食品生物技術(shù)的進(jìn)展與應(yīng)用

摘 要：生物技術(shù)是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物的特性和功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系，以及與工程原理和技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行社會(huì)生產(chǎn)或?yàn)樯鐣?huì)服務(wù)的結(jié)合性科學(xué)技術(shù)。它是一門(mén)跨學(xué)科的綜合性科學(xué)，是研究生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)的基礎(chǔ)工具，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、化工、環(huán)境保護(hù)等各個(gè)行業(yè)。生物技術(shù)主要包括基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程等5個(gè)方面內(nèi)容。本文主要介紹了幾種生物技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及其新技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；基因工程；酶工程；食品工業(yè)

食品生物技術(shù)就是通過(guò)生物技術(shù)手段， 用生物程序、生產(chǎn)細(xì)胞或其代謝物質(zhì)來(lái)制造食品，改進(jìn)傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程，以提高人類(lèi)生活質(zhì)量的科學(xué)技術(shù)。生物技術(shù)在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用已有幾個(gè)世紀(jì)，主要采用微生物發(fā)酵生產(chǎn)許多傳統(tǒng)的食品，如面包、酸奶、奶酪、啤酒、醬油等，始終與人類(lèi)生活息息相關(guān)。近年來(lái)，隨著許多新興的生物技術(shù)應(yīng)用于食品生產(chǎn)與開(kāi)發(fā)，促進(jìn)了食品工業(yè)的飛速發(fā)展，主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：一是利用基因工程、細(xì)胞工程技術(shù)對(duì)食品資源的改造與改良；二是利用發(fā)酵工程、酶工程技術(shù)將農(nóng)副原材料加工成商品，如酒類(lèi)、調(diào)味品、酸奶類(lèi)等發(fā)酵制品；三是利用生物技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，形成新的產(chǎn)品，如許多功能性的低聚糖、食品添加劑等；四是利用酶工藝、發(fā)酵技術(shù)、生物反應(yīng)器等對(duì)傳統(tǒng)食品加工工藝進(jìn)行改造，降低能耗、提高產(chǎn)率，改善食品品質(zhì)。此外，與食品生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域，如食品包裝、儲(chǔ)存、質(zhì)量檢測(cè)、三廢處理等方面，生物技術(shù)也得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用。

1 基因工程技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用

基因工程技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心內(nèi)容，即采用類(lèi)似工程設(shè)計(jì)的方法，按照人類(lèi)的特殊需要將具有遺傳性的目的基因在離體條件下進(jìn)行剪切、組合、拼接， 再將人工重組的基因通過(guò)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞，進(jìn)行無(wú)性繁殖，并使目的基因在受體細(xì)胞中高速表達(dá)，產(chǎn)生出人類(lèi)所需要的產(chǎn)品或組建成新的生物類(lèi)型。

塑料作為四大包裝材料之一，由于其質(zhì)輕、強(qiáng)度好用量逐年遞增。但由于用石油產(chǎn)品制成的傳統(tǒng)塑料，其廢棄物很難降解，造成白色污染。因此，可降解塑料成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。目前PHB的生產(chǎn)成本依然太高，用細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)PHB 的成本至少是化學(xué)合成聚乙烯的5 倍，這嚴(yán)重限制了PHB 在商業(yè)上的應(yīng)用。為降低PHB 的生產(chǎn)成本，提高PHB 與傳統(tǒng)塑料的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，可向植物體內(nèi)引入PHB 生物合成途徑，以植物為表達(dá)載體，利用CO2 及光能合成PHB，是大規(guī)模廉價(jià)生產(chǎn)PHB的一種很有前景的方法，用轉(zhuǎn)基因植物來(lái)生產(chǎn)PHB是降低生產(chǎn)成本的較好選擇。

2 蛋白質(zhì)工程在食品中的應(yīng)用

所謂蛋白質(zhì)工程，就是利用基因工程手段，包括基因的定點(diǎn)突變和基因表達(dá)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，以期獲得性質(zhì)和功能更加完善的蛋白質(zhì)分子。由于蛋白質(zhì)是由許多氨基酸按一定順序連接而成的，每一種蛋白質(zhì)有自己獨(dú)特的氨基酸順序，所以改變其中關(guān)鍵的氨基酸就能改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)。而氨基酸是由三聯(lián)體密碼決定的，只要改變構(gòu)成遺傳密碼的一個(gè)或兩個(gè)堿基就能達(dá)到改造蛋白質(zhì)的目的。

