现代生物技术在食品工业中的应用

1、i 现代生物技术在食品工业中的应用现代生物技术在食品工业中的应用 ii 现代生物技术在食品工业中的应用现代生物技术在食品工业中的应用 摘摘 要要 生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。传统生物技术包括酿造、酶的使用、抗 菌素发酵、味精和氨基酸工业等，被广泛应用于生产多种食品如面包、奶酪、啤酒、葡萄 酒以及酱油、米酒和发酵乳制品。它和新的生物技术之间既有联系，又有质的区别。现代 生物技术是 20 世纪 70 年代初在分子生物学、生物化学、生化工程、微生物学、细胞生物 学和电子计算机技术基础上形成的综合性技术。本文主要介绍了现代生物技术在食品工业 中的应用研究进展。 关键词：关键词：生物技术；食

2、品工业；基因工程；细胞工程；蛋白质工程；酶工生物技术；食品工业；基因工程；细胞工程；蛋白质工程；酶工 程；发酵工程程；发酵工程 iii 目目 录录 1.1.引言引言.1 1 1.11.1 基因工程基因工程 .1 1 1.21.2 蛋白质工程蛋白质工程 .1 1 1.31.3 细胞工程细胞工程 .2 2 1.41.4 酶工程酶工程 .2 2 1.51.5 发酵工程发酵工程.2 2 2 2 现代生物技术在食品工业中的具体应用现代生物技术在食品工业中的具体应用.2 2 2.12.1 基因工程技术在食品工业中的应用基因工程技术在食品工业中的应用 .2 2 2.1.12.1.1 优化食品生物资源及食品品

3、质优化食品生物资源及食品品质.2 2 2.1.22.1.2 改良食品工业菌种改良食品工业菌种 .3 3 2.1.32.1.3 在食品发酵中的应用在食品发酵中的应用.3 3 2.22.2 蛋白质工程技术在食品工业中的应用蛋白质工程技术在食品工业中的应用.4 4 2.2.12.2.1 改善凝乳酶性质改善凝乳酶性质.4 4 2.2.22.2.2 研究和优化纤维素酶的性质研究和优化纤维素酶的性质.4 4 2.32.3 细胞工程技术在食品工业中的应用细胞工程技术在食品工业中的应用.4 4 2.3.12.3.1 细胞工程育种细胞工程育种.4 4 2.3.22.3.2 细胞培养细胞培养.5 5 2.3.32

4、.3.3 在食品发酵中的应用在食品发酵中的应用.5 5 2.42.4 酶工程技术在食品工业中的应用酶工程技术在食品工业中的应用.5 5 2.4.12.4.1 开发新型食品添加剂开发新型食品添加剂.5 5 2.4.22.4.2 酶工程在食品保鲜中的应用酶工程在食品保鲜中的应用.6 6 2.4.32.4.3 食品分析与检测方面的应用食品分析与检测方面的应用.6 6 2.4.42.4.4 在食品发酵中的应用在食品发酵中的应用.6 6 2.52.5 发酵工程在食品工业中的应用发酵工程在食品工业中的应用.6 6 2.5.12.5.1 改造传统的食品加工工艺改造传统的食品加工工艺.7 7 2.5.22.5

5、.2 开发大型真菌开发大型真菌.7 7 3 3 生物技术在食品工业中的其他应用生物技术在食品工业中的其他应用.7 7 3.13.1 食品资源及食品品质的改良食品资源及食品品质的改良 .7 7 3.23.2 在食品检测中的应用在食品检测中的应用 .8 8 3.33.3 在农副产品深加工方面的应用在农副产品深加工方面的应用 .8 8 3.43.4 生产功能食品及新型食品生产功能食品及新型食品 .8 8 3.53.5 在食品包装方面的应用在食品包装方面的应用.9 9 4.4.展望展望.9 9 1 现代生物技术在食品工业中的应用现代生物技术在食品工业中的应用 现代生物技术的迅猛发展，成就非凡，推动着科

6、学的进步，促进着经济的 发展，改变着人类的生活与思维，影响着人类社会的发展进程。现代生物技术 的成果越来越广泛地应用于医药、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 20102020 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，生物技术工业化产品占有相当大的比重；近年，酒类

