现代生物技术在食品工业中的应用

现代生物技术在食品工业中的应用现代生物技术在食品工业中的应用摘要生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。

传统生物技术包括酿造、酶的使用、抗菌素发酵、味精和氨基酸工业等，被广泛应用于生产多种食品如面包、奶酪、啤酒、葡萄酒以及酱油、米酒和发酵乳制品。

它和新的生物技术之间既有联系，又有质的区别。

现代生物技术是20世纪70年代初在分子生物学、生物化学、生化工程、微生物学、细胞生物学和电子计算机技术基础上形成的综合性技术。

本文主要介绍了现代生物技术在食品工业中的应用研究进展。

关键词：生物技术；食品工业；基因工程；细胞工程；蛋白质工程；酶工程；发酵工程目录1.引言 (1)1.1基因工程 (1)1.2蛋白质工程 (1)1.3细胞工程 (2)1.4酶工程 (2)1.5发酵工程 (2)2 现代生物技术在食品工业中的具体应用 (2)2.1基因工程技术在食品工业中的应用 (2)2.1.1 优化食品生物资源及食品品质 (2)2.1.2改良食品工业菌种 (3)2.1.3 在食品发酵中的应用 (3)2.2蛋白质工程技术在食品工业中的应用 (4)2.2.1 改善凝乳酶性质 (4)2.2.2 研究和优化纤维素酶的性质 (4)2.3细胞工程技术在食品工业中的应用 (4)2.3.1 细胞工程育种 (4)2.3.2 细胞培养 (5)2.3.3 在食品发酵中的应用 (5)2.4酶工程技术在食品工业中的应用 (5)2.4.1 开发新型食品添加剂 (5)2.4.2 酶工程在食品保鲜中的应用 (6)2.4.3 食品分析与检测方面的应用 (6)2.4.4 在食品发酵中的应用 (6)2.5发酵工程在食品工业中的应用 (6)2.5.1 改造传统的食品加工工艺 (7)2.5.2 开发大型真菌 (7)3 生物技术在食品工业中的其他应用 (7)3.1食品资源及食品品质的改良 (7)3.2在食品检测中的应用 (8)3.3在农副产品深加工方面的应用 (8)3.4生产功能食品及新型食品 (8)3.5在食品包装方面的应用 (9)4.展望 (9)现代生物技术在食品工业中的应用现代生物技术的迅猛发展，成就非凡，推动着科学的进步，促进着经济的发展，改变着人类的生活与思维，影响着人类社会的发展进程。

现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。

生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容，具有巨大的经济效益及潜在的生产力。

专家预测，到2010～2020年，生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。

生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。

现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。

在我国的食品工业中，生物技术工业化产品占有相当大的比重；近年，酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。

本文主要就现代生物技术的五个主要方面即基因工程、细胞工程、蛋白质工程、酶工程、发酵工程技术在食品工业中的应用进行综述。

1.引言生物技术以生命科学为基础, 是一门跨学科的综合性科学, 是研究生物学、医学、农业与食品科学的基础工具, 主要包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等5个方面。

1.1基因工程基因工程又叫遗传工程, 是分子遗传学和工程技术相结合的产物, 是生物技术的主体。

基因工程是指用酶学法将异源基因与载体DNA 在体外进行重组, 将形成的重组因子转入受体细胞,使异源基因在其中复制并表达, 从而改造生物特性, 生产出目标产物的高新技术。

主要包括重组DNA、基因缺失、基因加倍、导入外源基因以及改变基因位置等分子生物学技术手段。

基因工程技术在食品工业中的应用, 主要涉及微生物、植物和动物, 通过对被加工材料的处理, 生产出符合人们需要的基因食品。

基因工程能够培育和创造出自然界所没有的新的生命形态。

目前, 用这种技术已培育出多种“工程细菌”, 可以用来生产诸如含有生长激素、胰岛素、干扰素的功能食品和可食单细胞蛋白等, 在食品工业中具有广阔的发展前景。

1.2蛋白质工程蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科基础之上, 融合蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。

蛋白质工程, 又称“第二代基因工程”, 是按人们的意志创造出适合人类需求的, 具有不同功能的蛋白质, 创造出世界上原来不曾有过的新蛋白质及其众多的新产品, 利用蛋白质工程可以生产具有特定氨基酸顺序、高级结构、理化性质和生理功能的新型蛋白质, 可以定向改造酶的性能, 生产新型营养功能食品, 以全新的思路发展食品工业。

其内容主要有两个方面: ①根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；②确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。

在此基础之上, 实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能, 设计合成具有特定生物功能的全新蛋白质, 这也是蛋白质工程最根本的目标之一。

1.3细胞工程细胞工程是应用细胞生物学方法, 按照人们预定的设计, 有计划地保存、改变和创造遗传物质的技术。

包括细胞培养、细胞核移植、细胞器摄取、染色体片断重组、细胞融合及细胞代谢物的生产等。

虽然目前工业规模的细胞培养仍有一定难度, 但该技术仍然是继微生物技术以后当代生物技术的重要发展领域。

利用细胞杂交和细胞培养可生产具有独特香味和风味的食品添加剂,如香草素、可可香素、菠萝风味剂以及高级天然色素, 如咖喱黄、紫色素、花色苷素、辣椒素、靛蓝等, 而且培养的色素含量高, 色调和稳定性好。

