食品工业天然成分的生物技术生产

生物技术在食品和饮料制造中的应用练习了很多年。由于这些年来的重要发展，生物技术可以被视为人类生活和工业的重要组成部分开发，创造突破性的产品和技术防治疾病、保护环境、提高作物产量和生产饲料，燃料、可再生能源、工业添加剂和其他一些有用的产品。

可持续增长和对零热量或低热量替代品的持续需求全球市场的甜味剂主要是由于公众意识到人造糖替代品对健康的影响。尽管天然气市场有限甜味剂，一种明显优于植物衍生替代甜味剂的甜味剂。糖替代品，如非营养人工甜味剂、低热量或零热量卡路里天然甜味剂，包括糖醇和植物衍生非糖甜味剂可用于制作各种食品和饮料。来自一个行业从监管部门的角度来看，批准在食品中使用糖替代品机构可以发起重大趋势。这些趋势有助于安全和健康消费者的意识以及对餐饮业的改善市场和价格。需要进一步完善生产替代甜味剂，特别是通过植物衍生的天然甜味剂或基于代谢干预的微生物细胞生产平台生产新型甜味剂的工程。

L-氨基酸和核苷酸在食品中有多种应用生物技术。L-谷氨酸及其盐以及5'-核苷酸被用作香料增强剂。其他L-氨基酸用作胃肠外的食品或饲料添加剂或作为化学和制药工业的合成子。L-氨基酸核苷酸是由中心碳代谢的前体合成的。基于生物化学途径的认识食品、饲料、医药氨基酸和核苷酸已得到开发。生产谷氨酸棒杆菌菌株，已安全使用超过50种多年的食品生物技术和大肠杆菌使用代谢工程方法。正在对新工艺进行研究。百万吨级L-氨基酸的发酵生产塑造了现代生物技术及其市场继续稳步增长。

有机酸是许多代谢产物的中间产物途径，如克雷布斯循环、乳酸和醋酸发酵对许多水果、蔬菜以及发酵食品。有机酸广泛应用于食品、医药和化学工业，可通过微生物发酵、化学合成生产或使用酶获得。对有机酸的需求不断增长为了提高产量和通过选择新菌株，通过获得转基因产品提高生产力微生物，优化发酵过程并提高回收率净化过程。本章重点介绍柠檬酸的生产和应用，乙酸、乳酸、富马酸、苹果酸、葡萄糖酸和抗坏血酸。

维生素是一类在新陈代谢中起重要作用的分子。为了提高或完成食物的营养价值，有时，加工过程中必须添加维生素。大多数维生素可能由化学合成，但天然来源对消费者更具吸引力有时，生物利用率更高。天然和转基因微生物是生产维生素的可能替代品。另一大类分子，营养药品，包括在饮食中不是必需的物质，但可能具有除了提供构建块、能量、辅酶和对身体有益的矿物质。本章介绍了两类化合物，维生素以及营养药品，它们在加工食品中的应用，重点关注经典和微生物来源的维生素，然后在人体中的作用，以及一些具有代表性的营养品。氨基酸、有机酸、益生元、多不饱和油、亲水胶体、酶和其他具有生物活性或营养价值的分子本章不讨论重要但与其他类别添加剂相关的添加剂。

香味是食品的主要属性之一，有数千种挥发性物质已知的化合物有无数种香气特征。芳香化合物可以从天然来源、化学合成或利用微生物和酶通过生物技术手段生产。本章致力于使用生物技术工具生产香气，重点是目前生产的商业相关芳香化合物示例生物技术和新兴的微生物生物处理方法芳香化合物的生产。将提供一些案例研究来说明香料生产方面。

