現(xiàn)代生物技術(shù)在食品工程中的應(yīng)用進(jìn)展

劉春連

（山西省食品研究所（有限公司），山西太原 030024）

自古有言：“民以食為天”，可見食品對(duì)人類生存與發(fā)展具有重要意義，直接影響到社會(huì)的發(fā)展。同時(shí)，在黨的十九大報(bào)告中，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人已經(jīng)明確提出，要落實(shí)糧食安全戰(zhàn)略，讓老百姓放心。因此，在人們生活水平不斷提升的今天，食品工程的發(fā)展不僅要滿足人們多樣化、個(gè)性化的發(fā)展需求，還要嚴(yán)守質(zhì)量關(guān)，引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)與加工技術(shù)，規(guī)范食品加工流程，進(jìn)而改善人民飲食環(huán)境，推動(dòng)食品產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。另外，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代生物技術(shù)在食品工程中的應(yīng)用越來越廣泛，該技術(shù)不僅加快了食品工業(yè)的變革速度，還進(jìn)一步拓展了食品來源，為我國(guó)食品工業(yè)打造一個(gè)良好的發(fā)展平臺(tái)。

1 現(xiàn)代生物技術(shù)的主要內(nèi)容

1.1 基因工程技術(shù)

基因工程是現(xiàn)代生物技術(shù)中的核心應(yīng)用技術(shù)，不僅能有效提升食品工程的加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率，還能成功地將傳統(tǒng)食品進(jìn)行改良，轉(zhuǎn)化成為嶄新的食物品種，進(jìn)而拓展食品來源，強(qiáng)化食用質(zhì)量。如利用基因工程技術(shù)研發(fā)的抗除草劑植物與抗旱植物，產(chǎn)量在原生存環(huán)境下得到大幅度提升，加工質(zhì)量也得到了提高。

1.2 蛋白質(zhì)工程技術(shù)

近幾年，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，蛋白質(zhì)工程技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)代食品加工不僅在改善凝乳酶與優(yōu)化纖維素酶特性方面取得了較大進(jìn)步，還能夠根據(jù)主體的不同需求在原物質(zhì)基礎(chǔ)上創(chuàng)造出全新功能的蛋白質(zhì)，提高食品質(zhì)量，滿足人們的需求。如在食品工程中，食品酶性能的改變就是蛋白質(zhì)工程技術(shù)的最好體現(xiàn)，不僅能有效提高產(chǎn)品品質(zhì)，還能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)食品性能的創(chuàng)新與發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)食品加工工程的有序開展。

1.3 發(fā)酵工程技術(shù)

發(fā)酵工程技術(shù)又稱為微生物工程技術(shù)，是以傳統(tǒng)的生物發(fā)酵技術(shù)為基礎(chǔ)，采用基因重組、細(xì)胞融合和分子生物學(xué)改造技術(shù)。目前，通過現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，發(fā)酵工程技術(shù)得到完善與革新，并不斷擴(kuò)充該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，如微生物資源的開發(fā)與利用、固定化細(xì)胞技術(shù)、發(fā)酵過程的自動(dòng)控制等。同時(shí)，由于其功能上的突出優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，得到企業(yè)的廣泛應(yīng)用與好評(píng)，并對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化建設(shè)目標(biāo)具有重要的推動(dòng)作用。

1.4 遺傳工程技術(shù)

在食品工程中，遺傳工程技術(shù)主要是采用基因重組技術(shù)與人工基因組裝技術(shù)對(duì)物種的遺傳特性加以改良，從而在一定程度上強(qiáng)化生物體的專有特性，提高食品加工質(zhì)量。同時(shí)，在現(xiàn)代生物技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)了遺傳工程技術(shù)的全新發(fā)展，不僅能夠更好地豐富生物品種，提高生物生長(zhǎng)質(zhì)量，還能進(jìn)一步滿足人們的個(gè)性化、多樣化需求，促進(jìn)我國(guó)食品工業(yè)的快速發(fā)展。

