基因工程在食品工业上的应用

基因工程在食品工业中的应用姓名：陈杰学号：110606017 班级：宜宾学院2011级6班

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、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工业应用

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，基因工程技术在食品领域中的作用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。

1.基因工程技术

1.1 基因工程定义

基因工程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。

1.2 基因工程的基本程序：

( 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基因工程的发展

1857年至 1864年, 孟德尔通过豌豆杂交试验提出生物体的性状是由遗传因子控制的。1909年, 丹麦生物学家约翰生首先提出用基因一词代替孟德尔的遗传因子。1910年至1915年, 美国遗传学家摩尔根通过果蝇试验, 首次将代表某一性状的基因同特定的染色体联系起来, 创立了基因学说。20世纪50年代初开始, 由于分子生物学和生物化学的发展, 对生物细胞核中存在的脱氧核糖核酸( DNA )结构和功能有了比较清晰的阐述。70年代初实现了DNA 重组技术或称为克隆技术, 逐步形成了以基因工程为核心内容, 包括细胞工程、酶工程、发酵工程的生物技术。

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。1982年转基因/超级鼠0的构建成功,1984 年, B e-van报告了从粪链球菌中提取的基因植入烟草 (N ico tina p lum bag infi olia ) 的基因组, 1985年转基因鱼的问世,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品与药品管理局 ( FDA ) 批准第一个转基因作物产品。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。

2.基因工程在食品工业中的应用

2.1 酶制剂方面的应用

酶的传统来源是动物脏器和植物种子, 随着发酵工程的发展, 逐渐出现了以微生物为主要酶源的格局。近年来, 基因工程技术的发展, 使人们可以按照需要来定向改造酶, 甚至创造出自然界从未发现的新酶种。目前, 蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、糖化酶和植物酶等均可利用基因工程技术进行生产(表 1) 。

表 1 应用于食品工业的酶制剂

酶应用

蛋白酶乳酪生产, 啤酒去浊, 浓缩鱼胨, 制酱油, 制蛋

白胨

脂肪酶鱼片脱脂, 毛皮脱脂等

淀粉酶麦芽糖生产, 醇生产等

纤维素酶和半纤维素酶用于乙醇生产, 植物抽提物的澄清和将纤维素转化为糖

糖化酶酶法制糖

果胶酶用于葡萄酒和果汁的澄清及减少其粘度

植酸酶可将饲料中的植酸盐降解成无机磷类物质

葡萄糖异

构酶

制造高果糖浆

2.2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。除增加产量外, 还应用于改良农作物品种特性方面, 如利用反义RNA 技术可以控制转基因番茄的成熟期, 并延长其储存期。基因工程还可用于改良玉米、稻米等谷类氨基酸组成及含量, 提高谷类营养价值。油脂在提炼、加工及储存过程中, 油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因。目前已知豆类中的脂氧合酶催化中扮演重要角色。因此, 利用生物技术改良豆类油脂品质也是未来的发展方向。

2．3改良食品营养品质

2．3．1 蛋白质的改良

食品中动植物蛋白由于其含量不高或比例不恰当，可能导致蛋白营养不良。采用转基因的方法，生产具有合理营养价值的食品，使人们只需吃较少的食品就可以满足营养需求成为可能。例如，通过基因工程技术，可将谷类植物基因导入豆类植物，获得蛋氨酸含量高的转基因大豆”。我国学

者把玉米种子中克隆得到的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白基因导人马铃薯中，使转基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高了10％以上，硫氨基酸尤为显著。

2．3．2 油脂的改良

对油脂品质的改善主要集中在两个方面，包括控制脂肪酸的链长和饱和度。油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因，目前已知豆类中的脂氧合酶在酸败过程中扮演重要角色。

2．3．3 碳水化合物的改良

对碳水化合物的改进可以通过对其酶的改变来实现。高等植物体中淀粉合成的酶类主要有ADPP葡萄糖焦磷酸酶(ADP．GPP)、淀粉合成酶(SS)和分枝酶(BE)。通过反义基因抑制淀粉分枝酶可获得只含直链淀粉的转基因马铃薯。Monsanto公司开发了淀粉含量平均提高了马铃薯。Monsanto 公司开发了淀粉含量平均提高了铃薯风味、且吸油量较低。

2．4改造传统的发酵工业的菌种

发酵工业的关键步骤之一是如何获取优良菌株的，除常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外，与基因工程结合，大力改造菌种，给发酵工业带来生机，如能表达目的基因的“基因工程菌”的开发。微生物的遗传变异性及生理代谢的可塑性都是其他生物难以比拟的，故其资源的开发有很大的潜力。美国的Bio—Technica公司克隆了编码黑曲霉的葡萄糖淀粉酶基因，并将其植入啤酒酵母中，在发酵期间，由酵母产生的葡萄糖淀粉酶将可溶性淀粉分解为葡萄糖，这种由酵母代谢产生的低热量啤酒不需要增加酶制剂，且缩短了生产时间。

2. 5 食品加工工艺的改良

如何提高加工中的牛乳热稳定性非常重要。一般牛乳的酪蛋白分子含有丝氨酸, 易被磷酸化从而使酪蛋白表面带有大量阴离子, 易结合钙离子而沉淀。Golman用基因提高乳制品生产, 无污染物乳制品生产中加速干酪熟化; 同时使菌种稳定性提高可用于干酪生产, 预防杂菌感染可用于啤酒生产, 缩