国内外食品生物技术研究进展

自１９６７年，一种高淀粉台量的马铃薯新品种问世，标志 着基因工程食品首次出现在食品市场．但２年后，发现这种 马铃薯新品种产生龙葵碱毒素而禁止生产。１９７９年，人们 将重组的牛生长激素注射到乳牛上，可提高乳牛的产奶量而 不影响品质。在２０世纪８０年代，美国、西德、阿联酋的研究 人员又发现使用病原茸生产转基因植物的方法，可以借助这 种病原菌将新的基因转入植物体中。从１９８３年到１９８９年， ＤＮＡ重组技术得到进一步的发展。许多动植物基因的转移 都是可行的。∞世纪９０年代基因工程醇馨乳醇应用于干 酷的生产．它是采用ＤＮＡ重组技术将牛胃细胞的遗传基因 转移到微生物细胞中（大多采用啤酒酵母），此基因指导微生 物细胞合成凝乳酶，这标志着第一例基因工程食品被人们所 接受。随着基因工程的发展和其在食品领域中的应用，将会 产生许多新的食品品种。
食品生物技术就是通过生物技术－Ｔ－８±，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、调昧 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、食品添加荆等：四 是利用酵工艺、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，改普食品品质。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［＂。总之，生物技术在食 品领域中有广阔市场和发展前景。必将带来食品工业的新变 革。本文主要从以下几方面阐述近几年来匿内外食品生物技 术的研究进展。 １基因工程技术
关键词：食品生物技术基因工程蛋白质工程细胞工程酶工程发酵工程 中图分类号：Ｑ７８９：ＴＳ２０１文赫标识码：Ａ
ｏ前言 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…。二十世纪六、七十年 代，生物技术发生了巨大变革，许多专家预言．当生物技术的 潜力得到充分发展时，将会引起一次新的产业革命，已被公 认为是２ｌ世纪最具开发潜力的高新科技产业之一，当今世 界各国都把生物技术的研究列＾高新技术发展规划，我国也 已把生物技术和航天技术、信息技术，激光技术、自动化技术 及新材料技术等列为优先发展的高技术镇域［副。生物技术 主要包括基因工程、蛋自质工程、细胞工程、酵工程和发酵工 程等５十方面内容。
３２ 文章编号：１００８—９５７８（２００２）０６—００３２—０３
藏套与油脂
２００２年第６期
国内外食品生物技术研究进展
宋贤良１朱利２温其标１彭志英１ （１华南理工大学食品与生物工程学院．广州 ５１０６４０） （２上海正大期货经纪有限公司，上海２００１２０）
摘要：本文主要阐述基因工程、蛋白质工程、细胞工程、醇工程和发酵工程等生物技术在食品工 业中的应用及最新研究近况。食品生物技术作为一项高新技术将为食品工业的发展起着 重要雄动作用。
细胞工程就是应用细胞生物学方法，按照人们瑗定的设 计，有计划地保存、改变和电Ⅱ造遗传物质的技术。近年来细 胞工程的开发和应用主要集中在细胞杂交，快速无性繁殖和 细胞育种等方面。利用细胞杂交和细胞培养可生产独特的 食品香昧和风味的添加剂，如香草蠢、可可香素、菠萝风味剂 以及高级的天然色素，如咖噬黄、类胡萝卜素，紫色素、花色 苷素、辣椒素、靛蓝等。并且通过杂种选育，培养的色素古量
万方数据
以对这方面的研究有非常重大的意义。 酶在食品工业中的应用可以增加产量，提高质量，降低
原材料和能源消耗，改善劳动条件，降低成本，甚至可以生产 出用其它方法难以得到的产品，促进新产品、新技术、新工艺 的兴起和发展。酶在食品工业中的应用见表１。
表１一在食品工业中应用
一名
毫曩
主蔓用ｔ
ａ一淀粉醇
Ｐ淀份酶
