蛋白质工程及其在食品工业中的应用

蛋白质工程及其在食品中的研究应用
蛋白质工程是利用基因工程技术对蛋白质进行改良和设计的过程。

通过改变蛋白质的氨基酸序列，可以改变其结构和功能，从而创造出具有特定性质和功能的蛋白质。

在食品领域中，蛋白质工程技术被广泛应用。

例如，利用工程菌生产大量的酶，用于食品加工中的酶解和改性；利用工程酵母、真菌和细胞培养技术生产大量的蛋白质，如乳清蛋白、大豆蛋白等，用于食品功能添加剂和营养补充剂中。

此外，蛋白质工程技术还可以改良传统食品的品质。

例如，利用工程大米产生更多的谷氨酸，提高其口感；利用工程酵母产生更多的酵母菌蛋白，改善面包的质地和口感等。

总之，蛋白质工程技术在食品领域中的应用极为广泛，为食品工业的发展和改良提供了新的可能性和机遇。

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生物工程在食品加工中的创新应用在当今科技飞速发展的时代，生物工程作为一门融合了生物学、化学和工程学的交叉学科，正以前所未有的速度和深度改变着我们的生活。

其中，食品加工领域是生物工程应用的一个重要舞台，为满足人们对食品品质、安全和营养的不断追求提供了强大的技术支持。

生物工程在食品加工中的应用范围广泛，涵盖了微生物发酵、基因工程、蛋白质工程、酶工程等多个方面。

微生物发酵是生物工程在食品加工中最古老也是最常见的应用之一。

例如，酸奶的制作就是利用了乳酸菌的发酵作用。

乳酸菌将牛奶中的乳糖转化为乳酸，使牛奶的 pH 值降低，蛋白质发生凝聚，从而形成了酸奶独特的质地和风味。

此外，酿酒过程中的酵母发酵、酱油和醋的酿造等，也都离不开微生物的发酵作用。

通过对发酵微生物的选育和改良，以及对发酵条件的优化控制，可以提高发酵效率，改善产品品质，增加产品的多样性。

基因工程为食品加工带来了革命性的变化。

通过基因重组和基因编辑技术，可以将特定的基因导入到农作物或动物中，使其具备更好的性状。

比如，科学家们成功地将抗虫基因导入到棉花中，减少了农药的使用；将富含维生素A 的基因导入到水稻中，培育出了“黄金大米”，有助于改善贫困地区人群的维生素 A 缺乏问题。

