化學(xué)工程技術(shù)在食品工藝領(lǐng)域的應(yīng)用

食品的生產(chǎn)加工過(guò)程中涉及眾多環(huán)節(jié)且充滿諸多挑戰(zhàn)，因此要為食品的生產(chǎn)提供強(qiáng)大的技術(shù)保障。在政府的積極扶持與市場(chǎng)需求的“雙重”驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)的食品加工生產(chǎn)正邁入一個(gè)迅速發(fā)展的黃金時(shí)期，這預(yù)示著它有潛力為食品安全以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)更大的貢獻(xiàn)。

1.食品工藝領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的逐漸增強(qiáng)以及民眾消費(fèi)觀念的深刻轉(zhuǎn)變，食品工藝作為營(yíng)造人們健康生活方式的主要方式，正越來(lái)越受到各界的關(guān)注。這一趨勢(shì)，不但充分反映人們對(duì)高品質(zhì)生活追求的提高，同時(shí)也表明國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深入落實(shí)。目前，食品產(chǎn)業(yè)初步形成規(guī)模，在我國(guó)的農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域覆蓋多個(gè)領(lǐng)域，分為七大類及二十九個(gè)子項(xiàng)目，充分展現(xiàn)我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)多樣化以及綠色轉(zhuǎn)型上的成就。

2.化學(xué)工程技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值

2.1 提高食品蛋白質(zhì)含量

優(yōu)質(zhì)蛋白在人體必需的營(yíng)養(yǎng)成分中發(fā)揮著極為重要的作用。雖然谷物一般情況下，含有15%至20%的蛋白質(zhì)，然而其優(yōu)質(zhì)蛋白的比例卻相對(duì)較低。這主要是因?yàn)楣任锓N子中缺乏蛋氨酸與賴氨酸等關(guān)鍵氨基酸，嚴(yán)重限制蛋白質(zhì)的有效合成。為解決這一問(wèn)題，化學(xué)工程技術(shù)中的基因工程的出現(xiàn)為轉(zhuǎn)變這一現(xiàn)象提供新的方向，它將具有豐富蛋氨酸與賴氨酸特征的外源基因精準(zhǔn)地轉(zhuǎn)移到谷物作物中，以逐步提高其蛋白質(zhì)合成能力，從而進(jìn)一步增加谷物中的總蛋白質(zhì)以及優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的含量，為人體提供更為充足的營(yíng)養(yǎng)支持。

2.2 提高油脂含量

油脂作為日常飲食的重要組成部分，其成分構(gòu)成需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乜剂?。雖然單一不飽和脂肪酸是油脂的常見(jiàn)成分，但過(guò)量的攝入很可能對(duì)健康產(chǎn)生不利影響。例如，導(dǎo)致動(dòng)脈硬化并增加心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。因此，科學(xué)家們?cè)诨瘜W(xué)工程領(lǐng)域借助基因重組技術(shù)探索新途徑，首先從合成酵母中準(zhǔn)確提取出飽和脂肪酸生物合成的關(guān)鍵酶基因，然后利用基因克隆技術(shù)將這些珍貴的基因片段成功引入農(nóng)作物中。

2.3 提高食品安全性

在食品加工領(lǐng)域中，保證產(chǎn)品的高質(zhì)量及良好口感需要借助多種技術(shù)方式來(lái)延長(zhǎng)保質(zhì)期。其中，常見(jiàn)的方法包括添加防腐劑，然而過(guò)度使用某些添加劑，很可能會(huì)對(duì)健康構(gòu)成威脅，甚至引發(fā)嚴(yán)重疾病如癌癥。為解決這一問(wèn)題，化學(xué)工程技術(shù)在食品保鮮方面展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它通過(guò)先進(jìn)的微生物滅活技術(shù)，可以有效抑制食品中微生物的滋生，從而在不大量依賴化學(xué)添加劑的前提下，實(shí)現(xiàn)食品保質(zhì)期的延長(zhǎng)。