基因工程应用于食品生产具有撮多优点：（１）可延长水 果、蔬菜的货架期及感官特性．比如转基因西红柿具有更长 的货架期．可延长其熟化、软化和腐烂过程。基因的水果和 蔬菜也具有更好风味、色泽、质地、更长的货贺期和更好的运 棺及加工特性。（２）可提高食品营养品质，象基因重组的牛 生长澈亲（ｒＢｓＤ可提高乳牛的产奶量。重组过的猪生长激 素（ｒＰＳｎ可增加猪内的产量，减少脂肪的含量。通过基因 工程生产的大豆，营养更丰富，风味更佳。采用基因工程技 术还可以提高食品中矿物质的含量，产生抗氧化性的维生素 （类胡萝ｈ素、黄酮类、雏生素Ａ、Ｃ、Ｅ等）．使人们的癌症及 心脏病的发病率降低。（３）提高蛋白质的古量。通过基因工 程可增加食品中必需氨基酸（如甲硫氨酸、赖氨酸）的音量， 还能提高食品的功能特性，拓宽檀物蛋白的使用。（４）增加 碳水化台物音量。转基因西红柿淀粉含量高，这对加工西红 柿蕾是很有利的。把某些细菌中产淀粉基因与马铃暮基因
万方数据
重组，得到的马铃薯可缩短烹调时间，降低成本和原料消耗。 （５）提高肉、奶和畜类产品的数量和质量。基因工程，尤其是 克隆技术，可提高膏牧产量＋满足肉蛋白食品的需求。转基 因动物不仅使产奶或产肉量增加，而且可得到具有特殊功能 的奶或肉类产品，如去乳糖牛奶，低脂牛奶，低腮固醇、低鹰 肪肉食品以及含特殊营养成分的肉食品等。（６）可增加农怍 物产量。基因工程处理过的农作物，产量提高且抗虫害、抗 病毒能力强，耐酸、耐盐和耐恶劣环境（高温、霜冻、干旱等） 能力强。许多抗虫吝的苹果、抗病毒的暗密瓜、黄瓜、抗除草 剂的玉米、西红柿、马铃薯、大豆等都已投放市场。基因工程 还可导致农作物提高固氮能力，减少化肥的使用，降低产品 生产成本。（７）生产可食性疫苗和药物。通过基因工程可使 一些热带作物，如香蕉产生特殊用途的蛋自质，可用来生产 抗肝炎、譬乱、痢疾、腹泻、或其它易感染的肠道疾病的疫苗。 转基因水稻可生产维生隶Ａ前体、富集更多的可防止病毒 感染和贫血症的金属离子。（８）生产珊舶性食品。基因修饰 过的椰菜富台抗氧化性物质；而基因修饰过的茶叶富含黄酮 类物质。此外．将基因工程应用于油料作物．可生产许多不 饱和脂肪酸，如富台油酸、Ｔ一亚麻酸的大豆油，富含月桂酸的 菜籽油等［４】。通过转基因技术不仅可以改变脂肪酸的结构， 而且能导致脂肪结构本身的生物协同作用，利用基因工程可 以有计划有目的地设计出许多新奇的脂肪和油脂，以满足许 多功能性食品生产的需求。 ２蛋白质工程
孢ｔ
糖
气杆菌，假单帕秆曹
村造直硅诧将、麦芽糖
蕞畦，木瓜、枯革杆菌、霉 啤掴澄清．亦解置白
菌
霉菌
果什、果酒的橙清
放线曾、细菌
制造果蕾锫、果着
黑曲霉、青霉
蛋白加工、童品保薰
黑曲‘
水果加工．去障秸汁苦睐
黑曲霉 霉菌，细菌
防由，ＤＩ－Ｌ鞋Hale Waihona Puke Baidu蛙ｔ桔畦蠢头生丑产桔Ｌ汁囊出基现浑酸浊
大陆杆菌、假单胞杆菌
生物技术中对食品工业生产影响量大的还是酶工程和 发酵工程，酶工程是指在一定的生物反映器内，利用酶的催 化作用，将相应的原料转化成有用物质的技术，是将酶学理 论与化工技术结台而形成的新技术，其应用领域已经遍及农 业、食品、医药、环境保护、能源开发和生命科学理论研究等 各个方面。与此同时，酶工程产业也在快速发展，１９９８年全 世界工业酶制剂销售额高达１６亿美元。预计到２００８年，销 售额将达到３０亿美元。迄今为止，全世界已发现的酶有 ３０００多种，而工业上生产的酶有６０多种，真正达到工业规 模的只有２０多种［¨。
高，色调和稳定性好，如转基因的Ｅ．Ｃｏｉｌ玉米黄素最高产 量可达２８９岭／ｇ。采用细胞分离法分离出香草植物细胞，然 后进行人工培养，大量繁殖．提取出香味物质与植物栽培法 相同，极大提高了香草香料产量“１。在育种实践上，利用细 胞工程培育抗痛虫细脏株，如用花药培养和染色伴工程育种 等技术与常规技术培台帕方法已培青出许多具鲁恃豫抗性 和耐性的优质新品种．象菲捧宾国际水稻研究所培１｜的。超 圾水稻。和‘赶超最水稻。，为世界人口日盏增长，鞍童日益短 缺带来一线光明ｎ】。总之细臆工程在新技术革龠的浪潮中 耐农业，食品等传统工艺革新方面有着很大的潜力。 ４奠工程
