食品生物制造的研究现状及展望

王守伟,陈 曦,曲 超

(中国肉类食品综合研究中心,北京食品科学研究院,国家肉类加工工程技术研究中心,肉类加工技术北京市重点实验室,北京 100068)

摘 要:近年来,基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程等生物技术促进了食品新材料和新技术的发展,大大提高了生物质原料的利用效率,有效改善了食品品质和营养结构,为食品工业的飞速发展奠定了良好的基础。食品生物制造已经成为未来社会可持续发展的重要途径。本文综述了食品生物制造的概念、研究内容和方向,分析了食品生物制造领域的研究进展和存在问题,并对食品生物制造的发展趋势提出了展望,旨在为食品生物制造领域的研究和产业发展提供参考和指导。

关键词:食品生物制造;生物技术;食品工业;食品品质;营养结构

随着现代食品工业的发展,日益紧张的化石能源和不断加剧的环境污染迫切需要传统食品制造模式的革新。其中,生物技术集合了分子生物学、生物化学、微生物学、细胞生物学等诸多学科的科技成果,促进了食品生物制造的不断发展、有助于改良食品原料的品质、优化传统加工工艺、改善食品制造所用酶制剂和微生物的性能、提高能效、减少污染物排放,从而有效改造传统食品制造模式。然而,尽管前景非常美好,就整体而言,食品生物制造领域的研究仍处于探索和攻坚阶段,基础理论研究碎片化、核心技术不成熟、生产成本偏高,严重制约了食品生物制造领域的科技和产业发展。由于食品生物制造正处于不断发展和完善阶段,因此有必要对其概念、该领域的研究进展和存在问题等进行总结归纳,以期为相关人员提供参考。

1 食品生物制造概述

食品生物制造是利用生物体机能进行大规模物质加工与物质转化、为社会提供工业化食品的新兴领域,是以微生物细胞或酶蛋白为催化剂、或以经过改造的新型生物质为原料制造食品,促使其脱离石油化学工业路线的新模式,主要表现为基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生物过程工程等新技术的发明与应用(图1)。

图1 食品生物制造概述
Fig.1 Overview of food biological manufacturing

2 食品生物制造领域的研究现状

近年来,生物科技的进步为食品生物制造领域的可持续发展提供了源源不断的动力支撑,主要体现在以下方面:一是对用作食品资源的植物、动物和微生物遗传性状进行改造,改良品质;二是对食品生物加工制造过程进行设计与工艺优化,提高食品品质,生产功能性食品,同时提高食品资源的利用率、降低能耗;三是食品制造过程中生物工具的改良和创制,包括新型食品微生物资源的发掘、酶的定向改造等,以提升食品的风味和营养等品质、提高能效;四是食品添加剂的生物制造。

2.1 食品资源品质改造

利用基因工程和细胞工程技术可对作为食品资源的动物、植物等进行品质改良,主要体现在提高动植物抗逆增产性能、营养品质和加工性能等,有利于降低食品原料成本、提高食品品质。

2.1.1 抗逆增产性能改造

世界上近一半人口,都以大米为食。提高水稻抗逆增产性能对于食品工业具有重要意义。Su等[1]将大麦中的SUSIBA2转录因子过表达于水稻中,大田实验表明转基因水稻不仅淀粉合成量增加,同时极大地降低了甲烷排放,是一种高产的环境友好型转基因水稻。三文鱼是国外常见的食品原料,随着国民生活水平的提高,我国对三文鱼的需求也呈现上升趋势。野生型三文鱼生长需要2~3 年,周期较长。2015年11月,美国食品与药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准了一种快速生长的转基因三文鱼上市[2]。转入来自体型较大的“大鳞大麻哈鱼”且含有“美洲绵鳚”抗冻蛋白启动子的生长素基因后,该转基因三文鱼一年半就能长成,长成的个体也较野生型大,能更快更好地满足人们的消费需求。

2.1.2 营养品质改造

提高作为食品资源的动植物营养品质,包括提高维生素、必需氨基酸含量,改良脂肪酸组成,降低有害因子等。

VA是人体内必需的营养元素,严重缺乏会导致失明。研究表明可通过转基因技术提高植物中VA前体物质β-胡萝卜素的含量来补充人体所需的VA。例如,Paine等[3]将psy和crtI基因转入水稻中,可优先积累并大大提高β-胡萝卜素含量。VE是叶绿体中合成的脂溶性抗氧化成分,Yabuta等[4]利用叶绿体转基因工程技术,得到了VE环化酶基因过度表达的转基因莴苣,与野生型相比,转基因莴苣中VE的含量和活性都有显著提高。

玉米是重要的粮食作物,但缺少必需氨基酸——赖氨酸。国内有研究将编码高赖氨酸的sb401基因转入玉米基因组中并实现成功表达,提高了转基因玉米种子中的赖氨酸含量及蛋白质总量[5]

