现代生物技术在食品和农业领域的应用.pdf

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1、食品工业Grain Distribution Technology现代生物技术在食品和农业领域的应用王亚平， 乔明晓（郑州职业技术学院， 河南 郑州摘450121）要：现代生物技术主要是基于基因修饰 （GM）的理论、利用重组 DNA技术，包括了发酵工程、遗传工程、细胞工程、酶工程、组织培养、生物反应器等处理生物性材料和物质的方法，目前已在农牧业、医药保健业等方面取得了巨大的成就，而且不断地、快速地向食品行业渗透和发展。本文论述了现代生物技术在食品和农业领域的应用现状。关键词：现代生物技术；食品；农业；应用Applicationof ModernBiotechnologyin FoodandAg

2、riculture（Zhengzhou Vocational and Technical College， Zhengzhou 450121，China）Abstract： Modern biotechnology is based upon the Gene Modification and DNA recombination， andculture，bioreactor，etc. It has not only got great achievements in agriculture，animal husbandry，andmedical care preparations，but al

3、so made rapid development in food. The application actualities of modernbiotechnology in food and agriculture were discussed in this paper.Key words：Modern Biotechnology，Food，Agriculture，Application中图分类号： Q812文献标识码： B文章编号： 10073582 （2010） 04003004程、环境保护和维持生态平衡等各方面，成为发展最快、最活跃的高技术领域之一。includesfermenta

4、tionengineering， geneticengineering， cellengineering， enzymeengineering， tissueWang Yaping，Qiao Mingxiao在过去20年间，现代生物技术已形成一个快速发展的产业。传统的生物技术，也可称为第一代生物技术，是基于醋酸、乙醇和乳酸发酵为基础，经过长期的发展而建立起来的。现代生物技术，或称为第二代生物技术，是在分子生物学基础上建立的创建新的生物类型或新生物机能的实用技术，主要是基于基因修饰（GM）的理论、利用重组DNA技术。一般来说，生物技术包括了发酵工程、遗传工程、细胞工程、酶工程、组织培养、生物反应

5、器等处理生物性材料和物质的方法。生物技术产业已在农牧业、医药保健业等方面取得了巨大的成就，而且不断地、快速地向食品行业渗透和发展。从20世纪70年代以来，由于 DNA重组和转基因等一系列基因工程技术的建立，生物技术产业的发展很快，目前已经为人类提供了大量产业化的商品、改进和提高农作物的质量和产量、用于食品加工过收稿日期： 2010-05-18作者简介： 王亚平 （1980-） ， 女， 硕士， 讲师； 专业方向为食品科学与生物技术的研究及教学。304/2010粮食流通技术1现代生物技术在食品行业的应用食品工业是生物技术应用的重要领域。现代生物技术在食品行业中的应用主要体现在4个方面。利用基因工

6、程、细胞工程技术对食品资源的改造和改良。利用发酵工程、酶工程技术将农副产品加工成食品，如酒类、有机酸、氨基酸以及发酵食品等。利用综合的生物技术，将这些产品进行二次开发生产出新的产品，如功能性食品、食品添加剂等。是利用生物技术对传统食品加工工艺进行技术更新和改造，降低能耗、提高效益、改善食品品质等。此外，在食品检测、食品包装等方面，生物技术也得到了广泛的应用。随着生物技术的发展，食品工业已发生了巨大的变化。随着转基因技术在食品领域的突破和应用，食品工业快速地发生了相应的变化，出现了转基因食品。所谓转基因食品是指利用分子生物学手段，将某些生物的基因转移到其他生物物种中，使其出现原物种不具有的性状或

7、产物。以转基因生物为原料加工生产的食品为转基因食品。通过这种技术，人类可以获得更符合人们需求的食品，它具有产量高、营养丰富、品质好、抗病力强等优势。根据原料来源可分为植物源、动物源和微生物源转基因食品。其中植物源食品发展速度最快。1.1植物源食品农产品食品工业的原料相当大的比例来自农产品，许多地区消费者10提高了农产品的质量和产量，使人们获得了巨大的多年来，在农作物培育过程中利用生物技术大大60的能量来源于植物源食品。近财富。如基因修饰技术已经提高了马铃薯碳水化合物的含量，改变了葡萄籽和花生的脂肪酸成分，降低了木薯中氰化葡萄糖苷含量等。近来又发现在VA前体物质。转基因农作物的发展速度是非常快的

