基因工程技术在食品工业中的研究进展_张占军

技术与方法

生物技术通报

BI OTEC HNOLOG Y BULLETI N

2011年第2期

基因工程技术在食品工业中的研究进展

张占军

1,2

王富花

3

(1扬州环境资源职业技术学院,扬州225127;2南京农业大学食品科技学院,

南京210095;3扬州工业职业技术学院,扬州225127)

摘 要: 综述基因工程技术在改善食品原料品质、改良食品工业用菌种和食品加工性能、生产酶制剂和保健食品方面的应用,同时对转基因食品及其安全性问题进行了总结归纳,最后对基因工程技术在食品中的发展前景进行展望。

关键词: 基因工程 转基因食品 食品安全 应用

Advances of Ge netic Engineeri ng Technology i n t he Food Industry

Zhang Zhanjun 1,2

W ang Fuhua

3

(1

Yangzhou Vocational Colle ge of Environ ment al and Resources ,Yangzhou 225127;2

Colle ge of Food Science and T echno l ogy,

N anj i ng Agricult ural Uni versit y,N anjing 210095;3

Yan gzhou P ol y tec hnic Instit ute ,Yangzhou 225127)

Abstrac:t G eneti c eng ineer i ng techno logy and its app licati on i n i m prov i ng the qua lity of food raw ma teria l s ,stra i ns for the f ood i n

dustry ,t he perfor m ance o f food processi ng ,producti on o f enzy m e prepara ti on and hea lt h foods w as i ntroduced ,and genetica lly mod ifi ed food and its safe t y i ss ues w as su mm ar i zed .F i na lly ,t he deve l op i ng prospect of the techno logy in food i ndustry w as g iven .

K ey words : G ene ti c eng i neer i ng G enetica ll y mod ifi ed food Food safe t y A ppli cati on

收稿日期:2010 09 08

作者简介:张占军,男,讲师,博士研究生,研究方向:食品生物技术;E m ai:l moutai d c @163.co m

以DNA 重组为核心内容的基因工程技术是一种新兴的现代生物技术。利用基因工程技术不但可以提高食品的营养价值,去除食物原料中的有害成分,同时还可以通过对农作物品种改良,减少种植过程中农药、化肥等化学品的使用量。目前,经基因工程改造的产品已在农业、医药、环保等领域占据了重要的地位,特别是在食品工业中越来越显示了它的优越性和发展前景

[1]

。基因工程技术在食品领域

中的作用目前涉及到对食品资源的改造、对食品品质的改造、新产品的开发、食品添加剂的生产以及食品卫生检测等方面

[2]

。基因工程问世30多年来,无

论是基础理论研究领域,还是在生产实际应用方面,都取得了惊人的成绩,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,同时为食品工业开拓了广阔的发展空间。

1 基因工程技术

1 1 基因工程定义

基因工程(genetic eng i n eeri n g)技术是指按照预

先设计好的蓝图,利用现代分子生物学技术,特别是酶学技术,对遗传物质DNA 直接进行体外重组操作与改造,将一种生物(供体)的基因转移到另外一种生物(受体)中去,从而实现受体生物的定向改造与改良

[3]

。

基因工程的基本程序[4]

:(1)获取所需的目的

基因;(2)把目的基因与选好的载体连接在一起,即重组;(3)把重组载体转入宿主细胞;(4)对重组分子进行选择;(5)表达成蛋白,采用合适条件,获得高表达的产品。

1 2 发展

1973年美国斯坦福大学和旧金山大学Coken 和Boyer 两位科学家成功地进行了DNA 分子重组试验,揭开了基因工程发展的序幕。1984年,B e van [5]

报告了从粪链球菌中提取的基因植入烟草(N ico tina p lu m bag ini f olia )的基因组,开创了转基因生物时代。1994年,美国农业部(USDA )和美国食品与药品管理局(FDA )批准第一个转基因作物产

