生物技术在食品中的应用.doc

生物技术在食品中的应用近年来，随着现代生物技术突飞猛进的发展，生物技术在食品工业中的应用日益广泛和深入，它的发展，对于解决食物短缺，缓解人口增长带来的压力，丰富食品种类，满足不同消费要求，开发新型功能性食品具有重要的贡献。生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。传统生物技术包括酿造、酶的使用、抗菌素发酵、味精和氨基酸工业等，被广泛应用于生产多种食品如面包、奶酪、啤酒、葡萄酒以及酱油、米酒和发酵乳制品。它和新的生物技术之间既有联系，又有质的区别。现代生物技术是20世纪70年代初在分子生物学、生物化学、生化工程、微生物学、细胞生物学和电子计算机技术基础上形成的综合性技术。 食品工业是生物技术应用的重要领域。生物技术在食品工业中的应用首先是基因工程的应用，即以DNA重组技术或克隆技术为手段，实现动植物、微生物等的基因转移或DNA重组，以改良食品原料或食品微生物。如利用基因工程技术改良食品加工的原料、改良微生物菌种的性能、生产酶制剂、生产保健食品的有效成分等；其次是细胞工程的应用，即以细胞生物学的方法，按照人们预定的设计，有计划地改造遗传物质和细胞培养技术，包括细胞融合技术及动植物大量控制性培养技术，以生产各种保健食品的有效成分、新型食品和食品添加剂；再次是酶工程的应用，酶是活细胞产生的具有高度催化活性和高度专一性的生物催化剂，可应用于食品生产过程中物质的转化。如纤维素酶在果汁生产、蔬菜汁生产、速溶茶生产、酱油酿造、制酒等食品工业中应用广泛；最后是发酵工程的应用，即采用现代发酵设备，使经优选的细胞或经现代技术改造的菌株进行放大培养和控制性发酵，获得工业化生产预定的食品或食品的功能成分。 一、现代生物技术在食品工业中的应用现状1 基因工程的应用1.1 改良食品加工的原料应用基因工程技术，可以将任何生物的形状转移到植物、动物和微生物中，这项技术现已用于改造或转化当今用作食品的植物、动物和微生物。1.1.1 抗病、抗逆、抗虫、抗旱、抗除草剂系农作物食品工业的原料相当大的比例来自农作物。目前涉及食品原料的转基因农产品有大豆、玉米、油菜、马铃薯、甜椒、番木瓜、西葫芦等。我国研究和培育转基因水稻、大豆、西红柿和甜椒已获得成功。至今为止，获我国农业部批准投入商业化生产的转基因食品有一种耐储西红柿、一种抗黄瓜花叶病的西红柿和一种甜椒共三种产品。1.1.2 速生高产生物应用基因工程技术生产某些畜用激素已投入批量生产，如增加产奶的重组激素Rbts，在不增加饲料消耗的情况下，生长激素可提高奶牛产奶量15%-20%，并使猪日增重15%左右，且瘦肉比例也增大。通过转基因手段可使动物获得优良性状。目前，生长速度快、抗病力强、肉质好的转基因兔、猪等陆续问世。1.1.3 具有特殊性能的基因工程一项通过鸡蛋蛋清表达外源基因的技术，由复旦大学开发成功，培育出了低胆固醇鸡蛋蛋鸡，抗多种流行性新禽病等的新鸡品系。另据报道，经过十多年的研究探索，中国农业大学的科研人员，利用转基因手段，培育出SOD新品西红柿。最近德国某大学的研究人员成功培植出一种转基因胡萝卜，可释放出大量的乙肝疫苗成分，该方法比培养肝炎疫苗更加简单，且成本低廉。1.2 转基因技术和生物反应器我国独立人工合成构建的苏云金芽孢杆菌（ICPS）晶体蛋白（BT）基因，已成功地转入我国棉花主栽品种中，获得了抗虫能力在80%以上的转基因棉花品系13个。利用细胞工程和转基因技术培育抗白粉病、赤霉病、黄矮病小麦研究，已成功地将基因导入普通小麦，而转抗肽基因的抗青枯病。