食品生物技術(shù)的進展與應用

摘 要：生物技術(shù)是以生命科學為基礎(chǔ)，利用生物的特性和功能，設(shè)計構(gòu)建具有預期性狀的新物種或新品系，以及與工程原理和技術(shù)相結(jié)合進行社會生產(chǎn)或為社會服務的結(jié)合性科學技術(shù)。它是一門跨學科的綜合性科學，是研究生物學、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)與食品科學的基礎(chǔ)工具，被廣泛應用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、化工、環(huán)境保護等各個行業(yè)。生物技術(shù)主要包括基因工程、蛋白質(zhì)工程、細胞工程、酶工程和發(fā)酵工程等5個方面內(nèi)容。本文主要介紹了幾種生物技術(shù)在食品行業(yè)中的應用現(xiàn)狀及其新技術(shù)的應用。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；基因工程；酶工程；食品工業(yè)

食品生物技術(shù)就是通過生物技術(shù)手段， 用生物程序、生產(chǎn)細胞或其代謝物質(zhì)來制造食品，改進傳統(tǒng)生產(chǎn)過程，以提高人類生活質(zhì)量的科學技術(shù)。生物技術(shù)在食品生產(chǎn)中的應用已有幾個世紀，主要采用微生物發(fā)酵生產(chǎn)許多傳統(tǒng)的食品，如面包、酸奶、奶酪、啤酒、醬油等，始終與人類生活息息相關(guān)。近年來，隨著許多新興的生物技術(shù)應用于食品生產(chǎn)與開發(fā)，促進了食品工業(yè)的飛速發(fā)展，主要體現(xiàn)在四個方面：一是利用基因工程、細胞工程技術(shù)對食品資源的改造與改良；二是利用發(fā)酵工程、酶工程技術(shù)將農(nóng)副原材料加工成商品，如酒類、調(diào)味品、酸奶類等發(fā)酵制品；三是利用生物技術(shù)產(chǎn)品進行二次開發(fā)，形成新的產(chǎn)品，如許多功能性的低聚糖、食品添加劑等；四是利用酶工藝、發(fā)酵技術(shù)、生物反應器等對傳統(tǒng)食品加工工藝進行改造，降低能耗、提高產(chǎn)率，改善食品品質(zhì)。此外，與食品生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域，如食品包裝、儲存、質(zhì)量檢測、三廢處理等方面，生物技術(shù)也得到越來越廣泛應用。

一、基因工程技術(shù)在食品行業(yè)中的應用

基因工程技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心內(nèi)容，即采用類似工程設(shè)計的方法，按照人類的特殊需要將具有遺傳性的目的基因在離體條件下進行剪切、組合、拼接， 再將人工重組的基因通過載體導入受體細胞，進行無性繁殖，并使目的基因在受體細胞中高速表達，產(chǎn)生出人類所需要的產(chǎn)品或組建成新的生物類型。

塑料作為四大包裝材料之一，由于其質(zhì)輕、強度好用量逐年遞增。但由于用石油產(chǎn)品制成的傳統(tǒng)塑料，其廢棄物很難降解，造成白色污染。因此，可降解塑料成為當今的研究熱點。目前PHB的生產(chǎn)成本依然太高，用細菌發(fā)酵生產(chǎn)PHB 的成本至少是化學合成聚乙烯的5 倍，這嚴重限制了PHB 在商業(yè)上的應用。為降低PHB 的生產(chǎn)成本，提高PHB 與傳統(tǒng)塑料的市場競爭力，可向植物體內(nèi)引入PHB 生物合成途徑，以植物為表達載體，利用CO2 及光能合成PHB，是大規(guī)模廉價生產(chǎn)PHB的一種很有前景的方法，用轉(zhuǎn)基因植物來生產(chǎn)PHB是降低生產(chǎn)成本的較好選擇。