1.5 細(xì)胞工程技術(shù)

細(xì)胞工程技術(shù)主要是通過對(duì)細(xì)胞雜交、細(xì)胞分裂的培養(yǎng)技術(shù)，獲得遺傳性狀穩(wěn)定的新菌種或動(dòng)植物細(xì)胞，從而改良動(dòng)植物的生長(zhǎng)狀態(tài)，提升食品加工質(zhì)量。我國(guó)有許多科研人員投入到細(xì)胞雜交與細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的研究當(dāng)中，以促進(jìn)我國(guó)食品工業(yè)的有序發(fā)展，滿足社會(huì)以及人們的發(fā)展需求。目前，通過科研人員的不懈努力，細(xì)胞工程技術(shù)在天然食品培育與天然食品添加劑領(lǐng)域取得了巨大成就，并提高了天然藥物與食品添加劑的使用性能，對(duì)我國(guó)現(xiàn)代食品工業(yè)的發(fā)展具有重要影響。

1.6 酶工程技術(shù)

近幾年來，新酶源開發(fā)已經(jīng)成為現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域研究的首要課題。在實(shí)際應(yīng)用過程中，酶工程是利用酶和細(xì)胞的催化作用，對(duì)動(dòng)植物進(jìn)行生化反應(yīng)，以達(dá)到人類所需的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)有關(guān)的研究主要是利用植物和動(dòng)物的生物特性，連鎖反應(yīng)而發(fā)揮其催化作用，從而提升食品生產(chǎn)質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)食品工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

2.1 基因工程技術(shù)在食品工程中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，基因工程技術(shù)的有效應(yīng)用不僅能有效獲得優(yōu)良的菌株種群，還能在傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)菌株種群的生產(chǎn)與改良，進(jìn)而提升食品生產(chǎn)質(zhì)量，強(qiáng)化人們的食用體驗(yàn)?；蚬こ碳夹g(shù)應(yīng)用具體表現(xiàn)為以下幾方面：首先，優(yōu)化面包酵母菌性能。通過基因工程技術(shù)在食品工程中的有效應(yīng)用，能夠使面包酵母性能發(fā)生改變，主要體現(xiàn)為麥芽糖含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通面包酵母，并在二氧化碳的催化作用下，使面包更加松軟可口。張翠英等選育出優(yōu)良的耐冷凍面包酵母菌株，為我國(guó)面包行業(yè)提供一種新型的面包酵母菌種。在面包酵母海藻糖代謝途徑和耐冷凍機(jī)制分析的基礎(chǔ)上，通過對(duì)各種面包酵母海藻糖酶缺失突變株的耐冷凍性、海藻糖積累能力和面團(tuán)發(fā)酵性能分析，選育出耐冷凍的優(yōu)良面包酵母菌株。無痕基因敲除技術(shù)的應(yīng)用，不僅沒有引入任何外源DNA序列，而且也沒有改變面包酵母菌株的其他發(fā)酵特性，選育出的優(yōu)良菌株可用作工業(yè)生產(chǎn)菌種。優(yōu)良耐冷凍面包酵母菌種的選育對(duì)提高我國(guó)烘焙食品工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平，促進(jìn)我國(guó)面包酵母工業(yè)的發(fā)展和冷凍面團(tuán)技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要意義。其次，改進(jìn)釀酒酵母菌性能。我國(guó)自古以來就是釀酒大國(guó)，隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)酒品的生產(chǎn)質(zhì)量提出更高要求?，F(xiàn)階段，基因工程技術(shù)在食品工程中的有效應(yīng)用，不僅能培育出全新的釀酒酵母，使傳統(tǒng)釀酒工藝得到有效改良，還能進(jìn)一步提高酒品的酯香濃度，滿足人們對(duì)釀酒的高品質(zhì)需求。宋長(zhǎng)征等通過將來自粟酒裂殖酵母的蘋果酸鹽透性酶基因（mael）和蘋果酸酶基因（mae2）在釀酒酵母中共表達(dá)構(gòu)建了蘋果酸-乙醇釀酒酵母；同樣，為了在釀酒酵母中設(shè)計(jì)蘋果酸乳酸發(fā)酵途徑，研究者將乳酸菌的蘋果酸乳酸基因（mles）和裂殖酵母的蘋果酸透性酶基因（mael）在釀酒酵母中進(jìn)行了共表達(dá)。劉延琳等通過構(gòu)建蘋果酸-乳酸酶基因（mleA）和蘋果酸通透酶基因（mlep）重組表達(dá)質(zhì)粒，實(shí)現(xiàn)了2個(gè)基因在釀酒酵母中的共表達(dá)。蘋果酸乳酸發(fā)酵要求的條件是低pH 值和低溫，而蘋果酸乳酸酵母能夠解決在高pH值高溫條件下難以進(jìn)行蘋果酸乳酸發(fā)酵的問題。在發(fā)酵過程中，蘋乳酵母可以在3d內(nèi)降低葡萄醪中的蘋果酸并且不產(chǎn)生不良風(fēng)味。