7、和 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%。本文主要就现代 生物技术的五个主要方面即基因工程、细胞工程、蛋白质工程、酶工程、发酵 工程技术在食品工业中的应用进行综述。 1.1.引言引言 生物技术以生命科学为基础, 是一门跨学科的综合性科学, 是研究生物学、 医学、农业与食品科学的基础工具, 主要包括基因工程、蛋白质工程、细胞工 程、酶工程和发酵工程等 5 个方面。 1.11.1 基因工程基因工程 基因工程又叫遗传工程, 是分子遗传学和工程技术相结合的产物, 是生物 技术的主体。基因工程是指用酶学法将异源基因与载体 dna 在体外进行重组, 将形成的重组因子转入受体细胞,使异源

8、基因在其中复制并表达, 从而改造生物 特性, 生产出目标产物的高新技术。主要包括重组 dna、基因缺失、基因加倍、 导入外源基因以及改变基因位置等分子生物学技术手段。基因工程技术在食品 工业中的应用, 主要涉及微生物、植物和动物, 通过对被加工材料的处理, 生 产出符合人们需要的基因食品。基因工程能够培育和创造出自然界所没有的新 的生命形态。目前, 用这种技术已培育出多种“ 工程细菌”, 可以用来生产诸 如含有生长激素、胰岛素、干扰素的功能食品和可食单细胞蛋白等, 在食品工 业中具有广阔的发展前景。 1.21.2 蛋白质工程蛋白质工程 蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传

9、学等学 科基础之上, 融合蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设 计等多学科而发展起来的新兴研究领域。蛋白质工程, 又称“ 第二代基因工程” , 是按人们的意志创造出适合人类需求的, 具有不同功能的蛋白质, 创造出世 界上原来不曾有过的新蛋白质及其众多的新产品, 利用蛋白质工程可以生产具 2 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, 生产新型营养功能食品, 以全新的思路发展食品工业。其内容 主要有两个方面: 根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质； 确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。在此基础之上, 实 现从氨

10、基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能, 设计合成具有特定生物功 能的全新蛋白质, 这也是蛋白质工程最根本的目标之一。 1.31.3 细胞工程细胞工程 细胞工程是应用细胞生物学方法, 按照人们预定的设计, 有计划地保存、 改变和创造遗传物质的技术。包括细胞培养、细胞核移植、细胞器摄取、染色 体片断重组、细胞融合及细胞代谢物的生产等。虽然目前工业规模的细胞培养 仍有一定难度, 但该技术仍然是继微生物技术以后当代生物技术的重要发展领 域。利用细胞杂交和细胞培养可生产具有独特香味和风味的食品添加剂,如香草 素、可可香素、菠萝风味剂以及高级天然色素, 如咖喱黄、紫色素、花色苷素、 辣椒素、靛蓝等, 而

11、且培养的色素含量高, 色调和稳定性好。 1.41.4 酶工程酶工程 酶工程是指在一定的生物反应器内, 利用酶催化作用, 将相应的原料转化 成有用物质, 其应用领域已经遍及农业、食品、医药、环境保护、能源开发和 生命科学理论研究等各个方面。酶工程包括各种酶的开发和生产、酶的分离和 纯化技术、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方 面。随着基因工程、细胞工程等高新技术应用于酶工程领域, 不断研究开发出 更多的新品种、新用途、高活力的酶类, 同时酶的固定化技术, 酶分子修饰技 术及模拟酶技术也得到更快发展。 1.51.5 发酵工程发酵工程 发酵工程是利用微生物的某些特定功能, 通

12、过现代工程技术手段生产有用 物质或直接把微生物应用于工业生产的方法和过程, 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、改造某些天然物质等。发酵工程可用于 工业化生产预定的食品或食品功能成分。利用发酵工程技术所取得的成就涉及 到新食品配料、食品加工的催化剂、饮料稳定剂、d- 氨基酸及其衍生物制造以 及废弃物利用和食品品质的检测等。 2 2 现代生物技术在食品工业中的具体应用现代生物技术在食品工业中的具体应用 2.12.1 基因工程技术在食品工业中的应用基因工程技术在食品工业中的应用 2.1.1 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