二、蛋白質(zhì)工程在食品中的應用

所謂蛋白質(zhì)工程，就是利用基因工程手段，包括基因的定點突變和基因表達對蛋白質(zhì)進行改造，以期獲得性質(zhì)和功能更加完善的蛋白質(zhì)分子。由于蛋白質(zhì)是由許多氨基酸按一定順序連接而成的，每一種蛋白質(zhì)有自己獨特的氨基酸順序，所以改變其中關(guān)鍵的氨基酸就能改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)。而氨基酸是由三聯(lián)體密碼決定的，只要改變構(gòu)成遺傳密碼的一個或兩個堿基就能達到改造蛋白質(zhì)的目的。

（一） 蛋白質(zhì)工程的基本途徑

從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的核糖核苷酸序列（RNA）→找到相對應的脫氧核糖核苷酸序列（DNA）。

（二）蛋白質(zhì)工程研究的核心內(nèi)容

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析。蛋白質(zhì)工程的核心內(nèi)容之一就是收集大量的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的信息，以便建立結(jié)構(gòu)與功能之間關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間關(guān)系的理論研究奠定基礎(chǔ)。三維空間結(jié)構(gòu)的測定是驗證蛋白質(zhì)設(shè)計的假設(shè)即證明是新結(jié)構(gòu)改變了原有生物功能的必需手段。

三、生物技術(shù)在食品行業(yè)中的綜合應用

（一）食品原料和食品微生物的改良，提高食品的營養(yǎng)價值及加工性能

利用基因工程、細胞工程改造動物、植物、微生物資源向人類提供各種轉(zhuǎn)基因食品和食品添加劑，一方面提高了農(nóng)作物產(chǎn)量、改善農(nóng)作物抗蟲、抗病、抗除草劑和抗寒能力，另一方面使食品的營養(yǎng)價值、風味品質(zhì)得到改善，食品儲藏和保存時間有所延長。利用細胞工程技術(shù)培育出含水量大大降低的西紅柿、洋蔥、馬鈴薯新品種，培育出帶咸味和奶味的適宜膨化加工的玉米新品種，獲得了出油率高、不飽和脂肪酸含量較高的油料作物，以及我國已在田間試驗中的超級水稻、轉(zhuǎn)基因鯉魚、高產(chǎn)奶量的轉(zhuǎn)基因試管牛，等等。

（二）生產(chǎn)各種功能食品的有效成分、新型食品和食品添加劑

通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)制造有利于人類健康的食品或有效因子，如低膽固醇肉豬、低膽固醇蛋和高特種微量元素蛋、人類血液代用品、高異黃酮大豆、高胡蘿卜素稻米，等等。利用細胞工程技術(shù)生產(chǎn)各種功能食品和功能成分，如對人參、西洋參、長春花、紫草和黃連等植物細胞進行培養(yǎng)生產(chǎn)活性細胞干粉、L-蘇氨酸、免疫球蛋白、生長激素，等等。

四、前景展望

隨著人們生活水平的提高和消費觀念的改變，人們更關(guān)注食品的內(nèi)在營養(yǎng)和食品的衛(wèi)生安全，同時提倡綠色消費，這就對食品生產(chǎn)提出了更高的要求。目前，現(xiàn)代生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的應用涉及到基因工程、細胞工程、酶工程和微生物（發(fā)酵）工程等當今公認的四大生物技術(shù)體系。重點開發(fā)的幾個領(lǐng)域為：開發(fā)新酶品種以及酶的固定化和細胞工業(yè)化應用；加強高產(chǎn)菌株和耐特殊環(huán)境微生物的遺傳育種；用生物法代替化學合成生產(chǎn)食品添加劑；綜合利用技術(shù)， 進行原料的深度加工，采用清潔閉路生產(chǎn)工藝，將廢棄物資源化，達到節(jié)糧、節(jié)能、減少污染的目的；工業(yè)化生產(chǎn)中生物技術(shù)產(chǎn)物的分離提取水平低一直是阻礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”問題，因此，生物技術(shù)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)及高收率的提取技術(shù)是今后發(fā)展的重要方面；研究開發(fā)多功能、多指標的生物傳感器，有效監(jiān)控生產(chǎn)過程，利用生物技術(shù)建立高特異性、高靈敏度、快速簡便的食品衛(wèi)生檢測方法是確保食品安全的重要手段。

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