8、。自1983年世界上第1例转基因植物获得成功后，1986年就有5例转基因植物获准进入田间试验。到 1998年仅美国就批准了 1 077例。2000年，全世界已有 45个国家25 000例转基因植物进行了田间试验。美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，其次是加拿大、阿根廷和中国。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、番茄、甜椒、番木瓜、西葫芦等。我国自 1996年11月正式公布实施 农业生物基因工程安全管理实施办法 以来，已批准 6件转基因植物商业化生产，其中5件是我国自己开发的。已商品化生产的有在常温条件下可贮存6 080天的耐贮存番茄、对鳞翅目害虫抗性高达80的抗虫棉

9、、作为观赏植物的牵牛花、抗黄瓜花叶病毒的甜椒和番茄。此外，我国还有水稻、小麦、玉米、大豆、番木瓜、烟草、杨树、马铃薯等10余种转基因植物已获准进入田间试验或中间试验，预计 5年内可商品化。目前，转基因技术已扩展到没有关系的生物体之间，如农作物和花卉等。转基因植物 （统称遗传修饰体， GMO） 还可以改进作物对于干燥的忍耐性、强化对氮的固定化和其他生物学特性，是目前农业生产中正在进一步研究和开发的领域。1.2微生物资源由于微生物菌体的蛋白质含量高，同时还含多种维生素，因此它是一种理想的蛋白质资源，也是解决全球蛋白质资源紧缺的重要途径之一。从20世Grain Distribution Techno

10、logy食品工业纪70年代起，世界各国除了利用淀粉和糖质原料生产单细胞蛋白（SCP）外，还研究利用石油或石油副产品生产SCP。前苏联利用发酵法大量生产酵母，最高产量曾达到60万 t年，成为世界上最大的单细胞蛋白生产大国。英国科学家通过能将甲醇作为碳源的基因工程菌生产SCP，但成本较高。目前世界上仍以农副产品和食品工业的废料生产 SCP为主。SCP近来有数家单位都在进行以乙醇为原料生产牛肉便宜。用于生产的研究。经试验，如以乙醇蛋白计，其价格比SCP的微生物以酵母和藻类为主，也有采用细菌、丝状菌和放线菌等。当前SCP的用途主要是作动物饲料，并且在价格上还不足以与鱼粉、豆粕相比，有待于生产工艺的改进

11、以降低成本。目前也有将 SCP作为食品如将单细胞蛋白掺入饼干、点心等食品中，以增加营养价值的试验，但仍处于研究开发阶段。因此对于 SCP的生产者来说，目前不会将 SCP作为食品供人类直接食用。但从长远的观点来看，随着人口的增加和地球资源的消耗， SCP的生产将为人类做出新贡献。1.3动物源食品转基因动物源食品目前尚未商业化，但是各国都在积极开展这方面的研究和试验。通过转基因技术可使动物获得某些重要的优良性状，如生长快、抗病率强、肉质好等优点。美国某研究所正利用能调节骨骼发育的基因开发新的商品化家畜品种。科学家也试图利用生物技术改变乳的成分，如生产酪蛋白含量高的奶，生产含改良蛋白 （酪蛋白和乳清

12、蛋白）的牛奶，减少乳中乳糖和 乳球蛋白的含量等。目前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。在不增加饲料的情况下，该生长激素可提高奶牛的平均产奶量 1520，提高奶羊的平均产奶量810。此外，生长激素可使禽畜每日增加重量15左右，而且瘦肉的比例增加。1.4食品加工食品工业用转基因微生物及其酶制剂也是各国科学家竞相研究的重要领域。在转基因技术中，主要是通过对微生物特殊代谢产物的编码基因的鉴定和转移，达到强化食品的营养，并获得特殊的功能特性。如在人类已知的 7 000多种酶类中，能在自然界中存在并已商业化生产的仅有 50多种。更多的酶制剂可通过利用 GM微生物

13、生产。目前已有多种酶制剂成功地利用基因工程菌进行了商业化生4 / 2010 粮食流通技术31“金色大米”中诱导合成出食品工业王亚平等： 现代生物技术在食品和农业领域的应用Grain Distribution Technology产。从小牛胃提取的用于奶酪生产的凝乳酶现在已利用基因工程生产。利用基因工程技术可使许多酶和蛋白质的基因克隆和表达，比较成功的有牛凝乳蛋白酶、 淀粉酶、乳糖酶、脂酶、 葡聚糖酶以及一些蛋白酶都得到了克隆和表达，其中淀粉酶、蛋白酶、葡糖异构酶等已大量生产。此外，欧洲某生物公司已用重组技术得到的工程菌生产只含单一成分的纤维素酶、木聚糖酶，并且已进入商业化生产，其应用效果大为提

