生物技術(shù)應(yīng)用在食品工業(yè)中科學(xué)應(yīng)用

1、生物技術(shù)應(yīng)用在食品工業(yè)中科學(xué)應(yīng)用主要內(nèi)容生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用概況生物技術(shù)手段生物技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域四 未來應(yīng)用前景2一 生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用概況 生物技術(shù)是對生命有機(jī)體進(jìn)行加工改造和利用的技術(shù)， 它是21世紀(jì)高新技術(shù)的核心之一。目前，生物技術(shù)已被應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、食品加工、醫(yī)療保健等眾多領(lǐng)域中。 而食品生物技術(shù)是生物技術(shù)的重要分支學(xué)科，主要指生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用。 生物技術(shù)在食品工業(yè)中又有哪些應(yīng)用？生物技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用主要表達(dá)在四個方面： 1. 是利用基因工程、細(xì)胞工程技術(shù)對食品資源的改造和改進(jìn)； 2. 是利用發(fā)酵工程、酶工程技術(shù)將農(nóng)副原材料加工制成商品，如調(diào)味品、酒類、酸奶等發(fā)酵

2、制品； 3. 是利用這些生物技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行二次開發(fā)，形成新的產(chǎn)品，如高果糖漿，食用添加劑等； 4. 是利用酶工藝、發(fā)酵技術(shù)、生物反響器等對傳統(tǒng)食品加工工藝進(jìn)行改造，降低能耗、提高產(chǎn)率、改善食品品質(zhì)等。另外，在食品生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域如食品包裝、食品檢測等方面，食品生物技術(shù)也得到越來越廣泛的應(yīng)用。所以生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用有著廣闊的市場和開展前景。二 生物技術(shù)手段 生物技術(shù)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5個方面。該技術(shù)是應(yīng)用生物體微生物、動物細(xì)胞、植物細(xì)胞或其組成局部細(xì)胞器、酶在最適宜條件下，生產(chǎn)有價值的產(chǎn)物或進(jìn)行有益過程的技術(shù)。技術(shù)路線如下基因工程微生物蛋白質(zhì)或酶動植物個體或細(xì)胞

3、工程菌發(fā)酵工程蛋白質(zhì)或酶工程特定產(chǎn)品細(xì)胞工程優(yōu)良品系一基因工程 基因工程是以分子遺傳學(xué)為根底，以DNA重組技術(shù)克隆技術(shù)為手段，用人工的方法把不同生物的遺傳物質(zhì)基因別離出來，在體外進(jìn)行剪切、組合、拼裝，形成基因重組體，然后把重組體引入宿主細(xì)胞內(nèi)或個體中以得到高效表達(dá)，最終獲得人們所需要的基因產(chǎn)物，實現(xiàn)動物、植物、微生物等物種之間的基因轉(zhuǎn)移，或DNA重組，到達(dá)食品原料或微生物的改進(jìn)。 主要應(yīng)用:1.優(yōu)化食品生物資源及食品品質(zhì) 2.改進(jìn)食品工業(yè)菌種1 優(yōu)化食品生物資源及食品品質(zhì)基因工程應(yīng)用a. 植物食品原料的生產(chǎn)，可進(jìn)行品種改進(jìn)、新品種開發(fā)與原料增產(chǎn)，如選育抗病植物、耐除草劑植物、抗蟲性或抗病毒植物

