現(xiàn)代生物技術在食品工業(yè)中的應用進展

現(xiàn)代生物技術在食品工業(yè)中的應用進展現(xiàn)代生物技術在食品工業(yè)中的應用進展現(xiàn)代生物技術在食品工業(yè)中的應用進展V:1.0精細整理，僅供參考現(xiàn)代生物技術在食品工業(yè)中的應用進展日期：20xx年X月現(xiàn)代生物技術在食品工業(yè)中的應用進展摘要生物技術在其自身發(fā)展過程中始終與食品的加工和制造密不可分，現(xiàn)代生物技術的進步對食品工業(yè)的發(fā)展產生了巨大的影響。根據(jù)國內外食品工程領域中生物技術的研究應用現(xiàn)狀，闡述了現(xiàn)代生物技術在食品工業(yè)中的應用研究進展。關鍵詞：生物技術；食品工業(yè)；應用；基因工程；研究進展隨著生命科學的進步和食品工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代生物技術對食品工業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著越來越重要的作用。不同于以發(fā)酵為支撐的傳統(tǒng)生物技術，現(xiàn)代生物技術在食品工業(yè)中的應用以現(xiàn)代分子生物學和基因工程技術為基礎，包括了細胞生物學、微生物學、生物化學、免疫學等幾乎所有生物學科的次級學科，構成了相互聯(lián)系、密不可分的有機整體，具有強大的發(fā)展?jié)摿土己玫陌l(fā)展前景，現(xiàn)代生物技術已經滲透到食品科學與工程的方方面面?，F(xiàn)代生物技術是以生命科學為基礎,利用生物或生物組織、細胞及其他組成部分的特性和功能，設計、構建具有預期性能的新物質或新品系，并與工程原理相結合，加工生產生物制品的綜合性技術?，F(xiàn)代生物技術包括基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程和發(fā)酵工程等五個領域，其在食品工業(yè)的應用有著廣闊的市場和發(fā)展前景。1基因工程基因工程是指在分子水平上將異源基因與載體DNA在體外進行重組，然后將重組子引入到受體細胞中進行復制和表達，從而改造生物特性，生產出符合人類需要的產品或創(chuàng)造生物新性狀的一種技術。利用基因工程技術將一些植物、動物或微生物的基因植入另一種植物、動物或微生物中，接受的一方由此獲得了在自然條件下所沒有的品質，按植入的基因類型可將食品可分為植物性轉基因食品、動物性轉基因食品和基因工程菌[1]。1.1優(yōu)化食品生物資源及食品品質基因工程應用于植物食品原料的生產上，可進行品種改良、新品種開發(fā)與原料增產，如選育抗病植物、耐除草劑植物、抗蟲性或抗病毒植物、耐鹽或耐旱植物等，使食品原料的供應更加多樣。同時，在改善食品品質方面，可以利用轉基因工程以及反義RNA技術，使轉基因番茄具有抑制聚半乳糖醛酸酶活性，番茄的成熟即可被控制，能延長番茄的儲存期；或者改良玉米、稻米等作物氨基酸組成及含量，提高谷類作物的營養(yǎng)價值。在畜產品的生產上，利用基因工程技術可大量生產牛生長激素，并應用于乳牛，以增加牛乳的產量、飼料利用率，并加速肉牛的生長速度。豬生長激素也被應用于控制生豬總重與瘦肉的比率，減少肥肉以迎合消費者的需求[2]。1.2改良食品工業(yè)菌種食品工業(yè)如酒類、醬油、食醋、發(fā)酵乳制品等的發(fā)展，關鍵在于是否有優(yōu)良的微生物菌種，將基因工程應用于微生物育種，從事發(fā)酵菌種的改良研究，已經成為改良食品工業(yè)菌種的一個重要途徑。例如，在啤酒酵母的改良中，將α-乙酰乳酸脫羧酶基因克隆到啤酒酵母中進行表達，可降低啤酒雙乙酰含量而改善啤酒風味；選育出分解β-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量；構建具有優(yōu)良嗜殺其他菌類活性的嗜殺啤酒酵母已成為純種發(fā)酵的重要措施[3]。