科技创新２０１４年６月（中） 浅谈食品生物技术的应用 胡萍刘凯 （许昌职业技术学院，河南许昌４６１０００） 摘要：生物技术是以生命科学为基础，利用生物的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，以及与工程原理和技术相结合进行社会生产或为社 会服务的结合性科学技术。它是一门跨学科的综合性科学，是研究生物学、医学、农业与食品科学的基础工具，被广泛应用于医药、农业、食品、化工、环境保护 等各个行业。生物技术主要包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等５个方面内容。本文主要介绍了几种生物技术在食品行业中的应用现状及 其新技术的应用。 关键词：生物技术；蛋白质工程；酶工程；功能食品；食品添加荆 一、基因工程技术在食品行业中的应 用 基因工程技术是现代生物技术的核心 内容，即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人受体细胞，进行 无性繁殖，并使目的基因在受体细胞中高速 表达，产生出人类所需要的产品或组建成新 的生物类型。 塑料作为四大包装材料之一，由于其质 轻、强度好用量逐年递增。但由于用石油产 品制成的传统塑料，其废弃物很难降解，造 成白色污染。因此，可降解塑料成为当今的 研究热点。 在食品保藏、贮运方式上，利用基因工 程可延长食物的贮藏期，改变传统的贮运方 式。如通过转基因技术生产的延熟番茄。主 要通过乙烯合成途径，抑制乙烯合成， 从而达到延迟成熟、耐贮藏的目的。 二、蛋白质工程在食品中的应用 所谓蛋白质工程，就是利用基因工程手 段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白 质进行改造，以期获得性质和功能更加完善 的蛋白质分子。由于蛋白质是由许多氨基酸 按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质有自 己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的 氨基酸就能改变蛋白质的性质。而氨基酸是 由三联体密码决定的，只要改变构成遗传密 码的一个或两个碱基就能达到改造蛋白质 的目的。蛋白质工程的一个重要途径就是根 据人们的需要，对负责编码某种蛋白质的基 因重新进行设计，使合成的蛋白质变得更符 合人类的需要。 蛋白质工程是在基因重组技术、生物化 学、分子生物学、分子遗传学等学科的基础 之上，融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、 蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而 发展起来的新兴研究领域。其内容主要有两 个方面：根据需要合成具有特定氨基酸序列 和空间结构的蛋白质；确定蛋白质化学组 成、空间结构与生物功能之间的关系。在此 基础之上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的 空间结构和生物功能，设计合成具有特定生 物功能的全新的蛋白质，这也是蛋白质工程 最根本的目标之一。 三、酶工程技术在食品中的应用 酶工程是生物技术的一个重要组成部 分，指在一定的生物反应器内，利用酶的催 化作用，进行物质转化的技术，可应用于食 品生产过程中物质的转化。如纤维素酶在果 汁生产、蔬菜汁生产、速溶茶生产、酱油酿 造、制酒等食品工业中应用广泛。酶工程在 食品添加剂、食品包装中得到广泛应用，具 体表现在：（１）辅助生产甜味剂。海藻糖是 一种新型的多功能食品添加剂。张海平和杨 静从中国土样中筛选分离得到能产生淀粉 转化为海藻糖的酶菌株，并利用该菌株生产 的酶进行淀粉合成海藻糖。产物海藻糖在反 应混合物中的含量可达４８ ｇ／１００ ｇ。（２）在 香味剂中的生产应用酶法奶类香精是以稀 奶油或奶油为原料，通过脂肪酶或接入某种 微生物，使乳脂肪分解，从而得到增强许多 倍的乳香原料。