4、、耐鹽或耐旱植物等，使食品原料的供給更加多樣。1 優(yōu)化食品生物資源及食品品質(zhì)b. 改善食品品質(zhì)，可以通過基因工程改變酶的性質(zhì)，生產(chǎn)食品結(jié)構(gòu)改進(jìn)劑；c. 氨基酸的生產(chǎn)，進(jìn)行氨基酸的工業(yè)化生產(chǎn)；d. 天然食品防腐劑的大量生產(chǎn)，主要包括殺菌肽、防御素等；e. 食品工業(yè)中新型蛋白質(zhì)、單細(xì)胞蛋白、維生素酶制劑、微生物多糖、淀粉糖的生產(chǎn)。2 改進(jìn)食品工業(yè)菌種a. 基因工程應(yīng)用于微生物育種：食品工業(yè)如酒類、醬油、食醋、發(fā)酵乳制品等的開展，關(guān)鍵在于是否有優(yōu)良的微生物菌種，將基因工程應(yīng)用于微生物育種，從事發(fā)酵菌種的改進(jìn)研究，已經(jīng)成為改進(jìn)食品工業(yè)菌種的一個重要途徑。 例如，利用基因工程技術(shù)培育出新的釀酒酵母菌株

5、用以改進(jìn)傳統(tǒng)的釀酒工藝，在啤酒酵母的改進(jìn)中，將-乙酰乳酸脫羧酶基因克隆到啤酒酵母中進(jìn)行表達(dá)，可降低啤酒雙乙酰含量而改善啤酒風(fēng)味；選育出分解-葡萄糖和糊精的啤酒酵母，能夠明顯提高麥芽汁的分解率并改善啤酒質(zhì)量；構(gòu)建具有優(yōu)良嗜殺其他茵類活性的嗜殺啤酒酵母已成為純種發(fā)酵的重要措施。b. 基因工程技術(shù)還可以與食品衛(wèi)生分析檢測結(jié)合。 例如，采用基因探針技術(shù)檢測有害微生物具有特異性強(qiáng)、靈敏度高和操作簡便、省時等優(yōu)點，通過考查待測樣品與標(biāo)記性DNA探針能否形成雜交分子，即可判斷樣品中是否含有此種微生物，并且還可以通過測定放射性強(qiáng)度以考查樣品中微生物數(shù)量。二蛋白質(zhì)工程1 提高其應(yīng)用價值 蛋白質(zhì)工程是利用X-射線

6、衍射和電子計算機(jī)圖像顯示計算，確定天然蛋白質(zhì)的三維設(shè)想和活性部位，分析設(shè)計需要改造的氨基酸殘基，然后采用基因定位突變的方法，修飾或人工合成基因，按照設(shè)計改造天然蛋白質(zhì)或酶，提高其應(yīng)用價值。2 生產(chǎn)新型功能性食品 蛋白質(zhì)工程可以按照人類的需求創(chuàng)造出原來不曾有過、具有不同功能的蛋白質(zhì)及其新產(chǎn)品，或生產(chǎn)具有特定氨基酸順序、高級結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和生理功能的新型蛋白質(zhì)，可以定向改造酶的性能，生產(chǎn)新型功能性食品。1 改善凝乳酶性質(zhì) 在干酪加工中，凝乳酶作為重要的凝結(jié)劑而被廣泛應(yīng)用。市場生產(chǎn)凝乳酶的缺點：酶類在特異性、凝結(jié)活性、蛋白分解活性、最適pH值、熱穩(wěn)定性等性質(zhì)上與天然凝乳酶有一定的差異，因此在食品加工

7、中易引起產(chǎn)量降低和成熟中出現(xiàn)不良風(fēng)味。 在凝乳酶蛋白質(zhì)工程技術(shù)的研究優(yōu)點，目前已經(jīng)在解釋酶的某些結(jié)構(gòu)與功能性質(zhì)、基團(tuán)與功能性質(zhì)、酶的翻譯和激活等方面取得了一定進(jìn)展，在改變酶的某些性質(zhì)方面取得了一定效果。這項工程可以潛在地增強(qiáng)和優(yōu)化凝乳酶的各項酶學(xué)性質(zhì)，為凝乳酶資源的開發(fā)和在食品加工中的合理利用帶來了光明的前景。2 研究和優(yōu)化纖維素酶的性質(zhì) 纖維素酶是糖苷水解酶的一種，它可以將纖維素水解成單糖，進(jìn)而發(fā)酵成乙醇，從而解決農(nóng)業(yè)、再生能源以及環(huán)境污染等問題。為了更好地利用纖維素，愈來愈多的國內(nèi)外學(xué)者開始關(guān)注纖維素酶的研究。蛋白質(zhì)工程作為一種工具用來研究纖維素酶的催化機(jī)制，主要包括： 潛在活性中心氨基酸