在动物领域，通过基因工程可以培育出生长速度更快、肉质更优良的家畜。

然而，基因工程在食品领域的应用也引发了一些争议，比如转基因食品的安全性问题。

因此，在推广基因工程技术的同时，必须加强监管和评估，确保其对人类健康和环境的安全性。

蛋白质工程则是通过对蛋白质的结构和功能进行改造，以满足食品加工的需求。

例如，通过蛋白质工程可以改善食品中的酶的稳定性和活性，提高食品加工的效率和质量。

在乳制品加工中，利用蛋白质工程技术改造的凝乳酶，可以更有效地促进牛奶的凝固，生产出品质更好的奶酪。

此外，蛋白质工程还可以用于开发新的蛋白质食品，如人工合成的蛋白质肉，为解决全球粮食短缺和蛋白质供应不足的问题提供了新的思路。

第18卷　第5期2003年10月内蒙古民族大学学报(自然科学版)Journal of Inner Mongolia University for NationalitiesVol.18　No.5Oct.2003现代生物技术在食品加工领域的应用Ξ陈永胜1,2,刘长江2,李长彪2,曹清国3,张幽静3(11内蒙古民族大学农学院,内蒙古通辽　028042;21沈阳农业大学,辽宁沈阳　110161;31牙克石市乌尔旗汗镇畜牧兽医草原综合服务站,内蒙古牙克石　022150)摘　要:主要阐述现代生物技术在食品工业中的应用及研究近况.食品生物技术作为一项高新技术将为食品工业的发展起着重要推动作用.关键词:生物技术;食品工业;应用中图分类号:TS2 文献标识码:A 文章编号:1671-0185(2003)05-0417-03On the Application of Biological T echnology in Food IndustryCHEN Y ong-sheng1,2,L IU Chang-jiang2,L I Chang-biao2,CAO Qin-guo3,ZHAN G Y ou-jing3(11Inner Mongolia University for Nationalities,Tongliao028042,China;21Shenyang Agriculture University,Shenyang110161,China;31Y akeshi City Wurqihan Town Synthesis Service Station of Khiuestock,Vet and Prairie,Y akeshi022150,China)Abstract:This paper makes a survey of the applications of new biological technology in food indus2try in recent years and discusses the importance of the adoption of biological technology in the de2velopment of food industry.K ey w ords:Biological technology;Food industry;Application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〔1〕.现代生物技术可在解决当今世界发展重大问题(如粮食短缺、资源枯竭、生态环境恶化)中发挥积极作用.随着生物工程技术的发展,必将对食品工业带来革命性的贡献.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%〔2〕.现代生物技术在食品领域中有广阔市场和发展前景,必将带来食品工业的新变革.笔者主要从以下几个方面阐述其在食品加工中的应用.1　现代生物技术在食品工业的应用1.1　基因工程在食品工业的应用基因工程又称DNA重组技术,是指按人的意志,将某一生物体(供体)的遗传信息在体外经人工与载体相接(重组),构成重组DNA分子,然后转入另一生物体(受体)细胞中,使被引进的外源DNA片段在后者内部得以表达和遗传.将这项技术应用于动植物或微生物上即产生基因工程食品.近年来,国内外的食品科学家和生物学家已开始注重研究开发改善食品功能的新品种.如开发不含产生豆腥味的酶(无脂氧化酶)的大豆;在肠内不会产生气体的碳水化合物以及结晶胰蛋白酶的活性阻碍物质的大豆新品种.通过基因工程还可以改变酶的性质,生产食品结构改良剂.另外,通过遗传的修饰技术,可将脂酶基因导入受体而强化其分解脂肪的能力,从而可加工低脂和低胆固醇的食品,如奶酶、奶油、低脂肪牛奶等.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.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.