現(xiàn)代生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用進展

1、現(xiàn)代生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用進展摘要生物技術(shù)在其自身發(fā)展過程中始終與食品的加工和制造密不可分，現(xiàn)代生物技術(shù)的進步對食品工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。根據(jù)國內(nèi)外食品工程領(lǐng)域中生物技術(shù)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了現(xiàn)代生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究進展。關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；食品工業(yè)；應(yīng)用；基因工程；研究進展隨著生命科學(xué)的進步和食品工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代生物技術(shù)對食品工業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著越來越重要的作用。不同于以發(fā)酵為支撐的傳統(tǒng)生物技術(shù)，現(xiàn)代生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用以現(xiàn)代分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)為基礎(chǔ)，包括了細胞生物學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)、免疫學(xué)等幾乎所有生物學(xué)科的次級學(xué)科，構(gòu)成了相互聯(lián)系、密不可分的有機整體，具有強

2、大的發(fā)展?jié)摿土己玫陌l(fā)展前景，現(xiàn)代生物技術(shù)已經(jīng)滲透到食品科學(xué)與工程的方方面面。現(xiàn)代生物技術(shù)是以生命科學(xué)為基礎(chǔ),利用生物或生物組織、細胞及其他組成部分的特性和功能，設(shè)計、構(gòu)建具有預(yù)期性能的新物質(zhì)或新品系，并與工程原理相結(jié)合，加工生產(chǎn)生物制品的綜合性技術(shù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)包括基因工程、蛋白質(zhì)工程、細胞工程、酶工程和發(fā)酵工程等五個領(lǐng)域，其在食品工業(yè)的應(yīng)用有著廣闊的市場和發(fā)展前景。1 基因工程基因工程是指在分子水平上將異源基因與載體DNA在體外進行重組，然后將重組子引入到受體細胞中進行復(fù)制和表達，從而改造生物特性，生產(chǎn)出符合人類需要的產(chǎn)品或創(chuàng)造生物新性狀的一種技術(shù)。利用基因工程技術(shù)將一些植物、動物或微生物

3、的基因植入另一種植物、動物或微生物中，接受的一方由此獲得了在自然條件下所沒有的品質(zhì)，按植入的基因類型可將食品可分為植物性轉(zhuǎn)基因食品、動物性轉(zhuǎn)基因食品和基因工程菌1。1.1 優(yōu)化食品生物資源及食品品質(zhì)基因工程應(yīng)用于植物食品原料的生產(chǎn)上，可進行品種改良、新品種開發(fā)與原料增產(chǎn)，如選育抗病植物、耐除草劑植物、抗蟲性或抗病毒植物、耐鹽或耐旱植物等，使食品原料的供應(yīng)更加多樣。同時，在改善食品品質(zhì)方面，可以利用轉(zhuǎn)基因工程以及反義RNA技術(shù)，使轉(zhuǎn)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，能延長番茄的儲存期；或者改良玉米、稻米等作物氨基酸組成及含量，提高谷類作物的營養(yǎng)價值。在畜產(chǎn)品的生產(chǎn)上，利用

4、基因工程技術(shù)可大量生產(chǎn)牛生長激素，并應(yīng)用于乳牛，以增加牛乳的產(chǎn)量、飼料利用率，并加速肉牛的生長速度。豬生長激素也被應(yīng)用于控制生豬總重與瘦肉的比率，減少肥肉以迎合消費者的需求2。1.2 改良食品工業(yè)菌種食品工業(yè)如酒類、醬油、食醋、發(fā)酵乳制品等的發(fā)展，關(guān)鍵在于是否有優(yōu)良的微生物菌種，將基因工程應(yīng)用于微生物育種，從事發(fā)酵菌種的改良研究，已經(jīng)成為改良食品工業(yè)菌種的一個重要途徑。例如，在啤酒酵母的改良中，將-乙酰乳酸脫羧酶基因克隆到啤酒酵母中進行表達，可降低啤酒雙乙酰含量而改善啤酒風味；選育出分解-葡萄糖和糊精的啤酒酵母，能夠明顯提高麥芽汁的分解率并改善啤酒質(zhì)量；構(gòu)建具有優(yōu)良嗜殺其他菌類活性的嗜殺啤酒酵

5、母已成為純種發(fā)酵的重要措施3。再如，乳桿菌中超氧化物歧化酶(SOD)活性越高越有利于該菌在有氧條件下的存活4，諸多研究也證實了SOD具有抗腫瘤、抗衰老、對抗細胞凋亡等生物活性與功能5,6，克隆大腸桿菌錳超氧化物歧化酶基因(SODA)并在保加利亞乳桿菌中成功表達,使SOD與益生菌相結(jié)合制備發(fā)酵乳, 將出現(xiàn)功能更強大的保健食品7。此外，基因工程技術(shù)還可以與食品衛(wèi)生分析檢測結(jié)合。例如，采用基因探針技術(shù)檢測有害微生物具有特異性強、靈敏度高和操作簡便、省時等優(yōu)點，通過考查待測樣品與標記性DNA探針能否形成雜交分子，即可判斷樣品中是否含有此種微生物，并且還可以通過測定放射性強度以考查樣品中微生物數(shù)量8。2

