基因工程技术在食品品质改良中的应用

基因工程技术在食品品质改良中的应用摘要：基因工程作为生物工程技术的核心是一种按照人们的构思和设计，在体外将一种生物的特定基因插入质粒或其他载体分子，构成遗传物质的重组子，然后导人受体细胞内进行无性繁殖并进行表达，产出人类所需要的基因产品的操作技术。基因工程技术在食品行业中的发展日趋壮大，将是21世纪最具发展潜力的产业。本文主要讲述了基因工程在食品工业中的应用，展望了基因工程技术在食品工业中的发展前景。关键词：基因工程；技术；食品品质；改良；应用1基因工程的定义及其发展史1.1基因工程的定义基因工程是在分子水平上对基因进行操作的技术体系，是将某一种生物细胞的基因提出出或者人工合成的基因，在体外进行酶切或连接到另一种生物的DNA分子中。由此获得的DNA称为重组DNA，将重组DNA导入到自身细胞或其他生物细胞中进行复制和表达等实验手段，使之产生符合人类需要的遗传新特征，或制造出新的生物类型。1.2基因工程的发展史基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展的基础上逐步发展起来的，现代分子生物学领域理论上的三大发现和技术上的系列发明对基因工程的诞生起了决定性的作用。1857年至1864年，孟德尔通过豌豆杂交试验，提出生物体的性状是由遗传因子控制的。1909年，丹麦生物学家约翰生首先提出用基因一词代替孟德尔的遗传因子。1910年至1915年，美国遗传学家莫尔根通过果蝇试验，首次将代表某一性状的基因同特定的染色体联系起来，创立了基因学说。直到1944年，美国微生物学家埃境利等通过细菌转化研究，证明基因的载体是DNA而不是蛋白质，从而确立了遗传的物质基础。1953年，美国遗传学家华生和英国生物学家克里克揭示DNA分子双螺旋模型和半保留复制机理，解决了基因的自我复制和传递问题，开辟了分子生物学研究的时代。之后，1958年克里克确立的中心法则、1961年雅各和莫诺德提出的操纵子学说以及所有64种密码子的破译，成功揭示了遗传信息的流向和表达问题，为基因工程的发展奠定了坚实的基础。基因工程问世近30年，无论是基因理论研究领域，还是在生产实际应用方面，都已取得了惊人的成绩。给国民经济的发展和人类社会的进步带来了深刻而广泛的影响。2基因工程在食品工业中的应用2.1改造食品原材料2、1.1转基因植物源食品转基因植物可被改革而具有抗病虫害的能力，这具有深远的经济意义［2］。1986年首次获得能够抗烟草花叶病毒的转基因烟草植株，对烟草花叶病毒的预防效果可达70%。目前利用基因工程不断获得了各种抗病毒植株，黄瓜花叶病毒、马铃薯x病毒和Y病毒，抗病虫害长颈南瓜和抗虫害转基因土豆。我国及菲律宾培育出"超级水稻〃和"超超级水稻〃，为人口日益增长、粮食日益短缺的世界带来一线光明。2.1.2转基因动物源食品转基因动物尚未达到高等转基因植物的发展水平，但人们仍设法用它来表达高价值蛋白。转基因技术在家畜及鱼类育种上初见成效。中科院水生生物研究所,成功地将人生长激素基因和鱼生长的激素基因导人鲤鱼，育成当代转基因鱼，其生长速度比对照快并从子代测得生长激素基因的表达。中国农业大学生物学院瘦肉型猪基因工程育种取得初步成果，获得第二、三、四代转基因猪215头。2.2改良食品营养品质2.2.1蛋白质的改良食品中动植物蛋白由于其含量不高或比例不恰当，可能导致蛋白营养不良。采用转基因的方法，生产具有合理营养价值的食品，让人们只需吃较少的食品，就可以满足营养需求。例如，豆类植物中蛋氨酸的含量很低，但赖氨酸的含量很高；而谷类作物中的对应氨基酸含量正好相反，通过基因工程技术，可将谷类植物基因导人豆类植物，开发蛋氨酸含量高的转基因大豆。我国学者把玉米种子中克隆得到的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白基因导人马铃薯中，使转基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高了10%以上，硫氨基酸尤为显著。