基因工程技术应用于氨基酸的生产已取得较大成绩,迄今为止,世界上已克隆和表达Ξ收稿日期:2003-07-05作者简介:陈永胜(1971-),男(蒙古族),内蒙古通辽人,讲师,博士研究生,从事食品生物技术方面研究.814 内　蒙　古　民　族　大　学　学　报 2003年了十几种氨基酸的基因,已有5种用重组技术生产的氨基酸达到工业化水平,它们为苏氨酸(60g/L)、组氨酸(42g/L)、脯氨酸(75g/L)、丝氨酸(40g/L)和苯丙氨酸(60g/L),我国谷氨酸等氨基酸已投入工业化生产.目前,天然食品防腐剂的研究开发成为当前国际食品界中一个研究热点,它们也可利用基因工程技术进行异种大量生产〔3〕.此外,基因工程技术还可用于食品工业中新型蛋白质、单细胞蛋白、维生素、酶制剂、微生物多糖、淀粉糖的生产.并且,基因工程技术还可以和食品卫生分析检测结合,采用核酸探针和单克隆抗体法检查,敏感性高,大大提高食品卫检准确性和实用性.1.2　蛋白质工程在食品工业中的应用随着蛋白质晶体学、计算机技术与基因工程手段相结合,出现了蛋白质工程,又称为“第二代基因工程”,即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,利用蛋白质工程将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.如在蛋白质加工食品中,用肽链内切酶、醛脱氢酶等方法除去蛋白臭;用磷脂酶A进行活性面筋的改性;用肽链内切酶方法生产人造面和粉末蛋白质也取得了成功〔4〕.1.3　细胞工程在食品工业中的应用细胞工程就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.近年来细胞工程的开发和应用主要集中在细胞杂交,快速无性繁殖和细胞育种等方面.利用细胞杂交和细胞培养可生产独特的食品香味和风味的添加剂,如香草素、可可香素、菠萝风味剂以及高级的天然色素.细胞工程技术应用于食品工业是随着细胞培养和细胞融合技术的发展而发展起来的.在细胞培养方面最典型的例子是人参细胞培养成功,还有香料与色素的生产.当今,白酒、果酒、酱类等食品发酵行业以使用酵母为主,曲菌也适于酒类和酱油生产.这些行业的微生物育种目标是培养出耐乙醇酵母、耐盐酵母、耐高糖酵母、无泡酵母、耐温酵母及谷酰胺酶与蛋白质分解酶活性高的曲菌.具有重要意义的成就是嗜杀其它菌类活性的嗜杀酵母新菌株的培育成功,日本协和发酵公司已完全使用嗜杀性葡萄酒酵母配制新酒,目前,正研究运用细胞融合技术取得其它菌株,应用于食品发酵工业之中〔5〕.总之细胞工程在新技术革命的浪潮中对食品工业革新方面有着很大的潜力.1.4　酶工程在食品工业中的应用酶工程是指在一定的生物反应器内,利用酶的催化作用,将相应的原料转化成有用物质的技术,是将酶学理论与化工技术结合而形成的新技术,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.与此同时,酶工程产业也在快速发展,1998年全世界工业酶制剂销售额高达16亿美元.预计到2008年,销售额将达到30亿美元.迄今为止,全世界己发现的酶有3000多种,而工业上生产的酶有60多种,真正达到工业规模的有20多种〔6〕.酶在食品工业中的应用可以增加产量,提高质量,降低原材料和能源消耗,改善劳动条件,降低成本,甚至可以生产出用其它方法难以得到的产品,促进新产品、新技术、新工艺的兴起和发展.随着基因工程、细胞工程等高新技术应用于酶工程领域,人们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.酶具有了更高的催化效率和精巧的选择性,在食品工业也必将得到更加广泛的应用,生产出符合人们需求的新食品,促进食品工业的飞速发展.1.5　发酵工程在食品工业中的应用发酵工程又称为微生物工程,是指传统的发酵技术与DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等技术结合并发展起来的现代发酵技术.它是利用微生物的特定性状,通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产,以把粮食、能源、化学制品、环境控制等全球性问题联系起来的一种技术体系.发酵工程是古老而又大有潜力的工业技术.生物技术中的基因工程、酶工程、单克隆抗体、生物量的转化等研究成果为它注入新内容,使它有了新的应用前景.发酵工程在食品领域中应用,主要在以下几个方面:(1)用现代发酵工程改造传统发酵食品,最典型的是使用双酶法糖化工艺取代传统酸法水解工艺,用于生产味精.又如在啤酒生产中,国外采用固定化酵母的连续发酵工艺进行啤酒酿造,可以明显缩短发酵时间.日本利用纯种曲酶进行酱油酿造.原料的蛋白质利用率高达85%.我国在酒类、酱类等传统酿造技术方面作了许多工作.利用优选的微生物菌群发酵,缩短发酵周期,提高原料利用率,改良风味和品质.(2)优化近代发酵产业,如Arira等人运用固定化醋酸菌酿制食醋,可缩短发酵延缓期,醋化能力提高9～25倍.