食品生物技术论文完整版

食品生物技术论文 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

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[1]。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：食品；生物技术；基因工程；蛋白质工程；酶工程；食品工业；功能食品；食品添加剂

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[2]。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[3]。

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[4]。

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。为降低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。

在食品保藏、贮运方式上，利用基因工程可延长食物的贮藏期，改变传统的贮运方式。如通过转基因技术生产的延熟番茄，主要通过乙烯合成途径调控，抑制乙烯合成，从而达到延迟成熟、耐贮藏的目的。郑铁松[5]等报道，促进果实成熟和器官衰老是乙烯最主要的生理功能，在果实中乙烯生物合成的关键酶主要是ACC 合成酶和ACC 氧化酶，在果实成熟时这两种酶的活力明显增加，导致乙烯含量急剧增加，促进果实成熟。另据刘全永[6]报道，采用基因工程技术，使外源性基因导入马铃薯中，可赋予其特定的抗病性，从而大大提高了原材料的品质。

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。蛋白质工程的一个重要途径就是根据人们的需要，对负责编码某种蛋白质的基因重新进行设计，使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。

蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科的基础之上，融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。其内容主要有两个方面：根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。在此基础之上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能，设计合成具有特定生物功能的全新的蛋白质，这也是蛋白质工程最根本的目标之一。

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）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。

结构、功能的设计和预测。根据对天然蛋白质结构与功能分析建立起来的数据库里的数据，可以预测一定氨基酸序列肽链空间结构和生物功能；反之也可以根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构。通过基因重组等实验可以直接考察分析结构与功能之间的关系；也可以通过分子动力学、分子热力学等，根据能量最低、同一位置不能同时存在两个原子等基本原则分析计算蛋白质分子的立体结构和生物功能。

创造和改造。蛋白质的改造，从简单的物理、化学法到复杂的基因重组等等有多种方法。物理、化学法：对蛋白质进行变性、复性处理，修饰蛋白质侧链官能团，分割肽链，改变表面电荷分布促进蛋白质形成一定的立体构像等等；生物化学法：使用蛋白酶选择性地分割蛋白质，利用转糖苷酶、酯酶、酰酶等去除或连接不同化学基团，利用转酰胺酶使蛋白质发生胶连等等。采用基因重组技术或人工合成DNA，不但可以改造蛋白质而且可以实现从头合成全新的蛋白质。

3酶工程技术在食品中的应用

酶工程是生物技术的一个重要组成部分，指在一定的生物反应器内，利用酶的催化作用，进行物质转化的技术，可应用于食品生产过程中物质的转化。如纤维素酶在果汁生产、蔬菜汁生产、速溶茶生产、酱油酿造、制酒等食品工业中应用广泛。酶工程在食品添加剂、食品包装中得到广泛应用，具体表现在：（1）辅助生产甜味剂。海藻糖是一种新型的多功能食品添加剂。张海平和杨静[7]从中国土样中筛选分离得到能产生淀粉转化为海藻糖的酶菌株，并利用该菌株生产的酶进行淀粉合成海藻糖。产物海藻糖在反应混合物中的含量可达48 g /100 g。薛璐和马莺[8]研究了在不易破壁取得胞内海藻糖合酶的情况下，采用渗透处理细胞技术生产透性化细胞酶，并获得了较高的酶活力。海藻糖还可由海藻糖合酶将麦芽糖直接转化为海