二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)和二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)主要存在于海洋生物中,如果能在植物种子中大量表达,便可实现利用植物性食品获取这2 种有重要营养价值的脂肪酸,对补充人体营养及促进人体健康有重要贡献。人们在模式植物拟南芥种子中,已成功表达4%~15%的DHA,证明了DHA可以在植物种子中表达[6]。利用基因工程和细胞工程技术,国内培育出了富含omega-3脂肪酸的转基因奶牛[7]。另外,世界人口激增和全球肉食消费需求的增长给人类赖以生存的资源和环境带来了巨大压力。传统饲养生产肉类食品效率低下,利用干细胞培养“人造肉”有望成为未来肉类食品生物制造的新模式[8]。Post等[9-10]已经从奶牛的肌肉组织中提取干细胞,用组织培养的方式得到了人造牛肉。然而,虽然极具发展潜力,干细胞培养人造肉尚有许多问题需要解决,例如干细胞的分裂增殖能力需要提高;较为天然安全的培养基价格不菲,培养基成本约占“人造肉”成本的90%;尚无法达到传统肉类的感官风味等。

2.1.3 加工性能改造

对于用作食品资源的动植物而言,某些物质含量的多少会影响其加工性能、降低产品品质。利用生物技术降低或提高这些物质的含量,可以改善食品原料的加工性能。

在啤酒加工中,大麦籽粒蛋白质含量过高,会显著降低麦芽汁过滤速率、影响啤酒的清澈度和啤酒泡沫的稳定性。通过抑制大麦籽粒中B-hordein基因的表达,可以获得高氮肥水平下醇溶蛋白含量降低的大麦新品种,从而适应啤酒制造的要求[11]

在果蔬加工中,可以通过生物技术抑制多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活性从而减少原料褐变。例如,利用RNAi技术,插入苹果中本来就有的PPO基因,降低苹果褐变酶的水平,能够防止或者减少苹果外伤或挤压后变色[12]。加拿大Okanagan Specialty Fruits公司开发的防褐变苹果,2015年已获美国农业部核准,得以在当地上市。

马铃薯块茎贮藏期间的低温环境可导致块茎中的淀粉加速转化为还原糖,导致马铃薯炸片和炸条颜色变深,严重影响其加工品质,Liu Xun等[13]通过抑制液泡转化酶StvacINV1的表达,抑制了马铃薯低温贮藏后还原糖的上升,改善了马铃薯的加工性能。另外,通过生物技术处理,还可使番茄中果胶含量和黏度提高,从而有利于番茄酱的加工制造[14]

总之,与传统育种方法相比,利用基因工程和细胞工程等生物技术,可以更加高效地对作为食物资源的动植物进行品质改良。然而,由于在对生物体代谢途径中关键酶进行修饰的同时,可能会对个体本身的生长代谢、产量、及对生物和非生物胁迫的耐受力产生影响,所以在品质改良的同时要确保不会对生物体其他性状造成负面影响[15]。另外,转基因产品的食用安全及环境安全评价技术体系还有待于进一步完善和优化。

2.2 食品生物制造加工过程设计与工艺优化

利用优良微生物和酶制剂,采用控制性发酵技术、代谢调控技术和在线检测技术等,对食品生物制造过程进行设计与工艺优化,可以改善食品的色泽、质构、风味及营养品质,生产功能性食品,提高产率,降低能耗[16-18]

2.2.1 食品品质改良

在果蔬加工中,利用基于果胶酶、纤维素酶等优良酶制剂的生产工艺制备果蔬汁,不但可以提高出汁率,还能够改善产品的感官品质,并有利于VC、花色苷等营养成分的保留[19-20]。Filannino等[21]利用植物乳杆菌发酵法,开发出了具有良好风味的有机石榴汁产品。熊涛等[22-23]利用干酪乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、肠膜明串珠菌等乳酸菌发酵法,开发了具有优良风味和营养品质的果蔬汁。单杨等[24]对柑橘生物酶法脱囊衣技术进行了研究,确定了复合酶制剂脱囊衣的优化酶解工艺,提高了柑橘罐头产品的品质。

在面粉烘烤加工中,基于淀粉酶、木聚糖酶、脂肪酶、糖原分支酶等酶制剂的加工工艺可以改良面粉质量、延缓陈变、提高面包柔软度、改善面包感官品质等[25-29]。Yang Tianyi等[30]研究发现,葡萄糖氧合酶与木瓜蛋白酶、木聚糖酶复合使用,能催化面团中类胡萝卜素氧化,改善面食色泽品质。王霞等[31]研究发现葡萄糖氧化酶经微胶囊固定化后,能够以更合理的反应速率作用于面团,从而相比较于游离酶,会发挥出更为突出的面团粉质以及拉伸特性改善作用,且有助于减缓面团氧化。

