生物工程技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

◎ 劉增亮

（淮北師范大學(xué)信息學(xué)院，安徽 淮北 235000）

21 世紀(jì)是一個(gè)人口大爆炸的時(shí)代，隨著人口數(shù)量的持續(xù)增長與生活水平的提高，人們對食物的數(shù)量和質(zhì)量要求也越來越高，食品工業(yè)領(lǐng)域需要注入新的活力。生物工程作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，能通過基因工程、蛋白質(zhì)工程等技術(shù)為食品資源的開發(fā)及食品加工提供不小的幫助。在生物工程的幫助下，食品工業(yè)也迎來了新一輪蓬勃的發(fā)展。

1 生物工程在食用資源開發(fā)中的應(yīng)用

1.1 開發(fā)新的可食用資源

1.1.1 微生物食品

為解決人口劇增與糧食短缺之間的矛盾，人們將目光投入到了微生物食品這一廣闊的領(lǐng)域。由于生長周期短的特點(diǎn)，微生物食品在價(jià)格上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般食品。微生物食品還可以解決一般食物蛋白質(zhì)短缺的問題。英國于1985 年開發(fā)的“真菌蛋白”就是世界上第一種微生物食品，也標(biāo)志著食品工業(yè)開始正式向微生物領(lǐng)域進(jìn)軍，從此打開了微生物食品的新大門。發(fā)展至今，已經(jīng)開發(fā)出越來越多的微生物產(chǎn)品。從利用生物技術(shù)培養(yǎng)的細(xì)胞中，可以提取到單細(xì)胞蛋白，這種單細(xì)胞蛋白可以作為食物供人或動物食用[1]。

1.1.2 昆蟲類高蛋白食品

昆蟲作為一類高蛋白食品，具備很多人體所需的營養(yǎng)物質(zhì)。然而由于對此類食品外觀的不適，這一高營養(yǎng)食品只出現(xiàn)在少數(shù)人家的餐桌上。利用生物工程技術(shù)，可以充分開發(fā)利用昆蟲類高蛋白食品，并提高人們對其的接受度。

1.2 功能食品

隨著人們生活水平的提高，人們對于食物的要求也不再局限于飽腹和美味上，如今的人們更多追求的是食物的健康與營養(yǎng)，具有保健作用的功能食品隨應(yīng)運(yùn)而生。功能食品，并不以治療人們的疾病為目的，而是能起到調(diào)節(jié)人體機(jī)能的效果。起源于食療的功能產(chǎn)品的研發(fā)如今在我國進(jìn)行得如火如荼，其中生物工程技術(shù)在其中也發(fā)揮著不小的作用。如今一般利用生物技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的提取分離技術(shù)，這樣就能生產(chǎn)出一些具有特定功效的產(chǎn)品，在提取產(chǎn)品成分時(shí)也十分方便[2]。

2 生物工程技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用

2.1 基因工程在食品加工中的應(yīng)用

2.1.1 蛋白類食品

植物是人類蛋白質(zhì)的主要攝入來源，相較動物蛋白而言，植物蛋白具有成本低、運(yùn)輸方便、儲藏便捷等優(yōu)勢。但是植物蛋白所蘊(yùn)含的營養(yǎng)價(jià)值卻遠(yuǎn)低于動物蛋白，很多人體必需氨基酸含量都很低，如賴氨酸、色氨酸等。通過基因工程中的基因?qū)爰夹g(shù)，可以將人工合成基因或同源基因等導(dǎo)入到植物細(xì)胞中，獲得一些高氨基酸含量的植物蛋白食品。

2.1.2 碳水化合物類食品

基因工程在碳水化合物類食品加工中的應(yīng)用也極廣，為人們的生產(chǎn)提供了很大的便利。就淀粉舉例，通常會通過基因技術(shù)來調(diào)節(jié)在淀粉合成中起到關(guān)鍵作用的幾種酶之間的比例，來達(dá)到調(diào)控淀粉成分或功效的目的。例如，應(yīng)用基因工程技術(shù)導(dǎo)入相應(yīng)基因可以使馬鈴薯的產(chǎn)量增加；利用不同的AGPP 融合基因來轉(zhuǎn)化馬鈴薯，可以改變馬鈴薯內(nèi)蔗糖與葡萄糖的比例。