1.4酶工程酶工程是指在一定的生物反应器内, 利用酶催化作用, 将相应的原料转化成有用物质, 其应用领域已经遍及农业、食品、医药、环境保护、能源开发和生命科学理论研究等各个方面。

酶工程包括各种酶的开发和生产、酶的分离和纯化技术、酶或细胞的固定化技术、固定化酶反应器的研制以及酶的应用等方面。

随着基因工程、细胞工程等高新技术应用于酶工程领域, 不断研究开发出更多的新品种、新用途、高活力的酶类, 同时酶的固定化技术, 酶分子修饰技术及模拟酶技术也得到更快发展。

1.5 发酵工程发酵工程是利用微生物的某些特定功能, 通过现代工程技术手段生产有用物质或直接把微生物应用于工业生产的方法和过程, 包括培育优良菌种、发酵生产某些代谢产物、生产微生物菌体、改造某些天然物质等。

发酵工程可用于工业化生产预定的食品或食品功能成分。

利用发酵工程技术所取得的成就涉及到新食品配料、食品加工的催化剂、饮料稳定剂、D- 氨基酸及其衍生物制造以及废弃物利用和食品品质的检测等。

2 现代生物技术在食品工业中的具体应用2.1基因工程技术在食品工业中的应用2.1.1 优化食品生物资源及食品品质基因工程应用于植物食品原料的生产上, 可进行品种改良、新品种开发与原料增产, 如选育抗病植物、耐除草剂植物、抗虫性或抗病毒植物、耐盐或耐旱植物等, 使食品原料的供应更加多样。

同时, 在改善食品品质方面, 可以利用转基因工程以及反义RNA技术, 使转基因番茄具有抑制聚半乳糖醛酸酶活性, 番茄的成熟即可被控制, 能延长番茄的储存期; 或者改良玉米、稻米等作物氨基酸组成及含量, 提高谷类作物的营养价值。

在畜产品的生产上, 利用基因工程技术可大量生产牛生长激素, 并应用于乳牛, 以增加牛乳的产量、饲料利用率, 并加速肉牛的生长速度。

猪生长激素也被应用于控制生猪总重与瘦肉的比率, 减少肥肉,以迎合消费者的需求[1]。

2.1.2改良食品工业菌种食品工业如酒类、酱油、食醋、发酵乳制品等的发展, 关键在于是否有优良的微生物菌种, 将基因工程应用于微生物育种, 从事发酵菌种的改良研究, 已经成为改良食品工业菌种的一个重要途径。

例如, 在啤酒酵母的改良中, 将A- 乙酰乳酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达, 可降低啤酒双乙酰含量而改善啤酒风味; 选育出分解B- 葡萄糖和糊精的啤酒酵母,能够明显提高麦芽汁的分解率并改善啤酒质量; 构建具有优良嗜杀其他菌类活性的嗜杀啤酒酵母已成为纯种发酵的重要措施[2]。

再如, 乳杆菌中超氧化物歧化酶(SOD)活性越高越有利于该菌在有氧条件下的存活[3],诸多研究也证实了SOD具有抗肿瘤、抗衰老、对抗细胞凋亡等生物活性与功能[4，5], 克隆大肠杆菌锰超氧化物歧化酶基因(SODA)并在保加利亚乳杆菌中成功表达,使SOD与益生菌相结合制备发酵乳, 将出现功能更强大的保健食品[6]。

此外, 基因工程技术还可以与食品卫生分析检测结合。

例如, 采用基因探针技术检测有害微生物具有特异性强、灵敏度高和操作简便、省时等优点, 通过考查待测样品与标记性DNA探针能否形成杂交分子, 即可判断样品中是否含有此种微生物, 并且还可以通过测定放射性强度以考查样品中微生物数量[7]。

2.1.3 在食品发酵中的应用（一）改良面包酵母菌的性能面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。

将优良酶基因转入面包酵母菌中后，其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高，面包加工中产生二氧化碳气体量提高，应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。

（二）改良酿酒酵母菌的性能利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株，用以改进传统的酿酒工艺，并使之多样化。

采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后，即可直接利用淀粉发酵，使生产流程缩短，工序简化，革新啤酒生产工艺。

目前，已成功地选育出分解β－葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株，提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。

（三）改良乳酸菌发酵剂的性能乳酸菌是一类能代谢产生乳酸，降低发酵产品pH值的一类微生物。

乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型，其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、pH 诱导系统和噬菌体衍生系统。

相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言，德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏，但是已经发现质粒pN42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。

有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法：第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子，第二种方法是依赖于克隆的基因组DNA 片断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。

通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能，产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。

2.2 蛋白质工程技术在食品工业中的应用2.2.1 改善凝乳酶性质在干酪加工中, 凝乳酶作为重要的凝结剂而被广泛应用。

在动物凝乳酶供应紧缺的情况下, 市场上开发出了多种微生物凝乳酶。

但由于其它酶类在特异性、凝结活性、蛋白分解活性、最适pH 值、热稳定性等性质上与天然凝乳酶有一定的差异, 因此在食品加工中易引起产量降低和成熟中出现不良风味的缺点。