(3)加速开发发酵产品,如用酵母或细菌等微生物菌体发酵得到的单细胞蛋白(SCP),具有丰富的蛋白质、碳水化合物、维生素、矿物质等、营养价值极高.到目前为止,全世界食品工业中生物技术产业的总产值约为2000亿美元〔7〕.维生素、氨基酸、酵母制剂、微生物多糖、环状糊精、低聚糖、不饱和脂肪酸、糖醇、核酸类鲜味剂、有机酸味剂、低热量甜味剂和乳酸菌类等产品的开发,均是生物技术在食品工业领域中的新应用.2　影响因素由于生物工程的高新技术属性,以及食品作为人类膳食的特殊性,发展食品生物技术仍有一定的难度.2.1　技术问题　在食品工业中使用生物技术首先要解决许多技术问题.现代生物技术的应用对食品工艺、食品设备提出了更高的要求.例如基因育种工程技术可创造出新的物种,但要设计特殊的设备与材料,以防止工程菌泄漏或不稳定而造成生物损坏.工业化生产中生物技术产物的分离提取水平低一直是阻碍产业发展的关键问题〔8〕.2.2　安全性和可接受性　生物制品作为食品(蛋白质、油脂资源等)首先对人体必须没有毒性,没有副作用,这是安全性;其次.它的气味、口味和颜色等,必须为食用者所喜欢.这是可接受性.2.3　营养价值及功能性　生物技术产品作为食品(或食品添加剂),应该具有较高的营养价值和可消化性.这取决于其化学组成,如微生物蛋白质的氨基酸组成、微生物油脂的脂肪酸组成等,需经动物喂养试验来确定.2.4　成本(经济)问题　发展食品生物技术,经济效益也是必须考虑的.但这是一个综合性的问题.以生产SCP 为例,需考虑所采用的菌种、基质以及生产工艺,还有其功能性和可接受性等.总之,食品直接关系人类的健康,发展食品生物技术不仅要解决好技术问题,而且取得的成果还必须能被社会接受.目前,由于不理解及心理上的因素.人们尤其对基因工程的成果感到恐惧.欧美一些国家和日本对DNA 重组实验都有一些法规.特别是日本对实验菌种、实验规模和设备结构等都有严格的规则,我国国家科委新近也已制订了有关的规则.对此,我们必须认真对待,以促进生物工程技术在食品工业领域的应用.3　发展趋势生物技术在食品工业中的应用越来越广泛,已深入到食品工业的各个环节.随着它的不断发展,必将给人们带来更丰富、更有利于健康、更富有营养的食品,并带动食品工业发生革命性变化.它不仅用来制造某些特殊风味的食品,还用于改进食品加工工艺和提供新的食品资源.今后的总体发展目标是充分利用生物资源丰富和多样性的优势,将现代生物技术与轻工、食品技术相结合,开发新一代生物技术产品.在21世纪中,应重点开发如下食品生物技术〔9〕.3.1　加强遗传育种,加强基因改性生物(以植物、微生物为主)的应用研究,利用基因工程改造果蔬加工原料,延长果蔬保藏期,培育更适合于食品加工的优良品种〔10〕.3.2　加快食品工业用新酶种开发,如酶法生产海藻糖、胆固醇氧化还原酶、转移酶、酿酒用醋化酶和纤维素酶、木聚糖酶等.酶和细胞的固定技术和酶化反应装置的结构优化,如在高纯度氨基酸的制备、天然风味化合物的生物合成等生产中的应用.3.3　开发现代生物技术新产品,如生物法生产食品添加剂.新型高效功能食品等.在食品添加剂方面,优先开发功能性添加剂,如纳豆激酶溶栓素、免疫β-球蛋白、寡肽、生物纤维素等.3.4　继续名优白酒传统酿造工艺的改造,进行酒类酿造人工老熟技术的研究,固定化细胞发酵技术的应用研究,酒类芳香成分的剖析和主体香组分的确定,名优白酒微量成分与风味关系的解析以及白酒勾调技术的研究等.综上所述,生物技术已深入应用到食品工业的各个环节,未来食品业的发展更加依赖生物技术的应用.随着人口的增长以及人们对食品要求的不断提高,生物技术必将在食品业发挥更大的作用.参　考　文　献〔1〕瞿礼嘉,顾红雅,胡苹,等.现代生物技术导论〔M 〕.北京:高等教育出版社,1998.〔2〕王薇青.生物技术在食品轻工领域的应用及展望〔J 〕.生物工程进展,1997,17(6):34-36.〔3〕高寿清.食品工业生物技术产业化的现状展望问题及对策〔J 〕.食品工业科技,1999,(1):6-8.〔4〕张唯敏.生物技术食品的新时代.世界产品与技术〔J 〕.食品工业技术,1998,(2):23-24.〔5〕王晓.现代生物技术与食品工业〔J 〕.山东食品发酵,2000,(4):16-19.〔6〕谢拥葵.二十一世纪生物工程对食品工业有特殊贡献〔J 〕.食品信息,1999,(1):18-19.〔7〕Susan K.H Biotechnology and the Food Industry 〔M 〕.New Y ork :G ordon and Breach Publishers ,N Y 10020,USA ,1989.〔8〕王岁楼.有关食品生物技术的几个问题〔J 〕.食品与机械,1995,(1):7.〔9〕陈国强.生物工程与生物材料〔J 〕.中国生物工程杂志,2002,22(5):4-6.〔10〕李洪军.生物技术在食品工业中应用现状与展望〔J 〕.肉类工业,2001,(2):37-39.〔责任编辑　徐寿军〕914第5期 陈永胜等:现代生物技术在食品加工领域的应用 。