2.2 酶工程在食品加工中的應(yīng)用

現(xiàn)代酶工程以技術(shù)先進(jìn)、廠房設(shè)備投入資金少、能源消耗低等優(yōu)勢在食品加工行業(yè)中占得重要一席，如今酶工程多見于乳品加工、蛋白質(zhì)加工以及釀酒工業(yè)。固化技術(shù)是酶工程中的重要技術(shù)之一，具體是指在不影響酶活性與催化功能的基礎(chǔ)上，通過物理手段或化學(xué)手段固定酶，以便于酶的回收，使其具備可以重復(fù)使用的性質(zhì)。固化技術(shù)現(xiàn)多用于乳產(chǎn)品的加工中。有很多人具有乳糖不耐受，其中亞洲人群出現(xiàn)乳糖不耐最多，主要是因?yàn)槿樘敲富虻脑鰪?qiáng)子不表達(dá)，導(dǎo)致無法正常分解乳糖。在生產(chǎn)乳產(chǎn)品時(shí)，可利用固化技術(shù)將β-半乳糖苷酶固化，這樣就可以幫助部分人群解決乳糖不耐的問題[3]。

2.3 細(xì)胞工程在食品加工中的應(yīng)用

細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)及分子生物學(xué)，通過一系列手段按照人們的設(shè)想來有計(jì)劃地對細(xì)胞遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，最終培育出新的動植物品種或者某些于人類有利的新的細(xì)胞群體。將細(xì)胞工程應(yīng)用在食品加工當(dāng)中，可以生產(chǎn)出各種新型食品及食品添加劑，除此之外還能生產(chǎn)出保健食品中的一些有效成分。以西洋參細(xì)胞培養(yǎng)工藝舉例，工業(yè)中將西洋參根用乙醇消毒后得到無菌根，再誘導(dǎo)培養(yǎng)出愈傷組織，之后懸浮培養(yǎng)得到懸浮細(xì)胞培養(yǎng)物。將這些培養(yǎng)物大量培養(yǎng)之后得到了西洋參根細(xì)胞的發(fā)酵液，將其過濾干燥后便可得到西洋參根細(xì)胞干粉成品。運(yùn)用這樣的技術(shù)，可以有效提取出保健產(chǎn)品中的成分，減少自然資源的消耗。

3 生物工程技術(shù)在食品安全檢測中的應(yīng)用

3.1 生物傳感器技術(shù)

生物傳感器是利用各種生物材料或代謝產(chǎn)物制成的用于檢測食品中化學(xué)成分的傳感器，在食品檢測中起到很重要的作用。運(yùn)用生物傳感器技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)食品檢測的自動化，并且能有效增加食品檢測的準(zhǔn)確度。以農(nóng)藥檢測為例，運(yùn)用酶檢測器和免疫傳感器，能快速檢出農(nóng)產(chǎn)品上殘留的農(nóng)藥量是否合乎標(biāo)準(zhǔn)。但是這種方式也存在著一定的缺陷，如不能準(zhǔn)確檢測出殘留農(nóng)藥的種類和成分等[4]。

3.2 免疫學(xué)方法

免疫是人體對于外界刺激產(chǎn)生的一種應(yīng)答方式，以抗原與抗體的結(jié)合為基礎(chǔ)。這種獨(dú)特的應(yīng)答方式既能發(fā)生在體內(nèi)發(fā)生，同樣也能發(fā)生在體外完成，而這一點(diǎn)就為食品安全檢測中應(yīng)用免疫學(xué)方法提供了可能。通過在體外發(fā)生免疫反應(yīng)，可以檢測出食品中對人體有害的物質(zhì)。因分析成本低、分析速度快等優(yōu)勢，該技術(shù)被廣泛運(yùn)用于檢測食品污染、農(nóng)藥殘留等方面。例如，通過免疫學(xué)技術(shù)，能檢測出食品中的微生物，檢驗(yàn)食品是否在生產(chǎn)或運(yùn)輸途中受到微生物的侵襲；利用ELISA 方法，可以檢測出食品中可能存在的致病菌；通過免疫學(xué)技術(shù)，還能發(fā)現(xiàn)過敏原，以此減少過敏給人體帶來的危害。

3.3 分子生物學(xué)技術(shù)

