生物技术在食品中的应用
200820622 郑妍 200820622092
[摘要]近年来，随着现代生物技术突飞猛进的发展，生物技术在食品工业中的应用日益广泛和深入，它的发展对于解决食物短缺，缓解人口增长带来的压力，丰富食品种类，满足不同消费需求，开发新型功能性食品具有重要的贡献。现以基因工程为主要内容，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 食品工业 应用
根据生物技术的操作对象和操作技术条件不同，生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等五项技术，这些工程技术不是各自独立的，而是相互联系、相互渗透。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。
基因是具有遗传效应的DNA分子片段，是编码蛋白质或RNA分子遗传信息的基本单位，它存在于染色体上。基因不仅可以通过复制把遗传信息传给下一代，还可以使遗传信息得到表达，从而使后代表现出与亲代相似的性状。
基因工程的基本原理便是将某一种生物细胞的基因或人工合成的基因提取出来，将异源基因与载体DNA在体外进行重组，将形成的重组子转入受体细胞，使异源基因在其中复制表达，从而改造生物特性，大量生产出人类所需要的产物的高新技术。
随着基因工程的兴起和发展，人们对基因工程技术的研究日益成熟和深入，并逐渐将基因工程运用到食品工业之中。而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饥饿以及营养不良的问题。基因工程已经运用到食品及食品工业领域的许个方面，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、应用于生产保健食品的有效成分。
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。 为了提高奶牛的产奶量，又不影响奶的质量，将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，便可使猪瘦肉型化，有利于改善肉食品质。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。
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。改良植物原料又可分为改良蛋白质类食品、改良油脂类食品和延熟保鲜。
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。
通过以下方法可以改良植物食品的油脂类。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。
通过基因工程技术，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，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。
另外，基因工程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。
食品发酵过程中主要利用了微生物的生长及代谢，若利用基因工程技术对食品微生物进行改造而成的基因工程菌，可有效地改良食品品质，现已在生产多种添加剂的菌种上使用，如生产氨基酸、维生素、有机酸、乳化剂、增稠剂等菌株。
第一个采用基因工程改造的食品微生物为面包酵母。由于把具有优良特性的
麦芽糖透性酶及麦芽糖酶基因转移如面包酵母中，使该菌中含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖酶的含量及活性比普通面包酵母高使面包中产生更多的CO2，形成膨发性能良好、松软可口的面包。啤酒发酵生产是采用啤酒酵母，但由于该微生物菌种不存在α-淀粉酶，需要利用麦芽产生的α-淀粉酶使谷物淀粉液化成糊精。现在已能采用基因工程技术，将大麦中的α-淀粉酶基因转入啤酒酵母中并实现高速表达。这种酵母便可直接利用淀粉进行发酵，可缩短生产流程，简化工序，革新了啤酒的生产过程。
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。
利用基因工程改良的食品加工工艺可以优化食品质量、简化加工流程，缩短加工时间。
在啤酒制造中对大麦醇溶蛋白含量有一定要求，如果大麦中醇溶蛋白含量过高会影响发酵，易使啤酒产生混浊，也会导致其过滤困难。采用基因工程技术，使另一蛋白基因克隆至大麦中，便可相应的使大麦降低醇溶蛋白，以适应生产的
要求。
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。
当今，人们对保健养生投以更多的关注，而科研者们也将基因工程应用于生产保健食品的有效成分。现在，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。
近20年生物技术迅速发展，无论在基础研究方面还是在应用开发方面，都取得了令人瞩目的成就。尽管基因工程技术的发展也给人类带来潜在的危险，或许会影响生态平衡或造成环境污染，转基因食品的安全性众说纷纭，但其为人类解决了更多棘手的问题，带来的好处是显而易见的。愿随着生物技术的不断发展，使转基因工程能在食品领域得到更加深入、广泛的应用，而人们制造出的转基因食品的安全性得到保证，让人们吃到安全、丰富、营养的食品。
参考文献
廖威等.食品生物技术概论.北京：化学工业出版社，2008 彭志英.食品生物技术.北京：中国轻工业出版社，1999 李杰等.食品生物技术理论与实践.北京：科学出版社，2009 邬敏辰.食品工业生物技术.北京：化学工业出版社，2005 刘冬.食品生物技术.北京：中国轻工业出版社，2003
生物技术在食品中的应用