2.4 減少農(nóng)藥殘留

生物化學(xué)技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)的新型技術(shù)形式，正逐漸發(fā)展成為替代傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥的新型綠色選擇。它主要利用生物體內(nèi)的自然機(jī)制，或者經(jīng)過(guò)基因修改的生物成分，采取更加精確且無(wú)害的方式抵抗病蟲(chóng)害。以水稻種植為例，它借助基因工程方式，將Bt蛋白基因?qū)胨局参铮行Ю昧松镏g相互作用的原理。當(dāng)水稻植株受到害蟲(chóng)攻擊時(shí)，害蟲(chóng)在攝食水稻組織時(shí)同樣會(huì)吃入Bt蛋白，隨后這一蛋白在害蟲(chóng)體內(nèi)產(chǎn)生作用，干擾其正常的蛋白質(zhì)合成與生理功能，進(jìn)而有效抑制害蟲(chóng)的生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水稻蟲(chóng)害的綠色防治。這一技術(shù)的應(yīng)用，不但效果明顯，同時(shí)也能很好地增強(qiáng)對(duì)環(huán)境的友好性。

3.化學(xué)工程技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用途徑

3.1 固氮轉(zhuǎn)化技術(shù)運(yùn)用

隨著時(shí)代的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式也在不斷變化。在作物生長(zhǎng)的過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)的獲取意義重大。傳統(tǒng)上，農(nóng)民主要依賴化學(xué)肥料如氮肥來(lái)提供植物所需的氮元素，以促進(jìn)作物的生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量。然而，隨著人們對(duì)資源的深入認(rèn)識(shí)，逐漸發(fā)現(xiàn)空氣中富含氮?dú)?，如何有效地將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為植物可直接吸收利用的氨態(tài)氮，成為人們熱議的新話題。它可以幫助人們?cè)诓灰蕾嚮瘜W(xué)肥料的情況下滿足作物對(duì)氮的需求，從而提高農(nóng)業(yè)的產(chǎn)量，進(jìn)一步減少生產(chǎn)成本，同時(shí)也可以推動(dòng)綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展，保證農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，這與現(xiàn)代人對(duì)健康食品的追求不謀而合。

3.2 生物化學(xué)技術(shù)運(yùn)用

新興的生物工程技術(shù)的運(yùn)用背景下，許多細(xì)菌具備將空氣中的氮?dú)夤潭ú⑥D(zhuǎn)化為植物可利用形式的能力。然而，一般情況下，這些細(xì)菌與特定植物形成共生關(guān)系。比如，只有少數(shù)作物如大豆可以與固氮菌建立良好的共生關(guān)系，而在廣泛種植的農(nóng)作物中，極少有品種可以與固氮菌實(shí)現(xiàn)共生，它會(huì)嚴(yán)重限制氮的自然固定效果的廣泛應(yīng)用。

隨著生物化學(xué)工程，特別是基因工程技術(shù)的迅猛發(fā)展，這一問(wèn)題將逐漸得到改善。一方面，科研人員會(huì)運(yùn)用DNA重組技術(shù)，對(duì)固氮菌中負(fù)責(zé)固氮的酶基因進(jìn)行精確的修飾，以期提高其固氮的穩(wěn)定性；另一方面，借助基因工程的處理方式，可以進(jìn)一步擴(kuò)大與固氮菌可以共生的作物范圍，打破原有的生物界限。伴隨著對(duì)固氮菌分子機(jī)制研究的不斷深入，未來(lái)將有更多種類的農(nóng)作物，將可以直接利用空氣中的氮?dú)庾鳛槠涞?，明顯減少對(duì)化學(xué)肥料的依賴，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。它不但代表著農(nóng)業(yè)科學(xué)的重大突破，也是全球糧食安全與環(huán)境保護(hù)的重要推動(dòng)力。

