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完成日期：2012****
生物技术在食品中的应用
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[摘要] 目前，生物技术在食品工业中的作用表现在4个方面：一是食品原料和微生物的改良，提高食品营养价值及加工性能；二是生产各种功能食品有效成分、新型食品和食品添加剂；三是可直接应用于食品生产过程中物质的转化；四是工业化生产预定的食品或食品的功能成分。此外，在食品生产相关领域，如食品包装、食品检测等方面，生物技术也得到越来越广泛的应用。随着现代生物技术的迅猛发展，生物技术在食品工业中的应用也日益广泛和深入。它的发展对于解决现存的食物资源短缺问题、丰富食品种类、满足不同消费需求，开发新型功能性食品等均有突出贡献。现以基因工程和酶工程为主要内容，分析生物技术在食品工业中的应用。
[关键词] 生物技术 基因工程 酶工程 食品工业 应用
[正文] 现代生物技术在食品中及食品加工制造上的应用，涉及基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程以及现代分子检测技术。其中基因工程技术为核心技术，它能带动其他技术的发展。
基因工程技术是指将外源的核酸分子（目的基因）导入到原来没有这类基因的宿主生物体内，并能持续稳定的繁殖，从而使宿主生物产生新的性状。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（如小型环状DNA分子）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。
自1973年美国斯坦福大学和旧金山大学Coken和Boyer两位科学家成功地实现了DNA分子重组实验，揭开了基因工程发展的序幕，人类有能力按照自己的意愿去操作不同的基因，再接着1982年抗卡那霉素向日葵、1997年克隆羊多莉的诞生...基因工程的兴起和发展，使得转基因生物技术为食品行业的发展注入了新的动力，直接加快了对粮食产量的提高和食品营养的改善，解决了了发展中国家人民的温饱问题。
目前，基因工程在食品工业中的应用主要包括改良食品加工的原料、改良食品微生物菌种性能、应用于食品酶制剂的生产、改良食品加工工艺以及保健食品等。其中，改良食品加工的原料可分为改良动物性食品源和改良植物性食品源。例如为了提高奶牛的产奶量但又不影响奶的质量，可采用基因工程技术生产的牛生长激素BST注射到母牛上，便可达到提高母牛产奶的目的。为了提高猪的瘦肉含量或降低猪脂肪含量，则采用基因重组的猪生长激素，注射至猪上，便可使猪
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瘦肉型化，改善了肉食的品质。基因工程生产的动物生长激素PST对加速动物的生长、改善饲养动物的效率及改变畜产动物及鱼类的营养品质等方面具有广阔的应用前景。而同样运用基因工程技术可有效的改良植物原料品质，提高产品质量。例如植物、谷物是蛋白质的主要供应源，但是各种作物的必需氨基酸组成都有缺陷。马铃薯只含有少量的赖氨酸、色氨酸、甲硫氨酸和半胱氨酸，为了改善马铃薯的营养价值，将千穗谷的一个非过敏性球蛋白基因（AMA）转移到马铃薯种表达，以增加马铃薯块茎中必需氨基酸的含量。豆类植物中蛋氨酸的含量很低，影响了其营养品质，但豆类植物中赖氨酸的含量很高；而谷类作物中的蛋白质含量正相反，通过基因工程技术，可将谷类植物基因导入豆类植物，开发蛋氨酸含量高的转基因大豆。[3] [6]另外，基因工程还可以改良植物食品的油脂类。如大豆、芥花菜经基因工程改造后其植物油组成中含有较高比例的不饱和脂肪酸；或通过导入硬脂酸-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。
基因工程技术甚至可以改变果实的成熟途径。用基因工程的方法将ACC还原酶和ACC氧化酶的反义基因和外源的ACC脱氨酶基因导入正常植株中，获得乙烯缺陷型植株，达到控制果实成熟的目的，这已在番茄中实现。把鱼中抗冻蛋白基因整合植入蔬菜和水果中时，可明显改善果蔬食品冷冻后的品质。
除此之外，基因工程也已广泛运用到改良植物源食品的各个方面，如增加果实的甜度及作物器官组织微量元素的含量，控制果实软化及提高抗冻和抗病能力。
另外一个用途也较广泛的为酶工程，但其与基因工程之间的关系是相互联系、相互渗透的。
我们知道，酶是由生物活细胞合成的、对其特异性底物起高效催化作用的蛋白质；而酶工程包括“上游工程”和“下游工程”，如酶的生产菌种选育、发酵技术及设备、酶的分离技术以及酶蛋白修饰等。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，乳制品等的加工制造，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。例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