（３）在食品包装中的应用细 胞壁溶解酶最大的特点是消除某些微生物 的繁殖，而让某些有益细菌得以繁殖。 四、细胞工程在食品中的应用 细胞工程是应用细胞生物学方法，按照 人们预定的设计，有计划地保存、改变和创 造遗传物质的技术。包括细胞培养、细胞核 移植、细胞器摄取、染色体片断重组、细胞 融合及细胞代谢物的生产等。利用细胞杂交 和细胞培养可生产具有独特香味和风味的 食品添加剂，如香草素、可可香素、菠萝风 味剂以及高级天然色素，如咖喱黄、紫色素、 花色苷素、辣椒素、靛蓝等，而且培养的色 素含量高，色调和稳定性好。 利用微生物及其代谢物改善饮料的品 质、延长保质期具有高效、安全等特点。 五、生物技术在食品行业中的综合应 用 （一）食品微生物的改良和提高食品营 养价值及加工性能 利用基因工程、细胞工程改造动物、植 物、微生物资源向人类提供各种转基因食品 和食品添加剂，一方面提高了农作物产量、改 善农作物抗虫、抗病、抗除草剂和抗寒能力， 另一方面使食品的营养价值、风味品质得到 改善，食品储藏和保存时间有所延长。 采用常规的诱变、杂交方法与细胞融 合、基因工程技术结合进行菌种改造和采用 基因工程和蛋白质工程技术构建“基因工程 菌”，改良食品微生物的生产性能。生物技 术已应用于啤酒酵母的改造，如将ａ一乙酰乳 酸脱羧酶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，选 育出分解ｂ一葡萄糖和糊精的啤酒酵母，能够 明显提高麦芽汁的分解率并改善啤酒质量； 构建具有优良嗜杀其它菌类活性的嗜杀啤 酒酵母已成为纯种发酵的重要措施。 （二）生产各种功能食品的有效成分和 食品添加剂 通过转基因技术制造有利于人类健康 的食品或有效因子，如低胆固醇肉猪、低胆固 １２０ 醇蛋和高特种微量元素蛋、人类血液代用 品、高异黄酮大豆、高胡萝 素、稻米，等等。 利用细胞工程技术生产各种功能食品和功 能成分，如对人参、西洋参、长春花、紫草和 黄连等植物细胞进行培养生产活性细胞干 粉、Ｌ一苏氨酸、免疫球蛋白、生长激素，等等。 利用生物技术，特别是发酵工程技术生 产食品添加剂。目前国内外重点研究开发的 食品添加剂有甜味剂中的木糖醇，甘露糖醇 等；酸味剂中的Ｌ一苹果酸，Ｌ一琥珀酸等； 氨基酸中各种必需氨基酸；增稠剂中的黄原 胶等；风味剂中的多种核苷酸，琥珀酸钠， 香茅醇等；色素中的类胡萝卜素，红曲色素 等；维生素中的维生素ｃ，肉碱；生物活性 添加剂中的各种保键活菌，活性多肽等；防 腐剂中的乳链菌肽，杀菌肽等。可直接应用 于食品生产过程的物质转化利用发酵技术、 酶技术对农副产品进行加工，直接生产各种 发酵食品如饮料、酒、酱、酱油、醋、乳酸、 酸奶和啤酒。利用基因工程和酶工程，构建 “生物工程菌”来生产酶制剂。 （三）工业化生产预定食品或食品功能 成分 利用发酵工程生产功能食品或功能性 成分，如低聚糖、糖醇、单细胞蛋白、ＥＰＡ、 ＤＨＡ、ｒ一亚麻酸、有益菌。利用酶工程制取 高蛋白富含多种氨基酸和微量元素的功能 食品，如以动植物、微生物蛋白为原料，利 用酶技术将蛋白质分解成多肽和氨基酸，可 作为功能食品或营养强化食品的原料。利用 乳糖酶水解乳糖，加工出低乳糖食品作为乳 糖缺乏者的保健饮品。 （四）食品包装和食品检测方面的应用 现代生物技术在食品包装上的应用主 要是制造一种有利于食品保质的环境，利用 生物技术制造有特殊功能的包装材料如包 装纸、包装膜中加人生物酶，使其具有抗氧 化、杀菌、延长食品反应速度等。利用ＰＣＲ 技术可迅速检测是否为转基因食品，利用生 物转化、厌氧发酵等方法处理食品工业废 水，使ＢＯＤ、ＣＯＤ大大降低，达标排放等等。 参考文献： 【ｌ】张洪．现代生物技术在食品工业应用［Ｊ】ｌ福 建轻纺，１９９７，（８）：ｌ一３． 【２Ｊ宋贤良，朱利等．国内外食品生物技术研究 进展［Ｊ］．粮食与油脂，２００６，２：３２—３４． 【３李玲，３】孙文松．基因工程在农业中的应用ＩＪ】． 河北农业学，２００８，１２（１２）：１４９－１５１． 【４】郑铁松．基因工程技术在食品品质改良中的 应用［Ｊ】．食品工业科技，２０００（４）：７０—７２． 【５刘全永．５】马铃 因工 程研究进展【ＪＪ．生物学通报，２００１（１）：１２—１３
