2022年现代生物技术在食品领域中的应用 .pdf

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1、现代生物技术在食品领域中的应用 摘要：现代生物学与分子生物学的发展，对基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等现在生物技术工程产生重要影响，其在食品发酵生产中的应用越来越广。本文阐述了基因工程、细胞工程、酶工程等现代生物技术在食品发酵业的应用。关键词：生物技术，基因工程，细胞工程，酶工程现代生物技术的迅猛发展，成就非凡，推动着科学的进步，促进着经济的发展，改变着人来的生活与思维，影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛的应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域、生物技术是 21 世纪高新技术革命的核心内容。具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测，到 2010-20

2、20 年生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础，利用生物机体，生物系统创造新物种，并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中，生物技术工业产品占相当大的比重。近年，酒类个新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景。本文主要说明现代生物技术在食品发酵生产中的应用。1 基因工程技术在食品发酵生产中的应用基因工程技术是现代生物技术的核心内容，采用类似工程设计的方法，按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的

3、基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接，再将人工重组的基因通过载体导入细胞，进行无性繁殖，并使目的基因在受体细胞中高速表达，产生人类所需要的产品或组建成新的生物类型。发酵工业的关键是优良菌株的获取，除选用常用诱变杂交，和原生质体融合等传统方法外，还可与基因工程结合，进行改造生产菌种。1.1 改良面包酵母菌的性能面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。将优良酶基因转入面包酵母菌中后，其含有的麦芽糖透性酶级麦芽糖的含量以普通面包酵母显著提高，面包加工中产生二氧化碳气体量提高，应用改造后的酵母菌种的产出膨润松软的的面包。1.2 改良酵酒酵母的性能利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株，用以改进传统

4、的酿酒工艺，并使之各样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后，即可直接利用淀粉发酵，是生产流程缩短，工序简化，革新啤酒生产工艺。目前，已成功的选育出分解-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌种，嗜杂啤酒酵母菌种，提高生者物质含量的啤酒酵母菌种。1.3 改良乳酸菌发酵剂的性能乳酸菌是一类能代谢产生乳酸，降低发酵中PH值的一类微生物。乳酸菌基名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 4 页 -因表达系统分为组成型表达和受控型表达两种类型，其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin 诱导系统、PH诱导系统和噬体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言，德化乳杆菌的基因

5、研究比较缺乏，但是已经发现质粒 PN42和 PL42和 PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳杆菌基因突变有2 种方法：第一种方法涉及(同源或异源)可独立复制的转座子；第二种方法是依赖于克隆的基因组 DNA片段和染色体上的目标部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能，产双乙酰能力，胞外多糖的稳定形成能力，抗杀菌和病原菌的能力较强。2 细胞工程在食品发酵生产中的应用细胞工程是生物工程主要组成之一，出现于 20 世纪 70 年代末至 80 年代初，是在细胞水平上改变细胞的遗传学特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养，

6、细胞融合及细胞代谢物等的生产。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下，使两个或两个以上的异源(种属间)细胞或原生质体相互接触，从而发生膜融合，胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。细胞融合技术是一种改变微生物发酵菌种的有效方法，只要勇于改良微生物菌种特性，提高目的产物的产量，使菌种获得新的性状，合成新产物等。与基因工程技术结合，使对遗传物质进一步修饰提供了各样的可能性。例如，日本味之素公司应用细胞融合技术是氨基酸的短杆菌杂交，获得优质产量高 3 倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交，分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优

7、良的高性能谢利酵母来酿制西班牙杂谢利白葡萄酒获得了成功。目前，微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等不断培育出用于各种领域的新菌种。3 酶工程技术在食品发酵生产中的应用酶是一种具有生物催化特性的蛋白质，是一类生物催化剂，且具有高度专一性和极高的催化效率。一切生物的新陈代谢都是在各种各样酶的作用下进行的。任何生物都能产生各种酶并保存这些酶。从生物中提出的具有酶的特性的制品称为酶制剂，专用于食品加工的酶制剂称为食品酶制剂。世界酶制剂工业从19 世纪末诞生，现已被广泛应用于工业、农业和医疗实践中。由于酶反应温和，专一性强，催化效率高，反应容易控制，而被广泛应用于食品工业的各个领域。自

8、古以来酶和食品就有了天然的联系，人们生产各种各样的食品时，有意无意的就利用了酶。几千年来，人们就在不知不觉中将酶技术应用于制作发酵饮料等的生产中。近年来，随着发酵技术的不断提高，酶制剂已广泛应用于生物体中提取，用于加速食品加工工程和提高食品产品品质的制剂。酶作为一种食品添加剂，与传统的化学法，酸法，碱法加工食品相比，酶技术有显著的优越性。首先，它不会有任何有害物质的残留。其次，酶的催化反应具有高度专一性和高效性，酶制剂用量小，它可以改进食品的加工条件，降低成本；再次，酶反应条件温和，营养成分损失少，可以改善食品风味，颜色，易操作，能耗低。因此，酶工业技术广泛应用于食品行业各个领域。如粮油动物加