分子生物學(xué)技術(shù)是近年來在食品安全檢測中的一種新的嘗試，因其檢測速度快、檢測靈敏而受到人們的青睞。PCR 技術(shù)與基因芯片技術(shù)是分子生物學(xué)技術(shù)在食品安全檢測中應(yīng)用的代表。PCR 技術(shù)即DNA聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是1985 年誕生的一項(xiàng)技術(shù)。利用PCR 技術(shù)，不僅可以擴(kuò)增出所需基因片段，更能夠有效而快速準(zhǔn)確地檢測相應(yīng)病菌[5]。基因芯片技術(shù)則是檢測微生物行之有效的手段之一，其原理為先擴(kuò)增樣品DNA，然后通過掃描儀來分析出檢測樣品中是否含有該種微生物。這一技術(shù)能夠分析各種復(fù)雜微生物群體，與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)相比操作更加簡便，檢測時(shí)間也大大縮短。

4 生物工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有傳統(tǒng)食品的改良

4.1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)動植物食品源的改良

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是現(xiàn)代生物工程技術(shù)中應(yīng)用最多，也是人們目前較熟練的生物工程技術(shù)，特別是在動植物領(lǐng)域，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍，也越來越成熟。人們可以根據(jù)對食品的需求，合理利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)使傳統(tǒng)的動植物獲得一些優(yōu)良性狀，并改善傳統(tǒng)食品的質(zhì)量，比如提高傳統(tǒng)食品的蛋白質(zhì)含量、改善食物口感、提高其產(chǎn)量、提升農(nóng)作物的抗病蟲害能力等。比如常見的轉(zhuǎn)基因大豆、轉(zhuǎn)基因馬鈴薯、轉(zhuǎn)基因草莓等。從這些技術(shù)應(yīng)用實(shí)例中不難看出，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在植物食品領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟并多方向發(fā)展，但在動物食品領(lǐng)域的應(yīng)用還十分有限，因此，轉(zhuǎn)基因技術(shù)對傳統(tǒng)食品的改良還有很廣闊的發(fā)展空間，仍需要科技工作者進(jìn)一步深入探索。

4.2 生物工程技術(shù)對發(fā)酵飲品的改良

發(fā)酵飲品近年來已占據(jù)了人們?nèi)粘ｏ嬍车暮艽笠徊糠?。目前的發(fā)酵飲品大都是以動物所產(chǎn)的乳為原料，再利用酵母菌、乳酸菌等微生物實(shí)現(xiàn)對乳原料的發(fā)酵生產(chǎn)，制作出口感和營養(yǎng)成分不同于乳原料的飲品，因發(fā)酵飲品有著獨(dú)特的口味和豐富的營養(yǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)越來越受到眾多消費(fèi)者的喜愛。比如市面上常見的各種牛乳制品、各種風(fēng)味的酸奶等。而利用植物蛋白為原料制成的發(fā)酵飲品是由蛋白含量較高的核果類果實(shí)而制成的，比如核桃、花生類飲品等，這些飲品易吸收、口感好，也受到了廣大消費(fèi)者的一致好評。通過生物工程技術(shù)，對發(fā)酵飲品所用的微生物菌類，如酵母菌、乳酸菌等進(jìn)行改良，可以在一定程度上縮短發(fā)酵時(shí)間，提升發(fā)酵質(zhì)量和成品的產(chǎn)量，同時(shí)還可以減少中間產(chǎn)物的產(chǎn)生，以提高最終產(chǎn)品的口感和質(zhì)量，目前生物工程技術(shù)在這一方面的應(yīng)用正處于高速發(fā)展和推進(jìn)階段，需要攻克的難關(guān)還很多。

5 結(jié)語

21 世紀(jì)是生物工程技術(shù)的時(shí)代，伴隨著科技的進(jìn)步，其在食品工業(yè)領(lǐng)域也勢必將迸發(fā)出更加奪目的光彩。有效利用生物工程技術(shù)，不僅能解決目前存在的食物短缺問題，而且能為人類生產(chǎn)出更多富有營養(yǎng)的新型食品。對于一個(gè)高速發(fā)展的人口大國來說，必須牢牢抓住時(shí)代的機(jī)遇，進(jìn)一步探索生物工程技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用的可能性，為食品工業(yè)的發(fā)展提供新的動力。在抓住機(jī)遇的同時(shí)也要善用生物工程技術(shù)，對利用生物工程技術(shù)的食品嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，牢牢守住食品安全底線。