生物技术通报B iotechnology Bulletin2011年第2期

品 延熟保鲜转基因番茄进入市场之后,大量的转基因生物作为食品进入人们的生活[6]。

2 基因工程在食品工业中的应用

2 1 改善食品原料品质

基因工程应用于植物食品原料的生产上,可进行品种改良,新品种开发与原料增产,如选育抗病植物、耐除草剂植物、抗昆虫或抗病毒植物、耐盐或耐旱植物[2]。除增加产量外,还应用于改良农作物品种特性方面,例如,豆类植物中蛋氨酸的含量普遍较低,但赖氨酸的含量很高;而谷类作物中的两者含量正好相反,通过基因工程技术,可将谷类植物基因导入豆类植物,开发蛋氨酸含量高的转基因大豆[7]。维生素A(VA)缺乏在发展中国家是一种常见的营养缺乏症,通过基因改造的黄金米(go lden rice),可以产生VA的前体物质 胡萝卜素,为防治VA缺乏症提供了解决办法,但其使用的有效性和安全性一直以来未作深入研究。Ste i n等[8]结合健康和营养以及社会经济政策等因素,通过对黄金米进行的以试验为依据的研究表明黄金米有望极大地减少VA缺乏症的发生。此外,通过外源生长激素在受体鱼中的表达,可使转基因鱼的肌肉蛋白含量和饲料转换效率明显提高,生长速度加快。生长激素转基因猪也取得了相似的效果,且减少了脂肪,增加了瘦肉率[9]。在不影响奶质量的前提下,美国康乃尔大学利用基因工程技术研究了一种牛生长激素(bo vine so m e totrop i n,BST),将它注射到乳牛体内,便可提高乳牛的产奶量[10]。花生过敏源是一种严重的食品过敏源,也是最常见的可能威胁到生命的致敏反应。尽管普遍的引发过敏反应的阈值范围在1个花生仁左右,但痕量(0 1-10mg)也可能触发对花生的过敏反应。研究认为A ra h1、A ra h2和Ara h 3是花生中3种很重要的蛋白质过敏源[11]。Dodo 等[12]研究发现,通过RNA干涉技术可以使花生中A ra h2的表达受到抑制,从而生产出低致敏源的花生。

2 2 改良食品工业用菌种

最早成功应用的基因工程菌是面包酵母菌。人们把编码麦芽糖透性酶及麦芽糖酶的基因转移至该食品微生物中,通过表达使该酵母含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖酶的含量大大提高,从而在面包发酵过程中产生较多的CO2气体,使面包膨发性能良好、松软可口。另据M eyer[13]报道,由于丝状真菌具有独特的高容量表达和分泌蛋白的能力,可利用其生产真菌或非真菌来源的酶类,通过基因工程技术可以有效地提高产率及减少非需要的副产物的形成,为此建立一种有效的转化方法至关重要,目前可以应用在真菌上的转化方法有原生质体介导转化法(P MT)、电穿孔转化法、基因枪转化法以及农杆菌介导转化法(AMT)。

2 3 生产酶制剂

酶的传统来源是动物肝脏和植物种子,后来因发酵工程技术的发展,使得利用微生物生产各类酶成为可能,20世纪50年代初开始,分子生物学和生物化学的发展使基因工程技术在酶制剂方面的应用越来越广泛。凝乳酶是第一次应用基因工程技术把小牛胃中的凝乳酶基因转移到细菌或真核微生物生产的酶,利用基因工程菌生产凝乳酶是解决凝乳酶供不应求的理想途径。Geo ffrog等[14]将编码牛凝乳酶的基因克隆到乳酸克鲁维酵母中发现,乳酸克鲁维酵母能有效地把凝乳酶原分泌到培养基质,并成功地进行了大规模的工业生产。

2 4 改良食品加工性能

啤酒制造中对大麦醇溶蛋白含量有一定要求,如果大麦中醇溶蛋白含量过高就会影响发酵,容易使啤酒产生混浊,也会使其过滤困难。采用基因工程技术,使另一蛋白基因克隆到大麦中,便可相应地使大麦中醇溶蛋白含量降低,以适应生产的要求。在牛乳加工中如何提高其热稳定性是关键问题,牛乳中的酪蛋白分子含有丝氨酸磷酸,它能结合钙离子而使酪蛋白沉淀。现在采用基因操作,增加k 酪蛋白编码基因的拷贝数和置换,k 酪蛋白分子中A la 53被丝氨酸所置换,便可提高其磷酸化,使k 酪蛋白分子间斥力增加,以提高牛乳的稳定性,这对防止消毒奶沉淀和炼乳凝结起重要作用。在烘烤工业中,将含有地丝菌属LI PZ基因的质粒转化到面包酵母中,可以使面包蓬松,内部结构较均匀,优化了加工工艺[15]。

2 5 生产保健食品

目前,保健食品的开发可采用转基因手段,在动、植物细胞中得到基因表达而制造有益于人类

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