马铃薯已筛选到抗性提高1-3级的株系系3个。这些转基因植物大量的培育和推广，使农业生产提高了生产率。据报道，日本培育出一种籽粒富含铁蛋白的转基因水稻，这种水稻可为成年人提供每日13-15mg需铁量的30%-50%。近几年来，转基因动物也开始源源不断地出现，人们将所需的基因直接导入哺乳动物如鼠、兔、羊、猪的体内，使这种目的基因在哺乳动物的乳腺内表达，从而可以从这些转基因动物的乳汁中获取目的基因产物，此项技术已开始应用于生物医药产业的开发。这种利用转基因动物-乳腺生物反应器生产药物蛋白，不仅产量高，易提纯，表达产物经过充分修饰和加工，具有稳定的生物活性，而且投资成本低，药物开发周期短，经济效益高。1.3 改良微生物的苗种性能生物技术已用于啤酒酵母的改造，如将-乙酰 乳酸脱羧酚基因克隆到啤酒酵母中进行表达，可降低啤酒双乙酰含量而改善啤酒风味，日本生物技术专家还将霉菌的淀粉酶基因转入酵母中使其能直接利用淀粉生产酒精，省掉了高温蒸煮工序，可节约60%的能源，生产周期大为缩短。1.4 应用于食品酶制剂的生产酶制剂是从动、植物和微生物中提取制备的具有酶特性的高效生物活性物质，通常与少量载体混合而制成粉剂。从微生物细胞制备酶的流程一般包括破碎细胞、溶剂抽提、离心、过滤、浓缩、干燥几个步骤，某些酶则需纯度要求很高的酶剂须经几种方法乃至多次反复处理、利用基因工程技术不但可以成倍的提高酶的活力，而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中，构建生物工程菌来生产酶。2 细胞工程的应用细胞工程就是在细胞水平研究开发利用各类生物细胞的工程技术。主要由细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的产业。2.1 植物细胞培养技术在人工控制条件下，以植物细胞培养的方法生产有用的植物次生代物。它不依赖气候和土壤条件，节省了土地，无微生物和虫害的侵袭。该技术运用于农作物的改良，使他们具有抗病、抗虫特性，使大多数植物的繁殖率大幅度增高，如：我国科学家利用胡萝卜细胞生产胡萝卜素已获得成功，繁殖速度快，周期短，并可实现工业化生产有着广阔应用前景。2.2 动物细胞培养技术在动物细胞培养技术运用中，现已成功地培育出"四倍体复合银鲫鱼"、"人工复合三体鲤鱼"大面体饲养试验显示出明显快速生长特性。如雌核发育的银鲫复合杂种鱼，生长速度比异育银鲫快30%-50%，人工复合三体鲤鱼生长速度比普通鲤鱼快65%。3 发酵工程的应用发酵工程是将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机的结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。发酵工程技术是最早应用于食品领域的生物技术。采用现 代发酵设备使经优选的细胞或经现代技术改造的菌株进行放大培养和控制性发酵，获得工业化生产预定的食品或食品功能成分。3.1 改变传统的食品加工工艺 从植物中萃取食品添加剂、成本高，且来源有限；化学合成法生产食品添加剂随成本低，但化学合成率低，周期长，且常可能危害人体健康。因此，生物技术，尤其是发酵工程技术已成为食品添加剂生产的首选方法。目前，利用微生物发酵生产的食品添加剂主要维生素（VC，VB12，VB2）甜味剂、增香剂和色素等现代发酵产品。3.2 以现代发酵工程改造传统发酵产品多年来人们一直用酵母发酵生产酒精。近年来广泛研究了细菌发酵生产酒精以期得到耐高温、耐酒精的新菌种。