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生物技术在食品工业中的应用

生物技术或称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的的高新技术。近年来，食品工业的GDP在我国国民经济中均居于首位，现已接近2万亿元，食品科技进步与产业发展在国民经济发展中越来越发挥举足轻重的作用。生物技术伴随着人类的文明史及生活史而形成，经历了古代生物技术、近代生物技术、现代生物技术的不同发展阶段，正在食品工业中得到越来越重要的应用。由此形成的食品生物技术产业，已经发展成为国民经济中重要的支柱产业。

1.发酵工程在食品工业中的应用
发酵工程是生物技术的重要组成部分，它将微生物学、生物化学和食品工程的基本原理有机的结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。由于是以培养微生物为主，所以又称微生物工程。
发酵工程在食品领域中应用 ,主要在以下几个方面 : (1)用现代发酵工程改造传统发酵食品 ,最典型的是使用双酶法糖化工艺取代传统酸法水解工艺 ,用于生产味精 。又如在啤酒生产中 ,国外采用固定化酵母的连续发酵工艺进行啤酒酿造 ,可以明显缩短发酵时间 。日本利用纯种曲酶进行酱油酿造 ，原料的蛋白质利用率高达 85 %。我国在酒类等传统酿造技术方面做了许多工作 。利用优选的微生物菌群发酵 ,缩短发酵周期 ,提高原料利用率 ,改良风味和品质 。（2）优化近代发酵产业 ,如 Arira等人运用固定化醋酸菌酿制食醋 ,可缩短发酵延缓期 ,醋化能力提高 9～25倍 。（3）加速开发发酵产品 ,如用酵母或细菌等微生物菌体发酵得到的单细胞蛋白 (SCP) ,具有丰富的蛋白质、水化合物、生素、物质等、养价值极高 。（4）维生素、氨基酸、酵母制剂、微生物多糖、环状糊精、聚糖、饱和脂肪酸、醇、酸类鲜味剂、机酸味剂、低热量甜味剂和乳酸菌等产品的开发 ,均是生物技术在食品工业领域中的新应用 。

2.细胞工程在食品工业中的应用
细胞工程就是应用细胞生物学方法，在细胞水平上按照人们的设计，有计划的保存、改变和创造遗传物质的技术，以获得特定的细胞、细胞产品获新生物体技术。也就是在细胞水平研究、开发、利用各类细胞的工程。主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。近年来，细胞工程的开发和应用主要集中在细胞杂交 ,快速无性繁殖和细胞育种等方面 。利用细胞杂交和细胞培养可生产独特的食品香味和风味的添加剂 ,如香草素、可香素、萝风味剂以及高级的天然色素 。细胞工程技术应用于食品工业是随着细胞培养和细胞融合技术的发展而发展起来的 。在细胞培养方面最典型的例子是人参细胞培养成功 ,还有香料与色素的生产 。
当今 ,白酒、啤酒、葡萄酒等食品发酵行业以使用酵母为主 ,曲菌也适于酒类和酱油生产 。这些行业的微生物育种目标是培养出耐乙醇酵母、盐酵母、高糖酵母、泡酵母、温酵母及谷酰胺酶与蛋白质分解酶活性高的曲菌 。具有重要意义的成就是嗜杀其它菌类活性的嗜杀酵母新菌株的培育成功 ,日本协和发酵公司已完全使用嗜杀性葡萄酒酵母配制新酒 。目前 ,正研究运用细胞融合技术取得其它菌株 ,应用于食品发酵工业之中。总之细胞工程在新技术革命的浪潮中对食品工业革新方面有着很大的潜力 .

