现代生物技术在食品领域中的应用

1、现代生物技术在食品领域中的应用摘要: 现代生物技术的诞生以2O世纪7O年代初DNA重组技术和淋巴细胞杂交瘤技术的创造和应用为标志，迄今已走过了30多年的开展历程。现代生物学和分子生物学的开展,对基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等现代生物技术工程产生重要影响, 其在食品发酵生产中的应用越来越广。本文阐述了基工程、细胞工程、酶工程等现代生物技术在食品发酵业中的应用。关键词:生物技术;基因工程;细胞工程；酶工程、发酵工程和蛋白质工程。现代生物技术也可称之为生物工程，是以重组 DNA技术和细胞融合技术为根底，利用生物体(或者生物组织、细胞及其组分)的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系

2、，以及与工程原理相结合进行加工生产，为社会提供商品和效劳的一个综合性技术体系。其内容包括基因工程、细胞 工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。现代生物技术的迅猛开展,成就非凡,推动着科学的进步,促进着经济的开展,改变着人类的生活与思维,影响着人类社会的开展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容,具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测,到20212021年,生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为根底,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品

3、的综合性科学技术。现代生物技术那么包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和开展前景,本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的资料个人收集整理，勿做商业用途应用。一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用 基因工程技术是现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中

4、高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。 发酵工业的关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种。(一)改进面包酵母菌的性能 面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,应用改进后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包 (二)改进酿酒酵母菌的性能 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。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使

5、生产流程缩短,工序简化,革新啤酒生产工艺。目前,已成功地选育出分解-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。 (三) 改进乳酸菌发酵剂的性能乳酸菌是一类能代谢产生乳酸,降低发酵产品pH值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型,其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、pH 诱导系统和噬菌体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言,德氏乳杆菌的基因研究比拟缺乏,但是已经发现质粒pN42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子,第二种

6、方法是依赖于克隆的基因组DNA 片断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能,产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。 二、细胞工程技术在食品发酵生产中的应用 细胞工程是生物工程主要组成之一,出现于20世纪70年代末至80 年代初,是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下,使两个或两个以上的异源(种、属间) 细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞

7、的现象。细胞融合技术是一种改进微生物发酵菌种的有效方法,主要用于改进微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等。与基因工程技术结合,使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性。例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交,获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交,别离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功。目前,微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间,资料个人收集整理，勿做商业用途不断培

8、育出用于各种领域的新菌种三、酶工程技术在食品发酵生产中的应用、酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶酶工程技术是利用酶和细胞或细胞器所具有的催化功能来生产人类所需产品的技术，包括酶的研制与生产，酶和细胞或细胞器的固定化技术，酶分子的修饰改造，以及生物传感器。工程是现代生物技术的一个重要组成局部,酶工程又称酶反响技术,是在一定的生物反响器内,利用生物酶作为催化剂,使某些物质定向转化的工艺技术,包括酶的研制与生产,酶和细胞或细胞器的固定化技术,酶分子的修饰改造,以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面,一是用酶技术处理发酵原料,有利于发酵过

9、程的进行。如啤酒酿制过程,主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时,会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力缺乏,使糖化不充分、蛋白质降解缺乏,从而减慢发酵速度,影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂,可补充麦芽中酶活力缺乏的缺陷,提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组分,缩短糖化时间,减少麦皮中色素、单宁等不良杂质在糖化过程中浸出,从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物,缩短发酵过程,促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素,是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阈值时,就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母

10、繁殖时生成的-乙酰乳酸和-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的,一般在啤酒发酵后期复原双乙酰需要约510d 的时间。崔进梅等报道,发酵罐中参加-乙酰乳酸脱羧酶能催化-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可缩短发酵周期,减少双乙酰含量。资料个人收集整理，勿做商业用途、酶工程根本技术在食品领域的应用2.1酶制剂的生产酶的来源主要有植物、动物和微生物。最早人们多从植物、动物组织中提取，例如从动物胰脏和麦芽中提取淀粉酶、从动物胃膜，胰脏、木瓜、菠萝中提取蛋白酶。它们大多数由微生物生产，这是因为微生物种类多，几乎所有酶都能从微生物中找到，而且它的生产不受季节、气候限制;由于微生物容易培养，繁殖快，产量高，故可在短时间内廉价