2.1 蛋白質(zhì)工程的基本途徑

從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對(duì)應(yīng)的核糖核苷酸序列（RNA）→找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核糖核苷酸序列（DNA）。

2.2 蛋白質(zhì)工程研究的核心內(nèi)容

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析。蛋白質(zhì)工程的核心內(nèi)容之一就是收集大量的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的信息，以便建立結(jié)構(gòu)與功能之間關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)，為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間關(guān)系的理論研究奠定基礎(chǔ)。三維空間結(jié)構(gòu)的測(cè)定是驗(yàn)證蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的假設(shè)即證明是新結(jié)構(gòu)改變了原有生物功能的必需手段。

3 生物技術(shù)在食品行業(yè)中的綜合應(yīng)用

3.1 食品原料和食品微生物的改良，提高食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及加工性能

利用基因工程、細(xì)胞工程改造動(dòng)物、植物、微生物資源向人類(lèi)提供各種轉(zhuǎn)基因食品和食品添加劑，一方面提高了農(nóng)作物產(chǎn)量、改善農(nóng)作物抗蟲(chóng)、抗病、抗除草劑和抗寒能力，另一方面使食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、風(fēng)味品質(zhì)得到改善，食品儲(chǔ)藏和保存時(shí)間有所延長(zhǎng)。利用細(xì)胞工程技術(shù)培育出含水量大大降低的西紅柿、洋蔥、馬鈴薯新品種，培育出帶咸味和奶味的適宜膨化加工的玉米新品種，獲得了出油率高、不飽和脂肪酸含量較高的油料作物，以及我國(guó)已在田間試驗(yàn)中的超級(jí)水稻、轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)、高產(chǎn)奶量的轉(zhuǎn)基因試管牛，等等。

3.2 生產(chǎn)各種功能食品的有效成分、新型食品和食品添加劑

通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)制造有利于人類(lèi)健康的食品或有效因子，如低膽固醇肉豬、低膽固醇蛋和高特種微量元素蛋、人類(lèi)血液代用品、高異黃酮大豆、高胡蘿卜素稻米，等等。利用細(xì)胞工程技術(shù)生產(chǎn)各種功能食品和功能成分，如對(duì)人參、西洋參、長(zhǎng)春花、紫草和黃連等植物細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)生產(chǎn)活性細(xì)胞干粉、L-蘇氨酸、免疫球蛋白、生長(zhǎng)激素，等等。

4 前景展望

隨著人們生活水平的提高和消費(fèi)觀念的改變，人們更關(guān)注食品的內(nèi)在營(yíng)養(yǎng)和食品的衛(wèi)生安全，同時(shí)提倡綠色消費(fèi)，這就對(duì)食品生產(chǎn)提出了更高的要求。目前，現(xiàn)代生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用涉及到基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和微生物（發(fā)酵）工程等當(dāng)今公認(rèn)的四大生物技術(shù)體系。重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的幾個(gè)領(lǐng)域?yàn)椋洪_(kāi)發(fā)新酶品種以及酶的固定化和細(xì)胞工業(yè)化應(yīng)用；加強(qiáng)高產(chǎn)菌株和耐特殊環(huán)境微生物的遺傳育種；用生物法代替化學(xué)合成生產(chǎn)食品添加劑；綜合利用技術(shù)， 進(jìn)行原料的深度加工，采用清潔閉路生產(chǎn)工藝，將廢棄物資源化，達(dá)到節(jié)糧、節(jié)能、減少污染的目的；工業(yè)化生產(chǎn)中生物技術(shù)產(chǎn)物的分離提取水平低一直是阻礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”問(wèn)題，因此，生物技術(shù)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)及高收率的提取技術(shù)是今后發(fā)展的重要方面；研究開(kāi)發(fā)多功能、多指標(biāo)的生物傳感器，有效監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，利用生物技術(shù)建立高特異性、高靈敏度、快速簡(jiǎn)便的食品衛(wèi)生檢測(cè)方法是確保食品安全的重要手段。

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作者簡(jiǎn)介：

宋威（1981.1— ），男，漢族，吉林遼源人，2004年畢業(yè)于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)?，F(xiàn)遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院輔導(dǎo)員。

（作者單位：遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院）