生物技術(shù)的應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1 前 言生物技術(shù)是21 世紀(jì)最具有發(fā)展前景和活力的學(xué)科, 世界各國(guó)都將生物技術(shù)視為一項(xiàng)高新技術(shù),生物技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用也成為研究的熱點(diǎn)。據(jù)近幾年來(lái)生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r，從利用生物技術(shù)改造和開(kāi)辟食品資源，改善食品品質(zhì)，改變傳統(tǒng)的食品生產(chǎn)工藝，開(kāi)發(fā)新的食品品種及其它方面的應(yīng)用總結(jié)了其主要成就，并介紹了生物技術(shù)在今后食品領(lǐng)域中的研究和開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。生物技術(shù)也稱生物工程, 是探索生命現(xiàn)象和生物物質(zhì)規(guī)律, 利用生物體的機(jī)能或模仿生物體的機(jī)能進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)的技術(shù)。生物技術(shù)包括傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù), 現(xiàn)代生物技術(shù)是指以現(xiàn)代生物學(xué)研究成果為基礎(chǔ), 以基因工程為核心

2、的新興學(xué)科?，F(xiàn)代生物技術(shù)主要包括: 基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程?，F(xiàn)代生物技術(shù)可在解決當(dāng)今世界發(fā)展重大問(wèn)題( 如糧食短缺、資源枯竭、生態(tài)環(huán)境惡化) 中發(fā)揮積極作用1,本文就此新技術(shù)在食品加工中的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用綜述如下。2 現(xiàn)代生物技術(shù)2.1 基因工程技術(shù)基因工程技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心內(nèi)容, 基因工程又叫遺傳工程, 是分子遺傳學(xué)和工程技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物, 是生物技術(shù)的主體?；蚬こ淌侵赣妹笇W(xué)法將異源基因與載體DNA 在體外進(jìn)行重組, 將形成的重組因子轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞,使異源基因在其中復(fù)制并表達(dá), 從而改造生物特性, 生產(chǎn)出目標(biāo)產(chǎn)物的高新技術(shù)。主要包括重組DNA、基因缺失、基因加倍、導(dǎo)

3、入外源基因以及改變基因位置等分子生物學(xué)技術(shù)手段?；蚬こ碳夹g(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用, 主要涉及微生物、植物和動(dòng)物, 通過(guò)對(duì)被加工材料的處理, 生產(chǎn)出符合人們需要的基因食品。基因工程能夠培育和創(chuàng)造出自然界所沒(méi)有的新的生命形態(tài)。目前, 用這種技術(shù)已培育出多種“工程細(xì)菌”, 可以用來(lái)生產(chǎn)諸如含有生長(zhǎng)激素、胰島素、干擾素的功能食品和可食單細(xì)胞蛋白等, 在食品工業(yè)中具有廣闊的發(fā)展前景2。2.2 細(xì)胞工程技術(shù)細(xì)胞工程就是在細(xì)胞水平研究開(kāi)發(fā)利用各類(lèi)生物細(xì)胞的工程技術(shù), 主要有細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合及細(xì)胞代謝物的生產(chǎn)等。細(xì)胞工程是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)方法, 按照人們預(yù)定的設(shè)計(jì), 有計(jì)劃地保存、改變和創(chuàng)造遺傳物質(zhì)的技術(shù)。包括

4、細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞核移植、細(xì)胞器攝取、染色體片斷重組、細(xì)胞融合及細(xì)胞代謝物的生產(chǎn)等。雖然目前工業(yè)規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)仍有一定難度, 但該技術(shù)仍然是繼微生物技術(shù)以后當(dāng)代生物技術(shù)的重要發(fā)展領(lǐng)域。利用細(xì)胞雜交和細(xì)胞培養(yǎng)可生產(chǎn)具有獨(dú)特香味和風(fēng)味的食品添加劑,如香草素、可可香素、菠蘿風(fēng)味劑以及高級(jí)天然色素, 如咖喱黃、紫色素、花色苷素、辣椒素、靛藍(lán)等, 而且培養(yǎng)的色素含量高, 色調(diào)和穩(wěn)定性好3。2.3 酶工程技術(shù)酶工程是生物技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，酶工程是指在一定的生物反應(yīng)器內(nèi)，利用酶催化作用，將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍及農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)、能源開(kāi)發(fā)和生命科學(xué)理論研究等各個(gè)方面。酶工程包

