现代生物技术在食品工业中的应用现状及发展趋势

现代生物技术在食品工业中的应用现状及发展趋势

作者：张微李秀缺于爱华发布时间：2009-1-6 10:30:49

生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。现代生物技术和传统动生物技术之间既有联系，又有区别。传统生物技术，也可以称为第一代生物技术，是基于醋酸、乙醇和乳酸发酵为基础，经过长期的发展而建立起来的。现代生物技术则是在传统生物基础上发展起来的，以DNA重组技术的建立为标志，以现代生物学研究成果为基础，以基因或基因组为核心，生物技术产业以基因产业为核心，并辐射到各个生物科技领域。现代生物技术是20世纪70年代初在分子生物学、生物化学、生化工程、微生物学、细胞生物学和电子计算机技术基础上形成的综合性技术。

一、现代生物技术在食品工业中的应用现状

1 基因工程（Gene engineering）的应用

1.1改良食品加工的原料

应用基因工程技术，可以将任何生物的形状转移到植物、动物和微生物中，这项技术现已用于改造或转化当今用作食品的植物、动物和微生物。

1.1.1抗病、抗逆、抗虫、抗旱、抗除草剂系农作物

食品工业的原料相当大的比例来自农作物。目前涉及食品原料的转基因农产品有大豆、玉米、油菜、马铃薯、甜椒、番木瓜、西葫芦等。

我国研究和培育转基因水稻、大豆、西红柿和甜椒已获得成功。至今为止，获我国农业部批准投入商业化生产的转基因食品有一种耐储西红柿、一种抗黄瓜花叶病的西红柿和一种甜椒共三种产品。

1.1.2速生高产生物

应用基因工程技术生产某些畜用激素已投入批量生产，如增加产奶的重组激素Rbts，在不增加饲料消耗的情况下，生长激素可提高奶牛产奶量15%-20%，并使猪日增重15%左右，且瘦肉比例也增大。

通过转基因手段可使动物获得优良性状。目前，生长速度快、抗病力强、肉质好的转基因兔、猪等陆续问世。

1.1.3具有特殊性能的基因工程

一项通过鸡蛋蛋清表达外源基因的技术，由复旦大学开发成功，培育出了低胆固醇鸡蛋蛋鸡，抗多种流行性新禽病等的新鸡品系。另据报道，经过十多年的研究探索，中国农业大学的科研人员，利用转基因手段，培育出SOD新品西红柿。最近德国某大学的研究人员成功培植出一种转基因胡萝卜，可释放出大量的乙肝疫苗成分，该方法比培养肝炎疫苗更加简单，且成本低廉。

1.2转基因技术和生物反应器

我国独立人工合成构建的苏云金芽孢杆菌（ICPS）晶体蛋白（BT）基因，已成功地转入我国棉花主栽

品种中，获得了抗虫能力在80%以上的转基因棉花品系13个。利用细胞工程和转基因技术培育抗白粉病、赤霉病、黄矮病小麦研究，已成功地将基因导入普通小麦，而转抗肽基因的抗青枯病。马铃薯已筛选到抗性提高1-3级的株系系3个。这些转基因植物大量的培育和推广，使农业生产提高了生产率。据报道，日本培育出一种籽粒富含铁蛋白的转基因水稻，这种水稻可为成年人提供每日13-15mg需铁量的30%-50%。

近几年来，转基因动物也开始源源不断地出现，人们将所需的基因直接导入哺乳动物如鼠、兔、羊、猪的体内，使这种目的基因在哺乳动物的乳腺内表达，从而可以从这些转基因动物的乳汁中获取目的基因产物，此项技术已开始应用于生物医药产业的开发。这种利用转基因动物—乳腺生物反应器生产药物蛋白，不仅产量高，易提纯，表达产物经过充分修饰和加工，具有稳定的生物活性，而且投资成本低，药物开发周期短，经济效益高，澳大利亚科学家利用基因工程培育一种富含蛋白质的苜蓿新品种。豌豆中的白蛋白与其他植物中白蛋白不同，他在瘤胃中不分解，几乎全部被羊所吸收。用这种苜蓿新品种可促进羊毛生长，苜蓿作为理想的蛋白质饲料作物之一，21世纪将有很大的需求量。

1.3改良微生物的苗种性能

生物技术已用于啤酒酵母的改造，如将α-乙酰乳酸脱羧酚基因克隆到啤酒酵母中进行表达，可降低啤酒双乙酰含量而改善啤酒风味，日本生物技术专家还将霉菌的淀粉酶基因转入酵母中使其能直接利用淀粉生产酒精，省掉了高温蒸煮工序，可节约60%的能源，生产周期大为缩短。