再如，乳桿菌中超氧化物歧化酶(SOD)活性越高越有利于該菌在有氧條件下的存活[4]，諸多研究也證實了SOD具有抗腫瘤、抗衰老、對抗細胞凋亡等生物活性與功能[5,6]，克隆大腸桿菌錳超氧化物歧化酶基因(SODA)并在保加利亞乳桿菌中成功表達,使SOD與益生菌相結合制備發(fā)酵乳,將出現(xiàn)功能更強大的保健食品[7]。此外，基因工程技術還可以與食品衛(wèi)生分析檢測結合。例如，采用基因探針技術檢測有害微生物具有特異性強、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度以考查樣品中微生物數(shù)量[8]。2蛋白質工程蛋白質工程是在基因重組技術、生物化學、分子生物學、分子遺傳學等學科的基礎之上，融合了蛋白質晶體學、蛋白質動力學、蛋白質化學和計算機輔助設計等多學科而發(fā)展起來的新興研究領域。蛋白質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及其新產品，或生產具有特定氨基酸順序、高級結構、理化性質和生理功能的新型蛋白質，可以定向改造酶的性能，生產新型功能性食品。2.1改善凝乳酶性質在干酪加工中，凝乳酶作為重要的凝結劑而被廣泛應用。在動物凝乳酶供應緊缺的情況下，市場上開發(fā)出了多種微生物凝乳酶。但由于其它酶類在特異性、凝結活性、蛋白分解活性、最適pH值、熱穩(wěn)定性等性質上與天然凝乳酶有一定的差異，因此在食品加工中易引起產量降低和成熟中出現(xiàn)不良風味的缺點。通過凝乳酶蛋白質工程技術的研究，目前已經在解釋酶的某些結構與功能性質、基團與功能性質、酶的翻譯和激活等方面取得了一定進展，在改變酶的某些性質方面取得了一定效果。這項工程可以潛在地增強和優(yōu)化凝乳酶的各項酶學性質，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[9]。2.2研究和優(yōu)化纖維素酶的性質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，進而發(fā)酵成乙醇，從而解決農業(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，愈來愈多的國內外學者開始關注纖維素酶的研究。蛋白質工程作為一種工具用來研究纖維素酶的催化機制，主要包括對潛在活性中心氨基酸殘基進行基因定點突變、體外分子定向進化和對定點突變酶進行動力學分析。通常采用基因定點突變技術對典型纖維素酶家族序列不變殘基和三維構像進行確認，并通過設計新的三維復合體來對酶進行修整和探索[10]。3細胞工程細胞工程是在細胞水平上改造生物遺傳特性和生產性能,以獲得特定的細胞、細胞產品或新生物體的技術,包括細胞融合、細胞培養(yǎng)及細胞核移植等。利用細胞雜交、細胞培養(yǎng)等技術可獲得遺傳性狀有所改良的新菌株或動植物細胞、生產食品添加劑與酶制劑等。3.1細胞工程育種在細胞水平上的原生質體制備與融合有利于實現(xiàn)遠緣遺傳物質的直接交換，促進遺傳資源的創(chuàng)新。王建華等利用曲霉種間的原生質體融合獲得了比親本菌株淀粉酶產量提高114.00%~204.81%，且耐高溫性能也有所提高的新菌株[11]。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系，人工栽培出菇問題一直無法解決，原生質體融合技術則可以去除細胞壁的屏障，實現(xiàn)了遠緣雜交，為難以人工栽培的食用菌育種提供了新方法[12]。3.2細胞培養(yǎng)利用細胞工程技術生產生物來源的天然食品或天然食品添加劑，是細胞工程的一個重要領域，應用范圍包括生產天然藥物(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)等。SOD是一種頗受關注的酶，目前SOD主要從動物血液中分離和純化獲得，由于血液中含有大量的雜蛋白，分離純化工藝復雜，難以達到要求，天然植物中分離和純化SOD，又受到地理環(huán)境和氣候條件等影響，難以滿足需求。李志勇等研究了大蒜細胞在發(fā)酵罐培養(yǎng)過程中SOD合成及培養(yǎng)基中各種基質的消耗規(guī)律，獲得的最大生物量和SOD總酶活分別為163gDW/L和7.72×104U/L，取得了較好的放大效果，為植物細胞培養(yǎng)SOD的工業(yè)化生產奠定了基礎[13]。