其工业化生产目前一般采用黑曲霉等产生的果糖转移酶作用于高浓度(50%~60%)的蔗糖溶液,经过一系列的酶转移作用而获得。

低聚果糖具有预防龋齿,促进双歧杆菌增殖及降血脂、减肥等良好的生理功效,可作为功能性甜味剂替代蔗糖,广泛用于各种低聚糖保健饮料的生产。

超氧化物歧化酶(SOD)饮料

自由基清除剂分非酶类清除剂(抗氧化剂)和酶类清除剂(抗氧化酶)两大类,前者主要有VE、VC、β胡萝卜素和还原型谷胱甘肽(GSH),后者主要有超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT)和谷肽过氧化物酶(GSHPX)等几种。

SOD是生物体内产生的一类能清除氧自由基毒害物的含金属的酶,与用作药品不同,SOD作为一种功能性食品基料时,它主要是调理和预防由于自由基侵害而发生的各种疾病,如可延缓衰老、提高免疫力,增强环境适应力和疾病抵抗力等。

目前国内SOD制品主要是从动物血液(如猪血、牛血和马血)的红细胞中提取的,受到血源和得率的限制,选育高产菌株以生物技术生产SOD则具有可以大规模发酵培养的优势,日、美、西欧等西方发达国家现今已能生产SOD基因工程菌发酵产品。一些研究表明,用酵母生产SOD可能是最有前途的。我国也已进行了构建SOD基因工程菌的研究,但这方面的工作还有待进一步深入和加强。

综合有关研究结果认为,微生物SOD的制备一般可按图2工艺流程进行:

除发酵法生产微生物SOD外,利用SOD含量较高的天然植物如大蒜细胞培养积累SOD也是人们很感兴趣的生物技术。通过大蒜细胞培养生产富含SOD的功能性食品的工艺主要包括如下三大过程:(1)大蒜愈伤组织的诱导形成及培养;(2)大蒜细胞悬浮培养与深层发酵;(3)SOD浓缩液的提取及功能性食品制造。大蒜细胞深层发酵结束后,经细胞收集、提取和超滤浓缩即得SOD浓缩液,再以此浓缩液为主剂,配合甜味剂、酸味剂和食用香精等,便调制成富含SOD的功能性饮料。该法具有成本低、实用性强的优点,易实现工业化生产。目前上市的SOD保健饮料有富含SOD的酸奶及保存SOD活性的天然大蒜饮料等。

肽类保健饮料

谷胱甘肽(GSH)是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸通过肽键缩合而成的三肽化合物,在生物体中起重要生物功能作用的是还原型谷胱甘肽(GSH),其生理功能是在体内与有机化合物、重金属元素以及药物的结合,起到排泄及解毒的作用,清除人体内过多自由基,延缓衰老;对酒精性脂肪肝有缓解作用。通过生物技术途径制备GSH,可选择富含GSH的高酵母株或富含GSH的绿藻,经过培养进而从中分离提制。除GSH外,利用生物技术途径还可制备另外一些活性肽,如从乳酸蛋白,经酶解获取能促进钙吸收的酪蛋白,经酶解获取能促进钙吸收的酪蛋白磷肽(CPP)。据报道,我国青岛钙宝特保健品公司已采用生化工程技术和独特工艺,从牛奶蛋白中提取,纯化成促钙吸收因子酪蛋白磷酸肽钙。经科学配方制备成了新型补钙剂——钙宝特营养液,很受市场欢迎。

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