1.4应用于食品酶制剂的生产

酶制剂是从动、植物和微生物中提取制备的具有酶特性的高效生物活性物质，通常与少量载体混合而制成粉剂。从微生物细胞制备酶的流程一般包括破碎细胞、溶剂抽提、离心、过滤、浓缩、干燥几个步骤，某些酶则需纯度要求很高的酶剂须经几种方法乃至多次反复处理、利用基因工程技术不但可以成倍的提高酶的活力，而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中，构建生物工程菌来生产酶，仅据1995年统计，已有50%的工业用酶是用转基因微生物生产的。

2 细胞工程（cell engineering）的应用

细胞工程就是在细胞水平研究开发利用各类生物细胞的工程技术。主要由细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的产业。

2.1植物细胞培养技术

在人工控制条件下，以植物细胞培养的方法生产有用的植物次生代物。它不依赖气候和土壤条件，节省了土地，无微生物和虫害的侵袭。该技术运用于农作物的改良，使他们具有抗病、抗虫特性，使大多数植物的繁殖率大幅度增高，如：我国科学家利用胡萝卜细胞生产胡萝卜素已获得成功，繁殖速度快，周期短，并可实现工业化生产有着广阔应用前景。

2.2动物细胞培养技术

在动物细胞培养技术运用中，现已成功地培育出“四倍体复合银鲫鱼” “人工复合三体鲤鱼”大面体饲养试验显示出明显快速生长特性。如雌核发育的银鲫复合杂种鱼，生长速度比异育银鲫快30-50%，人工复合三体鲤鱼生长速度比普通鲤鱼快65%。

3 发酵工程（Fermentation engineering）的应用

发酵工程是将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机的结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。发酵工程技术是最早应用于食品领域的生物技术。采用

现代发酵设备使经优选的细胞或经现代技术改造的菌株进行放大培养和控制性发酵，获得工业化生产预定的食品或食品功能成分。

3.1改变传统的食品加工工艺

从植物中萃取食品添加剂、成本高，且来源有限；化学合成法生产食品添加剂随成本低，但化学合成率低，周期长，且常可能危害人体健康。因此，生物技术，尤其是发酵工程技术已成为食品添加剂生产的首选方法。

目前，利用微生物发酵生产的食品添加剂主要维生素（VC VB12 VB2）甜味剂、增香剂和色素等现代发酵产品。

3.2以现代发酵工程改造传统发酵产品

多年来人们一直用酵母发酵生产酒精。近年来广泛研究了细菌发酵生产酒精以期得到耐高温、耐酒精的新菌种。例如，日本从土壤中分离得到一株酒精生产菌（TB-22），它能利用稻草，废木材和纤维素生产酒精。味精生产线广泛采用双酶法糖化发酵工艺取代传统的酸法水解工艺可提高原料利用率10%左右。在鲜牛奶生产酸性饮料工艺中，运用加入添加剂和。高压均质乳化的方法解决了酪蛋白在酸性条件下产生沉淀分离的技术问题，为牛乳深加工创出一条新路，以上等等方面，无不为我们展示了发酵技术在食品科学中的诱人前景。

4 酶工程(Enzyme engineering)应用

酶工程也是食品科学中运用最为广泛的一项生物技术之一。目前已有几十种酶成功地运用于食品加工，涉及到淀粉的深度加工，果汁、肉蛋制品，乳制品等加工制造，在改进食品技术，提高食品质量，改善食品风味等方面发挥了重要作用，运用广泛。

4.1食品生产加工

在食品生产工艺中，往往会碰到饮料、酒等浑浊的问题，从而影响其质量，解决此问题最常用的方法就是添加些适当的酶。果汁澄清时，添加果胶酶可降低果汁粘度，并使浑浊液澄清。在葡萄酒酿造中，加入果胶酶不仅可以加快葡萄汁和酒汁的澄清，提高酒液过滤效率，而且它还可以水解葡萄汁中的单萜糖体，得到易挥发的单萜风味物质，增加了葡萄酒的芳香风味。

4.2食品保鲜

生物酶用于食品保鲜主要就是制造一种有利食品保质的环境，它主要根据不同食品的所含的酶和种类，而选用不同的生物酶，是食品所含的不利食品保质的酶受到抑制或降低其反应速度，从而达到保鲜目的。

4.3食品的分析与检测

由于酶具有特异性，因此它适合于植物和动物材料的化合物的定性和定量分析.例如:采用乙醇脱氢酶测