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食品生物技术 基因工程的应用进展与未来展望摘要：食品生物技术具有悠远的发展历史，是伴随着人类社会由狩猎向农业、畜牧业转变出现的，在促进人类社会文明的发展方面有着非常重要的作用。食品生物技术已经渗透到食品工业的方方面面。食品生物技术是现代生物技术在食品领域中的应用，是指以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料。21世纪的食品工业将是建立在现代食品生物技术和现代食品工程技术两大支柱上的一个全新的朝阳产业。关键词：食品生物技术 基因工程 转基因食物 食品工业 应用安全 前景展望 食品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。基因工程技术在20世纪90年代开始在食品工业中应用，其标志是第一例重组DNA基因工程菌生产的凝乳酶在奶酪工业的应用。微生物源基因工程食品是最早的转基因食品，在1988年瑞士当局通过了重组DNA基因工程菌生产凝乳酶的安全性评价，允许在奶酪工业中使用。目前，转基因微生物主要生产用于食品加工的酶和食品添加剂。从转基因食品的发展阶段来看，转基因食品的发展可以分为三类：1. 第一代转基因食品，是以增加农作物抗性和耐贮性的转基因植物源食品。2. 第二代的转基因食品是以改善食品的品质，增加食品的营养为主要特征。3. 第三阶段的转基因食品是以研究增加食品中的功能因子和增加食品的免疫功能。1 基因工程的概念 基因工程是20世纪70年代初发展起来的一门新兴科学，由此而引发了当今世界各国所瞩目的生活技术。基因工程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、拼接、重组，形成基因重组体，然后再把重组体引入宿主细胞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。2 基因工程的理论基础 2.1 不同基因具有相同的物质基础 2.2 基因是可切割和转移的。 2.3 多肽与基因之间存在对应关系，并且有着相同的遗传密码。 2.4 基因的遗传信息是可以遗传的。3 基因工程技术在食品行业中的应用基因工程技术是现代生物技术的核心内容，即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受体细胞，进行无性繁殖，并使目的基因在受体细胞中高速表达，产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。塑料作为四大包装材料之一，由于其质轻、强度好用量逐年递增。但由于用石油产品制成的传统塑料，其废弃物很难降解，造成白色污染。因此，可降解塑料成为当今的研究热点。目前PHB的生产成本依然太高，用细菌发酵生产PHB 的成本至少是化学合成聚乙烯的5 倍，这严重限制了PHB 在商业上的应用。为降低PHB 的生产成本，提高PHB 与传统塑料的市场竞争力，可向植物体内引入PHB 生物合成途径，以植物为表达载体，利用CO2 及光能合成PHB，是大规模廉价生产PHB的一种很有前景的方法，用转基因植物来生产PHB是降低生产成本的较好选择。在食品保藏、贮运方式上，利用基因工程可延长食物的贮藏期，改变传统的贮运方式。如通过转基因技术生产的延熟番茄，主要通过乙烯合成途径调控，抑制乙烯合成，从而达到延迟成熟、耐贮藏的目的。郑铁松等报道，促进果实成熟和器官衰老是乙烯最主要的生理功能，在果实中乙烯生物合成的关键酶主要是ACC 合成酶和ACC 氧化酶，在果实成熟时这两种酶的活力明显增加，导致乙烯含量急剧增加，促进果实成熟。另据刘全永报道，采用基因工程技术，使外源性基因导入马铃薯中，可赋予其特定的抗病性，从而大大提高了原材料的品质。基因工程技术在食品行业中的应用具体概括有以下几个方面：3.1 利用基因工程改造食品微生物3.2 利用基因工程改善动物食品原料的品质3.3 利用基因工程改进食品生产工艺3.4 改良食品风味3.5 利用基因工程生产食品添加剂及功能性食品4 基因工程的发展概况4.1 基因工程的前期准备阶段 1944年，美国微生物学家Avery等通过细菌转化研究证明DNA是基因载体，明确了基因的分子载体是DNA而不是蛋白质，即遗传的物质基础。4.2 基因工程的诞生 1972年，Berg等首次用限制性内切酶EcoR I切割病毒SV40DNA和噬菌体DNA，经过连接，组成重组DNA分子。1980年人们首次通过显微镜注射培育出世界第一个转基因动物转基因小鼠，1983年美国和法国的科学家在世界上第一次进行了抗除草剂转基因烟草的田间实验。 