在肉类食品加工中,基于蛋白酶的加工工艺可以高效降解胶质纤维和结缔组织中的蛋白质,使部分氨基酸之间的连接键发生断裂,破坏它们的分子结构,从而大大提高肉的嫩度,改善肉类产品的感官品质[32]。另外,应用乳酸菌等微生物发酵剂加工工艺,可以大大降低肉类食品中的亚硝酸盐残留,提高肉制品的食用安全性、风味和感官质量[33]

在调味品加工中,利用高盐稀态发酵工艺酿造酱油,其发酵过程中通常需要添加酵母菌、乳酸菌来改善产品品质。曹小红等[34]研究了添加乳酸菌与酱醪中酵母菌的协同作用,及其对酱油主要风味的影响。结果表明,可通过适时适量的添加乳酸菌来进一步完善高盐稀态工艺,提高酱油品质。

在油脂加工中,起酥油、人造奶油和黄油等塑性脂肪广泛应用于食品制造领域。起砂是塑性脂肪产品品质劣化的一种表现。利用酶法酯交换技术可进行油脂改性控制起砂,且副反应较少,后处理简单,是一种环境友好和具有前景的方法[35]

2.2.2 功能性配料与功能性食品制造

功能性配料是指在食品中起到生理作用的有效成分,主要来自食用真菌、动植物提取物、益生菌等。功能配料带动了功能食品的发展,使之在不同的功能领域不断延伸,在食品生物制造领域占有重要地位。

食用真菌是功能性食品开发的重要原料,利用羊肚菌深层发酵技术,宋淑敏等[36]研制开发出具有降血脂等功效的“得宝营养液”。大米蛋白是一种优质的功能性植物蛋白,具有低过敏性、营养价值高的特点,通过复合酶法优化大米蛋白的提取工艺,可以提高大米蛋白的纯度和收率,使其更广泛地应用于食品生产[37]。研究人员利用复合酶技术,生产了玉米肽、小麦肽、大豆肽等食源性肽[38-43],这些食源性肽具有抗氧化、抗血栓、降脂等生理调节作用[44-46],是极具发展前景的功能因子,可用于功能性食品制造。长链不饱和脂肪酸DHA和EPA对人体生理健康极为重要,常常用于功能性食品开发。与从鱼油和微藻中提取的传统方法相比,利用微生物例如破囊壶菌工业化发酵生产DHA和EPA,可大大降低成本[47-48]。荷兰帝斯曼集团和德国赢创工业集团联合投建的微生物发酵工厂,预计2019年建成后可生产超过全球15%的EPA和DHA。

肠道菌群与人体的营养、免疫、代谢等诸多生理功能紧密相关,将具有良好肠道适应能力的益生菌株应用于食品生产,是近年来的研究热点[49-51]。张和平课题组[52-55]经多年研究,选育出包括干酪乳杆菌(Lactobacillus casei Zhang)、乳酸双歧杆菌(Bif i dobacterium lactis)V9、瑞士乳杆菌(L.helveticus)H9等优良益生菌,实现了具有自主知识产权功能性益生菌的重要突破,并与伊利集团合作,成功将菌株L. casei Zhang应用于多种功能性乳品饮料的生产。

利用动植物和微生物细胞控制性培养技术,可按照预定的设计进行细胞培养生产功能性食品配料。例如,黄酮类化合物是植物的一类次生代谢产物,具有抗氧化、抗衰老和抗癌等多种功效,可用于功能食品生产。直接从植物中提取黄酮类化合物,产品纯度不高且成本较高,也会造成对自然珍稀资源的依赖和破坏。例如,水母雪莲是我国传统珍稀药材,其主要活性成分木樨草素是一种天然黄酮类化合物,通过筛选黄酮合成酶FNSⅡ基因表达水平高的水母雪莲细胞系、调控细胞培养基种类和有机添加物可加快雪莲细胞的生长和黄酮积累[56];同时,利用微生物细胞也可以廉价生产高质量黄酮类化合物[57]

2.3 食品酶制剂与微生物资源的发掘与改良

作为食品制造的重要生物工具,食品酶制剂的改造和优良微生物资源的发掘,可以提升食品加工能效,改善食品的风味和营养等品质,延长食品贮藏时间。

从自然界分离得到的天然酶,其特异性和稳定性往往达不到工业生产用酶的要求。从极端微生物中筛选产酶菌株、克隆并异源表达酶合成基因,可获得具有优良热稳定性的工业酶制剂。例如,甄杰等[58]从云南腾冲地区轮马热泉的淤泥中,分离获得了耐热普鲁兰酶产生菌;有研究从南极耐寒真菌中克隆了α-淀粉酶的基因,转入米曲霉中,得到了一种新型耐低温α-淀粉酶[59]