5、括各種酶的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)、酶的分離和純化技術(shù)、酶或細(xì)胞的固定化技術(shù)、固定化酶反應(yīng)器的研制以及酶的應(yīng)用等方面。隨著基因工程、細(xì)胞工程等高新技術(shù)應(yīng)用于酶工程領(lǐng)域，不斷研究開(kāi)發(fā)出更多的新品種、新用途、高活力的酶類(lèi)，同時(shí)酶的固定化技術(shù)，酶分子修飾技術(shù)及模擬酶技術(shù)也得到更快發(fā)展4。2.4 發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)酵工程是生物工程技術(shù)的重要組成部分，是古老而又大有潛力的工業(yè)技術(shù)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)，是一門(mén)利用微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)來(lái)生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的工程技術(shù)。發(fā)酵工程是利用微生物的某些特定功能, 通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)手段生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的方法和過(guò)程，包括培育優(yōu)良菌種、發(fā)酵生產(chǎn)某些代謝產(chǎn)物、生產(chǎn)

6、微生物菌體、改造某些天然物質(zhì)等。發(fā)酵工程可用于工業(yè)化生產(chǎn)預(yù)定的食品或食品功能成分。利用發(fā)酵工程技術(shù)所取得的成就涉及到新食品配料、食品加工的催化劑、飲料穩(wěn)定劑、D-氨基酸及其衍生物制造以及廢棄物利用和食品品質(zhì)的檢測(cè)等5。2.5蛋白質(zhì)工程技術(shù)隨著蛋白質(zhì)晶體學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)與基因工程手段相結(jié)合，便出現(xiàn)了蛋白質(zhì)工程，又稱為“第二代基因工程”，即按照人們的意愿創(chuàng)造出適合人類(lèi)需求的。具有不同功能的蛋白質(zhì)，創(chuàng)造出世界上原來(lái)不曾有過(guò)的新蛋白質(zhì)及其新產(chǎn)品6。蛋白質(zhì)工程的基礎(chǔ)是蛋白質(zhì)晶體學(xué)和動(dòng)力學(xué)，主要技術(shù)手段是所謂的計(jì)算機(jī)定位突變和盒式突變即對(duì)編碼蛋白質(zhì)基因定位改造，來(lái)造成人為的蛋白突變，在通過(guò)發(fā)酵或細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)足

7、夠的這種蛋白質(zhì)。利用蛋白質(zhì)工程將可以生產(chǎn)具有特定氨基酸順序、高級(jí)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和生理功能的新型蛋白質(zhì)，可以定向改造酶的功能，生產(chǎn)新型營(yíng)養(yǎng)功能食品，以全新的思路發(fā)展食品工業(yè)。3 生物技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用3.1 食品資源及食品品質(zhì)的改良利用基因工程, 對(duì)用于食品資源的動(dòng)植物，利用基因轉(zhuǎn)移或DNA 重組，使其蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等營(yíng)養(yǎng)要素的含量、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)朝著有益人們身體健康的方向轉(zhuǎn)移和發(fā)展。如提高水稻胡蘿卜素含量、谷物賴氨酸含量、馬鈴薯固形物含量、改變植物油組成中不飽和脂肪酸比例。應(yīng)用基因工程技術(shù)，可以將任何生物的性狀轉(zhuǎn)移到植物、動(dòng)物和微生物中，這項(xiàng)技術(shù)已用于改造或轉(zhuǎn)化當(dāng)今用作食品的植物、動(dòng)物和微