随着蛋白质晶博学，计算机技术与基因工程手段相结 台．便出现了蛋白质工程，又称为。第二代基因工程”，即接人 们的意志创造出适台人类需求的．具有不同功能的置白质， 创造出世界上原来不曾有过的新蛋白质及其众多的新产品， 利用蛋白质工程将可以生产具有特定氨基酸腰序、高级结 构、理化性质和生理功能的新型蛋白质，可以定向改造酶的 性熊，生产新型营养功船食品，以全新的思路发展食品工业。 近来国际上又提出置白质全新设计（Ｐｒｏｔｅｉｎ ｄｅ ｌａＯＶｆ ｄｅ－ ｓｉｇｎ）的概念，其过程大致是：在确定设计目标后，先根据一 定规则产生初始序列，经过结构预测和构建模型，对序列进 行初步的修改，彝！；后进行基因表达或多肽合成，再经结构检 测，确定是否与原定目标相符，并根据检测结果．指导进一步 设计。通常完成一个蛋白质的全新设计，要经过反复多次设 计＿＋基因表达或台戚＿＋检测＿＋再设计的过程ｏ】。目前该技 术还处在探索阶段，但其应用前景非常诱人。 ３细胞工程
当前，歇、美和日奉在酶工程研究和产业化方面发展迅 速。居世界领先地位．我国也正加紧对酵工程的研究与开发， 以便赶上国际上的发展动向。国际上对醇工程的研究主要 集中在以下几方面（９）：（１）运用基因工程和蛋白质工程，改 善原有蘸的各种性螗，提高酶的产率和稳定性，使其在后提 取工艺和应用过程中更軎易操作：采用定点突变技术对天 然酶蛋白进行改性或通过蛋白质全新设计出新的奠瑶白。 （２）研究开发新的人工合成蕾和模拟酵，如人工合成的商分 子聚合物聚＿４一乙烯基毗啶—烷化物，具有靡蛋白酶的功能， 模氯屙氮酶得到的过渡金属‘蚨、钴、镰等）的氧结合物等多 种固氮蘸模型，这必将把新奠种的研究推到新的高度。（３） 加紧对核酸酶和抗体醇的研究。人们在研究过程中发现，校 酸酶是一种多功能的生物催化剂，不仅可作用于ＲＮＡ和 ＤＮＡ，而且还可以柞用于多糖、氯基酸醇等底物；抗体酶也 具有较高的僵化括性，可表现出一定程度的底物专一性和主 体专一性。目前，抗体醇催化的反应已包括：水解反应、合 成反应、交按反应、闭环反应、异构反应和氧化还原反应等。 对这两种酶的研究将会为酵的生产开创一条崭新的途径。 （４）研究开发醇的定向固定化技术，拓宽酶的应用范围，使酶 活性的损失降低到最小程度。（５）研究酶在有机合成和非水 介质中进行生物催化等领域中的应用，也就是对酵化学技术 和非水相酶学的研究，拓宽醇应用钡域。（６）深入进行糖生 物学和糖基转咎奠的研究。大量的研究已表明．复合糖类中 的糖链，在受精、发生、发育、分化、神经系统瓤免疫秉坑恒态 的维持方面起着重要作用，也与机体老化、自身免疫丧崭、癌 细胞异常增殖和转移，痛耀体感染等生命现象密切相关，所
糖化酶
异茬糟醇
量白醇
果腔酶 葡蕾糖异掏群 葡萄糖化醇 柑苷醇 橙皮苷霉 氢基酰化酶 天冬氨瞳酶 碡畦二酯酶 色氯融台成醇 校苷磷酸化酶 纤肇寮酵
发酵原料淀粉藏化，制造葡蕾 枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉
悖、怡糖、泉葡糖浆
麦芽、巨大芽孢杆菌、多牯 制造麦芽．啤稻畦造
芽孢杆菌
报霉、黑曲酶、红曲ｌ、内 发酵原料淀粉糖化，制造葡萄
收稿日期：２００２—０卜－１０
基因工程又称ＤＮＡ重组技术。是指按人的意志，将某一 生物体（供体）的遗传信息在体外经人工与载体相接（重组），构 成重组ＤＮＡ分子，然后转Ａ另一生物体（受体）细胞中，使被 引进的外源ＤＮＡ片段在后者内部得以表达和遗传。将这项 技术应用于动植物或做生物上即产生基因工程食品。