生物技术已广泛应用于具有特定功能微生物的筛选和改造,例如工业用酵母菌[60]。Libkind等[61]发现了一种野生酵母Saccharomyces eubayanus,该酵母可与酿酒酵母杂交,杂交产生的酵母产酒精速率大大提高,还可产生4-乙烯基愈创木酚,改善了Lager啤酒的风味。利用基因工程技术,还可提高面包酵母中麦芽糖透性酶及麦芽糖酶的含量,在面包发酵过程中产生较多的二氧化碳气体,提高面包的膨发性能[62]

2.4 食品添加剂生物制造

食品添加剂在现代食品工业中占有重要地位,不仅保证了食品的色、香、味,延长了保质期,同时改善了食品品质,提高了加工效率。目前有许多食品添加剂都采用生物技术制备,生物催化技术在食品添加剂的生产中发挥着越来越大的作用,其中微生物与酶起着不可替代的作用。

利用生物技术能够实现多种食品添加剂的生产,包括抗氧化剂(VC、异抗坏血酸钠、VE)、食品防腐剂、食用色素(红曲色素、类胡萝卜素等)、调味剂等[63]。例如,孙宝国[64]利用多级靶向酶解技术对肉类蛋白进行分阶段组合酶解,生产的肉味香精产品肉香味柔和自然、肉类特征风味突出、原汁原味感强。天然防腐剂ε-聚赖氨酸具有广谱抗菌活性,国内外在ε-聚赖氨酸产生菌株的筛选、改良育种及发酵生产上做了大量研究,例如Ren Xidong等[65]利用链霉菌M-Z18补料发酵,ε-聚赖氨酸的批生产量达到了商业生产的要求。环糊精是风味物质和香气物质的理想载体,工业上需要环糊精葡萄糖基转移酶(cyclomaltodextrin glucanotransferase,CGT)作为生物催化剂生产环糊精,利用生物技术可从自然界筛选产酶菌株并进行定向改造,从而得到高活性CGT,大大提高了环糊精的生产效率[66]

3 食品生物制造领域的前景展望

当前,全球生物经济已进入快速成长期,生物制造正受到世界各主要经济强国的广泛关注和高度重视。作为现代生物制造的重要组成部分,食品生物制造具有广阔市场和发展前景,必将带来食品工业的新变革。综合分析我国国民经济和社会发展需求、国内外食品生物制造领域的研究现状和存在问题,应重点开展酶工程、发酵工程、基因工程等前沿性技术研究,构建食品生物制造技术创新体系,大幅提升食品生物制造产业自主创新能力、技术支撑产业发展能力。

3.1 加强食品生物制造领域的重大基础理论研究

围绕未来食品科技发展的理论储备与源头创新需求,重点开展新型食品酶制剂的创制与高效催化、微生物发酵调控、食品资源品质改良、食品营养与功能等方面的重大基础理论研究,提高食品生物制造的源头创新水平。

3.2 攻克食品生物制造领域关键共性技术

针对天然食品原料产量、加工性能和营养品质的缺陷,传统物理化学方法对食品组分改造效率低、能耗高等问题,重点研究食品资源的生物改造技术,食品组分的生物修饰与改性技术,改善食品组分结构、功能和营养品质。充分利用丰富的微生物资源,重点研究食品酶制剂的固定化技术、分子修饰和改性技术,定向改造现有酶制剂的性质,研究定向酶解、多酶协调技术以及酶反应分离耦合技术等。研究分子设计技术、高通量筛选技术、功能因子高效分离提取技术,制备具有特殊营养性、功能性和适用性的功能配料,用于功能性食品生产。

3.3 建设食品生物制造技术创新体系

积极开展科研院所、高等院校和企业之间的合作,产学研相结合,充分发挥优势资源与条件,立足新型食品酶制剂的创制与高效催化、微生物发酵调控技术、食品资源品质改良、功能性食品配料的生物制造与高效分离技术等领域,开发具有自主知识产权的核心技术和产品,建立以食品生物制造技术为核心的知识产权保护体系,建立研究和中试放大生产线,从而推进重大产品的工艺改造和产业化开发。

参考文献:

[1] SU J, HU C, YAN X, et al. Expression of barley SUSIBA2 transcription factor yields high-starch low-methane rice[J]. Nature, 2015, 532: 602-606. DOI:10.1038/nature14673.

[2] LEDFORD H. Salmon approval heralds rethink of transgenic animals[J]. Nature, 2015, 527: 417-418. DOI:10.1038/527417a.

[3] PAINE J A, SHIPTON C A, CHAGGAR S, et al. Improving the nutritional value of Golden Rice through increased pro-vitamin A content[J]. Nature Biotechnology, 2005, 23(4): 482-487. DOI:10.1038/ nbt1082.