例如，日本从土壤中分离得到一株酒精生产菌（TB-22），它能利用稻草，废木材和纤维素生产酒精。味精生产线广泛采用双酶法糖化发酵工艺取代传统的酸法水解工艺可提高原料利用率10%左右。在鲜牛奶生产酸性饮料工艺中，运用加入添加剂和。高压均质乳化的方法解决了酪蛋白 在酸性条件下产生沉淀分离的技术问题，为牛乳深加工创出一条新路，以上等等方面，无不为我们展示了发酵技术在食品科学中的诱人前景。4 酶工程应用酶工程也是食品科学中运用最为广泛的一项生物技术之一。目前已有几十种酶成功地运用于食品加工，涉及到淀粉的深度加工，果汁、肉蛋制品，乳制品等加工制造，在改进食品技术，提高食品质量，改善食品风味等方面发挥了重要作用，运用广泛。4.1 食品生产加工在食品生产工艺中，往往会碰到饮料、酒等浑浊的问题，从而影响其质量，解决此问题最常用的方法就是添加些适当的酶。果汁澄清时，添加果胶酶可降低果汁粘度，并使浑浊液澄清。在葡萄酒酿造中，加入果胶酶不仅可以加快葡萄汁和酒汁的澄清，提高酒液过滤效率，而且它还可以水解葡萄汁中的单萜糖体，得到易挥发的单萜风味物质，增加了葡萄酒的芳香风味。4.2 食品保鲜生物酶用于食品保鲜主要就是制造一种有利食品保质的环境，它主要根据不同食品的所含的酶和种类，而选用不同的生物酶，是食品所含的不利食品保质的酶受到抑制或降低其反应速度，从而达到保鲜目的。4.3 食品的分析与检测由于酶具有特异性，因此它适合于植物和动物材料的化合物的定性和定量分析.例如:采用乙醇脱氢酶测定食品中的以醇含量，采用柠檬酸裂解酶测定柠檬酸的含量等.另外，在食品中加入一种或几种酶，根据他们作用于食品中某些组分的结果，可以评价食品的质量，这是一种十分简便的方法。二、现代生物技术在食品工业中的应用前景现代生物技术在食品工业中的应用越来越广泛，它不仅用来制造某些特殊风味品，还用于改进食品加工工艺和提供新的食品资源，食品生物技术已成为食品工业的支柱，是未来发展最快的食品工业技术之一，具有广阔的前景和美好的未来。1 大力开发食品添加剂新品种根据国际上对食品添加剂的要求，一是用生物法代替化学法合成的食品添加剂，迫切需要开发的有保鲜剂、香精香料、防腐剂、天然色素；二是大力开发功能性食品添加剂，如具有免疫调节，延缓衰老，抗疲劳，耐缺氧，抗辐射，调节血脂，调节肠胃功能性组分。2 发展微生物的保健食品利用微生物生产食品具有独特的特点，繁殖过程快，在一定条件下可大规模生产，要求营养物质简单。如酱油、食醋、酒与双歧杆菌料、酵母片剂、发酵乳制品等微生物医疗保健品一样，有着巨大的发展潜力.食用菌不仅营养丰富，还含有许多保健品功能成分，应大力发展食用菌保健食品。3 新生物资源的开发及利用新生物资源包括一些未开发的植物、动物及微生物等，对中国而言，传统中药材是一个宝库，很多中药本身就是食品，这方面日本已十分先进，尤其是确定重要的品种规范，种植规范，成份的稳定性以及动物临床试验的验证，以制造出能够被世界广泛接受的功能食品.另外，海洋生物尤其是海洋藻类也是一个十分重要的生物资源。研究表明，大部分微藻含有生物活性物质，并且可安全食用。中国可使用的生物资源十分丰富，其中很多品种尚未开发，而其中一部分还具有十分优良的遗传特性.如果采用现代生物技术，相信中国食品工业尤其是功能食品工业会有长足的发展，并在世界食品工业占据重要地位。参考文献：李杰等.食品生物技术理论与实践.北京：科学出版社，2009廖威等.食品生物技术概论.北京：化学工业出版社，2008刘冬.食品生物技术.北京：中国轻工业出版社，2003参考网址：