2.2.2油脂的改良对油脂品质的改善主要集中在两个方面：控制脂肪酸的链长和饱和度。油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因。目前已知豆类中的脂氧合酶在酸败过程中扮演重要角色。美国DuPont公司通过反义抑制或/和共同抑制油酸酯脱氢酶，开发成功高油酸含量的大豆油。这种新型油含有良好的氧化稳定性，很适合用作煎炸油和烹调油。导入硬脂酸-ACP脱氢酶的反义基因，油菜种子中硬脂酸的含量从2%增加到40%；硬脂酸-COA可使转基因作物中的饱和脂肪酸(软脂酸、硬脂酸)的含量下降，不饱和脂肪酸(油酸、亚油酸)的含量增加，其中油酸的含量可增加7倍。2.2.3碳水化合物的改良对碳水化合物的改进，只有通过对其酶的改变来调节其含量。高等植物体中涉及淀粉合成的酶类主要有：ADPP葡萄糖焦磷酸酶(ADP—GPP)、淀粉合成酶(SS)和分枝酶(BE)。通过反义基因抑制淀粉分枝酶可获得完全只含直链淀粉的转基因马铃薯。孟山都公司开发了淀粉含量平均提高了20%—30%的转基因马铃薯。油炸后的产品更具马铃薯风味、更好的构质、较低的吸油量和较少的油味。2.3改良微生物菌种的性能发酵工业关键是优良菌株的获取，除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外，还与基因工程结合，大力改造菌种，给发酵工业带来生机。2.3.1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。Lancashine[8]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高，面包加工中产生二氧化碳气体量提高，最终可生产出膨发性良好和松软可口的面包。2.3.2改良啤酒酵母菌的性能Lancashine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，啤酒生产方式革新。Lancashing根据同源重组的原理，通过自克隆技术改造啤酒酵母工业菌株GO3，工程菌的谷胱甘肽含量比受体菌株提高16.6%，啤酒的抗老化能力得到了显著提高，而常规指标没有发生显著变化。2.3.3改良酿酒酵母菌的性能应用基因克隆技术将黑曲霉产糖化酶基因cDNA转人经优化的受体菌(酿酒酵母京龙JL108号)，再经反复筛分、驯化获得JL1(Yip128D.17N),经包埋制得具有糖化酒化"双功能〃的固定化酵母，载体产酶能力在10u/g•h以上，酒精发酵醪液中酶活达20u/mL以上。2.4开发保健食品和食品疫苗食品疫苗就是将致病微生物的有关蛋白(抗原)基因，通过转基因技术导人植物受体中进行表达，得到具有抵抗相关疾病的疫苗。已获成功的有狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突变株表面蛋白等10多种转基因马铃薯、香蕉、番茄的食品疫苗。英国科学家宣布，未来几年内，他们将培养一种新型生物鸡，这种鸡所产的鸡蛋里具有抗肿瘤因子，癌症患者食用鸡蛋后体内癌细胞的扩散就会受到抑制。2.5改善食品风味利用基因工程技术还可以生产独特的食品香味剂和风味剂，如香草素、可可香素、菠萝风味剂，以及高级的天然色素，如类胡萝卜素、花色苷素、咖喱黄、紫色素、辣椒素和靛蓝等，并且通过杂种选育的色素含量高、色调和稳定性好。例如转基因的E.coli的玉米黄素最高产量达2891xg/g。通过把风味前体转变为风味物质的酶基因的克隆或通过发酵产生风味物质都可使食品芳香风味得以增强。另外VB2和VC也都有已经商品化的基因工程产品。3展望随着生物化学和分子生物学的进一步发展，基因工程技术在食品工业中的应用日益广泛，这极大促进食品工业的发展，也为人类最终解决食物短缺、消除饥饿带来了希望，在食品工业上的应用具有极为广阔的前景和美好的未来。但对于发展基因工程技术必须持有谨慎的态度，因为这一高新技术的发展也有可能给人类带来潜在的负面影响。对于基因工程食品来讲，在进人市场之前必须经过充分的毒理学鉴定及安全性评价，向消费者确保它们的质量和安全，同时也需要