11、地大量生产。近年来，随着基因工程技术的迅速开展，又为酶产量的提高和新酶种的开发开辟了新的途径。基因工程技术的最大奉献在于，它能按照人们的意愿构建新的物种，或者赋予新的功能。虽然目前基因工程还未形成大规模的产业，但是它作为一种改进菌种，提高产酶能力，改变酶性能的手段，已受到了人们的极大关注。例如利用改进的过氧化物酶能够在高温和酸性条件下脱甲基和烷基，生产一些食品特有的香气因子l5。基因工程菌生产a一淀粉酶是目前人们研究最多的课题，美国CPC国际公司的Moffet研究中心，已成功地采用基因工程菌生产了a一淀粉酶，并已获得美国食品药品管理局(FDA)的批准。此外，运用基因工程技术，提高葡萄搞异构酶，

12、纤维素酶，糖化酶等酶活力的研究也取得了一定的成绩。 文档来自于网络搜索2.2酶的纯化属于一种后处理工艺，包括粗制工艺与精制工艺，对超酶液进行浓缩精制是生产高质量酶制剂的重要环节，目前采用的技术主要有沉淀法，吸附法和色谱法，分子筛分法，陈结法，减压浓缩法和电泳法等。2.3酶的固定化技术酶的固定化是指用物理或化学手段，把酶束缚在一定的区域内，使其在一定的范围内起催化作用。固定化技术是酶工程的关键技术之一，自从1969年世界上第一次使用固相酶技术以来，至今已有30多年的历史。应用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆是现代酶工程在工业生产中最成功、规模最大的应用。固定化酶可用于处理液态食品，价格昂贵的酶经固

13、定化后，可以提高稳定性，降低本钱，延长使用寿命，实现连续化和自动控制，减少精制过程中沉淀，过滤等操作费用。、酶在食品加工中的应用现代酶工程属于高新技术，其技术先进，厂房设备投资少，工艺简单、能耗低、产品收率高、效率高、经济效益大。利用微生物发酵和基因工程技术可以获得能在极酸性和极碱性的环境中工作的酶，用于食品生产可取得许多意想不到的结果t6。其在食品加工中主要应用于:淀粉加工;乳品加工;果疏加工;蛋白质加工;面粉的烘烤加工;酿酒工业中的应用。3.1淀粉加工中的应用 以淀粉为原料，通过酶转化法生产低聚麦芽糖、低聚异麦芽糖，具有原料来源广、价格低、人口香甜、风味独特等优点。麦芽寡糖酶水解淀粉后，通

14、过絮凝、脱色、离交、纯化制成3一8个葡萄糖分子组成的新型淀粉糖，它不仅是一种科学的、合理的、具有成效的高能营养品，还具有易消化、低甜度、低渗透等优点。转移葡萄糖昔酶是生产低聚异麦芽糖主要且必须使用的酶制剂。以淀粉为原料，经调乳、液化后，在液化液中添加真菌淀粉酶、葡萄糖昔转移酶进行糖化、转昔反响，经一定时间后，便产生以异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖为主要成分的糖液。以玉米淀粉为原料，在糊化时加人耐热a一淀粉酶，采用酶脱支反响等手段改变淀粉原有的分子结构并重新结晶，可以提高产品中抗性淀粉的含量l7。现在国内普遍使用耐高温a一淀粉酶生产葡萄糖，这种酶具有反响温度高(最适温度90一95)，作用力强，反响速

15、度快的优点，克服了普通a一淀粉酶作用温度不高的缺点。耐高温a淀粉酶不仅可用于淀粉糖的制造，还广泛地用于啤酒，酒精，发酵工业，制药，纺织，造纸等工业上。利用固定化酶来生产葡萄糖可缩短糖化时间，减少反响体积。1975年丹麦NoV。公司开始开展固定化葡萄糖淀粉酶，他们开展了一种新的固定化技术，将白蛋白和酶蛋白的混合物交联到惰性酷蛋白的心核上，得到一很的一层酶的硬质颗粒，并已取得专利s。目前世界上淀粉糖的产量已达1000多万t，其中有一半是果葡糖浆13。3.2乳品加工中的应用酶应用于乳品加工主要有以下几个方面:乳糖酶一分解乳糖;凝乳酶制造干酪;溶菌酶一添加婴儿奶粉中杀菌消毒;过氧化氢酶一牛奶消毒;多酶