[4] YABUTA Y, TANAKA H, YOSHIMURA S, et al. Improvement of vitamin E quality and quantity in tobacco and lettuce by chloroplast genetic engineering[J]. Transgenic Research, 2013, 22(2): 391-402. DOI:10.1007/s11248-012-9656-5.

[5] TANG M Z, HE X Y, LUO Y B, et al. Nutritional assessment of transgenic lysine-rich maize compared with conventional quality protein maize[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2013, 93(5): 1049-1054. DOI:10.1002/jsfa.5845.

[6] PETRIE J R, SHRESTHA P, ZHOU X R, et al. Metabolic engineering plant seeds with fish oil-like levels of DHA[J]. PLoS ONE, 2012, 7(11): e49165-e49165. DOI:10.1371/journal.pone.0049165.

[7] WU X, OUYANG H S, DUAN B, et al. Production of cloned transgenic cow expressing omega-3 fatty acids[J]. Transgenic Research, 2012, 21(3): 537-543. DOI:10.1007/s11248-011-9554-2.

[8] ORZECHOWSKI A. Artificial meat? Feasible approach based on the experience from cell culture studies[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2015, 14(2): 217-221.

[9] POST M J. Cultured meat from stem cells: challenges and prospects[J]. Meat Science, 2012, 92(3): 297-301. DOI:10.1016/ j.meatsci.2012.04.008.

[10] POST M J. Cultured beef: medical technology to produce food[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2013, 94(6): 1039-1041. DOI:10.1002/jsfa.6474.

[11] 李静雯, 张正英, 令利军, 等. 利用RNAi抑制B-hordein合成降低大麦籽粒蛋白质含量[J]. 中国农业科学, 2014, 47(19): 3746-3756. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.19.003.

[12] MURATA M, NISHIMURA M, MURAI N, et al. A transgenic apple callus showing reduced polyphenol oxidase activity and lower browning potential[J]. Bioscience, Biotechnology, & Biochemistry, 2001, 65: 383-388. DOI:10.1271/bbb.65.383.

[13] LIU Xun, ZHANG Chi, OU Yongbin, et al. Systematic analysis of potato acid invertase genes reveals that a cold -responsive member, StvacINV1, regulates cold -induced sweetening of tubers[J]. Molecular Genetics and Genomics, 2011, 286(2): 109-118. DOI:10.1007/s00438-011-0632-1.

[14] LIU K S. Biotech crops: products, properties, and prospects[J]. Food Technology, 1999, 53(5): 42-49.

[15] UNCU A O, DOGANLAR S, FRARY A. Biotechnology for enhanced nutritional quality in plants[J]. Critical Reviews in Plant Sciences, 2013, 32(5): 321-343. DOI:10.1080/07352689.2013.781453.

[16] 滕晖, 曾新安, 蔡锦林. 现代发酵工程技术在食品开发中的应用[J].粮食流通技术, 2016(3): 7-10. DOI:10.16736/j.cnki.cn41-1434/ ts.2016.03.004.

[17] 夏文水, 高沛, 刘晓丽, 等. 酶技术在食品加工中应用研究进展[J].食品安全质量检测学报, 2015(2): 568-574.

[18] 朱蓓薇. 聚焦营养与健康, 创新发展海洋食品产业[J]. 轻工学报, 2017, 32(1): 1-6.

[19] 刘莹, 王璋, 许时婴. 复合酶制剂在混浊苹果汁加工中的应用[J]. 食品与发酵工业, 2007, 33(9): 164-168.

[20] SAGU S T, NSO E J, KARMAKAR S, et al. Optimisation of low temperature extraction of banana juice using commercial pectinase[J]. Food Chemistry, 2014, 151(4): 182-190. DOI:10.1016/ j.foodchem.2013.11.031.

[21] FILANNINO P, AZZI L, CAVOSKI I, et al. Exploitation of the healthpromoting and sensory properties of organicpomegranate (Punica granatum L.) juice through lactic acid fermentation[J]. International Journal of Food Microbiology, 2013, 16(23): 184-192. DOI:10.1016/ j.ijfoodmicro.2013.03.002.

[22] 熊涛, 高丽. 优良发酵果蔬原酱专用乳酸菌的筛选与鉴定[J].南昌大学学报(理科版), 2011, 35(1): 67-71. DOI:10.3969/ j.issn.1006-0464.2011.01.016.

[23] XIONG T, SONG S H, HUANG X H, et al. Screening and identif i cation of Lactobacillus specif i c for vegetable fermentation[J]. Journal of Food Science, 2013, 78(1): 84-89. DOI:10.1111/j.1750-3841.2012.03003.x.

