食品生物技术的进展与应用

摘 要：生物技术是以生命科学为基础，利用生物的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，以及与工程原理和技术相结合进行社会生产或为社会服务的结合性科学技术。它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，被广泛应用于医药、农业、食品、化工、环境保护等各个行业。生物技术主要包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等5个方面内容。本文主要介绍了几种生物技术在食品行业中的应用现状及其新技术的应用。

关键词：生物技术；基因工程；酶工程；食品工业

食品生物技术就是通过生物技术手段， 用生物程序、生产细胞或其代谢物质来制造食品，改进传统生产过程，以提高人类生活质量的科学技术。生物技术在食品生产中的应用已有几个世纪，主要采用微生物发酵生产许多传统的食品，如面包、酸奶、奶酪、啤酒、酱油等，始终与人类生活息息相关。近年来，随着许多新兴的生物技术应用于食品生产与开发，促进了食品工业的飞速发展，主要体现在四个方面：一是利用基因工程、细胞工程技术对食品资源的改造与改良；二是利用发酵工程、酶工程技术将农副原材料加工成商品，如酒类、调味品、酸奶类等发酵制品；三是利用生物技术产品进行二次开发，形成新的产品，如许多功能性的低聚糖、食品添加剂等；四是利用酶工艺、发酵技术、生物反应器等对传统食品加工工艺进行改造，降低能耗、提高产率，改善食品品质。此外，与食品生产相关领域，如食品包装、储存、质量检测、三废处理等方面，生物技术也得到越来越广泛应用。

1 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。為降低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。

2 蛋白质工程在食品中的应用

所谓蛋白质工程，就是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。由于蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质有自己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质的性质。而氨基酸是由三联体密码决定的，只要改变构成遗传密码的一个或两个碱基就能达到改造蛋白质的目的。

2.1 蛋白质工程的基本途径

从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的核糖核苷酸序列（RNA）→找到相对应的脱氧核糖核苷酸序列（DNA）。

2.2 蛋白质工程研究的核心内容

蛋白质结构分析。蛋白质工程的核心内容之一就是收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便建立结构与功能之间关系的数据库，为蛋白质结构与功能之间关系的理论研究奠定基础。三维空间结构的测定是验证蛋白质设计的假设即证明是新结构改变了原有生物功能的必需手段。

3 生物技术在食品行业中的综合应用

3.1 食品原料和食品微生物的改良，提高食品的营养价值及加工性能

利用基因工程、细胞工程改造动物、植物、微生物资源向人类提供各种转基因食品和食品添加剂，一方面提高了农作物产量、改善农作物抗虫、抗病、抗除草剂和抗寒能力，另一方面使食品的营养价值、风味品质得到改善，食品储藏和保存时间有所延长。利用细胞工程技术培育出含水量大大降低的西红柿、洋葱、马铃薯新品种，培育出带咸味和奶味的适宜膨化加工的玉米新品种，获得了出油率高、不饱和脂肪酸含量较高的油料作物，以及我国已在田间试验中的超级水稻、转基因鲤鱼、高产奶量的转基因试管牛，等等。

3.2 生产各种功能食品的有效成分、新型食品和食品添加剂

通过转基因技术制造有利于人类健康的食品或有效因子，如低胆固醇肉猪、低胆固醇蛋和高特种微量元素蛋、人类血液代用品、高异黄酮大豆、高胡萝卜素稻米，等等。利用细胞工程技术生产各种功能食品和功能成分，如对人参、西洋参、长春花、紫草和黄连等植物细胞进行培养生产活性细胞干粉、L-苏氨酸、免疫球蛋白、生长激素，等等。

4 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。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。

参考文献：

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作者简介：

宋威（1981.1— ），男，汉族，吉林辽源人，2004年毕业于吉林农业大学食品科学与工程专业。现辽源职业技术学院辅导员。

（作者单位：辽源职业技术学院）