2012级全日制专业硕士学位研究生课程论文课程名称：食品生物技术导论论文题目：蛋白质工程在食品行业中的应用学生姓名：学号：领域名称：任课教师:成绩：农业与食品科学学院2013年4月22日蛋白质工程技术在食品行业中的应用摘要：蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科的基础之上，融合了蛋白质晶体学、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。

作为一种人体所必需的物质，蛋白质的研究始终未曾间断，通过对蛋白质的分子结构或者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获的更适合人类需要的蛋白质产品的技术。

更直接更有效的作用于人体。

本文主要介绍了一些新兴的蛋白质工程技术在食品行业的应用状况以及未来发展状况的预测。

关键词：蛋白质蛋白质工程技术食品蛋白质是构成人体细胞的基础物质,人体中的酶类、激素、抗体和核酸等都由蛋白质组成，所以蛋白质是营养的第一要素[1]。

蛋白质是生命的体现者，离开了蛋白质，生命将不复存在。

可是，生物体内存在的天然蛋白质，有的往往不尽人意，需要进行改造。

由于蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质有自己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质的性质。

而氨基酸是由三联体密码决定的，只要改变构成遗传密码的一个或两个碱基就能达到改造蛋白质的目的[2]。

蛋白质工程的一个重要途径就是根据人们的需要，对负责编码某种蛋白质的基因重新进行设计，使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。

1蛋白质工程技术概论随着20世纪70年代初期DNA基因工程的诞生，蛋白质工程在它的冲击下应运而生。

1983年，美国Genex 公司KUlmer 在《Science》上发表以《Protein Engineering.》为题的专论，第一次提出了蛋白质工程的概念，并建立了专门的研究实体，制定了相应研究开发计划，标志着蛋白质工程的正式诞生。

蛋白质工程的实践依据DNA指导合成蛋白质，因此，人们可以根据需要对负责编码某种蛋白质的基因进行重新设计，使合成出来的蛋白质的结构变得符合人们的要求。

2012级全日制专业硕士学位研究生课程论文课程名称：食品生物技术导论论文题目：蛋白质工程在食品行业中的应用学生姓名：学号：领域名称：任课教师:成绩：农业与食品科学学院2013年4月22日蛋白质工程技术在食品行业中的应用摘要：蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科的基础之上，融合了蛋白质晶体学、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。