13、种开发与 3 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。同时, 在改善食品品质方面, 可以利 用转基因工程以及反义 rna 技术, 使转基因番茄具有抑制聚半乳糖醛酸酶活性, 番茄的成熟即可被控制, 能延长番茄的储存期; 或者改良玉米、稻米等作物氨 基酸组成及含量, 提高谷类作物的营养价值。在畜产品的生产上, 利用基因工 程技术可大量生产牛生长激素, 并应用于乳牛, 以增加牛乳的产量、饲料利用 率, 并加速肉牛的生长速度。猪生长激素也被应用于控制生猪总重与瘦肉的比 率, 减少肥肉,以迎合消费者的需求11。 2.1.2 改良食品工

14、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, 在啤酒酵母的改良中, 将 a- 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 b- 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菌类活性的嗜杀啤酒酵母已 成为纯种发酵的重要措施22。再如, 乳杆菌中超氧化物歧化酶(sod)活性越高 越有利于该菌在有氧条件下的存活33,诸多研究也证实了 sod 具有抗肿瘤

15、、抗 衰老、对抗细胞凋亡等生物活性与功能44，55, 克隆大肠杆菌锰超氧化物歧化 酶基因(soda)并在保加利亚乳杆菌中成功表达,使 sod 与益生菌相结合制备发酵 乳, 将出现功能更强大的保健食品66。此外, 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, 通过考查待测样品与标记性 dna 探针能否形成 杂交分子, 即可判断样品中是否含有此种微生物, 并且还可以通过测定放射性 强度以考查样品中微生物数量77。 2.1.3 在食品发酵中的应用 （一）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

16、 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及麦芽糖的含 量比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，应用改良 后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。 （二）改良酿酒酵母菌的性能 利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株， 用以改进传统的酿酒工艺，并使之多样化。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，使生产流程缩短，工序简 化，革新啤酒生产工艺。目前，已成功地选育出分解 葡聚糖和分解糊精的 啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株，提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。 4 （三） 改良乳酸菌发酵剂的性能 乳酸菌是一类能代谢产生乳酸，降低发酵产

17、品 ph 值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类 型，其中受控表达系统包括糖诱导系统、nisin 诱导系统、ph 诱导系统和噬菌 体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言，德氏乳杆菌的基因研究比 较缺乏，但是已经发现质粒 pn42 和 pjbl2 用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有 研究发现乳酸菌基因突变有 2 种方法：第一种方法涉及(同源或异源的)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 片断和染色体上的同源 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、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病

18、原 菌的能力较强。 2.22.2 蛋白质工程技术在食品工业中的应用蛋白质工程技术在食品工业中的应用 2.2.1 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应用。在动物凝乳酶供 应紧缺的情况下, 市场上开发出了多种微生物凝乳酶。但由于其它酶类在特异 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 有一定的差异, 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的缺 点。通过凝乳酶蛋白质工程技术的研究, 目前已经在解释酶的某些结构与功能 性质、基团与功能性质、酶的翻译和激活等方面取得了一定进展, 在改变酶的 某些性质方面取得了一定效果。这项工程可以潜

19、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 88。 2.2.2 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。蛋白质工程作为一种工具用 来研究纤维素酶的催化机制, 主要包括对潜在活性中心氨基酸残基进行基因定 点突变、体外分子定向进化和对定点突变酶进行动力学分析。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行确认, 并通过设 计新的三维复合体来对酶进行

20、修整和探索99。 2.32.3 细胞工程技术在食品工业中的应用细胞工程技术在食品工业中的应用 2.3.1 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。王建华等利用曲霉种间的原生质体融合获得了比亲本菌 株淀粉酶产量提高 114.00%-204.81%, 且耐高温性能也有所提高的新菌株1010。 5 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, 实现了远缘杂 交, 为难以人工栽培的食用菌育种提供了新方法1111。 2.3.2 细胞培养 利用细胞工程技术生

21、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(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)等。sod 是一种颇受关注的酶, 目前 sod 主要从动物血液中分离 和纯化获得, 由于血液中含有大量的杂蛋白, 分离纯化工艺复杂, 难以达到要 求; 天然植物中分离和纯化 sod, 又受到地理环境和气候条件等影响, 难以满 足需求。李志勇等研究了大蒜细胞在发酵罐培养过程中 sod 合成及培养基中各 种基质的消耗规律, 获得的最大生物量和 sod 总酶活分别为 163 g dw/