颜色添加剂在现代食品工业中是必不可少的。这些添加剂由于其独特的分子结构而被着色，这也经常赋予其他特性，如抗氧化活性。微生物的自然多样性为“生物色素”的开发提供了几个机会，可能是生产效率高，无季节性问题。而数字人工色素的使用不可避免地减少了，允许使用的天然色素色素生长缓慢。不可能简单地隔离有色微生物菌株并将其用作添加剂：必须证明颜色是安全的，并且这就是为什么现在只有十几种来自真菌、酵母、细菌和微藻的色素允许并进行商业生产。然而，这些为数不多的生物色素正在铺设新发展之路，其中涉及微生物的知识本研究使用了分离、生物活性测定、生物量生产和分离新的替代品。本章概述了允许的自然色，专注于商业相关微生物生物色素及其生产过程。

几个世纪以来，人类利用微生物进行活动和发挥能力产生感兴趣的代谢物，如抗生素或色素。脂质现在不足聚光灯作为应用程序可以在多个领域中找到。随着增长意识到气候变化和石油资源、微生物脂类、，它们的脂肪酸组成与目前使用的植物油相似生物燃料是开发绿色生物柴油的潜在候选产品。含油微生物可以确保这种生产具有可观的生产力，使用各种低成本类型的基板。微生物形成的脂质也可以从饮食的角度来看很有趣，因为一些微生物能够产生多不饱和脂肪酸。这些PUFA，例如属于ω-3和ω-6系列以其对人类健康的益处而闻名。使用微生物代表了一种以较低成本生产PUFA的有希望的方法，并且具有产量更高。本章讨论各种有效微生物，尤其是细菌以及真菌，用于能源领域或饮食结构、代谢途径、培养条件和制造业的下游流程。

亲水胶体是一种非均相长链聚合物有多种结构。水凝胶被用于几个工业部门。在它们用于控制和调节胶体状态，并有助于改变食品感官特性。亲水胶体是从各种天然来源获得的，例如如海藻、植物种子、块茎、植物、微生物和动物。由于他们亲水胶体主要作为食品添加剂，每年的使用量不断增加增加的。在这方面，关于使用廉价资源和生产的研究过程总是相关的-这包括通过微生物培养物。本章介绍了主要的亲水胶体，包括天然亲水胶体和生物技术生产的产品、主要特征及其法律方面在食品中的应用。

加工食品依赖于保护方法以确保生物产品在消费前的稳定性。一般来说，食物是丰富的营养物质，因此可能支持机会微生物的增殖。这些微生物中的大多数只会降低产品；但在某些情况下，致病性污染物也可能增长。传统由于以下方面的一些缺点，抗菌添加剂的使用正在减少物理化学和感官方面，如与食物的不良相互作用基质，积聚到消费者体内，甚至可能发生过敏反应。除了食物，传统的保存方法如酸化或减少水的活性，一个可能的策略，以增加食品货架寿命是使用天然抗菌化合物。如今，食品行业面临的最大挑战是更好地使用这些添加剂，确保产品的完整性，同时，产生最小的残留效应，避免不理想的物理化学和感官修改。在这种情况下，人们越来越倾向于使用抗菌剂天然来源（微生物、动物或植物）的化合物，广泛用于生产技术先进的食品，除了高品质和健康外，必须对生物友好，满足21世纪消费者的需求。

表面活性剂是具有两亲性的表面活性微生物产品其结构允许其作为乳化剂、表面活性剂、发泡和分散剂代理人。生物表面活性剂比化学合成的表面活性剂具有优势，例如生物降解性、低毒性、极端温度和pH值下的活性价值，以及使用可持续副产品生产的能力。因此，生物表面活性剂在化学、石油、环境等方面有潜在的应用以及制药行业。生物表面活性剂也可用作食品添加剂（它们是为增强食品特性而添加的化合物），起到增稠剂、乳化剂和稳定剂。本章讨论了微生物生物表面活性剂及其特性和潜在的工业应用，尤其是作为食品添加剂。

酶是食品加工中广泛使用的重要生物数据用于生成食品配料。它们可以从动物、植物和主要是微生物，是工业酶的主要来源。这个本章试图将涉及食品行业的要求，包括：主要生产酶的公司；用于食品加工的主要酶；食品酶的应用，新兴酶以及食品加工生产。