在食品工程中，基因工程技術(shù)不僅能對(duì)有害微生物進(jìn)行檢測(cè)，保障食品生產(chǎn)質(zhì)量，還能對(duì)待檢測(cè)樣品進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，從而判斷食品加工過程中，是否存在有害物質(zhì)，提高生產(chǎn)效率，推動(dòng)食品工程的順利進(jìn)展。此外，基因工程技術(shù)還能有效改善食品的生產(chǎn)質(zhì)量，如美國(guó)加利福尼亞基因公司利用基因工程技術(shù)培育出一種轉(zhuǎn)基因西紅柿，這種西紅柿不產(chǎn)生會(huì)引起自身腐爛的聚半乳糖醛酸酶，因此不易腐爛，風(fēng)味保持時(shí)間較長(zhǎng)。在植株上成熟后摘下來，經(jīng)過長(zhǎng)途運(yùn)輸和較長(zhǎng)時(shí)間貯藏也不會(huì)腐爛。這種“保鮮抗腐”西紅柿的誕生，使得消費(fèi)者一年四季都可品嘗到新鮮味美的西紅柿。田波等用基因工程技術(shù)，培育出了抗煙草花葉病毒和黃瓜花葉病毒的轉(zhuǎn)基因西紅柿，已大面積推廣，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。梅羅帕斯等將馬鈴薯與番茄相結(jié)合，得到了地上部分結(jié)青色果實(shí)的“薯番茄”，但地下尚未結(jié)出馬鈴薯的塊莖。美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)的科學(xué)家，把番茄和馬鈴薯的細(xì)胞部分融合在一起，培育出了地上結(jié)黃色果實(shí)、地下長(zhǎng)白色薯塊的“番茄薯”。利用現(xiàn)代基因技術(shù)研發(fā)出的轉(zhuǎn)基因番茄，不僅具有抑制聚半乳糖醛酸酶活性的作用，還能有效延長(zhǎng)番茄的儲(chǔ)存時(shí)間，提升人們的食用體驗(yàn)。

2.2 蛋白質(zhì)工程技術(shù)在食品工程中的應(yīng)用

在食品工程中，蛋白質(zhì)工程技術(shù)的應(yīng)用具體表現(xiàn)為：首先，促進(jìn)凝乳酶性質(zhì)轉(zhuǎn)變。凝乳酶是食品工程中的重要添加劑，具有食品凝結(jié)作用，目前被廣泛應(yīng)用于干酪的加工與生產(chǎn)中。通過比較，市場(chǎng)上微生物凝乳酶在特異性、凝結(jié)性、分解活性、穩(wěn)定性等方面都與天然凝乳酶存在著較大差異，并在食品加工中帶有異味，影響食用體驗(yàn)。而通過蛋白質(zhì)工程技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)凝乳酶的性質(zhì)轉(zhuǎn)變，改善食品口感，在食品工業(yè)發(fā)展過程當(dāng)中具有良好的市場(chǎng)發(fā)展前景。其次，強(qiáng)化纖維素酶性能。纖維素酶最早應(yīng)用于我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，以其高效的催化作用能夠有效解決工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境帶來的污染問題。近年來，隨著我國(guó)現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，蛋白質(zhì)工程技術(shù)進(jìn)一步強(qiáng)化了纖維素酶的催化性能，并對(duì)潛在的活性氨基酸中的突變酶展開研究，以提升食品工程的加工質(zhì)量，保證食品安全。