6、 蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程是在基因重組技術(shù)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)之上，融合了蛋白質(zhì)晶體學(xué)、蛋白質(zhì)動力學(xué)、蛋白質(zhì)化學(xué)和計算機輔助設(shè)計等多學(xué)科而發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域。蛋白質(zhì)工程可以按照人類的需求創(chuàng)造出原來不曾有過、具有不同功能的蛋白質(zhì)及其新產(chǎn)品，或生產(chǎn)具有特定氨基酸順序、高級結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和生理功能的新型蛋白質(zhì)，可以定向改造酶的性能，生產(chǎn)新型功能性食品。2.1 改善凝乳酶性質(zhì)在干酪加工中，凝乳酶作為重要的凝結(jié)劑而被廣泛應(yīng)用。在動物凝乳酶供應(yīng)緊缺的情況下，市場上開發(fā)出了多種微生物凝乳酶。但由于其它酶類在特異性、凝結(jié)活性、蛋白分解活性、最適pH值、熱穩(wěn)定性等性質(zhì)上與天然凝乳酶有一

7、定的差異，因此在食品加工中易引起產(chǎn)量降低和成熟中出現(xiàn)不良風味的缺點。通過凝乳酶蛋白質(zhì)工程技術(shù)的研究，目前已經(jīng)在解釋酶的某些結(jié)構(gòu)與功能性質(zhì)、基團與功能性質(zhì)、酶的翻譯和激活等方面取得了一定進展，在改變酶的某些性質(zhì)方面取得了一定效果。這項工程可以潛在地增強和優(yōu)化凝乳酶的各項酶學(xué)性質(zhì)，為凝乳酶資源的開發(fā)和在食品加工中的合理利用帶來了光明的前景9。2.2 研究和優(yōu)化纖維素酶的性質(zhì)纖維素酶是糖苷水解酶的一種，它可以將纖維素水解成單糖，進而發(fā)酵成乙醇，從而解決農(nóng)業(yè)、再生能源以及環(huán)境污染等問題。為了更好地利用纖維素，愈來愈多的國內(nèi)外學(xué)者開始關(guān)注纖維素酶的研究。蛋白質(zhì)工程作為一種工具用來研究纖維素酶的催化機制，

8、主要包括對潛在活性中心氨基酸殘基進行基因定點突變、體外分子定向進化和對定點突變酶進行動力學(xué)分析。通常采用基因定點突變技術(shù)對典型纖維素酶家族序列不變殘基和三維構(gòu)像進行確認，并通過設(shè)計新的三維復(fù)合體來對酶進行修整和探索10。3 細胞工程細胞工程是在細胞水平上改造生物遺傳特性和生產(chǎn)性能,以獲得特定的細胞、細胞產(chǎn)品或新生物體的技術(shù),包括細胞融合、細胞培養(yǎng)及細胞核移植等。利用細胞雜交、細胞培養(yǎng)等技術(shù)可獲得遺傳性狀有所改良的新菌株或動植物細胞、生產(chǎn)食品添加劑與酶制劑等。3.1 細胞工程育種在細胞水平上的原生質(zhì)體制備與融合有利于實現(xiàn)遠緣遺傳物質(zhì)的直接交換，促進遺傳資源的創(chuàng)新。王建華等利用曲霉種間的原生質(zhì)體融

9、合獲得了比親本菌株淀粉酶產(chǎn)量提高114.00%204.81%，且耐高溫性能也有所提高的新菌株11。再如，大多數(shù)難以栽培的食用菌都與植物有共生或寄生關(guān)系，人工栽培出菇問題一直無法解決，原生質(zhì)體融合技術(shù)則可以去除細胞壁的屏障，實現(xiàn)了遠緣雜交，為難以人工栽培的食用菌育種提供了新方法12。3.2 細胞培養(yǎng)利用細胞工程技術(shù)生產(chǎn)生物來源的天然食品或天然食品添加劑，是細胞工程的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用范圍包括生產(chǎn)天然藥物(人參皂苷、紫杉醇、長春堿等)、食品添加劑(花青素、胡蘿卜素、紫草色素、天然香料等)和酶制劑(SOD酶、木瓜蛋白酶等)等。SOD是一種頗受關(guān)注的酶，目前SOD主要從動物血液中分離和純化獲得，由于血