22、l 和 7. 72 104 u/l, 取得了较好的放大效果, 为植物细胞培养 sod 的工业化生产奠定 了基础1212。袁丽红等对细胞培养生产的紫草色素与天然紫草色素进行了理化 性质的比较研究, 结果表明, 两者的组成成分基本一致, 耐热性、耐氧化性及 不同 ph 值条件下颜色的变化无明显差异, 这表明工业化生产天然色素、天然 香料等具有较好的发展前景1313。 2.3.3 在食品发酵中的应用 细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。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

23、胞 的现象。 细胞融合技术是一种改良微生物发酵菌种的有效方法，主要用于改良微生 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多样的可能性。例如日本 味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交，获得比原产量高 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 技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙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、放线菌等多种微生物 的种间以至属间，不断培育出用

24、于各种领域的新菌种。 2.42.4 酶工程技术在食品工业中的应用酶工程技术在食品工业中的应用 2.4.1 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, 6 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1414。 甜菊苷是一种非营养型功能性甜味剂。甜菊苷具有轻微的苦涩味, 通过酶 法改质后可除去苦涩味, 从而改善了其风味。酶处理方法是在甜菊苷溶液中加 入葡萄糖基化合物, 采用葡萄糖基转移酶处理, 生成葡萄基甜菊苷。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 咳的功效。甘草苷经 b- 葡糖苷酸酶处

25、理, 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。 2.4.2 酶工程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。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长保鲜期; 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、底物专一、高度催化、作用条件温和等优点1515。 2.4.3 食品分析与检测方面的应用 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。例 如, 采用柠檬酸裂解

26、酶测定柠檬酸的含量1616 , 采用乙醇脱氢酶测定食品中的 乙醇含量1717。niculescum 等也报道了一种基于乙醇脱氢酶的传感器, 它可以 灵活自动地进行白酒分析, 能够对白酒发酵过程进行实时监控, 具有选择性好、 灵敏度高、测量简便、快速等优点1818。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。 2.4.4 在食品发酵中的应用 酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面，一是用酶技术处理发酵原料， 有利于发酵过程的进行。如啤酒酿制过程，主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、 大米等辅助原料使用量较大时，会造成淀粉酶、

27、一葡聚糖酶、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。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂，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分，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 双乙酰的浓度超过阈值时，就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母繁 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 7 后期还

28、原双乙酰需要约 510d 的时间。崔进梅等报道，发酵罐中加入 -乙酰 乳酸脱羧酶能催化 -乙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。 2.52.5 发酵工程在食品工业中的应用发酵工程在食品工业中的应用 2.5.1 改造传统的食品加工工艺 从植物中萃取食品添加剂不仅成本高, 而且来源有限。化学合成法生产食 品添加剂虽然成本低, 但是化学合成率低、周期长, 而且可能危害人体健康。 因此, 生物技术, 尤其是发酵工程技术成为食品添加剂生产的首选方法。目前, 利用微生物发酵生产的食品添加剂主要有维生素 c、维生素 b12、维生素 b2、 甜味剂、增香剂和色素等产品。发酵工程生产的天然

29、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。 2.5.2 开发大型真菌 一些药用真菌, 如灵芝、冬虫夏草、茯苓等, 含有调节机体免疫功能、抗 癌、防衰老的有效成分, 是发展功能性食品的一个重要原料来源。对于这些名 贵的药用真菌, 一方面可通过野外采摘和人工种植相结合的方式进行资源收集, 但是这种方式的产量低, 易受天气和季节的影响; 另一方面, 则可以通过发酵 途径实现工业化生产, 例如河北省科学院微生物研究所等筛选出了繁殖快、生 物量高的优良灵芝菌株, 应用于深层液体发酵研究并取得了成功, 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广阔的药材原料。发酵培养虫 草菌也

30、在中国医学科学院药物研究所实现, 分析其产品的化学成分和药理功效, 与天然冬虫夏草基本一致。 3 3 生物技术在食品工业中的其他应用生物技术在食品工业中的其他应用 3.13.1 食品资源及食品品质的改良食品资源及食品品质的改良 利用基因工程, 对用于食品资源的动植物,利用基因转移或 dna 重组, 使 其蛋白质、脂肪、淀粉等营养要素的含量、性质、结构朝着有益人们身体健康 的方向转移和发展。如提高水稻胡萝卜素含量、谷物赖氨酸含量、马铃薯固形 物含量、改变植物油组成中不饱和脂肪酸比例。应用基因工程技术, 可以将任 何生物的性状转移到植物、动物和微生物中, 这项技术已用于改造或转化当今 用作食品的植