8、生物。采用基因工程改造的面包酵母可使得面粉的膨發(fā)性提高, 所得面包更松軟可口。通過(guò)替代面包酵母或啤酒酵母中的Gall80 或MIGI基因, 解除了糖蜜發(fā)酵過(guò)程中的隨著蜜二糖分解形成的葡萄糖對(duì)該基因編碼的酶蛋白的抑制作用，從而最終提高酒精產(chǎn)率。用現(xiàn)代發(fā)酵工程改造傳統(tǒng)發(fā)酵食品，最典型的是使用雙酶法糖化工藝取代傳統(tǒng)的酸法水解工藝，用于生產(chǎn)味精。利用優(yōu)選的微生物菌群發(fā)酵，縮短發(fā)酵周期，提高原料利用率，改良風(fēng)味和品質(zhì)。在蛋白質(zhì)食品加工中，用磷脂酶A進(jìn)行活性面筋的改性；用肽鏈內(nèi)切酶、醛脫氫酶等方法除去蛋白臭；用肽鏈內(nèi)切酶方法生產(chǎn)人造肉和粉末蛋白質(zhì)也取得了成功。在啤酒的生產(chǎn)中采用基因工程和蛋白質(zhì)技術(shù)將-乙酰

9、乳酸脫羧酶基因克隆到啤酒酵母中進(jìn)行表達(dá)，可明顯降低啤酒中雙乙酰含量，從而改善啤酒風(fēng)味。利用基因工程技術(shù)不但可以成倍地提高酶活力，而且還可以將生物酶基因克隆到微生物中，構(gòu)建基因工程菌來(lái)生產(chǎn)酶制劑，生產(chǎn)出的酶制劑不僅催化活性、穩(wěn)定性得到提高，而且用于食品中可使蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪發(fā)生改性。例如，蛋白酶可以改善蛋白質(zhì)的溶解性;新型食品酶制劑轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶可以使蛋白質(zhì)分子間發(fā)生交聯(lián)，因而可用于增加大豆蛋白的膠凝性能，使其具有更好的加工品質(zhì)。在食品加工過(guò)程中，適量地添加一些酶類(lèi)，可以改善產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)，如用葡萄糖氧化酶可去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色澤；葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香；木

10、瓜蛋白酶可分解膠原蛋白，用于肉制品的嫩化。對(duì)于含有難消化成分的食品，可以通過(guò)添加一些酶類(lèi)，改善這些食品的營(yíng)養(yǎng)和消化利用性能7。3.2 在食品檢測(cè)中的應(yīng)用生物技術(shù)檢測(cè)方法具有特異的生物識(shí)別功能、極強(qiáng)的選擇性, 與現(xiàn)代的物理化學(xué)方法相結(jié)合, 產(chǎn)生一些簡(jiǎn)單、結(jié)果精確、靈敏、專一、微量和快速的檢測(cè)方法。生物技術(shù)檢測(cè)方法的應(yīng)用幾乎涉及到了食品檢驗(yàn)的各個(gè)方面, 包括食品品質(zhì)評(píng)價(jià)、質(zhì)量監(jiān)督、生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)控及食品科學(xué)研究。目前常用的檢測(cè)方法主要有：酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定( ELISA)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)( PCR)、DNA探針。3.3 在農(nóng)副產(chǎn)品深加工方面的應(yīng)用生物技術(shù)可以迅速提高農(nóng)副產(chǎn)品加工能力和水平，使我國(guó)農(nóng)

11、副產(chǎn)品加工技術(shù)在整體上實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，甚至能在一些重大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到世界先進(jìn)水平。利用遺傳工程技術(shù)選擇培育對(duì)乙烯敏感性低的新品種，從基因工程角度解決農(nóng)副產(chǎn)品的保鮮問(wèn)題，以便向食品行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)提供更多的易于貯藏的工業(yè)原料。肉類(lèi)保鮮方面，重點(diǎn)在于提高綜合品質(zhì)以及瘦肉、嫩肉和肥肉的綜合利用；奶制品方面重點(diǎn)是發(fā)酵乳制品、雙歧桿菌發(fā)酵乳等；魚(yú)類(lèi)產(chǎn)品方面重點(diǎn)是從淡水魚(yú)內(nèi)臟、魚(yú)眼、精卵巢中分離提取有效成分，不斷推出保健制品和藥物制品；將以前廢棄不用的農(nóng)副產(chǎn)品下腳料如麥秸、稻草、豆秸、木屑、枝葉、玉米稈、薯蔓等植物纖維素資源，通過(guò)生物轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)一些重要的生物產(chǎn)品8。3.4 生產(chǎn)功能食品及新型食品用酵母或細(xì)