[24] 单杨, 李高阳, 张菊华, 等. 柑橘生物酶法脱囊衣技术研究[J]. 食品科学, 2009, 30(3): 141-144.

[25] AHMAD Z, BUTT M S, AHMED A, et al. Effect of Aspergillus niger xylanase on dough characteristics and bread quality attributes[J]. Journal of Food Science and Technology, 2014, 51(10): 2445-2453. DOI:10.1007/s13197-012-0734-8.

[26] WU S P, LIU Y, YAN Q J, et al. Gene cloning, functional expression and characterisation of a novel glycogen branching enzyme from Rhizomucor miehei, and its application in wheat breadmaking[J]. Food Chemistry, 2014, 159(13): 85-94. DOI:10.1016/ j.foodchem.2014.02.161.

[27] SHAFISOLTANI M, SALEHIFAR M, HASHEMI M. Effects of enzymatic treatment using response surface methodology on the quality of bread flour[J]. Food Chemistry, 2014, 148(7): 176-183. DOI:10.1016/j.foodchem.2013.10.026.

[28] GERITS L R, PAREYT B, DELCOUR J A. A lipase based approach for studying the role of wheat lipids in bread making[J]. Food Chemistry, 2014, 156(8): 190-196. DOI:10.1016/j.foodchem.2014.01.107.

[29] BARRERA G N, TADINI C C, LEÓN A E, et al. Use of alphaamylase and amyloglucosidase combinations to minimize the bread quality problems caused by high levels of damaged starch[J]. Journal of Food Science and Technology, 2016, 53(10): 1-10. DOI:10.1007/ s13197-016-2337-2.

[30] YANG Tianyi, BAI Yuxiang, WU Fengfeng, et al. Combined effects of glucose oxidase, papain and xylanase on browning inhibition and characteristics of fresh whole wheat dough[J]. Journal of Cereal Science, 2014, 60(1): 249-254. DOI:10.1016/j.jcs.2014.04.002.

[31] 王霞, 张天亮, 周惠明. 微胶囊化葡萄糖氧化酶对面团氧化作用研究[J]. 中国粮油学报, 2012, 27(7): 17-21.

[32] BEKHIT A A, HOPKINS D L, GEESINK G, et al. Exogenous proteases for meat tenderization[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2014, 54(8): 1012-1031. DOI:10.1080/10408398.2011.623247.

[33] CHEN X, LI J P, ZHOU T, et al. Two efficient nitrite-reducing Lactobacillus strains isolated from traditional fermented pork (Nanx Wudl) as competitive starter cultures for Chinese fermented dry sausage[J]. Meat Science, 2016, 121: 302-309. DOI:10.1016/ j.meatsci.2016.06.007.

[34] 曹小红, 刘卓, 鲁梅芳, 等. 耐盐乳酸菌与酵母菌在酱醪汁中协同作用的研究[J]. 中国酿造, 2009, 28(3): 12-15. DOI:10.3969/ j.issn.0254-5071.2009.03.004.

[35] 李琳, 万力婷, 李冰. 塑性脂肪起砂及其控制[J]. 食品科学技术学报, 2016, 34(2): 1-11. DOI:10.3969/j.issn.2095-6002.2016.02.001.

[36] 宋淑敏, 邹作华, 王洪萌, 等. EF-11营养液的研制及其保健作用的试验研究[J]. 食品科学, 1996, 17(7): 52-57.

[37] 董惠忠, 赵黎明, 蒋丽华, 等. 酶法提取功能性大米蛋白的工艺研究[J].中国食品学报, 2013, 13(4): 87-93.

[38] CAI M Y, GU R Z, LI C Y, et al. Pilot-scale production of soybean oligopeptides and antioxidant and antihypertensive effects in vitro and in vivo[J]. Journal of Food Science and Technology, 2014, 51(9): 1866-1874. DOI:10.1007/s13197-012-0701-4.

[39] LIN F, CHEN L, LIANG R, et al. Pilot-scale production of low molecular weight peptides from corn wet milling byproducts and the antihypertensive effects in vivo and in vitro[J]. Food Chemistry, 2011, 124(3): 801-807. DOI:10.1016/j.foodchem.2010.06.099.

[40] GU R Z, LIU W Y, LIN F, et al. Antioxidant and angiotensin I-converting enzyme inhibitory properties of oligopeptides derived from black-bone silky fowl (Gallus gallus domesticus Brisson) muscle[J]. Food Research International, 2012, 49(1): 326-333. DOI:10.1016/j.foodres.2012.07.009.

[41] LIU W Y, GU R Z, LIN F, et al. Isolation and identification of antioxidative peptides from pilot-scale black-bone silky fowl (Gallus gallus domesticus Brisson) muscle oligopeptides[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2013, 93(11): 2782-2788. DOI:10.1002/jsfa.6099.