16、生物传感器。将固定化酶系统与微电流计连接能快速准确的测定乳糖的含量，这对乳制品生产中质量控制具有重大意义l9，“。其中以乳糖酶和凝乳酶的应用最为重要，凝乳酶是生产干酷不可缺少的制剂，其产值占整个酶制剂总产值的巧.5%，乳糖酶可以将乳品中含量较多的乳糖水解为半乳糖和葡萄糖，提高乳品的可消化性，防止引起乳糖不耐症，这种酶在国内外以微生物制造的居多。全世界大约有1/4牛奶用于生产干酷，生产用的凝乳酶主要由大肠杆菌来生产。在乳糖酶的特性方面，国外已有较系统的研究，Park等(1979)报道了米曲霉乳糖酶的生产及酶学特性l】，GekaS等(1985)对乳糖酶特性及其水解乳糖进行了较全面的总结112。利用

17、酶可从植物油除臭剂蒸馏物中提取食用街酮类脂肪酸脂，得到的产品脂肪酸含量低，其风味和平安性均优于一般方法提取ll3。溶菌酶又称胞壁质酶，是一种有效的消毒抗菌剂，广泛应用于医药、生化、食品工业中，加在鲜牛奶中可以增加吃牛奶婴儿的抗菌能力。溶菌酶在鲜鸡蛋中含量最高。国内外主要以鸡蛋清为原料，采用直接结晶法或离子交换树脂法制备。此外过氧化氢酶可用于去除乳品中多余的过氧化氢;超氧化物酶用于乳清脱色等;琉基氧化酶用于去除乳制品因超高温杀菌而产生的糊味;脂肪酶用于乳品增香【14。资料个人收集整理，勿做商业用途3.3果蔬加工中的应用水果蔬菜加工用酶中最常用的有果胶酶，纤维素酶，半纤维素酶，淀粉酶，阿拉伯糖酶等

18、。其中果胶酶已成为许多国家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。利用果胶酶可以明显提高果汁澄清度，增加果汁出汁率，降低果汁相对粘度，提高果汁过滤效果。果胶酶主要由滋生物来生产，人们通过一系列诱变育种技术，可以筛选优良菌种。随着人们对天然健康食品的不断需求，近年来，采用果胶酶和其他的酶(如纤维素酶等)处理可以大大提高出汁率，简化工艺步骤，并且可制得透明澄清的蔬菜汁。再经过种种调配就可以制成品种繁多的饮料食品，如胡萝卜汁，南瓜汁，番茄汁，洋葱汁饮料等。葡萄糖氧化酶可用于果汁脱氧化，国内外对其生产及固定化方法进行了深人的研究。特别是近年来，随着葡萄糖酸钙，酸锌，酸铁等葡萄糖酸系列产品的兴起，需求日益增加，因

19、而开发性能优良的固定化葡萄糖氧化酶用以氧化葡萄糖生产葡萄糖酸具有实际意义。3.4蛋白质加工中的应用蛋白酶能将蛋白质水解为肤和氨基酸，提高和改善蛋白质的溶解性，乳化胜，起泡性，粘度、风味等。利用蛋白酶制剂可以防止酸水解，碱水解对氨基酸的破坏作用，保证蛋白质营养价值不受影响。在豆乳的生产中，传统工艺中存在着原材料利用率低、稳定性差、复溶性不好等缺点。利用蛋白酶的作用，豆乳中的蛋白质和碳水化合物被降解，这样就可以提高原材料利用率，增加产品稳定性，改进产品的营养价值。从大豆发酵食品中可提取一种枯草杆菌蛋白酶，其最适反响PH值和温度分别为9.0和48，它可以在碱性和受热环境下水解纤维蛋白115。葛世军，

20、王璋等报道了一种酶法豆乳生产新工艺，各项工艺指标均较传统工艺为佳1161。3.5面粉烘烤加工中的应用酶在烘烤食品方面，可以增大面包体积，改善面包表皮色泽，改进面粉质量，延缓陈变，提高柔软度，延长保存期限川。国外经试验说明，向面粉中添加0.1%的淀粉酶，就可以使面粉变得完善，大大改进产品的质量，因此国外都把面粉中的淀粉酶活力作为面粉质量指标之一。制作面包时当面质很硬或需要面团具有特别的柔韧性和延伸时加人蛋白酶，能改善面团物理性质和面包质量，使面团易于延伸，以较快速度成熟。在生产蛋糕过程中，鸡蛋液是主要的关键原料，要求具有良好的乳化胜和持泡性，通过添加白酶制剂可有效地改善鸡蛋液乳化件和持泡性。脂肪

