现代生物技术在食品领域中的应用

现代生物技术在食品领域中的应用

[摘要]：现代生物学与分子生物学的发展，对基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等现在生物技术工程产生重要影响，其在食品发酵生产中的应用越来越广。本文阐述了基因工程、细胞工程、酶工程等现代生物技术在食品发酵业的应用。

[关键词]：生物技术，基因工程，细胞工程，酶工程

现代生物技术的迅猛发展，成就非凡，推动着科学的进步，促进着经济的发展，改变着人来的生活与思维，影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛的应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域、生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容。具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测，到2010-2020年生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础，利用生物机体，生物系统创造新物种，并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中，生物技术工业产品占相当大的比重。近年，酒类个新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景。本文主要说明现代生物技术在食品发酵生产中的应用。

1 基因工程技术在食品发酵生产中的应用

基因工程技术是现代生物技术的核心内容，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，产生人类所需要的产品或组建成新的生物类型。

发酵工业的关键是优良菌株的获取，除选用常用诱变杂交，和原生质体融合等传统方法外，还可与基因工程结合，进行改造生产菌种。

1.1改良面包酵母菌的性能

面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。将优良酶基因转入面包酵母菌中后，其含有的麦芽糖透性酶级麦芽糖的含量以普通面包酵母显著提高，面包加工中产生二氧化碳气体量提高，应用改造后的酵母菌种的产出膨润松软的的面包。

1.2改良酵酒酵母的性能

利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株，用以改进传统的酿酒工艺，并使之各样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后，即可直接利用淀粉发酵，是生产流程缩短，工序简化，革新啤酒生产工艺。目前，已成功的选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌种，嗜杂啤酒酵母菌种，提高生者物质含量的啤酒酵母菌种。

1.3改良乳酸菌发酵剂的性能

乳酸菌是一类能代谢产生乳酸，降低发酵中PH值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控型表达两种类型，其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、PH诱导系统和噬体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言，德化乳杆菌的基因研究比较缺乏，但是已经发现质粒PN42和PL42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳杆菌基因突变有2种方

法：第一种方法涉及(同源或异源)可独立复制的转座子；第二种方法是依赖于克隆的基因组DNA片段和染色体上的目标部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能，产双乙酰能力，胞外多糖的稳定形成能力，抗杀菌和病原菌的能力较强。

2细胞工程在食品发酵生产中的应用

细胞工程是生物工程主要组成之一，出现于20世纪70年代末至80年代初，是在细胞水平上改变细胞的遗传学特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养，细胞融合及细胞代谢物等的生产。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下，使两个或两个以上的异源(种属间)细胞或原生质体相互接触，从而发生膜融合，胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。细胞融合技术是一种改变微生物发酵菌种的有效方法，只要勇于改良微生物菌种特性，提高目的产物的产量，使菌种获得新的性状，合成新产物等。与基因工程技术结合，使对遗传物质进一步修饰提供了各样的可能性。例如，日本味之素公司应用细胞融合技术是氨基酸的短杆菌杂交，获得优质产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交，分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙杂谢利白葡萄酒获得了成功。目前，微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等不断培育出用于各种领域的新菌种。

3酶工程技术在食品发酵生产中的应用

酶是一种具有生物催化特性的蛋白质，是一类生物催化剂，且具有高度专一性和极高的催化效率。一切生物的新陈代谢都是在各种各样酶的作用下进行的。任何生物都能产生各种酶并保存这些酶。从生物中提出的具有酶的特性的制品称为酶制剂，专用于食品加工的酶制剂称为食品酶制剂。世界酶制剂工业从19世纪末诞生，现已被广泛应用于工业、农业和医疗实践中。由于酶反应温和，专一性强，催化效率高，反应容易控制，而被广泛应用于食品工业的各个领域。

自古以来酶和食品就有了天然的联系，人们生产各种各样的食品时，有意无意的就利用了酶。几千年来，人们就在不知不觉中将酶技术应用于制作发酵饮料等的生产中。近年来，随着发酵技术的不断提高，酶制剂已广泛应用于生物体中提取，用于加速食品加工工程和提高食品产品品质的制剂。酶作为一种食品添加剂，与传统的化学法，酸法，碱法加工食品相比，酶技术有显著的优越性。首先，它不会有任何有害物质的残留。其次，酶的催化反应具有高度专一性和高效性，酶制剂用量小，它可以改进食品的加工条件，降低成本；再次，酶反应条件温和，营养成分损失少，可以改善食品风味，颜色，易操作，能耗低。因此，酶工业技术广泛应用于食品行业各个领域。如粮油动物加工工业，果蔬食品加工工业，动物性食品工业，发酵工业，食品分析等。

酶是活细胞产生的现有高效催化功能，高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分，酶工程又称酶反应技术，是在一定的生物反应器内，利用生物酶作为催化剂，使某些物质定向转化的工艺技术，包括酶的研制与生产，酶和细胞或细胞器的固定化技术，酶分子的修饰改装，以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要应用于两个方面，一是用酶技术处理发酵原料，有利于发酵过程的进行。如啤酒酿造过程主要原料麦