31、物、动物和微生物。采用基因工程改造的面包酵母可使得面粉的 膨发性提高, 所得面包更松软可口。brigitte ronnow 等通过替代面包酵母或 啤酒酵母中的 gall80 或 migi 基因, 解除了糖蜜发酵过程中的随着蜜二糖分解 形成的葡萄糖对该基因编码的酶蛋白的抑制作用,从而最终提高酒精产率。用现 代发酵工程改造传统发酵食品, 最典型的是使用双酶法糖化工艺取代传统的酸 法水解工艺, 用于生产味精。利用优选的微生物菌群发酵, 缩短发酵周期, 提 8 高原料利用率, 改良风味和品质。在蛋白质食品加工中, 用磷脂酶 a 进行活性 面筋的改性; 用肽链内切酶、醛脱氢酶等方法除去蛋白臭; 用肽链内

32、切酶方法 生产人造肉和粉末蛋白质也取得了成功。在啤酒的生产中采用基因工程和蛋白 质技术将 - 乙酰乳酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达, 可明显降低啤 酒中双乙酰含量, 从而改善啤酒风味。利用基因工程技术不但可以成倍地提高 酶活力, 而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中, 构建基因工程菌来生产酶 制剂, 生产出的酶制剂不仅催化活性、稳定性得到提高, 而且用于食品中可使 蛋白质、碳水化合物和脂肪发生改性。例如, 蛋白酶可以改善蛋白质的溶解性； 新型食品酶制剂转谷氨酰胺酶可以使蛋白质分子间发生交联, 因而可用于增加 大豆蛋白的胶凝性能, 使其具有更好的加工品质。在食品加工过程中, 适量地 添加一

33、些酶类, 可以改善产品的色泽、风味和质构, 如用葡萄糖氧化酶可去除 蛋液中的葡萄糖, 改善蛋制品的色泽; 葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香; 木瓜蛋白酶可分解胶原蛋白, 用于肉制品的嫩化。对于含有难消化成分的食品, 可以通过添加一些酶类, 改善这些食品的营养和消化利用性能。 3.23.2 在食品检测中的应用在食品检测中的应用 生物技术检测方法具有特异的生物识别功能、极强的选择性, 与现代的物 理化学方法相结合, 产生一些简单、结果精确、灵敏、专一、微量和快速的检 测方法。生物技术检测方法的应用几乎涉及到了食品检验的各个方面, 包括食 品品质评价、质量监督、生产过程的质量监控及食品科学研究。目前

34、常用的检 测方法主要有: 酶联免疫吸附测定(elisa) 、聚合酶链式反应(pcr) 、dna 探 针。 3.33.3 在农副产品深加工方面的应用在农副产品深加工方面的应用 生物技术可以迅速提高农副产品加工能力和水平, 使我国农副产品加工技 术在整体上实现跨越式发展, 甚至能在一些重大关键技术领域达到世界先进水 平。利用遗传工程技术选择培育对乙烯敏感性低的新品种, 从基因工程角度解 决农副产品的保鲜问题, 以便向食品行业、医药行业提供更多的易于贮藏的工 业原料。肉类保鲜方面,重点在于提高综合品质以及瘦肉、嫩肉和肥肉的综合利 用; 奶制品方面重点是发酵乳制品、双歧杆菌发酵乳等; 鱼类产品方面重点

35、是 从淡水鱼内脏、鱼眼、精卵巢中分离提取有效成分, 不断推出保健制品和药物 制品; 将以前废弃不用的农副产品下脚料如麦秸、稻草、豆秸、木屑、枝叶、 玉米秆、薯蔓等植物纤维素资源, 通过生物转化, 生产一些重要的生物产品。 3.43.4 生产功能食品及新型食品生产功能食品及新型食品 用酵母或细菌等微生物菌体发酵得到的单细胞蛋白(scp) , 含有丰富的蛋 9 白质、碳水化合物、维生素、矿物质等, 营养价值极高。而富硒酵母的生产开 辟了发酵工艺应用于微量元素生产的新途径。利用转基因手段从目的供体物种 体内获得带有特定优良遗传性状的 dna 片段, 直接或通过载体导入被改造物种 即“ 受体物种” 的