[42] GU R Z, LI C Y, LIU W Y, et al. Angiotensin I-converting enzyme inhibitory activity of low-molecular-weight peptides from Atlantic salmon (Salmo salar L.) skin[J]. Food Research International, 2011, 44(5): 1536-1540. DOI:10.1016/j.foodres.2011.04.006.

[43] WU Y H, PAN X C, ZHANG S X, et al. Protective effect of corn peptides against alcoholic liver injury in men with chronic alcohol consumption: a randomized double-blind placebo-controlled study[J]. Lipids in Health and Disease, 2014, 13: 192. DOI:10.1186/1476-511X-13-192.

[44] 蔡木易. 食源性肽研究进展[J]. 北京工商大学学报, 2012, 30(5): 1-10.

[45] 刘文颖, 谷瑞增, 鲁军, 等. 大豆低聚肽中抗氧化肽的分离纯化及结构鉴定[J]. 食品与发酵工业, 2017, 43(2): 44-48.

[46] 刘文颖, 林峰, 金振涛, 等. 深海鲑鱼皮来源ACE抑制肽的分离及鉴定[J]. 现代食品科技, 2016, 32(6): 170-176.

[47] ADARME-VEGA T C, THOMAS-HALL S R, SCHENK P M. Towards sustainable sources for omega-3 fatty acids production[J]. Current Opinion in Biotechnology, 2014, 26: 14-18. DOI:10.1016/ j.copbio.2013.08.003.

[48] 张明亮, 江贤章, 王灿, 等. 微生物发酵生产DHA的研究进展[J]. 食品工业科技, 2014, 35(21): 395-400. DOI:10.13386/ j.issn1002-0306.2014.21.077.

[49] 陈卫, 田培郡, 张程程, 等. 肠道菌群与人体健康的研究热点与进展[J].中国食品学报, 2017, 17(2): 1-9.

[50] 陆文伟, 杨震南, 丁历伟, 等. 益生菌Lactobacillus paracasei LC01对小鼠肠道菌群的调节作用[J]. 食品科学, 2016, 37(23): 230-235. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201623038.

[51] XING J L, WANG F, XU Q, et al. Screening of potential probiotic lactic acid bacteria based on gastrointestinal properties and perfluorooctanoate toxicity[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2016, 100(15): 6755-6766. DOI:10.1007/s00253-016-7535-3.

[52] WU R N, WANG L P, WANG J C, et al. Isolation and preliminary probiotic selection of lactobacilli from koumiss in Inner Mongolia[J]. Journal of Basic Microbiology, 2009, 49(3): 318-26. DOI:10.1002/ jobm.200800047.

[53] 程涛, 郭壮, 王记成, 等. 益生菌Lactobacillus casei Zhang发酵特性的评价[J]. 中国乳品工业, 2009, 37(6): 4-7. DOI:10.3969/ j.issn.1001-2230.2009.06.001.

[54] ZHANG Y, DU R T, WANG L F, et al. The antioxidative effects of probiotic Lactobacillus casei Zhang on the hyperlipidemic rats[J]. European Food Research and Technology, 2010, 231(1): 151-158. DOI:10.1007/s00217-010-1255-1.

[55] WANG Y Z, LI Y X, XIE J M, et al. Protective effects of probiotic Lactobacillus casei Zhang against endotoxin- and D-galactosamineinduced liver injury in rats via anti-oxidative and anti-inflammatory capacities[J]. International Immunopharmacology, 2013, 15(1): 30-37. DOI:10.1016/j.intimp.2012.10.026.

[56] 王冰洁, 李厚华, 王亚杰, 等. 水母雪莲黄酮合成酶FNSⅡ基因克隆及其在3 种细胞系中的表达[J]. 生物工程学报, 2015, 31(12): 1720-1727. DOI:10.13345/j.cjb.150059.

[57] 陈坚, 周胜虎, 吴俊俊, 等. 微生物合成黄酮类化合物的研究进展[J]. 食品科学技术学报, 2015, 33(1): 1-5. DOI:10.3969/ j.issn.2095-6002.2015.01.001.

[58] 甄杰, 胡政, 李树芳, 等. 一个新型耐热普鲁兰酶的结构与功能[J].生物工程学报, 2014, 30(1): 119-128. DOI:10.13345/j.cjb.130389.

[59] HE L, MAO Y Z, ZHANG L J, et al. Functional expression of a novel α-amylase from Antarctic psychrotolerant fungus for baking industry and its magnetic immobilization[J]. BMC Biotechnology, 2017, 17: 22. DOI:10.1186/s12896-017-0343-8.

[60] STEENSELS J, SNOEK T, MEERSMAN E, et al. Improving industrial yeast strains: exploiting natural and artificial diversity[J]. FEMS Microbiology Reviews, 2014, 38(5): 947-995. DOI:10.1111/1574-6976.12073.