8、殘基進(jìn)行基因定點突變； 體外分子定向進(jìn)化和對定點突變酶進(jìn)行動力學(xué)分析。 通常采用基因定點突變技術(shù)對典型纖維素酶家族序列不變殘基和三維構(gòu)像進(jìn)行確認(rèn)，并通過設(shè)計新的三維復(fù)合體來對酶進(jìn)行修整和探索。三細(xì)胞工程細(xì)胞工程是在細(xì)胞水平上改造生物遺傳特性和生產(chǎn)性能，以獲得特定的細(xì)胞、細(xì)胞產(chǎn)品或新生物體的技術(shù)。包括細(xì)胞融合、細(xì)胞培養(yǎng)及細(xì)胞核移植等。利用細(xì)胞雜交、 細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)可獲得遺傳性狀有所改進(jìn)的新菌株或動植物細(xì)胞、生產(chǎn)食品添加劑與酶制劑等。 主要應(yīng)用： 1 細(xì)胞工程育種 2 細(xì)胞培養(yǎng)1 細(xì)胞工程育種在細(xì)胞水平上的原生質(zhì)體制備與融合有利于實現(xiàn)遠(yuǎn)緣遺傳物質(zhì)的直接交換， 促進(jìn)遺傳資源的創(chuàng)新。有研究者利用曲霉種

9、間的原生質(zhì)體融合獲得了比親本菌株淀粉酶產(chǎn)量提高114204.81%，且耐高溫性能也有所提高的新菌株。再如，大多數(shù)難以栽培的食用菌都與植物有共生或寄生關(guān)系，人工栽培出菇問題一直無法解決，原生質(zhì)體融合技術(shù)那么可以去除細(xì)胞壁的屏障，實現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交，為難以人工栽培的食用菌育種提供了新方法。2 細(xì)胞培養(yǎng)利用細(xì)胞工程技術(shù)生產(chǎn)生物來源的天然食品或天然食品添加劑，是細(xì)胞工程的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用范圍包括生產(chǎn)天然藥物人參皂苷、紫杉醇、長春堿等、食品添加劑花青素、胡蘿卜素、紫草色素、天然香料等和酶制劑SOD酶、木瓜蛋白酶等。典型的應(yīng)用是用于味精生產(chǎn)的優(yōu)良谷氨酸生產(chǎn)菌的育種，繼而出現(xiàn)的必需氨基酸生產(chǎn)菌株的育種都應(yīng)用到細(xì)

10、胞融合技術(shù)。如L-蘇氨酸和L-賴氨酸均已用于生產(chǎn)；醬油曲霉菌經(jīng)細(xì)胞融合技術(shù)選育后，醬油的品質(zhì)明顯提高。另外，酒精酵母、酶制劑生產(chǎn)菌的育種多采用細(xì)胞工程技術(shù)，均得到了非凡的成果，在食用酒精和食品專用酶的生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的效能。在實驗室利用細(xì)胞工程技術(shù)生產(chǎn)天然食品或添加劑已取得了很好的成果，為工業(yè)生產(chǎn)開辟了很好的前景。( 四酶工程酶工程是指利用酶、細(xì)胞或細(xì)胞器等具有的特異催化功能，借助生物反響裝置和通過一定的工藝手段生產(chǎn)出人類所需要產(chǎn)品。酶工程在食品工程中的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)比較成熟，包括各種酶的開發(fā)和生產(chǎn)、酶的別離和純化、酶或細(xì)胞的固定化技術(shù)、固定化酶反響器的研制以及酶的應(yīng)用等。主要應(yīng)用：1 開發(fā)新型

