生物技术在食品工业中的应用

生物技术在食品工业中的运用

段素娟陈东超李素芳尹小莹邹平张佳慧主要内容

生物技术在食品工业中的运用概略生物技术手段生物技术运用领域四未来运用前景2一生物技术在食品工业中的运用概略

生物技术是对生命有机体进展加工改造和利用的技术，它是21世纪高新技术的中心之一。目前，生物技术已被运用于工农业、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运用。生物技术在食品工业中又有哪些运用？生物技术在食品工业中运用主要表达在四个方面：

1.是利用基因工程、细胞工程技术对食品资源的改造和改良；2.是利用发酵工程、酶工程技术将农副原资料加工制成商品，如调味品、酒类、酸奶等发酵制品；3.是利用这些生物技术产品进展二次开发，构成新的产品，如高果糖浆，食用添加剂等；4.是利用酶工艺、发酵技术、生物反响器等对传统食品加工工艺进展改造，降低能耗、提高产率、改善食品质量等。另外，在食品消费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运用。所以生物技术在食品领域的运用有着宽广的市场和开展前景。二生物技术手段

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。该技术是运用生物体〔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，消费有价值的产物或进展有益过程的技术。技术道路如下基因工程微生物蛋白质或酶动植物个体或细胞工程菌发酵工程蛋白质或酶工程特定产品细胞工程优良品系〔一〕基因工程基因工程是以分子遗传学为根底，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〕分别出来，在体外进展剪切、组合、拼装，构成基因重组体，然后把重组体引入宿主细胞内或个体中以得到高效表达，最终获得人们所需求的基因产物，实现动物、植物、微生物等物种之间的基因转移，或DNA重组，到达食品原料或微生物的改良。主要运用:1.优化食品生物资源及食品质量2.改良食品工业菌种1优化食品生物资源及食品质量

基因工程运用a.植物食品原料的消费，可进展种类改良、新种类开发与原料增产，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优化食品生物资源及食品质量

b.改善食品质量，可以经过基因工程改动酶的性质，消费食品构造改良剂；c.氨基酸的消费，进展氨基酸的工业化消费；d.天然食品防腐剂的大量消费，主要包括杀菌肽、防御素等；e.食品工业中新型蛋白质、单细胞蛋白、维生素酶制剂、微生物多糖、淀粉糖的消费。2改良食品工业菌种

a.基因工程运用于微生物育种：食品工业如酒类、酱油、食醋、发酵乳制品等的开展，关键在于能否有优良的微生物菌种，将基因工程运用于微生物育种，从事发酵菌种的改良研讨，曾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良传统的酿酒工艺，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展表达，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，可以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。b.基因工程技术还可以与食品卫生分析检测结合。例如，采用基因探针技术检测有害微生物具有特异性强、灵敏度高和操作简便、省时等优点，经过调查待测样品与标志性DNA探针能否构成杂交分子，即可判别样品中能否含有此种微生物，并且还可以经过测定放射性强度以调查样品中微生物数量。〔二〕蛋白质工程

1提高其运用价值蛋白质工程是利用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想象和活性部位，分析设计需求改造的氨基酸残基，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，提高其运用价值。2消费新型功能性食品蛋白质工程可以按照人类的需求发明出原来不曾有过、具有不同功能的蛋白质及其新产品，或消费具有特定氨基酸顺序、高级构造、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，消费新型功能性食品。1改善凝乳酶性质