10、液中含有大量的雜蛋白，分離純化工藝復(fù)雜，難以達到要求，天然植物中分離和純化SOD，又受到地理環(huán)境和氣候條件等影響，難以滿足需求。李志勇等研究了大蒜細胞在發(fā)酵罐培養(yǎng)過程中SOD合成及培養(yǎng)基中各種基質(zhì)的消耗規(guī)律，獲得的最大生物量和SOD總酶活分別為163 g DW/L和7.72 104 U/L，取得了較好的放大效果，為植物細胞培養(yǎng)SOD的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)13。袁麗紅等對細胞培養(yǎng)生產(chǎn)的紫草色素與天然紫草色素進行了理化性質(zhì)的比較研究，結(jié)果表明，兩者的組成成分基本一致，耐熱性、耐氧化性及不同pH值條件下顏色的變化無明顯差異，這表明工業(yè)化生產(chǎn)天然色素、天然香料等具有較好的發(fā)展前景14。4 酶工程酶工程

11、是指利用酶、細胞或細胞器等具有的特異催化功能，借助生物反應(yīng)裝置和通過一定的工藝手段生產(chǎn)出人類所需要產(chǎn)品。酶工程在食品工程中的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)比較成熟，包括各種酶的開發(fā)和生產(chǎn)、酶的分離和純化、酶或細胞的固定化技術(shù)15、固定化酶反應(yīng)器的研制以及酶的應(yīng)用等。4.1 開發(fā)新型食品添加劑近年來在發(fā)達國家,酶工程加快了新酶源的開發(fā)，使功能性食品添加劑，如營養(yǎng)強化劑、低熱量的甜味劑、食用纖維和脂肪替代品等得到迅速發(fā)展16。甜菊苷是一種非營養(yǎng)型功能性甜味劑。甜菊苷具有輕微的苦澀味，通過酶法改質(zhì)后可除去苦澀味，從而改善了其風味。酶處理方法是在甜菊苷溶液中加入葡萄糖基化合物，采用葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶處理，生成葡萄基甜菊苷。

12、甘草中所含的甜味物質(zhì)甘草苷是一種功能性甜味劑，具有補脾益氣、解毒保肝、潤肺止咳的功效。甘草苷經(jīng)-葡糖苷酸酶處理，生成單葡糖苷酶基甘草酸，其甜度為甘草甜素的5倍，是高甜度的甜味劑和解毒劑。4.2 酶工程在食品保鮮中的應(yīng)用酶制劑保鮮技術(shù)是利用酶的催化作用，防止或消除外界因素對食品的不良影響，從而保持食品原有的優(yōu)良品質(zhì)與特性的技術(shù)。例如葡萄糖氧化酶加在瓶裝飲料中，吸去瓶頸空隙中氧而延長保鮮期；溶菌酶對革蘭氏陽性菌有較強的溶菌作用，可用于肉制品、干酪、水產(chǎn)品、乳制品、水果等的保鮮，且具無毒性、底物專一、高度催化、作用條件溫和等優(yōu)點17。4.3 食品分析與檢測方面的應(yīng)用由于酶具有特異性，因此，也適合于動

13、植物化學(xué)組分的定性和定量分析。例如，采用檸檬酸裂解酶測定檸檬酸的含量18，采用乙醇脫氫酶測定食品中的乙醇含量19。Niculescu M等也報道了一種基于乙醇脫氫酶的傳感器，它可以靈活自動地進行白酒分析，能夠?qū)Π拙瓢l(fā)酵過程進行實時監(jiān)控，具有選擇性好、靈敏度高、測量簡便、快速等優(yōu)點20。此外,在食品中加入一種或幾種酶，根據(jù)它們作用于食品中某些組分的結(jié)果，可以評價食品的質(zhì)量，這是一種十分簡便的方法。6 結(jié)論與展望隨著生命科學(xué)和生物技術(shù)日新月異的發(fā)展，代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物芯片、生物信息學(xué)等重大技術(shù)相繼問世并取得了快速發(fā)展，大大擴展了生物技術(shù)的涵蓋范圍，也為現(xiàn)代生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用奠定了更

14、加堅實的基礎(chǔ)21,22。在現(xiàn)代生物技術(shù)快速發(fā)展的帶動下，食品工業(yè)必將會有更加廣闊的前景。參考文獻1孫建全,張倩,馬建軍,等.基因工程技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用J.山東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, (2): 106108.2汪秋安.基因工程食品J.廣西輕工業(yè), 2003, (6): 56.3馮婷,何聰芬,呂琳,等.現(xiàn)代生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用J.生物技術(shù)通報, 2004, (3): 3640.4Amanatidou A, Bennik M H, Gorris L G, et al. Superoxi Dedismutase Plays an important Role in the Survival

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