袁麗紅等對細胞培養(yǎng)生產的紫草色素與天然紫草色素進行了理化性質的比較研究，結果表明，兩者的組成成分基本一致，耐熱性、耐氧化性及不同pH值條件下顏色的變化無明顯差異，這表明工業(yè)化生產天然色素、天然香料等具有較好的發(fā)展前景[14]。4酶工程酶工程是指利用酶、細胞或細胞器等具有的特異催化功能，借助生物反應裝置和通過一定的工藝手段生產出人類所需要產品。酶工程在食品工程中的應用技術已經比較成熟，包括各種酶的開發(fā)和生產、酶的分離和純化、酶或細胞的固定化技術[15]、固定化酶反應器的研制以及酶的應用等。4.1開發(fā)新型食品添加劑近年來在發(fā)達國家,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)強化劑、低熱量的甜味劑、食用纖維和脂肪替代品等得到迅速發(fā)展[16]。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，通過酶法改質后可除去苦澀味，從而改善了其風味。酶處理方法是在甜菊苷溶液中加入葡萄糖基化合物，采用葡萄糖基轉移酶處理，生成葡萄基甜菊苷。甘草中所含的甜味物質甘草苷是一種功能性甜味劑，具有補脾益氣、解毒保肝、潤肺止咳的功效。甘草苷經β-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。4.2酶工程在食品保鮮中的應用酶制劑保鮮技術是利用酶的催化作用，防止或消除外界因素對食品的不良影響，從而保持食品原有的優(yōu)良品質與特性的技術。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的溶菌作用，可用于肉制品、干酪、水產品、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[17]。4.3食品分析與檢測方面的應用由于酶具有特異性，因此，也適合于動植物化學組分的定性和定量分析。例如，采用檸檬酸裂解酶測定檸檬酸的含量[18]，采用乙醇脫氫酶測定食品中的乙醇含量[19]。NiculescuM等也報道了一種基于乙醇脫氫酶的傳感器，它可以靈活自動地進行白酒分析，能夠對白酒發(fā)酵過程進行實時監(jiān)控，具有選擇性好、靈敏度高、測量簡便、快速等優(yōu)點[20]。此外,在食品中加入一種或幾種酶，根據(jù)它們作用于食品中某些組分的結果，可以評價食品的質量，這是一種十分簡便的方法。6結論與展望隨著生命科學和生物技術日新月異的發(fā)展，代謝組學、蛋白質組學、生物芯片、生物信息學等重大技術相繼問世并取得了快速發(fā)展，大大擴展了生物技術的涵蓋范圍，也為現(xiàn)代生物技術在食品工業(yè)中的應用奠定了更加堅實的基礎[21,22]。在現(xiàn)代生物技術快速發(fā)展的帶動下，食品工業(yè)必將會有更加廣闊的前景。參考文獻[1]孫建全,張倩,馬建軍,等.基因工程技術在食品工業(yè)中的應用[J].山東農業(yè)科學,2008,(2):106~108.[2]汪秋安.基因工程食品[J].廣西輕工業(yè),2003,(6):5~6.[3]馮婷,何聰芬,呂琳,等.現(xiàn)代生物技術在食品工業(yè)中的應用[J].生物技術通報,2004,(3):36~40.[4]AmanatidouA,BennikMH,GorrisLG,etal.SuperoxiDedismutasePlaysanimportantRoleintheSurvivalofLactobacillusSakeuponExposuretoElevatedOxygen[J].ArchMicrobiol,2001,176(1-2):79~88.[5]OberleyLW.AnticancerTherapybyOverexpressionofSuperoxideDismut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