4.3 基因工程的迅速发展阶段 近20年是基因工程迅速发展的阶段，在基因工程基础研究方面，开发了大量的基因操作技术，开发了许多共供转化原核生物和动物、植物细胞载体，并获得了大量转基因生物。在农业上，基因工程发展速度势头强劲。据估计，2000年全球转基因作物种植面积由1996年的170万hm2，增加到4420万hm2，增加了25倍之多。5 基因工程基本技术 5.1 目的基因获得与序列分析5.1.1 目的基因的定义与结构5.1.2 目的基因的制备方法5.1.3 目的基因的分离策略5.1.4 DNA序列测定5.2 目的基因与载体的连接（重组与克隆）5.2.1 亚克隆5.2.2 黏性末端连接5.2.3 平端连接5.2.4 同聚物加尾连接5.2.5 人工接头连接5.3 重组DNA向受体的转化5.3.1 转化反应5.3.2 磷酸钙沉淀法5.3.3 体外包装转染法5.3.4 共转化5.3.5 电转化法5.3.6 基因枪法5.3.7 微注射技术法5.3.8 脂质体导入法5.3.9 转化酵母菌5.4 植物细胞转化技术5.4.1 重组DNA载体转化法5.4.2 植物细胞外源基因的直接转化法5.5 重组体的筛选与外源基因的鉴定5.5.1 重组体的筛选5.5.2 重组体的鉴定5.6 反义基因技术5.7 RNA沉默技术6 现代生物技术食品安全自从发现遗传物质DNA的双螺旋结构，现代分子生物学的研究进入了一个崭新的时代。20世纪60年代末斯坦福大学教授Berg尝试用来自细菌的一段DNA与猴子病毒SV40的DNA连接起来，获得世界第一例重组DNA。但这项研究受到其他科学家的质疑，因为SV40病毒是一种小型动物的肿瘤病毒，可以将人类的细胞培养装化为类肿瘤细胞。如果研究中的一些材料扩散到环境中将对人类造成巨大的灾难。1990年召开的第一届FAO/WHO专家咨询会议在安全性评价方面迈出了第一步，认为传统的食品安全性评价毒理学方法已不再适用于转基因食品。1993年经济发展合作组织召开了转基因食品安全会议，会议提出了现代转基因食品安全性评价：概念与原则的报告，报告中的“实质等同性原则”得到了世界各国的认同。虽然生物技术食品代表着未来食品的发展方向，但其任然存在一定的潜在性风险，目前世界各国已经达成共识：建立科学合理的安全评价技术体系，加强生物技术食品的安全管理，积极促进生物技术在农业和食品领域的发展，使生物技术可以更好地为人类服务。7 我国在农业转基因生物安全管理上建立的五大体系 7.1 法规体系 7.2 安全评价体系 7.3 技术检测体系 7.4 监测体系 7.5 标准体系 我国对农业转基因生物及其产品的食用安全性评价是依据CAC的指导原则，以“实质等同性原则”为基本原则，结合个案分析原则，分阶段管理原则，逐步完善原则，预防为主原则等制定的。我国的转基因技术研究尽管起步晚，但是由于受到有关部门的高度重视，发展速度非常快，在某些领域已进入世界先进行列。1993年我国的抗虫草的烟草进入了大田试验阶段，2000年我国抗虫转基因棉花的种植面积超过了36.7万hm2。转基因食品在不知不觉间已经变得与我们的生活密切相关。也越来越认识到加强转基因生物安全管理的重要性。8 前景展望 随着人们生活水平的提高和消费观念的改变，人们更关注食品的内在营养和食品的卫生安全，同时提倡绿色消费，这就对食品生产提出了更高的要求。现代生物技术在食品领域所起的作用是传统技术无法比拟的，它在食品工业中的地位越来越重要。目前，现代生物技术在食品领域的应用涉及到基因工程、细胞工程、酶工程和微生物(发酵)工程等当今公认的四大生物技术体系。重点开发的几个领域为：开发新酶品种以及酶的固定化和细胞工业化应用；加强高产菌株和耐特殊环境微生物的遗传育种；用生物法代替化学合成生产食品添加剂；综合利用技术， 进行原料的深度加工，采用清洁闭路生产工艺，将废弃物资源化，达到节粮、节能、减少污染的目的；工业化生产中生物技术产物的分离提取水平低一直是阻碍产业发展的“瓶颈”问题，因此，生物技术产品的大规模生产及高收率的提取技术是今后发展的重要方面；研究开发多功能、多指标的生物传感器，有效监控生产过程，利用生物技术建立高特异性、高灵敏度、快速简便的食品卫生检测方法是确保食品安全的重要手段。9 结束语 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的食品；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，具有广阔的发展前景和美好的未来。现代食品生物技术为人类解决食品短缺和环境的农