基因工程在食品工程中的应用

摘要：基因工程是生物技术领域的先导技术，已渗透到农业、食品工业、医药业等行业，深刻影响着人类本身及社会进程。本文主要讲述了基因工程在食品工业中的应用，展望了基因工程技术在食品工业中的发展前景。

前言：基因工程作为生物工程技术的核心是一种按照人们的构思和设计，在体外将一种生物的特定基因插入质粒或其他载体分子，构成遗传物质的重组子，然后导人受体细胞内进行无性繁殖并进行表达，产出人类所需要的基因产品的操作技术。基因工程技术在食品行业中的发展日趋壮大，将是21世纪最具发展潜力的产业。

1、基因工程的定义及其发展史

1.1基因工程的定义

基因工程是在分子水平上对基因进行操作的技术体系，是将某一种生物细胞的基因提出出或者人工合成的基因，在体外进行酶切或连接到另一种生物的DNA分子中。由此获得的DNA称为重组DNA，将重组DNA导入到自身细胞或其他生物细胞中进行复制和表达等实验手段，使之产生符合人类需要的遗传新特征，或制造出新的生物类型。

1.2基因工程的发展史

基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展的基础上逐步发展起来的，现代分子生物学领域理论上的三大发现和技术上的系列发明对基因工程的诞生起了决定性的作用。

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，美国遗传学家莫尔根通过果蝇试验，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。直到1944年，美国微生物学家埃坲利等通过细菌转化研究，证明基因的载体是DNA而不是蛋白质，从而确立了遗传的物质基础。1953年，美国遗传学家华生和英国生物学家克里克揭示DNA分子双螺旋模型和半保留复制机理，解决了基因的自我复制和传递问题，开辟了分子生物学研究的时代。之后，1958年克里克确立的中心法则、1961年雅各和莫诺德提出的操纵子学说以及所有64种密码子的破译，成功揭示了遗传信息的流向和表达问题，为基因工程的发展奠定了坚实的基础。

DNA分子的切除与连接、基因的转化技术，还有诸如核酸分子杂交、凝胶电泳、DNA序列结构分析等分子生物学实验方法的进步为基因工程创立和发展奠定了强有力的技术基础。

1972年，美国斯坦福大学的Berg构建了世界第一个重组分子，发展了DNA 重组技术，并因此而获得1980年度诺贝尔奖。1973年，美国斯坦福大学S. Cohen 等人也成功地进行了另一个体外DNA重组实验并实现细菌间性状的转移。这是基因工程发展史上第一次实现重组转化成功的例子，基因工程从此诞生[1]。

基因工程问世近30年，无论是基因理论研究领域，还是在生产实际应用方面，都已取得了惊人的成绩。给国民经济的发展和人类社会的进步带来了深刻而广泛的影响。

2、基因工程在食品工业中的应用

2．1 改造食品原材料

2、1．1 转基因植物源食品

转基因植物可被改革而具有抗病虫害的能力，这具有深远的经济意义[2]。1986年首次获得能够抗烟草花叶病毒的转基因烟草植株，对烟草花叶病毒的预防效果可达70％。目前利用基因工程不断获得了各种抗病毒植株，黄瓜花叶病毒、马铃薯x病毒和Y病毒，抗病虫害长颈南瓜和抗虫害转基因土豆。我国及菲律宾培育出“超级水稻”和“超超级水稻”，为人口日益增长、粮食日益短缺的世界带来一线光明[3]。

2．1．2 转基因动物源食品

转基因动物尚未达到高等转基因植物的发展水平，但人们仍设法用它来表达高价值蛋白。转基因技术在家畜及鱼类育种上初见成效。中科院水生生物研究所，成功地将人生长激素基因和鱼生长的激素基因导人鲤鱼，育成当代转基因鱼，其生长速度比对照快并从子代测得生长激素基因的表达。中国农业大学生物学院瘦肉型猪基因工程育种取得初步成果，获得第二、三、四代转基因猪215头。2．2 改良食品营养品质

2．2．1 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，让人们只需吃较少的食品，就可以满足营养需求。例如，豆类植物中蛋氨酸的含量很低，但赖氨酸的含量很高；而谷类作物中的对应氨基酸含量正好相反，通过基因工程技术，可将谷类植物基因导人豆类植物，开发蛋氨酸含量高的转基因大豆[4]。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[5]。

2．2．2 油脂的改良

对油脂品质的改善主要集中在两个方面：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。美国DuPont公司通过反义抑制或／和共同抑制油酸酯脱氢酶，开发成功高油酸含量的大豆油。这种新型油含有良好的氧化稳定性，很适合用作煎炸油和烹调油。导入硬脂酸-ACP脱氢酶的反义基因，油菜种子中硬脂酸的含量从2％增加到40％；硬脂酸-COA可使转基因作物中的饱和脂肪酸(软脂酸、硬脂酸)的含量下降，不饱和脂肪酸(油酸、亚油酸)的含量增加，其中油酸的含量可增加7倍[6]。

2．2．3 碳水化合物的改良

对碳水化合物的改进，只有通过对其酶的改变来调节其含量。高等植物体中涉及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完全只含直链淀粉的转基因马铃薯。孟山都公司开发了淀粉含量平均提高了20％一30％的转基因马铃薯。油炸后的产品更具马铃薯风味、更好的构质、较低的吸油量和较少的油味[7]。

2．3 改良微生物菌种的性能

发酵工业关键是优良菌株的获取，除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外，还与基因工程结合，大力改造菌种，给发酵工业带来生机。2．3．1 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。Lancashine[8] 将优良酶基