在干酪加工中，凝乳酶作为重要的凝结剂而被广泛运用。市场消费凝乳酶的缺陷：酶类在特异性、凝结活性、蛋白分解活性、最适pH值、热稳定性等性质上与天然凝乳酶有一定的差别，因此在食品加工中易引起产量降低和成熟中出现不良风味。在凝乳酶蛋白质工程技术的研讨优点，目前曾经在解释酶的某些构造与功能性质、基团与功能性质、酶的翻译和激活等方面获得了一定进展，在改动酶的某些性质方面获得了一定效果。这项工程可以潜在地加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研讨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，从而处理农业、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场关注纤维素酶的研讨。蛋白质工程作为一种工具用来研讨纤维素酶的催化机制，主要包括：潜在活性中心氨基酸残基进展基因定点突变；体外分子定向进化和对定点突变酶进展动力学分析。通常采用基因定点突变技术对典型纤维素酶家族序列不变残基和三维构像进展确认，并经过设计新的三维复合体来对酶进展修整和探求。〔三〕细胞工程

细胞工程是在细胞程度上改造生物遗传特性和消费性能，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的技术。包括细胞交融、细胞培育及细胞核移植等。利用细胞杂交、细胞培育等技术可获得遗传性状有所改良的新菌株或动植物细胞、消费食品添加剂与酶制剂等。主要运用：1细胞工程育种2细胞培育1细胞工程育种

在细胞程度上的原生质体制备与交融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。有研讨者利用曲霉种间的原生质体交融获得了比亲本菌株淀粉酶产量提高114~204.81%，且耐高温性能也有所提高的新菌株。再如，大多数难以栽培的食用菌都与植物有共生或寄生关系，人工栽培出菇问题不断无法处理，原生质体交融技术那么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。2细胞培育利用细胞工程技术消费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，运用范围包括消费天然药物〔人参皂苷、紫杉醇、长春碱等〕、食品添加剂〔花青素、胡萝卜素、紫草色素、天然香料等〕和酶制剂〔SOD酶、木瓜蛋白酶等〕。典型的运用是用于味精消费的优良谷氨酸消费菌的育种，继而出现的必需氨基酸消费菌株的育种都运用到细胞交融技术。如L-苏氨酸和L-赖氨酸均已用于消费；酱油曲霉菌经细胞交融技术选育后，酱油的质量明显提高。另外，酒精酵母、酶制剂消费菌的育种多采用细胞工程技术，均得到了非凡的成果，在食用酒精和食品公用酶的消费中发扬了宏大的效能。在实验室利用细胞工程技术消费天然食品或添加剂已获得了很好的成果，为工业消费开辟了很好的前景。(四〕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，借助生物反响安装和经过一定的工艺手段消费出人类所需求产品。酶工程在食品工程中的运用技术曾经比较成熟，包括各种酶的开发和消费、酶的分别和纯化、酶或细胞的固定化技术、固定化酶反响器的研制以及酶的运用等。主要运用：1开发新型食品添加剂2在食品保鲜中的运用3食品分析和检测中的运用

1开发新型食品添加剂例如，甜菊苷是一种非营养型功能性甜味剂。甜菊苷具有细微的苦涩味，经过酶法改质后可除去苦涩味，从而改善了其风味。甘草中所含的甜味物质甘草苷是一种功能性甜味剂，具有补脾益气、解毒保肝、润肺止咳的效果。甘草苷经β-葡糖苷酸酶处置，生成单葡糖苷酶基甘草酸，其甜度为甘草甜素的5倍，是高甜度的甜味剂和解毒剂。近年来在兴隆国家，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开展。2在食品保鲜中的运用酶制剂保鲜技术是利用酶的催化作用，防止或消除外界要素对食品的不良影响，从而坚持食品原有的优良质量与特性的技术。例如葡萄糖氧化酶加在瓶装饮料中，吸去瓶颈空隙中氧而延伸保鲜期；溶菌酶对革兰氏阳性菌有较强的溶菌作用，可用于肉制品、干酪、水产品、乳制品、水果等的保鲜，且具无毒性、底物专注、高度催化、作用条件温暖等优点。3食品分析和检测中的运用由于酶具有特异性，因此，也适宜于动植物化学组分的定性和定量分析。此外，在食品中参与一种或几种酶，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，这是一种非常简便的方法。〔五〕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，为人类消费有用的生物产品，或者直接用微生物参与控制某些消费的一种技术。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、生物反响器设计、发酵条件的利用及自动化控制、发酵产品的分别与提纯等技术。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。一改造传统食品加工工艺二开发大型真菌一改造传统食品加工工艺