12、菌等微生物菌體發(fā)酵得到的單細(xì)胞蛋白( SCP)，含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素、礦物質(zhì)等，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高。而富硒酵母的生產(chǎn)開(kāi)辟了發(fā)酵工藝應(yīng)用于微量元素生產(chǎn)的新途徑。利用轉(zhuǎn)基因手段從目的供體物種體內(nèi)獲得帶有特定優(yōu)良遺傳性狀的DNA 片段，直接或通過(guò)載體導(dǎo)入被改造物種即“ 受體物種”的胚胎內(nèi)，培育出優(yōu)良的新品種，如生長(zhǎng)速度快、抗病力強(qiáng)、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因兔、豬、雞，這將大力推動(dòng)畜牧業(yè)的發(fā)展，為改善人們的膳食結(jié)構(gòu)提供一條新的思路和方法。利用發(fā)酵技術(shù)和酶技術(shù)可生產(chǎn)雙歧桿菌增殖因子，如低聚果糖、低聚半乳糖、低聚甘露糖、低聚木糖等; 利用酶技術(shù), 如木聚糖酶、-葡聚糖酶、-淀粉酶及其他降解細(xì)胞壁的酶類(lèi)可生

13、產(chǎn)膳食纖維素；還可生產(chǎn)各種活性肽，如降壓肽、抗氧化肽、減肥肽、預(yù)防肝性腦病肽和心血管疾病肽等，提高人類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)水平和健康狀況9。3.5 在食品添加劑中的應(yīng)用通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)制造有利于人類(lèi)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(lèi)血液代用品，高異胡蘿卜素稻米等；利用細(xì)胞工程技術(shù)生產(chǎn)各種功能性成分，如對(duì)人參、西洋參、長(zhǎng)春花、紫草和黃連等植物細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)生產(chǎn)活性細(xì)胞干粉、L-蘇氨酸、免疫球蛋白、生長(zhǎng)激素等；利用現(xiàn)代生物技術(shù)，特別是發(fā)酵工程技術(shù)生產(chǎn)食品添加劑10。目前國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)的食品添加劑有甜味劑中的木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等；酸味劑中的L-蘋(píng)果酸、L-

14、琥珀酸等；氨基酸中的各種必須氨基酸；增稠劑中的黃原膠、茁霉多糖、熱凝性多糖等；風(fēng)味劑中的多種的多種核苷酸、琥珀酸鈉、香茅醇、雙已酰；芳香劑中的脂肪酸、異丁醇等；色素中的類(lèi)胡蘿卜素、紅曲色素、蝦青素、番茄紅素等；維生素中的維生素C、維生素B12 、核黃素、肉堿；生活活性添加劑中的各種保健活菌、活性多肽等；防腐劑中的乳鏈菌肽、殺菌肽、防御素等11。3.6 可直接應(yīng)用于食品生產(chǎn)過(guò)程的物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用發(fā)酵技術(shù)、酶技術(shù)對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品進(jìn)行加工，直接生產(chǎn)各種發(fā)酵食品如飲料、酒、醬、醬油、醋、乳酸、酸奶和啤酒；利用基因工程和酶工程，構(gòu)建“生物工程菌”來(lái)生產(chǎn)酶制劑。近20年來(lái)，利用“基因工程菌”生產(chǎn)的食品酶制劑主要有凝

15、乳酶、-淀粉酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖異構(gòu)酶、轉(zhuǎn)化酶、脂肪酶、溶菌酶等。凝乳酶是制造干酪過(guò)程中起凝乳作用的關(guān)鍵酶，蛋白酶可改善蛋白質(zhì)的溶解性。在食品加工過(guò)程中添加一些酶類(lèi)可以改善產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)。如用葡萄糖氧化酶可以除去蛋液中的葡萄糖，改善制品的色澤；用酯酶和蛋白酶可加速奶酪的成熟；葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香；木瓜蛋白酶可分解膠原蛋白酶，用于肉的嫩化12。3.7在食品包裝上的應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)的食品包裝上的應(yīng)用主要是制造一種又有利于食品保質(zhì)的環(huán)境，如葡萄糖氧化酶能除O2,延長(zhǎng)食品保鮮期，保持食品色、香、味的穩(wěn)定性，被應(yīng)用于茶葉、冰淇淋、奶粉、罐頭等產(chǎn)品的 除氧包裝；溶氧菌能消除有害微生