11、食品添加劑 2 在食品保鮮中的應(yīng)用 3 食品分析和檢測中的應(yīng)用 1 開發(fā)新型食品添加劑例如，甜菊苷是一種非營養(yǎng)型功能性甜味劑。甜菊苷具有輕微的苦澀味，通過酶法改質(zhì)后可除去苦澀味，從而改善了其風(fēng)味。甘草中所含的甜味物質(zhì)甘草苷是一種功能性甜味劑，具有補(bǔ)脾益氣、解毒保肝、潤肺止咳的成效。甘草苷經(jīng)-葡糖苷酸酶處理，生成單葡糖苷酶基甘草酸，其甜度為甘草甜素的5倍，是高甜度的甜味劑和解毒劑。近年來在興旺國家，酶工程加快了新酶源的開發(fā)，使功能性食品添加劑，如營養(yǎng)強(qiáng)化劑、低熱量的甜味劑、食用纖維和脂肪替代品等得到迅速開展。 2 在食品保鮮中的應(yīng)用酶制劑保鮮技術(shù)是利用酶的催化作用，防止或消除外界因素對食品的不良

12、影響，從而保持食品原有的優(yōu)良品質(zhì)與特性的技術(shù)。例如葡萄糖氧化酶加在瓶裝飲料中，吸去瓶頸空隙中氧而延長保鮮期；溶菌酶對革蘭氏陽性菌有較強(qiáng)的溶菌作用，可用于肉制品、干酪、水產(chǎn)品、乳制品、水果等的保鮮，且具無毒性、底物專一、高度催化、作用條件溫和等優(yōu)點。 3 食品分析和檢測中的應(yīng)用由于酶具有特異性，因此，也適合于動植物化學(xué)組分的定性和定量分析。此外，在食品中參加一種或幾種酶，根據(jù)它們作用于食品中某些組分的結(jié)果，可以評價食品的質(zhì)量，這是一種十分簡便的方法。五 發(fā)酵工程發(fā)酵工程是指采用工程技術(shù)手段，利用微生物和有活性離體酶的某些功能，為人類生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品，或者直接用微生物參與控制某些生產(chǎn)的一種技術(shù)。

13、現(xiàn)代發(fā)酵工程包括微生物資源的開發(fā)利用、微生物菌種的選育固定化細(xì)胞技術(shù)、生物反響器設(shè)計、發(fā)酵條件的利用及自動化控制、發(fā)酵產(chǎn)品的別離與提純等技術(shù)。發(fā)酵工程技術(shù)涉及到新食品配料、食品加工催化劑、飲料穩(wěn)定劑、D-氨基酸及其衍生物制造等諸多食品工業(yè)領(lǐng)域。一 改造傳統(tǒng)食品加工工藝二 開發(fā)大型真菌一 改造傳統(tǒng)食品加工工藝缺乏：從植物中萃取食品添加劑不僅本錢高，而且來源有限?；瘜W(xué)合成法生產(chǎn)食品添加劑雖然本錢低，但是化學(xué)合成率低、周期長，而且可能危害人體健康。因此，生物技術(shù)，尤其是發(fā)酵工程技術(shù)成為食品添加劑生產(chǎn)的首選方法。目前，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的食品添加劑主要有Vc、VB12、VB2、甜味劑、增香劑和色素等。

14、發(fā)酵工程生產(chǎn)的天然色素、天然新型香味劑正在逐步取代人工合成的色素和香精。二 開發(fā)大型真菌一些藥用真菌，如靈芝、冬蟲夏草、茯苓等，含有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能、抗癌、 防衰老的有效成分，是開展功能性食品的一個重要原料來源。靈芝冬蟲夏草26茯苓27對于這些名貴的藥用真菌，一方面可通過野外采摘和人工種植相結(jié)合的方式進(jìn)行資源收集，但是這種方式的產(chǎn)量低，易受天氣和季節(jié)的影響；另一方面，那么可以通過發(fā)酵途徑實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。例如河北省科學(xué)院微生物研究所等篩選出了繁殖快、生物量高的優(yōu)良靈芝菌株，應(yīng)用于深層液體發(fā)酵研究并取得了成功，建立了一整套發(fā)酵和提取新工藝，為研制功能性食品提供更為廣闊的藥材原料。發(fā)酵培養(yǎng)蟲草菌也在