3.3 提高農(nóng)作物病蟲(chóng)害抵抗力

在推動(dòng)食品產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的眾多關(guān)鍵技術(shù)中，減少農(nóng)藥的使用非常重要。從生物學(xué)者的視角來(lái)看，相關(guān)的研究人員可以進(jìn)一步探索并實(shí)踐生態(tài)友好的害蟲(chóng)控制方法。例如，促進(jìn)天敵的自然繁殖，實(shí)施精準(zhǔn)的誘殺機(jī)制，廣泛運(yùn)用生物防治途徑，以逐步替代化學(xué)農(nóng)藥等措施。提高農(nóng)作物自身抵御病蟲(chóng)害的能力便成為一個(gè)更直接且有效的解決方案。

其中，生物化學(xué)技術(shù)的運(yùn)用，成為突破基因工程建設(shè)的新型技術(shù)形式，展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛能。它通過(guò)復(fù)雜的基因操作，幫助科學(xué)家們將自然界中或者人造的抗病蟲(chóng)害基因精準(zhǔn)地導(dǎo)入主要農(nóng)作物，并賦予其天然的防御機(jī)制。

3.4 生物化學(xué)工程技術(shù)提高食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

3.4.1改善碳水化合物組成

果聚糖作為一種對(duì)人體有益的碳水化合物，其重要特點(diǎn)在于其分子結(jié)構(gòu)由多個(gè)葡萄糖單元通過(guò)β-糖苷鍵緊密連接組成。由于人體內(nèi)缺乏酶系來(lái)直接分解果聚糖，使這種物質(zhì)在消化道內(nèi)幾乎無(wú)法被吸收。然而，一旦它進(jìn)入結(jié)腸，就會(huì)成為腸道微生物群落，特別是益生菌如雙歧桿菌的重要養(yǎng)分來(lái)源。它通過(guò)攝入含有豐富果聚糖的食物，可以使人體有選擇性地促進(jìn)這些有益菌群的增殖，從而抑制與腫瘤風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，充分展示出果聚糖在維持腸道健康以及預(yù)防疾病方面的積極貢獻(xiàn)。

此外，果聚糖作為一種可溶性健康碳水化合物，在自然界中的分布相對(duì)有限，大多數(shù)日常飲食中的含量較低，只有像菊芋等少數(shù)特定植物中富含這一成分。為擴(kuò)大果聚糖的來(lái)源，提高其在人類飲食中的比重，現(xiàn)代生物化學(xué)以及基因工程技術(shù)發(fā)揮著重要作用，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)果聚糖生物合成途徑中關(guān)鍵酶1-SST及其編碼基因的精準(zhǔn)分離鑒定。然后，通過(guò)先進(jìn)的基因轉(zhuǎn)移技術(shù)，科學(xué)家們將這一技術(shù)運(yùn)用到水稻、馬鈴薯、玉米與小麥等廣泛栽培的農(nóng)作物中，以此通過(guò)基因改造，進(jìn)一步提高這些作物中果聚糖的自然含量。一方面，豐富人們的飲食中果聚糖的來(lái)源；另一方面，也為開(kāi)發(fā)新型功能性食品與促進(jìn)公共健康開(kāi)拓新的可能性。

3.4.2優(yōu)化蛋白質(zhì)組成

在分析人類膳食中蛋白質(zhì)的重要來(lái)源時(shí)，植物性食物特別是谷物以及豆類中，這類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其中，谷物作為日常飲食的基礎(chǔ)，所含蛋白質(zhì)的比例，一般情況下在10%到15%之間，可以為人體提供所需的重要氨基酸，而豆類則是更為豐盛的蛋白質(zhì)來(lái)源，其種子中的蛋白質(zhì)含量可高達(dá)約30%。不過(guò)，這兩種植物性蛋白質(zhì)在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值上各有局限：谷物蛋白質(zhì)缺乏賴氨酸，會(huì)影響整體的營(yíng)養(yǎng)效果；而豆類則受限于蛋氨酸含量不足，會(huì)嚴(yán)重限制其營(yíng)養(yǎng)的全面性。