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业中应用广泛；蛋白酶可改善蛋白质的溶解性，新型食品酶制剂转谷氨酰胺酶可使蛋白质分子间发生交联，可应用于增加大豆蛋白的胶凝性能，使肉制品等添加大豆蛋白后具有更好的品质。[4]
酶在食品工业中的最大用途是生产加工食品的原料。以淀粉的加工为例，通过不同的淀粉酶分解淀粉，可以生产出饴糖、麦芽糊精、麦芽糖浆(三糖、四糖)、高麦芽糖浆(麦芽糖达60％)、麦芽糖、麦芽糖醇和果糖等甜味剂，分别用于糖果、冰淇淋、饮料等各类食品的加工。酶制剂在食品加工业中的新用处是用于异麦芽低聚糖、海藻糖、帕拉金糖、低聚果糖、低聚木糖、大豆低聚糖等功能性低聚糖的制造。酶制剂直接参与食品的生产过程，用于生产某些产品。如利用凝乳酶生产奶酪；淀粉酶可液化、糖化淀粉，促进酵母的生长，进而生产啤酒、酒精；如果利用棕榈油与硬脂酸进行酶交酯化，就可制得类似可可脂的产品——类可可脂或代可可脂。[7]
酶在食品中应用的另外一个重要方面就是改善食品的色泽、风味、品质、产量。绿茶饮料易产生浑浊沉淀，加入果胶酶可分解茶汤中的果胶沉淀，提高产品的澄清度，同时也可使茶叶在低温下萃取，避免高温对茶汤色泽和风味的破坏。利用禾本科植物种子芽中的醛脱氢酶使豆乳中腥味物质转化为酸，从而有效消除豆腥味，与常规热处理脱腥法相比，该法蛋白质得率高，无豆腥味，豆乳香甜可口；在韧性饼干的生产过程中添加中性蛋白酶，能改变面团的流变学性质，使面团的弹性和稳定时间显著降低，衰落度明显增加，对韧性饼干自然断裂有明显的抑制作用；在白酒生产中用糖化酶代替麸曲，可提高出酒率，节约粮食，提高经济效益；酶制剂应用于果蔬汁加工中可增加出汁率，降低粘度，增加产品色泽风味的稳定性、澄清度、减少苦涩味[10][11]；牛乳中含有乳糖，乳糖为葡萄糖和半乳糖结合而成的二糖，大多数成年人因缺乏分解乳糖的酶而具有乳糖不耐症，因而不敢喝牛奶。生产中可以采用固定化的一半乳糖苷酶水解乳糖，从而提高牛奶的消化性能。
由于酶在食品生产和加工过程中起着至关重要的作用，所以基因工程也被应用于食品酶制剂的生产。
凝乳酶是第一个应用基因工程技术把小牛胃中的凝乳酶基因转移至细胞或真核微生物生产的一种酶。而凝乳酶正是制造干酪过程中其凝乳作用的关键性
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酶，对于干酪的质地及特有风味的形成有非常重要的作用。凝乳酶的传统来源是从小牛皱胃中提取，原料来源非常有限。1981年N.Shimori等人首次用DNA重组技术将小牛凝乳酶原基因克隆到大肠杆菌中并获得成功表达；随后研究人员对酶基因构建及其表达方式进行了更加深入的研究，Geoffrog等人将编码牛凝乳酶的基因在乳酸克鲁维酵母中成功表达，并已经进行了大规模生产。α-淀粉酶是商品化生产最早，应用最广，用量最大的酶类之一，广泛应用于粮食加工、食品工业、酿造、发酵等。采用基因工程技术对该酶的生产菌种进行改良，如Henahan分离纯化地衣芽孢杆菌的高产α-淀粉酶基因，利用质粒转移到枯草杆菌α-淀粉酶的突变株上，经培养筛选后，再将枯草杆菌的重组体基因引入生产菌株，与原始重组株相比α-淀粉酶的产量提高7~10倍，并广泛应用到食品和酿酒工业中。[5]
利用基因工程和酶工程共同改良的食品加工工艺还可以优化食品质量、简化加工流程，缩短加工时间。例如多聚糖对葡萄汁、葡萄酒的澄清产生不利的影响，异源性的或同源性的基因被表达可使酶将果胶质、葡聚糖及半纤维素降解掉，研究表明，在啤酒酵母菌株中表达PGU1基因，能使葡糖酒的过滤时间显著减少。
在生活节奏加快的当今社会，人们对保健养生也逐渐投以了更多的关注，因而科研者们也将基因工程和酶工程开始应用于生产保健食品的有效成分。例如可以采用转基因手段，在动、植物或细胞中，得到基因表达而制造有益于人类健康的保健成分或有效因子。例如，将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至牛或羊中，便可以在牛或羊乳中产生这种酶。2002年，中国农科院生物技术研究所已通过重组DNA技术选育出具有抗肝炎功能的西红柿。这种西红柿被人食用后，可以产生类似乙肝疫苗的预防效果。
生物技术经过近20年的迅速发展，在基础研究方面和应用开发方面都取得了令人瞩目的成就。尽管基因工程技术的发展也可能给人类带来潜在的危险，如可能会影响生态平衡或造成环境污染，加上转基因食品的安全性也众说纷纭，但其确实为人类解决了很多棘手的问题，带来的好处是显而易见的。希望随着生物技术的不断发展，使得生物技术能在食品领域得到更加深入、广泛的应用，而人们通过生物技术制造出的食品的安全性也能得到保证，这样就能让人们吃到安全、丰富、营养的食品了。
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食品生物技术论文