16、物的繁殖，而讓某些有益菌得以繁殖，被廣泛應(yīng)用于清酒、乳制品、水產(chǎn)品、香腸、奶油、生面條等食品中以延長(zhǎng)保鮮期；利用生物技術(shù)制造有特殊功能的包裝材料如包裝紙、包裝膜，使其有抗氧化、殺菌作用等13。4 現(xiàn)代生物技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題現(xiàn)代生物技術(shù)如同其他新出現(xiàn)的科學(xué)一樣，是一把雙刃劍，有其對(duì)人類(lèi)有利的一面，同時(shí)，也有對(duì)人類(lèi)不利的一面，如果對(duì)其不加以管理，就會(huì)對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生災(zāi)難性后果這些后果有短期的，也有長(zhǎng)期的。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的技術(shù)趨于成熟，越來(lái)越多的基因得到克隆和應(yīng)用，其中一些基因及其產(chǎn)物對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境安全存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)，這就需要建立科學(xué)合理的轉(zhuǎn)基因食品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系和有效的管理

17、機(jī)制，來(lái)消除生物技術(shù)可能給人類(lèi)帶來(lái)的不利影響，可喜的是，生物技術(shù)對(duì)人類(lèi)潛在的危害再其發(fā)展初期就被科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到了，在發(fā)展轉(zhuǎn)基因食品的同時(shí)，相應(yīng)的管理和安全評(píng)估在世界各國(guó)展開(kāi)1。5 展望隨著人們生活水平的提高和消費(fèi)觀念的改變，人們更關(guān)注食品的內(nèi)在營(yíng)養(yǎng)和食品的衛(wèi)生安全，同時(shí)提倡綠色消費(fèi)，這就對(duì)食品生產(chǎn)提出了更高的要求?，F(xiàn)代生物技術(shù)在食品領(lǐng)域所起的作用是傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法比擬的，他在食品工業(yè)中的地位越來(lái)越重要。目前，現(xiàn)代生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用涉及到基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和微生物(發(fā)酵)工程等當(dāng)今公認(rèn)的四大生物技術(shù)體系15。重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的幾個(gè)領(lǐng)域?yàn)椋洪_(kāi)發(fā)新酶品種以及酶的固定化和細(xì)胞工業(yè)化應(yīng)用；加強(qiáng)高產(chǎn)菌株

18、和耐特殊環(huán)境微生物的遺傳育種；用生物法代替化學(xué)合成生產(chǎn)食品添加劑；綜合利用技術(shù)，進(jìn)行原料的深度加工，采用清潔閉路生產(chǎn)工藝，將廢棄物資源化，達(dá)到節(jié)糧、節(jié)能、減少污染的目的；工業(yè)化生產(chǎn)中生物技術(shù)產(chǎn)物的分離提取水平低一直是阻礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”問(wèn)題，因此，生物技術(shù)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)及高收率的提取技術(shù)是今后發(fā)展的重要方面；研究開(kāi)發(fā)多功能、多指標(biāo)的生物傳感器，有效監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，利用生物技術(shù)建立高特異性、高靈敏度、快速簡(jiǎn)便的食品衛(wèi)生檢測(cè)方法是確保食品安全的重要手段。從以上的綜述中可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代生物技術(shù)已經(jīng)滲透到食品工業(yè)的方方面面，特別是基因工程技術(shù)、蛋白質(zhì)工程技術(shù)、酶工程技術(shù)、發(fā)酵工程技術(shù)，將在21世紀(jì)的食品工業(yè)中充當(dāng)重要角色，可以說(shuō)，21世紀(jì)的食品工業(yè)是將建立在現(xiàn)代食品生物技術(shù)和現(xiàn)代食品工程技術(shù)兩大支柱是的一個(gè)全新朝陽(yáng)產(chǎn)