36、胚胎内, 培育出优良的新品种, 如生长速度快、抗病力强、 肉质好的转基因兔、猪、鸡, 这将大力推动畜牧业的发展, 为改善人们的膳食 结构提供一条新的思路和方法。利用发酵技术和酶技术可生产双歧杆菌增殖因 子, 如低聚果糖、低聚半乳糖、低聚甘露糖、低聚木糖等; 利用酶技术, 如木 聚糖酶、- 葡聚糖酶、- 淀粉酶及其他降解细胞壁的酶类可生产膳食纤维 素; 还可生产各种活性肽, 如降压肽、抗氧化肽、减肥肽、预防肝性脑病肽和 心血管疾病肽等, 提高人类的营养水平和健康状况。 3.53.5 在食品包装方面的应用在食品包装方面的应用 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

37、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装；溶菌酶能消除有害微 物生的繁殖，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。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

38、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 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 bod、cod 大大降低，达标排放。 4.4.展望展望 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。 作为一项极富潜力和发展空间的新兴技术，现代生物技术在食品工业中的 应用将会呈现以下四个热点：

39、 （1）大力开发食品添加剂新品种 根据国际上对食品添加剂的要求，今后要从两个方面加大开发的力度，一 10 是用生物法代替化学合成的食品添加剂，迫切需要开发的有保鲜剂、香精香料、 防腐剂、天然色素等；二是要大力开发功能性食品添加剂，如具有免疫调节、 延缓衰老、抗疲劳、耐缺氧、抗辐射、调节血脂、调整肠胃功能性组分。 （2）发展微生物的保健食品 微生物食品有着悠久的历史，酱油、食醋、饮料、酒、蘑菇等属于这个领 域，它们与双歧杆菌饮料、酵母片剂、发酵乳制品等微生物医疗保健品一样， 有着巨大的发展潜力。利用微生物生产食品具有独特的特点，繁殖过程快，在 一定条件下可大规模生产，要求营养物质简单。食用菌的投

40、入与产出比高于其 它经济作物，食用菌不仅营养丰富，还含有许多保健功能成分，应大力发展食 用菌保健食品。 （3）螺旋藻食品 螺旋藻是世界是最早的海洋天然藻类生物，富含人体所需 18 种氨基酸，54 种微量元素，多种维生素及亚麻酸、亚油酸和多种天然藻类蛋白质，是人和动 物理想的纯天然的优质蛋白质食品。联合国粮农组织已将螺旋藻列入为 21 世纪 人类食品资源开发计划，我国也将螺旋藻的研发列为工作重点。 （4）开发某些虫类高蛋白食品 昆虫蛋白质也是优质的新食物源，如中华稻蝗的蛋白质含量占虫体干重的 73.5，其氨基酸组成与鸡蛋蛋白相似被称为完全蛋白。还有蟋蟀、蝉、蝴蝶、 蚂蚁的蛋白质分别占干重的 75

41、%、72、71%和 67，都具有食用价值，完全可 以开发。苍蝇的幼虫（蛆）富含 62左右的蛋白质及各种氨基酸，从蛆壳中还 可以提取纯度很高的几丁质。可以说，昆虫食物是人类较为理想的高营养食品， 有望成为人类重要的保健食物来源，利用生物技术开发昆虫类高蛋白食品具有 广阔的前景。 随着生命科学和生物技术日新月异的发展, 代谢组学、蛋白质组学、生物 芯片、生物信息学等重大技术相继问世并取得了快速发展, 大大扩展了生物技 术的涵盖范围, 也为现代生物技术在食品工业中的应用奠定了更加坚实的基础 19,19, 1010。在现代生物技术快速发展的带动下,食品工业必将会有更加广阔的前 景。 11 参考文献参考文献 1 汪秋安. 基因工程食品j.广西轻工业,2003,(6): 5-6. 2 冯婷,何聪芬,吕琳,等.现代生物技术在食品工业中的应用j. 生物技术通报, 2004,(3): 36- 40. 3 amanatidou a, bennikm h, gorr is l g, et a.l superoxi dedismutase plays an important role in the survival of lactobacillus sake upon exposure to elevated oxygenj. arch