9、工工业，果蔬食品加工工业，动物性食品工业，发酵工业，食品分析等。酶是活细胞产生的现有高效催化功能，高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分，酶工程又称酶反应技名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 4 页 -术，是在一定的生物反应器内，利用生物酶作为催化剂，使某些物质定向转化的工艺技术，包括酶的研制与生产，酶和细胞或细胞器的固定化技术，酶分子的修饰改装，以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要应用于两个方面，一是用酶技术处理发酵原料，有利于发酵过程的进行。如啤酒酿造过程主要原料麦芽的质量欠佳或大麦，大米等的辅助原料使用量较大时

10、，会造成淀粉酶、葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足，使糖化不充分，蛋白质降解不足，从而减慢发酵速度，影响啤酒的风味和收率。食用微生物淀粉酶、蛋白酶、葡聚糖酶等制剂，可补充麦芽中酶活力不足的缺陷，提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组合，缩短糖化时间，减少麦皮中色素，单宁等不良杂质在糖化过程中浸出，从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物，缩短发酵过程，促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素，是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阀值时，就会产生一种不愉快的馊酵味，双乙酰是由酵母来繁殖时生成的-乙酰乳酸和-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的，一般在啤酒发酵后期还原双乙酰需要

11、约5-10d 的时间。发酵罐中加入-乙酰乳酸脱羧酶能催化-酰乳酸直接形成羧基丁酮，可缩短发酵周期，减少双乙酰含量。4 发酵工程在食品工业中的应用发酵工程又称微生物工程，是指传统的发酵技术与DNA 重组，细胞融合，分子修饰和改造等技术结合并发展起来的现代发酵技术。现代发酵工程包括微生物资源开发利用，微生物菌种选育、培养、固定化细胞数等。发酵工程是古老而大有潜力的工业技术，生物技术中的基因工程、酶工程、单克隆抗体、生物*的研究转化等研究成果，使微生物发酵制品的品种不断增加。自 20 世纪 70 年代以来，随着基因工程为核心内容，包括细胞工程，酶工程和发酵工程的现代生物技术广泛应用于食品生产与开发。

12、发酵工程是生物工程技术的重要组成部分，是生物技术产业的重要环节，是一种利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的技术。包括培育优良菌种，发酵生产某些代谢产物，生产微生物菌体，改造天然物质等。目前，现代发酵工程技术作为一种新兴的工业体系发展起来，已深入到生产的各个行业，工业、农业、矿业、化工、医药、食品等。现代发酵工程队食品工业的影响主要表现在利用现代发酵工程对食品工业的传统发酵食品加以改造，以及加速开发高附加值的现代发酵产品，涉及到新食品配料、食品加工催化剂、饮料稳定剂、D-氨基酸及其衍生物制造等诸多食品工业领域。五.小结在食品生产中，应用生物技术可以提高发酵剂的性能，缩短生产周期，丰富发

13、酵制品种类。不仅提高了产品档次和附加值，生产出符合不同消费者需要的保健制品，而且有利于加速食品工业的发展。随着生物技术的日益发展，会开发出更多物美价廉的食品，使生物加工技术在食品工业中得到更加广泛的应用。生物技术正在改变着我们的生活，促进着社会经济和科学发展的进程，随着生命科学和生物技术的不断发展，基因组学，蛋白质组学，生物芯片，生物信息等重大技术相继出现，这大大扩展了生物技术的涵盖范围，现代生物技术被公认为最有发展远景的前沿科学。现代生物技术及其产业的兴起和发展，成为解决人类社会面临的人口、健康、食品和环境等重大挑战的最大最有力的手段。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 4 页 -参考文献 1赵志华,岳田利等.现代生物技术在乳品工业中应用研究J.生物技术通报.2006,04:78-80 2王春荣，王兴国等.现代生物技术与食品工业J.山东食品科技，2004,07:31 3徐成勇,郭本恒等.酸奶发酵剂和乳酸菌生物技术育种J.中国生物工程杂志.2004,(7):27 4杨玉琢，刘玉静.基因工程对乳酸菌发酵剂的改良应用J.中国乳品工业,2005,07:33-35 5邵晨，黄小凤.现代酶工程及其在食品加工中的应用J.江苏食品与发酵.2005,03:32-33 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 4 页 -