15、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所實現(xiàn)，分析其產(chǎn)品的化學(xué)成分和藥理成效，與天然冬蟲夏草根本一致。六 生物技術(shù)在食品生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用在食品包裝貯藏中的應(yīng)用：用生物技術(shù)能開發(fā)出新型的保鮮和包裝材料，替代傳統(tǒng)的防腐劑和包裝材料。生物技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用：現(xiàn)代生物技術(shù)使食品檢測實現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、本錢低的愿望。在食品衛(wèi)生檢驗中應(yīng)用的幾種典型的生物技術(shù)主要包括基因探針技術(shù)、PCR技術(shù)、生物傳感器技術(shù)和免疫法。 3 按照需要的目的構(gòu)建工程菌。六 生物技術(shù)在食品生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用利用生物技術(shù)手段生產(chǎn)保健食品功能成分。如L-肉堿、活性多肽、抗體等。為保健食品工業(yè)開展提供充足的原材料。5 應(yīng)用生物技術(shù)解決食品工業(yè)生產(chǎn)中

16、的環(huán)保問題：在控制水污染、治理大氣污染、有毒有害物質(zhì)的降解、可再生資源的開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境友好材料的合成、污染環(huán)境的修復(fù)以及清潔生產(chǎn)等與食品工業(yè)可持續(xù)開展密切相關(guān)的各個方面生物技術(shù)均發(fā)揮著極其重要的作用。四 未來應(yīng)用前景生物技術(shù)是一門新興的高新技術(shù)。對解決人類面臨的食物、資源、健康、環(huán)境等重大問題發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著研究的不斷深入，生物技術(shù)正在深刻地改變著經(jīng)濟(jì)、生活以及應(yīng)用科學(xué)的開展進(jìn)程。各國也將此作為重點開展的領(lǐng)域。相信不久的將來。生物技術(shù)必能克服種種技術(shù)困難和經(jīng)濟(jì)因素，為食品工業(yè)的上、中、下游，即食品資源改造、食品生產(chǎn)工藝改進(jìn)及加工品的包裝、貯運、檢測等方面的開展開拓更為廣闊的前

17、景。 而其中的綠色食品在我國的開展?fàn)顩r與前景又怎樣呢？ a.開展?fàn)顩r： 中國綠色食品形成了一定的生產(chǎn)和貿(mào)易規(guī)模。截止2006年12月,全國有效使用綠色食品標(biāo)志企業(yè)總數(shù)到達(dá)4 615家,產(chǎn)品總數(shù)到達(dá)12 868個。我國綠色食品在保持較快開展速度的同時,產(chǎn)品質(zhì)量合格率穩(wěn)中有升,產(chǎn)業(yè)水平不斷提升,品牌效應(yīng)日益增強(qiáng)。我國綠色食品年產(chǎn)量達(dá)7 200萬噸,產(chǎn)品年銷售額突破1 500億元,出口額19.6億美元。 在中國農(nóng)產(chǎn)品出口貿(mào)易面臨國際“綠色壁壘挑戰(zhàn)的嚴(yán)峻形勢下,綠色食品出口成為了農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易的亮點和熱點,出口規(guī)模、出口產(chǎn)品類別和出口區(qū)域都在不斷增加。但是,中國出口的綠色食品主要是AA級,而生產(chǎn)量占絕對優(yōu)勢的A級綠色食品,因生產(chǎn)環(huán)節(jié)允許限量使用限定的化學(xué)合成物質(zhì)等而不被國外認(rèn)可,所以,我國綠色食品還難以大規(guī)模走向國際市場。AA級A級 b.我國綠色食品開展前景： 目前,我國各省市都在大力開展綠色