14、高，生产成本相应降低。由于多种细菌和霉菌生产的耐高温淀粉酶制剂已广泛用于食品加工，因此，转基因生物正在大大改变酶制剂的利用价值。又如转谷氨酰氨酶是一种催化蛋白质中酰氨基转移反应的酶，使蛋白质之间产生共价交联，从而大大改善蛋白质的性质。在食品加工中，用于食品蛋白质的改性和食品质地的改良，增加弹性、韧性，易于产品成型、定型加工，提高食品的营养价值创造出新类型的食品。1.5食品添加剂利用微生物生产食品添加剂主要有维生素、抗氧化剂、防腐剂、增鲜剂、甜味剂和微生物色素等。目前维生素类 VC、VB2和VB12可用发酵法生产，而且 VC、VB2已能用基因工程菌生产。食用糖醇类甜味剂可用发酵法生产，如阿拉伯糖

15、醇、木糖醇、甘露糖醇和赤藓糖醇等。利用细胞融合技术和基因工程技术，选育出了生产用高产菌株，如谷氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等优良菌种，不仅产量高，而且发酵周期大大缩短。利用细胞工程技术和基因工程技术还可以生产具有特殊风味的香味剂和风味剂，如香草素、菠萝风味剂、可可香素。利用重组微生物可生产来自自然界、提取成本较高的色素，如辣椒素、类胡萝卜素、花色苷素、紫色素等。而且，这些色素色调和稳定性好，生产成本较低。已有报道，用转基因大肠杆菌生产玉米黄素的最高产量可达到289gg菌体。目前通过基因工程技术生产的高效乳链球菌素已经成功。正在进行研究和开发的有风味物质和芳香物质等，预计不久投入产业化的品种将

16、大量增加。1.6食品包装和食品检测方面的应用现代生物技术在食品包装上的应用主要是制造一种有利于食品保质的环境，如葡萄糖氧化酶能除 O2延长食品的保鲜期，保持食品色、香、味的稳定性，被应用于茶叶、冰淇淋、奶粉、罐头等产品的除氧包324/2010粮食流通技术装；溶菌酶能消除有害微生物的繁殖，而让某些有益菌得以繁殖，被广泛应用于清酒、乳制品、水产品、香肠、奶油、生面条等食品中以延长保鲜期。利用生物技术制造有特殊功能的包装材料如包装纸、包装膜中加入生物酶，使其具有抗氧化、杀菌、延长食品反应速度等功能。利用生物技术改变食物贮藏方式和贮藏期，如利用基因工程技术生产耐贮番茄等，延长货架期。利用生物技术还可生

17、产生物可降解的食品包装材料，建立食品的质量检测方法，处理食品工业废水等，如用固定化酶技术制备酶电极、酶试纸，可以快速简便地检测食品中的化学成分。利用基因工程的 DNA指纹技术可以鉴定食品原料和终端产品是否掺假，检测谷物、坚果、牛奶中是否含有微量毒素；利用 PCR（聚合酶链反应）技术可迅速检测是否为转基因食品，利用生物转化、厌氧发酵等方法处理食品工业废水，使COD排放。减少对新鲜水的消耗，不仅有利于降低成（生化需氧量和化学需氧量）大大降低，达标BOD、本，更重要的是可以保护生态环境。2生物技术在农业中的应用以生物技术为代表的高新农业的迅猛发展，正深刻地影响着生产、生活和社会发展等各个方面，并带来

18、了巨大的社会和经济效益 抗虫、抗病、抗除草剂等转基因作物不仅提高了单位产量，而且因减少农药的使用而节省了费用，保护了人类赖以生存的环境；土壤中缺乏必要的无机盐，而自身合成山梨醇能力强的转基因烟草对于硼缺乏就具有一定的抗性。可抵抗土壤营养缺失的转基因农作物将陆续进入商品化生产。运用生物技术对农作物品质进行改良，已生产出许多高品质的新品种，除延熟保鲜的果蔬外，还有有益于健康的植物油、增强营养价值的食品、富含抗癌蛋白质的大豆、高营养饲料等，可满足人民生活、生产日益增长的需求。生物农药因其不污染环境、对人和动植物安全、选择性强、不伤害害虫天敌、害虫难以产生抗药性，而受到世界各国的高度重视，被誉为“绿色

