食品生物技術的進展與應用

摘 要：生物技術是以生命科學為基礎，利用生物的特性和功能，設計構建具有預期性狀的新物種或新品系，以及與工程原理和技術相結合進行社會生產或為社會服務的結合性科學技術。它是一門跨學科的綜合性科學，是研究生物學、醫學、農業與食品科學的基礎工具，被廣泛應用于醫藥、農業、食品、化工、環境保護等各個行業。生物技術主要包括基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程和發酵工程等5個方面內容。本文主要介紹了幾種生物技術在食品行業中的應用現狀及其新技術的應用。

關鍵詞：生物技術；基因工程；酶工程；食品工業

食品生物技術就是通過生物技術手段， 用生物程序、生產細胞或其代謝物質來制造食品，改進傳統生產過程，以提高人類生活質量的科學技術。生物技術在食品生產中的應用已有幾個世紀，主要采用微生物發酵生產許多傳統的食品，如面包、酸奶、奶酪、啤酒、醬油等，始終與人類生活息息相關。近年來，隨著許多新興的生物技術應用于食品生產與開發，促進了食品工業的飛速發展，主要體現在四個方面：一是利用基因工程、細胞工程技術對食品資源的改造與改良；二是利用發酵工程、酶工程技術將農副原材料加工成商品，如酒類、調味品、酸奶類等發酵制品；三是利用生物技術產品進行二次開發，形成新的產品，如許多功能性的低聚糖、食品添加劑等；四是利用酶工藝、發酵技術、生物反應器等對傳統食品加工工藝進行改造，降低能耗、提高產率，改善食品品質。此外，與食品生產相關領域，如食品包裝、儲存、質量檢測、三廢處理等方面，生物技術也得到越來越廣泛應用。

1 基因工程技術在食品行業中的應用

基因工程技術是現代生物技術的核心內容，即采用類似工程設計的方法，按照人類的特殊需要將具有遺傳性的目的基因在離體條件下進行剪切、組合、拼接， 再將人工重組的基因通過載體導入受體細胞，進行無性繁殖，并使目的基因在受體細胞中高速表達，產生出人類所需要的產品或組建成新的生物類型。

塑料作為四大包裝材料之一，由于其質輕、強度好用量逐年遞增。但由于用石油產品制成的傳統塑料，其廢棄物很難降解，造成白色污染。因此，可降解塑料成為當今的研究熱點。目前PHB的生產成本依然太高，用細菌發酵生產PHB 的成本至少是化學合成聚乙烯的5 倍，這嚴重限制了PHB 在商業上的應用。為降低PHB 的生產成本，提高PHB 與傳統塑料的市場競爭力，可向植物體內引入PHB 生物合成途徑，以植物為表達載體，利用CO2 及光能合成PHB，是大規模廉價生產PHB的一種很有前景的方法，用轉基因植物來生產PHB是降低生產成本的較好選擇。

2 蛋白質工程在食品中的應用

所謂蛋白質工程，就是利用基因工程手段，包括基因的定點突變和基因表達對蛋白質進行改造，以期獲得性質和功能更加完善的蛋白質分子。由于蛋白質是由許多氨基酸按一定順序連接而成的，每一種蛋白質有自己獨特的氨基酸順序，所以改變其中關鍵的氨基酸就能改變蛋白質的性質。而氨基酸是由三聯體密碼決定的，只要改變構成遺傳密碼的一個或兩個堿基就能達到改造蛋白質的目的。

2.1 蛋白質工程的基本途徑

從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的核糖核苷酸序列（RNA）→找到相對應的脫氧核糖核苷酸序列（DNA）。

2.2 蛋白質工程研究的核心內容

蛋白質結構分析。蛋白質工程的核心內容之一就是收集大量的蛋白質分子結構的信息，以便建立結構與功能之間關系的數據庫，為蛋白質結構與功能之間關系的理論研究奠定基礎。三維空間結構的測定是驗證蛋白質設計的假設即證明是新結構改變了原有生物功能的必需手段。

3 生物技術在食品行業中的綜合應用

3.1 食品原料和食品微生物的改良，提高食品的營養價值及加工性能

利用基因工程、細胞工程改造動物、植物、微生物資源向人類提供各種轉基因食品和食品添加劑，一方面提高了農作物產量、改善農作物抗蟲、抗病、抗除草劑和抗寒能力，另一方面使食品的營養價值、風味品質得到改善，食品儲藏和保存時間有所延長。利用細胞工程技術培育出含水量大大降低的西紅柿、洋蔥、馬鈴薯新品種，培育出帶咸味和奶味的適宜膨化加工的玉米新品種，獲得了出油率高、不飽和脂肪酸含量較高的油料作物，以及我國已在田間試驗中的超級水稻、轉基因鯉魚、高產奶量的轉基因試管牛，等等。

3.2 生產各種功能食品的有效成分、新型食品和食品添加劑

通過轉基因技術制造有利于人類健康的食品或有效因子，如低膽固醇肉豬、低膽固醇蛋和高特種微量元素蛋、人類血液代用品、高異黃酮大豆、高胡蘿卜素稻米，等等。利用細胞工程技術生產各種功能食品和功能成分，如對人參、西洋參、長春花、紫草和黃連等植物細胞進行培養生產活性細胞干粉、L-蘇氨酸、免疫球蛋白、生長激素，等等。

4 前景展望

隨著人們生活水平的提高和消費觀念的改變，人們更關注食品的內在營養和食品的衛生安全，同時提倡綠色消費，這就對食品生產提出了更高的要求。目前，現代生物技術在食品領域的應用涉及到基因工程、細胞工程、酶工程和微生物（發酵）工程等當今公認的四大生物技術體系。重點開發的幾個領域為：開發新酶品種以及酶的固定化和細胞工業化應用；加強高產菌株和耐特殊環境微生物的遺傳育種；用生物法代替化學合成生產食品添加劑；綜合利用技術， 進行原料的深度加工，采用清潔閉路生產工藝，將廢棄物資源化，達到節糧、節能、減少污染的目的；工業化生產中生物技術產物的分離提取水平低一直是阻礙產業發展的“瓶頸”問題，因此，生物技術產品的大規模生產及高收率的提取技術是今后發展的重要方面；研究開發多功能、多指標的生物傳感器，有效監控生產過程，利用生物技術建立高特異性、高靈敏度、快速簡便的食品衛生檢測方法是確保食品安全的重要手段。

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作者簡介：

宋威（1981.1— ），男，漢族，吉林遼源人，2004年畢業于吉林農業大學食品科學與工程專業。現遼源職業技術學院輔導員。

（作者單位：遼源職業技術學院）