生物技术在食品工业中的应用

生物技术在食品工业中的应用矿业学院安全工程131吴广奕13080100092014年11月23日[摘要]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，满足不同消费需求，开发新型功能性食品具有重要的贡献。现以基因工程为主要内容，分析生物技术在食品工业中的应用。[关键词]生物技术基因工程食品工业应用生物技术是对生命有机体进行加工改造和利用的技术，它是21世纪高新技术的核心之一。目前，生物技术已被应用于工农业、食品加工、医疗保健等众多领域中。而食品生物技术是生物技术的重要分支学科，主要指生物技术在食品工业中的应用，其作用主要体现在四个方面，一是利用基因工程、细胞工程技术对食品资源的改造和改良；二是利用发酵工程、酶工程技术将农副原材料加工制成商品，如调味品、酒类、酸奶等发酵制品；三是利用这些生物技术产品进行二次开发，形成新的产品，如高果糖浆，食用添加剂等；四是利用酶工艺、发酵技术、生物反应器等对传统食品加工工艺进行改造，降低能耗、提高产率、改善食品品质等。另外，在食品生产相关领域如食品包装、食品检测等方面，食品生物技术也得到越来越广泛的应用。所以生物技术在食品领域的应用有着广阔的市场和发展前景。生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程5个方面。该技术是应用生物体（微生物、动物细胞、植物细胞）或其组成部分（细胞器、酶）在最适宜条件下，生产有价值的产物或进行有益过程的技术。生物技术的大体过程如下：基因工程微生物蛋白质或酶动植物个体或细胞发酵工程蛋白质或酶工程优良品系细胞工程工程菌特定产品1.基因工程基因工程是以分子遗传学为基础，以DNA重组技术（克隆技术）为手段，用人工的方法把不同生物的遗传物质（基因）分离出来，在体外进行剪切、组合、拼装，形成基因重组体，然后把重组体引入宿主细胞内或个体中以得到高效表达，最终获得人们所需要的基因产物，实现动物、植物、微生物等物种之间的基因转移，或DNA重组，达到食品原料或微生物的改良。1.1.优化食品生物资源及食品品质基因工程应用于植物食品原料的生产上，可进行品种改良、新品种开发与原料增产，如选育抗病植物、耐除草剂植物、抗虫性或抗病毒植物、耐盐或耐旱植物等，使食品原料的供应更加多样。1.2.改良食品工业菌种食品工业如酒类、酱油、食醋、发酵乳制品等的发展，关键在于是否有优良的微生物菌种，将基因工程应用于微生物育种，从事发酵菌种的改良研究，已经成为改良食品工业菌种的一个重要途径。例如，利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株，用以改进传统的酿酒工艺，在啤酒酵母的改良中，将α-乙酰乳酸脱羧酶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；选育出分解β-葡萄糖和糊精的啤酒酵母，能够明显提高麦芽汁的分解率并改善啤酒质量；构建具有优良嗜杀其他茵类活性的嗜杀啤酒酵母已成为纯种发酵的重要措施。2.蛋白质工程蛋白质工程是利用X-射线衍射和电子计算机图像显示计算，确定天然蛋白质的三维构想和活性部位，分析设计需要改造的氨基酸残基，然后采用基因定位突变的方法，修饰或人工合成基因，按照设计改造天然蛋白质或酶，提高其应用价值。蛋白质工程可以按照人类的需求创造出原来不曾有过、具有不同功能的蛋白质及其新产品，或生产具有特定氨基酸顺序、高级结构、理化性质和生理功能的新型蛋白质，可以定向改造酶的性能，生产新型功能性食品。2.1改善凝乳酶性质这项工程可以潜在地增强和优化凝乳酶的各项酶学性质，为凝乳酶资源的开发和在食品加工中的合理利用带来了光明的前景。2.2研究和优化纤维素酶的性质纤维素酶是糖苷水解酶的一种，它可以将纤维素水解成单糖，进而发酵成乙醇，从而解决农业、再生能源以及环境污染等问题。为了更好地利用纤维素，愈来愈多的国内外学者开始关注纤维素酶的研究。3.细胞工程细胞工程是在细胞水平上改造生物遗传特性和生产性能，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的技术，包括细胞融合、细胞培养及细胞核移植等。利用细胞杂交、细胞培养等技术可获得遗传性状有所改良的新菌株或动植物细胞、生产食品添加剂与酶制剂等。3.1.细胞工程育种在细胞水平上的原生质体制备与融合有利于实现远缘遗传物质的直接交换，促进遗传资源的创新。大多数难以栽培的食用菌都与植物有共生或寄生关系，人工栽培出菇问题一直无法解决，原生质体融合技术则可以去除细胞壁的屏障，实现远缘杂交，为难以人工栽培的食用菌育种提供了新方法。3.2.细胞培养利用细胞工程技术生产生物来源的天然食品或天然食品添加剂，是细胞工程的一个重要领域，应用范围包括生产天然药物和酶制剂。典型的应用是用于味精生产的优良谷氨酸生产菌的育种，继而出现的必需氨基酸生产菌株的育种都应用到细胞融合技术。4.酶工程酶工程是指利用酶、细胞或细胞器等具有的特异催化功能，借助生物反应装置和通过一定的工艺手段生产出人类所需要产品。酶工程在食品工程中的应用技术已经比较成熟，包括各种酶的开发和生产、酶的分离和纯化、酶或细胞的固定化技术、固定化酶反应器的研制以及酶的应用等。