作为一种人体所必需的物质，蛋白质的研究始终未曾间断，通过对蛋白质的分子结构或者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获的更适合人类需要的蛋白质产品的技术。

更直接更有效的作用于人体。

本文主要介绍了一些新兴的蛋白质工程技术在食品行业的应用状况以及未来发展状况的预测。

关键词：蛋白质蛋白质工程技术食品蛋白质是构成人体细胞的基础物质,人体中的酶类、激素、抗体和核酸等都由蛋白质组成，所以蛋白质是营养的第一要素[1]。

蛋白质是生命的体现者，离开了蛋白质，生命将不复存在。

可是，生物体内存在的天然蛋白质，有的往往不尽人意，需要进行改造。

由于蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质有自己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质的性质。

而氨基酸是由三联体密码决定的，只要改变构成遗传密码的一个或两个碱基就能达到改造蛋白质的目的[2]。

蛋白质工程的一个重要途径就是根据人们的需要，对负责编码某种蛋白质的基因重新进行设计，使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。

1蛋白质工程技术概论随着20世纪70年代初期DNA基因工程的诞生，蛋白质工程在它的冲击下应运而生。

1983年，美国Genex 公司KUlmer 在《Science》上发表以《Protein Engineering.》为题的专论，第一次提出了蛋白质工程的概念，并建立了专门的研究实体，制定了相应研究开发计划，标志着蛋白质工程的正式诞生。

蛋白质工程的实践依据DNA指导合成蛋白质，因此，人们可以根据需要对负责编码某种蛋白质的基因进行重新设计，使合成出来的蛋白质的结构变得符合人们的要求。

论述新型蛋白质的开发与利用及其应用前景。

新型蛋白质是指具有新颖结构和功能的蛋白质分子。

当前，随着生物学、生物化学和生物技术等领域的发展，新型蛋白质在医药、食品、农业、环境等多个领域的应用前景越来越广泛。

本文从新型蛋白质的开发与利用、其应用前景两个方面进行论述。

一、新型蛋白质的开发与利用1. 基因工程技术基因工程技术是新型蛋白质开发的重要手段之一。

通过基因工程技术，可以改变蛋白质的结构和功能，从而得到新型蛋白质。

例如，利用重组DNA技术，将源于不同物种的基因组合起来，可以获得具有新功能的蛋白质。

2. 蛋白质工程技术蛋白质工程技术是新型蛋白质开发的另一种重要手段。

通过蛋白质工程技术，可以改变蛋白质的结构和功能。

例如，通过点突变等方法，可以改变蛋白质的空间构型，从而使其具有新的功能。

3. 基于天然蛋白质的改造通过对天然蛋白质的改造，可以得到具有新功能的蛋白质。

例如，对天然酶进行改造，可以使其具有更好的催化活性和稳定性。

二、新型蛋白质的应用前景1. 医药领域新型蛋白质在医药领域的应用前景非常广泛。

例如，利用新型蛋白质可以开发出更有效的药物，包括蛋白质药物、抗体药物和肿瘤治疗药物等。

同时，新型蛋白质还可以用于生物诊断和生物治疗。

2. 食品领域新型蛋白质在食品领域的应用前景也很广泛。

例如，利用新型蛋白质可以开发出更健康、更营养的食品，如高蛋白质食品、低脂肪食品和功能性食品等。

3. 农业领域新型蛋白质在农业领域的应用前景包括提高作物产量、改善作物品质、增强作物抗病性等。

例如，利用新型蛋白质可以开发出更高效的农药和生物肥料，同时也可以开发出抗病、抗虫的转基因作物。

4. 环境领域新型蛋白质在环境领域的应用前景包括生物降解、污染物检测和清除等。

例如，利用新型蛋白质可以开发出生物降解剂，用于处理工业废水和固体废物，同时也可以开发出检测和清除污染物的生物传感器。

综上所述，新型蛋白质是一种重要的生物资源，其开发与利用具有广泛的应用前景。