[61] LIBKIND D, HITTINGER C T, VALÉRIO E, et al. Microbe domestication and the identif i cation of the wild genetic stock of lagerbrewing yeast[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2011, 108(35): 14539-14544. DOI:10.1073/pnas.1105430108.

[62] 张占军, 王富花. 基因工程技术在食品工业中的研究进展[J]. 生物技术通报, 2011(2): 75-79.

[63] 唐璎, 孟宪刚. 新型天然生物功能食品添加剂的研究与发展[J]. 食品工业科技, 2011, 32(3): 432-434.

[64] 孙宝国. 中国第三代肉味香精生产技术[J]. 中国食品学报, 2010, 10(5): 1-4.

[65] REN Xidong, CHEN Xusheng, TAND Lei, et al. Acidic pH shock induced overproduction of ε-poly-L-lysine in fed-batch fermentation by Streptomyces sp. M-Z18 from agro-industrial by-products[J]. Bioprocess and Biosystems Engineering, 2015, 38(6): 1113-1125. DOI:10.1007/s00449-015-1354-2.

[66] 金征宇, 柏玉香, 王金鹏. 环糊精葡萄糖基转移酶的筛选及其定向改造[J]. 食品与生物技术学报, 2012, 31(2): 113-123. DOI:10.3969/ j.issn.1673-1689.2012.02.001.

Abstract: Millettia speciosa Champ. is a plant of the Millettia genus belonging to the Leguminosae family. This plant is widely cultivated in the south of China as a source of both food and medicine. Millettia speciosa has antibacterial and antioxidant effects. In addition, it is clinically conf i rmed to have therapeutic effects on lumber muscle strain, rheummatic arthritis, pulmonary tuberculosis, chronic bronchitis, chronic hepatitis, spermatorrhea, leukorrhag ia, nephritis and other chronic ailments. The typical bioactive components of Millettia speciosa are formononetin and maackiain. Up to date, more than 50 compounds including alkaloids, terpenoids, flavones, phenylpropanoids, volatile oil and phytosterol have been isolated from Millettia speciosa. However, there is currently little published information on the toxicology of Millettia speciosa. With this in mind, this article presents an elaborate review of the traditional medicinal applications, chemical and nutritional constituents, pharmacological and toxicological activities of Millettia speciosa with the aim to provide a theoretic guideline for further studies on this plant.

Key words: Millettia speciosa; botanical characteristics; pharmacological activity; nutritional composition; toxicology; chemical components

Current Status and Future Prospects of Food Biological Manufacturing

WANG Shouwei, CHEN Xi, QU Chao
(Beijing Key Laboratory of Meat Processing Technology, China Meat Processing and Engineering Center, Beijing Academy of Food Sciences, China Meat Research Center, Beijing 100068, China)

Abstract:Recently, biotechnologies such as genetic engineering, cell engineering, fermentation engineering and enzyme engineering have propelled the development of new materials and technologies in food manufacturing. They can improve the eff i ciency of biomass utilization, food product quality and nutrition structure as well as overall performance, thus providing a good foundation for the rapid development of food industry. The food biological manufacturing has become an important way for sustainable social development in the future. In this article, the concept, research contents and directions of food biological manufacturing, as well as the current research trends and existing problems are reviewed. The future prospects of food biological manufacturing are also addressed in order to provide a reference and guidance for future research and industrial development.

Key words:food biological manufacturing; biotechnology; food industry; food product quality; nutrition structure

Botanical Characteristics, Chemical and Nutritional Composition and Pharmacological and Toxicological Effects of Medicinal and Edible Plant Millettia speciosa Champ.

ZHAO Zhenyu, LIU Pinghuai*, MA Shasha, WANG Shenglin, LI Ang, LIU Jiguang, WANG Meng
(Key Laboratory of Protection and Development Utilization of Tropical Crop Germplasm Resources (Hainan University), Ministry of Education, College of Materials and Chemical Engineering, Hainan University, Haikou 570228, China)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201709045

中图分类号:TS201.1;TS201.2;TS201.3

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)09-0287-06

引文格式:

王守伟, 陈曦, 曲超. 食品生物制造的研究现状及展望[J]. 食品科学, 2017, 38(9): 287-292. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201709045. http://www.spkx.net.cn

WANG Shouwei, CHEN Xi, QU Chao. Current status and future prospects of food biological manufacturing[J]. Food Science, 2017, 38(9): 287-292. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201709045. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2017-03-27

基金项目:北京市创新环境与平台建设项目(Z161100005016108);公益性行业(农业)科研专项(201303082)

作者简介:王守伟(1961—),男,教授级高级工程师,硕士,研究方向为肉类食品科学与食品安全。E-mail:cmrcwsw@126.com