為解決這些問(wèn)題，現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)特別是基因工程的應(yīng)用，為提高植物性蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分結(jié)構(gòu)提供了新思路。借助基因工程，研究人員可以直接調(diào)控并增強(qiáng)谷物與豆類中特定氨基酸的合成能力。一方面，可以通過(guò)調(diào)整作物內(nèi)部的蛋白質(zhì)合成遺傳路徑，使谷物在貯存性蛋白質(zhì)中自然而然地積累更多的賴氨酸，同時(shí)在豆類中增加蛋氨酸的含量；另一方面，這種技術(shù)還允許科學(xué)家將來(lái)自其他生物體的高含量賴氨酸以及蛋氨酸的外源基因片段，選取并導(dǎo)入谷物或豆類作物中。

3.4.3提高油脂含量

在日常烹調(diào)中，植物脂肪會(huì)直接影響食品的口感和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。雖然多不飽和脂肪酸對(duì)健康具有積極作用，但其熱穩(wěn)定性不足，時(shí)常困擾著相關(guān)的研究人員。在加熱過(guò)程中，這類脂肪酸易于降解，從而影響油脂的使用效果，并可能生成有害物質(zhì)。為解決這一難題，在工業(yè)領(lǐng)域中，一般情況下會(huì)采用氫化技術(shù)提高油脂的熔點(diǎn)。然而，雖然這一方法效果明顯，但它卻可能引入飽和脂肪酸，人體過(guò)量攝入這類物質(zhì)很有可能會(huì)導(dǎo)致心血管疾病等健康問(wèn)題，因此受到一定的限制。相對(duì)而言，單不飽和脂肪酸特別是油酸，既有益于健康，又具備良好的熱穩(wěn)定性，逐漸成為更為理想的替代品。

借助現(xiàn)代生物化學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)基因工程技術(shù)可以培育富含油酸的作物，它可以打破傳統(tǒng)油脂的嚴(yán)重限制，為市場(chǎng)提供更多種類且更健康的食用油。其次，長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸如DHA（二十二碳六烯酸）與EPA（二十碳五烯酸），在人體中扮演著重要角色，可以保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，同時(shí)對(duì)視力以及心血管健康也有很好的促進(jìn)作用。為進(jìn)一步提高植物油脂的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，科研人員利用基因工程從酵母等生物中分離出與DHA、EPA及花生四烯酸等長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸合成密切相關(guān)的酶，并成功克隆這些酶的編碼基因。接著，借助基因轉(zhuǎn)移技術(shù)，將這些基因準(zhǔn)確地導(dǎo)入植物當(dāng)中，從而促進(jìn)植物在生長(zhǎng)過(guò)程中合成，同時(shí)積累更多的長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸，如DHA。這一技術(shù)的突破可以更好地豐富植物油脂的營(yíng)養(yǎng)成分，還為開(kāi)發(fā)功能性食品、提高公眾健康水平開(kāi)拓新的前景。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的食品行業(yè)長(zhǎng)期面臨著生產(chǎn)力水平較低、生產(chǎn)規(guī)模受限、產(chǎn)品科技附加值不足以及國(guó)家資金投入不夠等一系列問(wèn)題。為應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，食品行業(yè)亟需借助高新技術(shù)的推動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)自身的轉(zhuǎn)型與進(jìn)步，從而營(yíng)造更為有利的發(fā)展環(huán)境。通過(guò)科學(xué)運(yùn)用生物化學(xué)工程技術(shù)，并且結(jié)合高新科技對(duì)傳統(tǒng)食品加工方法、技術(shù)形式，不但可以明顯提高生產(chǎn)效率，還能激發(fā)行業(yè)的創(chuàng)新活力，促進(jìn)新產(chǎn)品、新工藝的應(yīng)用研發(fā)。

作者簡(jiǎn)介

李培培（1990.06-），女，碩士，中級(jí)工程師；研究方向：化工工藝、檢測(cè)技術(shù)在食品生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。