19、农药” ，是未来农药发展的方向。今后应进一步利用基因工程手段，充分挖掘利用我国丰富的生物资源优势，研制开发出安全、高效、广谱的新一代生物农药。从商业前景看，利用转基因植物生产稀有蛋白，利用含有抗体的植物生产口服疫苗、工业用食品工业Grain Distribution Technology酶、脂肪酸、药物等已成为人们关注的热点。如乙肝表面抗原已被导入烟草、番茄和马铃薯中；用转基因植物生产的一种叫做“盖氏13 单克隆抗体（mAb）”能够降低龋齿的发生率。用基因工程还可以从植物中提取生物塑料的底料，从而最终避免“白色污染” 。从全球范围来说，运用现代生物技术已经培育出转基因牛、羊、猪和鱼，利用冷冻胚

20、胎技术已产良种犊牛 10万多头。动物激素、各种诊断试剂以及畜用氨基酸等正在形成新兴产业。从技术力量和仪器设备等情况看，我国的农业生物技术已具备跟踪世界先进水平的实力，但基础研究和开发应用仍是 2个薄弱环节。在基础研究方面，仿效多、创新少；在开发应用方面，缺乏健全、有效的体制，影响了成果的转化。但总体来讲我国农业生物技术发展速度很快，因为有生物资源的优势。市场前景好，需求量大。一场以生物技术为先导的新的农业技术革命正在兴起，它将成为发展高产、优质、高效农业的助推器。品原料；利用转基因技术获得转基因细菌、霉菌、植物、动物和昆虫等；加速和控制新陈代谢过程；从实验室到工业生产的放大；终端产品的分离和纯

21、化；高效益的生产和过程控制等。生物技术在医疗卫生、农业、食品保健等重要领域对改善人类健康状况及生存环境、提高农牧业以及工业的产量与质量都正在发挥着越来越重要的作用。随着现代生物技术的进一步发展和应用，食品行业发生变革是必然的趋势。但是，为人类提供安全、富有营养、品质高、稳定性能好、价格合理以及方便食用等是必须考虑的众多因素，加强食品的安全监管，保障人体的健康，保护生态环境的任务任重而道远。参考文献： 1 王宏广.中国生物技术发展报告 N . 北京：中国农业出版社，2002. 2 孙立来.生物技术在现代食品工业中的应用展望 J . 现代商业，2008 （ 5 ） . 3 梁永海，李凤林，张丽丽

22、.浅谈生物技术在食品工业中的应用及其影响 J .食品工程， 2006 （ 1 ） . 4 刘志文，单连民，韩旭，等 . 现代生物技术在油菜遗传改良上的应用和进展 J .华中农业大学学报， 2007 （ 06 ） . 5 张胜菊.现代生物技术在蔬菜育种中的应用 J . 农技服务， 6 段涛，罗伟明 .生物技术在食品包装中的应用研究进展 J .江西食品工业， 2009 （ 2 ） .2009 （ 4 ） .3结束语生物技术创造了巨大的生物技术产业。生物技术应用的领域以生物制药为第一，约占生物产业产值的75，食品领域其次。目前，生物技术产业已生产多种产品，如：通过生物催化反应生产生物制（上接第29页

23、）体等。同时，企业可以有意识的引入风险管理的理念，模拟在发生一些特殊情况下库存的响应策略，例如配送通道或者车辆的短缺、客户需求的突然增加、中转仓库的中断性维护等。综上所述，利用仿真技术建立粮食物流的仿真模型可以使粮食物流的各个环节在仿真平台中可视化显示，并对仿真模型的输出数据进行分析，找出粮食物流过程中的瓶颈，辅助粮食现代物流的分析和决策，降低粮食物流过程中的成本，提高粮食物流各个环节的效率，为粮食物流企业的发展提供决策支持，为国家粮食宏观调控及区域应急提供技术图4加工厂粮食配送调度模型支持。参考文献：1仿真技术J.国防科技，2002年第3期。2 粮食现代物流发展规划 .国家发展和改革委员会，2007年8月。3国内外粮食现代物流的发展概况和趋势分析JOL.中华粮网。4 / 2010 粮食流通技术33未来一段时间内的需求为驱动，建立企业内部多级库存配送体系的仿真模型，设定每个中转库中的安全库存、补货模式、运输方式等管理信息，模拟各库存及时满足市场需求的反应能力，找到改善的环节，例如在满足客户需求的前提下降低安全库存的水平；调整库存配送节奏；调整库存服务的客户群