4.1.开发新型食品添加剂近年来在发达国家，酶工程加快了新酶源的开发，使功能性食品添加剂，如营养强化剂、低热量的甜味剂、食用纤维和脂肪替代品等得到迅速发展。4.2.在食品保鲜中的应用酶制剂保鲜技术是利用酶的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，从而保持食品原有的优良品质与特性的技术。4.3.食品分析和检测中的应用由于酶具有特异性，因此，也适合于动植物化学组分的定性和定量分析。此外，在食品中加入一种或几种酶，根据它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。5.发酵工程发酵工程是指采用工程技术手段，利用微生物和有活性离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或者直接用微生物参与控制某些生产的一种技术。现代发酵工程包括微生物资源的开发利用、微生物菌种的选育固定化细胞技术、生物反应器设计、发酵条件的利用及自动化控制、发酵产品的分离与提纯等技术。发酵工程技术涉及到新食品配料、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。5.1.改造传统食品加工工艺目前，利用微生物发酵生产的食品添加剂主要有Vc、VB12、VB2、甜味剂、增香剂和色素等。发酵工程生产的天然色素、天然新型香味剂正在逐步取代人工合成的色素和香精。5.2.开发大型真菌6.生物技术在食品生产相关领域的应用1.在食品包装贮藏中的应用：用生物技术能开发出新型的保鲜和包装材料，替代传统的防腐剂和包装材料。2.生物技术在食品检测中的应用：现代生物技术使食品检测实现了快速、准确、成本低的愿望。在食品卫生检验中应用的几种典型的生物技术主要包括基因探针技术、PCR技术、生物传感器技术和免疫法。3.应用生物技术解决食品工业生产中的环保问题：在控制水污染、治理大气污染、有毒有害物质的降解、可再生资源的开发、环境监测、环境友好材料的合成、污染环境的修复以及清洁生产等与食品工业可持续发展密切相关的各个方面生物技术均发挥着极其重要的作用。4.利用生物技术手段生产保健食品功能成分。如L-肉碱、活性多肽、抗体等。为保健食品工业发展提供充足的原材料。5.按照需要的目的构建工程菌。7.展望生物技术是一门新兴的高新技术。对解决人类面临的食物、资源、健康、环境等重大问题发挥着越来越重要的作用。随着研究的不断深入，生物技术正在深刻地改变着经济、生活以及应用科学的发展进程。各国也将此作为重点发展的领域。相信不久的将来。生物技术必能克服种种技术困难和经济因素，为食品工业的上、中、下游，即食品资源改造、食品生产工艺改良及加工品的包装、贮运、检测等方面的发展开拓更为广阔的前景。参考文献[1]王会,刘桂芹等.食品生物技术应用研究进展[J].湖北农业科学,2010，2:473-475.[2]梁永海，李凤林，张丽丽.浅谈生物技术在食品工业中的应用及其影响[J].食品工程，2006，3:17-18.[3]郝莉花.生物技术在食品工业中的应用[J].食品工程，2008,6:15-17.[4]陈永胜，刘长江.现代生物技术在食品加工领域的应用[J].内蒙古民族大学学报，2003,5:417-419.[5]王仲礼.生物技术在食品工业中的应用及安全性[J].粮油食品科技了，2004,2:43-44.[6]宋贤良，朱利.国内外食品生物技术研究进展[J].粮食与油脂，2002,3:32-34.[7]冯婷.生物技术在食品工业中的应用[J].生物技术通报，2004,3:36-39.[8]姜媛媛，王景会等.生物技术在食品工业中的应用[J].农产品科技，2007,1:59-60,62.[9]赵艳平，李建喜等.现代生物技术在食品工业中的应用[J].食品工程，2008,9:15-16,25.[10]胡耀辉.生物技术与食品工业的发展[J].农产品科技，2007,1:6-9.[11]华宝珍，马成杰，罗玲泉.现代生物技术在食品工业中的应用研究进展[J].江西农业学报，2009,21:134-136.[12]史先振.现代发酵工程技术在食品领域的应用研究进展[J].中国酿造，2005,12:1-4.[13]李炜玮，陆启玉.酶工程在食品领域的应用研究进展[J].粮油食品科技，2008,16:34-36.[14]范伟平，吴月等.酶工程技术在食品添加剂生产中的应用[J].食品工业科技，1997,6:81-84.[15]王建华，赵学慧.曲霉种间原生质体融合改良产淀粉酶能力的研究[J].华中农业大学学报，2007,26:642-645.[16]张晓勇，陈秀霞，高向阳．纤维素酶的蛋白质工程[J].纤维素科学与技术，2006,14:55-59.[17]杨宝进，罗军．凝乳酶蛋白质工程的研究[J].中国乳品工业，2005,33:36-43.[18]黄勇，张德纯．锰超氧化物歧化酶基因的克隆和在保加利亚乳杆菌中的表达[J].食品科学，2005,26:92-95.[19]孙建全，张倩，马建军等．基因工程技术在食品工业中的应用[J].山东农业科学，2008,2:106-108.谢谢观赏希望与大家多多交流