鐘清萍等重組彈性蛋白酶應(yīng)用在肉類嫩化方面：如木瓜蛋白酶在臘牛肉加工中的應(yīng)用。使用蛋白酶水解魚肉漿即可獲得食用魚蛋白。許陽(yáng)等應(yīng)用低值水產(chǎn)品，如價(jià)格較低、蛋白質(zhì)含量高的小魚、毛蝦等，制作魚糊、調(diào)味品、人造肉類制品和蛋白質(zhì)飲料。

2.3 發(fā)酵工程技術(shù)在食品工程中的應(yīng)用

目前，我國(guó)運(yùn)用微生物發(fā)酵技術(shù)主要開發(fā)豆類、谷類、益生菌類食品?，F(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)可以提高食物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，使食物具有特殊風(fēng)味，延長(zhǎng)其保質(zhì)期。傳統(tǒng)的發(fā)酵食品在質(zhì)量、安全等方面還有待提高，而生物科技正是其升級(jí)的最有力手段。如應(yīng)用生物技術(shù)生產(chǎn)高質(zhì)量的起泡酒。在發(fā)酵過程中，酵母菌自身溶解，釋放出大量的細(xì)胞壁質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)，這是影響啤酒品質(zhì)和風(fēng)味的重要因素。張春月等對(duì)發(fā)酵過程中的揮發(fā)性成分進(jìn)行了分析，確定了其遺傳類型和表型的篩選方法，為一次和二次發(fā)酵生產(chǎn)提供了參考意見。同時(shí)，對(duì)經(jīng)酶處理的酵母進(jìn)行固定化處理，也能顯著提高發(fā)泡酒的質(zhì)量。

在生產(chǎn)醬油和米酒時(shí)，有可能會(huì)生成2A 類致癌物質(zhì)-氨基甲酸乙酯。大豆生產(chǎn)中的氨基甲酸乙酯是精氨酸降解產(chǎn)生的尿素與瓜氨酸、乙醇發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的。金佳楊等從麥芽糖中提取了一種可以大量吸收精氨酸的細(xì)菌，可以降低精氨酸轉(zhuǎn)變成瓜氨酸。在發(fā)酵過程中加入此菌株，可以明顯減少甲酸乙酯的含量，保留了較好的香味。