3.酶工程在食品工业中的应用
酶是具有高效催化能力的特殊蛋白质，被称为“生物催化剂”。无论是动物、植物等高等生物，还是细菌、真菌、藻类、病毒等低等生物，在其生长发育、呼吸、消化吸收、排泄和繁殖衍生等物质代谢过程中所发生的一切化学变化，几乎都是在酶的催化下进行的。
酶工程技术是在食品工业中运用最为广泛的一项现代生物技术，目前已有几十种酶成功的运用于食品工业，涉及到淀粉的深度加工，果汁、肉蛋制品、乳制品等加工制造，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。
酶在食品工业中的应用可以增加产量 ,提高质量 ,降低原材料和能源消耗 ,改善劳动条件 ,降低成本 ,甚至可以生产出用其它方法难以得到的产品 。促进新产品、技术、工艺的兴起和发展 。随着基因工程、细胞工程等高新技术应用于酶工程领域 ,人们不断研究开发出更多的新品种、新用途、高活力的酶类 ,同时酶的固定化技术 ,酶分子修饰技术及模拟酶技术也得到更快发展 。酶具有了更高的催化效率和精巧的选择性 ,在食品工业也必将得到更加广泛的应用 ,生产出符合人们需求的新食品 ,促进食品工业的飞速发展 .

4.基因工程在食品工业中的应用
基因工程是指基因被分离出来，在体外进行剪切、拼接、重组形成基因重组体，然后再把重组体引入宿主细胞或个体中以达到高效表达，最终获得人们所需要的基因产物。基本过程就是利用重组DNA技术，在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行增殖，并使重组基因在受体内表达，产生出人类所需要的基因产物。
基因工程技术是现代生物技术的核心内容，它是分子遗传学和工程技术相结合的产物。运用基因工程技术对动物、植物、微生物的基因进行改良，不仅可以为食品工业提供丰富的动植物原材料、性能优良的微生物菌种，以及高活性、价格低廉的酶制剂，而且还可以赋予食品多种功能、优化生产工艺和开发新型功能性食品。
近年来 ,国内外的食品科学家和生物学家已开始注重研究开发和改善食品功能的新品种 。如开发不含产生豆腥味的酶(无脂氧化酶)的大豆 ，在肠内不会产生气体的碳水化合物以及结晶胰蛋白酶的活性阻碍物质的大豆新品种 。通过基因工程还可以改变酶的性质 ,生产食品结构改良剂 。另外 ,通过遗传的修饰技术 ,可将脂酶基因导入受体而强化其分解脂肪的能力 ,从而可加工低脂和低胆固醇的食品 ,如奶油、脂肪牛奶等 。利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株 ,用以改进传统的酿酒工艺 ,并使之多样化 。目前 ,已成功地选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、杀啤酒酵母菌株 、提高生香物质含量的啤酒酵母菌株 。基因工程技术应用于氨基酸的生产已取得较大成绩 ,迄今为止 ,世界上已克隆和表达了十几种氨基酸的基因 ,已有 5种用重组技术生产的氨基酸达到工业化水平 ,它们为苏氨酸 ( 60 g/ L )、组氨酸 ( 42 g/ L )、脯氨酸 (75 g/ L )、氨酸 (40 g/ L )和苯丙氨酸 (60 g/ L ) ,我国谷氨酸等氨基酸已投入工业化生产 。目前 ,天然食品防腐剂的研究开发成为当前国际食品界中一个研究热点 ,它们也可利用基因工程技术进行异种大量生产。此外,基因工程技术还可以和食品卫生分析检测结合 ,采用核酸探针和单克隆抗体法检查 ,敏感性高 ,大大提高食品卫检的准确性和实用性 。
5.展望
随着人民生活水平的不断提高和健康意识的增强，人们对食品的内在营养和卫生安全及感官要求越来越高。传统的食品要依靠农牧渔业提供原料，无论在数量还是质量上都不能满足人类日益增长的需求。现代生物技术的应用，为食品工业的上、中、下游即食品资源改造、食品生产工艺改良及加工品的包装、贮运、检测等方面的发展开拓了更为广阔的前景。未来生物技术将会在高产菌株和耐特殊环境微生物的选育，高活性新酶品种的开发以及酶的固定化和细胞工业化应用，功能性食品添加剂和配料的研制，生物传感器、生物芯片等食品安全快速检测方法的应用等热点领域取得新的突破，并带动食品工业发生革命性的变革。

参考文献
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