缺乏：从植物中萃取食品添加剂不仅本钱高，而且来源有限。化学合成法消费食品添加剂虽然本钱低，但是化学合成率低、周期长，而且能够危害人体安康。因此，生物技术，尤其是发酵工程技术成为食品添加剂消费的首选方法。目前，利用微生物发酵消费的食品添加剂主要有Vc、VB12、VB2、甜味剂、增香剂和色素等。发酵工程消费的天然色素、天然新型香味剂正在逐渐取代人工合成的色素和香精。二开发大型真菌

一些药用真菌，如灵芝、冬虫夏草、茯苓等，含有调理机体免疫功能、抗癌、防衰老的有效成分，是开展功能性食品的一个重要原料来源。灵芝冬虫夏草26茯苓27对于这些名贵的药用真菌，一方面可经过野外采摘和人工种植相结合的方式进展资源搜集，但是这种方式的产量低，易受天气和季节的影响；另一方面，那么可以经过发酵途径实现工业化消费。例如河北省科学院微生物研讨所等挑选出了繁衍快、生物量高的优良灵芝菌株，运用于深层液体发酵研讨并获得了胜利，建立了一整套发酵和提取新工艺，为研制功能性食品提供更为宽广的药材原料。发酵培育虫草菌也在中国医学科学院药物研讨所实现，分析其产品的化学成分和药理效果，与天然冬虫夏草根本一致。六生物技术在食品消费相关领域的运用

在食品包装贮藏中的运用：用生物技术能开发出新型的保鲜和包装资料，替代传统的防腐剂和包装资料。生物技术在食品检测中的运用：现代生物技术使食品检测实现了快速、准确、本钱低的愿望。在食品卫生检验中运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按照需求的目的构建工程菌。六生物技术在食品消费相关领域的运用利用生物技术手段消费保健食品功能成分。如L-肉碱、活性多肽、抗体等。为保健食品工业开展提供充足的原资料。5运用生物技术处理食品工业消费中的环保问题：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、环境友好资料的合成、污染环境的修复以及清洁消费等与食品工业可继续开展亲密相关的各个方面生物技术均发扬着极其重要的作用。四未来运用前景生物技术是一门新兴的高新技术。对处理人类面临的食物、资源、安康、环境等艰苦问题发扬着越来越重要的作用。随着研讨的不断深化，生物技术正在深化地改动着经济、生活以及运用科学的开展进程。各国也将此作为重点开展的领域。置信不久的未来。生物技术必能抑制种种技术困难和经济要素，为食品工业的上、中、下游，即食品资源改造、食品消费工艺改良及加工品的包装、贮运、检测等方面的开展开辟更为宽广的前景。

而其中的绿色食品在我国的开展情况与前景又怎样呢？a.开展情况：中国绿色食品构成了一定的消费和贸易规模。截止2006年12月,全国有效运用绿色食品标志企业总数到达4615家,产品总数到达12868个。我国绿色食品在坚持较快开展速度的同时,产质量量合格率稳中有升,产业程度不断提升,品牌效应日益加强。我国绿色食品年产量达7200万吨,产品年销售额突破1500亿元,出口额19.6亿美圆。在中国农产品出口贸易面临国际“绿色壁垒〞挑战的严峻情势下,绿色食品出口成为了农产品贸易的亮点和热点,出口规模、出口产品类别和出口区域都在不断添加。但是,中国出口的绿色食品主要是AA级,而消费量占绝对优势的A级绿色食品,因消费环节允许限量运用限定的化学合成物质等而不被国外认可,所以,我国绿色食品还难以大规模走向国际市场。AA级A级b.我国绿色食品开展前景：目前,我国各省市都在大力开展绿色食品