2.4 細(xì)胞工程技術(shù)在食品工程中的應(yīng)用

細(xì)胞工程技術(shù)在食品工程中的應(yīng)用具體表現(xiàn)為以下幾方面：首先，強(qiáng)化育種質(zhì)量。育種工作能夠有效實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的遠(yuǎn)距離遺傳交換，進(jìn)而對(duì)原遺傳資源進(jìn)行創(chuàng)新與發(fā)展，提升菌株種群的應(yīng)用性能。羅士韋等用土豆的生長(zhǎng)點(diǎn)培育出了一種無毒土豆疫苗，不但可以降低土豆毒性，而且可以使土豆產(chǎn)量增加80%。美國(guó)生物學(xué)家利用大蒜細(xì)胞，將其毒性從12%減少到0.003%，從而使其在生產(chǎn)上的應(yīng)用得到了顯著改善。其次，優(yōu)化細(xì)胞培養(yǎng)效果?，F(xiàn)代生物技術(shù)在細(xì)胞培養(yǎng)工作中的應(yīng)用不僅能夠擴(kuò)大天然藥物的使用范圍，提高天然食品添加劑的應(yīng)用質(zhì)量，還能強(qiáng)化食品工程的生產(chǎn)效率，促進(jìn)我國(guó)食品工業(yè)的快速發(fā)展。根據(jù)相關(guān)資料，王玉英等對(duì)茄子、辣椒、甜菜、大白菜、青菜等進(jìn)行了單倍體育種，取得了以下研究成果：第一，從蔬菜作物的胚狀體中獲得單倍體植株；第二，通過對(duì)蔬菜作物使用秋水仙素，從蔬菜內(nèi)部提取出了純合的二倍體；第三，黑龍江園藝研究所的相關(guān)人員采用花藥培養(yǎng)技術(shù)，改善了蔬菜的生長(zhǎng)周期、生長(zhǎng)環(huán)境和繁殖速率，從而降低了生產(chǎn)成本，增加了蔬菜的附加值；第四，國(guó)內(nèi)相關(guān)的細(xì)胞工程技術(shù)人員在甘藍(lán)、馬鈴薯、番茄、甜椒等蔬菜中進(jìn)行了細(xì)胞計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了花藥培養(yǎng)、單倍體育種等方面的研究，使我國(guó)成為世界上率先掌握上述技術(shù)的國(guó)家之一。

2.5 酶工程技術(shù)在食品工程中的應(yīng)用

將酶工程技術(shù)用于食品工程，實(shí)現(xiàn)了新型食品添加劑的創(chuàng)新與研發(fā)。近年來，在發(fā)達(dá)國(guó)家的帶動(dòng)下，我國(guó)加大了對(duì)新酶源的研究力度，以強(qiáng)化食品工程的加工質(zhì)量，并在營(yíng)養(yǎng)性的食品添加劑、低熱量的食品添加劑方面取得了重大的研究進(jìn)展，成為促進(jìn)我國(guó)食品工業(yè)發(fā)展的主要力量。在食品工程中，通過酶工程處理技術(shù)能夠有效降低外界因素對(duì)食品造成不良影響，進(jìn)而保證食品安全。鄭昆等利用酶技術(shù)對(duì)糧食進(jìn)行加工，大大提高糧食加工企業(yè)的綜合效益。谷物中淀粉含量高，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。利用酶技術(shù)對(duì)淀粉進(jìn)行深度加工，可以促進(jìn)淀粉制糖、淀粉制酒等。近年來，人們?cè)絹碓街匾暿称返臓I(yíng)養(yǎng)，通過酶技術(shù)可以生產(chǎn)出能滿足人體需要的谷物食品，如具有增強(qiáng)機(jī)體多種生理機(jī)能的膳食纖維。在膳食纖維生產(chǎn)中，利用分子鏈短、分子量低的食物纖維進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其分子鏈更長(zhǎng)，分子量更大。利用淀粉酶、糖化酶等多種酶，可以有效地將淀粉的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行水解，從而提高加工效率，提高加工質(zhì)量。最后，完善食品工程的檢測(cè)機(jī)制。通過酶工程技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)?dòng)植物的化學(xué)成分進(jìn)行科學(xué)分析，并對(duì)動(dòng)植物體內(nèi)的有害物質(zhì)展開檢測(cè)，從而在保障食品工程順利開展的同時(shí)，促進(jìn)食品工業(yè)健康發(fā)展。

3 結(jié)論

總之，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民的生活水平明顯提高，對(duì)食品工程產(chǎn)品的安全和加工品質(zhì)的要求也越來越高。在這樣的背景下，為適應(yīng)新時(shí)代社會(huì)和人民的發(fā)展需要，強(qiáng)化食品的生產(chǎn)附加值與性能，提升食品的食用質(zhì)量，食品工程在生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)，以增強(qiáng)食品工程的生產(chǎn)質(zhì)量和工作效率，改善消費(fèi)者的消費(fèi)體驗(yàn)，推動(dòng)我國(guó)食品工程順利實(shí)施，促進(jìn)我國(guó)生物技術(shù)更好發(fā)展。