21、氧化酶添加于面粉中，可以使面粉中的不饱和脂肪酸氧化，同胡萝卜素发生共额氧化作用而将面粉漂白。乳糖酶也用于加脱脂奶粉的面包制造中，它可以分解乳糖生成可发酵性的糖，促进酵母发酵，改善面包色泽。3.6酿酒工业中的应用 麦芽是生产啤酒的主要原料。麦芽质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时，会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力缺乏，使糖化不能充分、蛋白质降解缺乏，从而影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、p一葡聚糖酶等制剂，可补充麦芽中酶活力缺乏的缺陷。此外，还有一些酶类在食品生产中也起了相当大的作用，如木瓜蛋白酶能增强肌肉酶类的作用，使肉类在烹饪过程中嫩化;从麦芽中提取的植酸酶可有

22、效降低豆科植物和谷类中的植酸;果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶可促使细胞别离、细胞壁变软，使原材料易于榨浆等，“l。在食品包装上，葡萄糖氧化酶对食品有多种作用，作为在食品保鲜及包装中最大的作用是除氧，延长其食品的保鲜保质期，保持色、香、味的稳定性;细胞壁溶解酶最大的特点是消除某些微生物的繁殖，而让某些有益细菌得以繁殖，在食品包装上更多的是用作防腐。:四、发酵工程在食品领域的应用 、提出了发酵工程在生物工程中占有重要地位,只有通过发酵工程,才能使由基因工程或细胞工程获得的具有某种所需性状的目的菌株实现工业化生产,最终到达基因克隆或细胞融合,获得生产效益和经济效益,发酵工程是生物技术产业化的根底。简要

23、综述了现代发酵工程技术在食品领域的应用及其进展,包括改造传统的食品加工工艺、单细胞蛋白(SCP)的生产、开发功能性食品和微生物油脂的生产。用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在适宜条件下，通过现代化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类需要的产品称为发酵工程，亦称微生物工程。近几年基因工程和细胞工程等现代生物技术为发酵工程的开展提供了新技术。五、转基因技术在改革传统农业结构，解决食品短缺问题上的应用转基因技术在改进品种上的应用将目的基因导入动、植物体内，对家畜、家禽及农作物进行品种改进，从而获得高产、优质、抗病虫害的转基因动植物新品种，到达充分提高资源利用效率，降低

24、生产本钱的目的。经过长期不断的努力，现代农业生物技术已取得重大突破，不仅从根本上改变了传统农作物的培育和种植，也为农业生产带来了新一轮的革命，并将在解决目前人类所面临的粮食危机、环境恶化、资源匮乏、效益衰减等方面发挥巨大作用。、转基因技术在农业上的应用。提高农产品的产量与质量农作物病虫害是造成农业产量下降的主要原因之一，因而利用转基 因技术把抗病、抗虫基因导入农作物中，使之可防止或减少病虫害。近年来，抗黄杆菌的水稻、抗除草剂的大豆、抗病毒病的甜椒、抗腐能力强与耐贮性高的番茄等转基因植物开始进入市场，提高了产量，增加了效益；根据人类的需要，还可把特定基因导入植物体，可到达改进农产品品质的目的，如

25、高含量必需氨基酸的马铃薯，高蛋白质含量的大豆等；此外还可利用生物技术破坏水果细胞壁纤维酶，保证猕猴桃、桃、西红柿等水果成熟但不变软而提高水果的保鲜度，便于水果的运输。从1996年到2o02年，转基因农作物在全球的种植面积从170万ha扩大到5810万ha，即增加35倍，显示了现代农业生物技术强大的生命力。、转基因技术在促进畜牧业和水产养殖业开展的应用现代生物技术在畜牧业开展中具有巨大潜力，不仅可提高畜 牧业的生产效率，还可拓展家畜的新用途，为开展高 效益畜牧业提供技术力量。例如，澳大利亚培育出 一种转基因超级猪，其体形大、生长快，瘦肉率提高 10 一l5，我国也已先后培育出转基因兔、羊、猪、

26、牛、鸡等。另外利用生物技术生产动物饲料中的添 加剂，提高了生产效率(每一单位饲料所增加的体重 或产奶量)、改进家畜的肉质(肉与脂肪的比例)、增 加产奶量以及减少牲畜粪便排泄量。 水产养殖业利用生物技术将决定生产周期短的 基因转移到生产周期长的鱼、虾中，得到生产周期短 的鱼、虾新品种，大大提高了年产量；又可将鱼生长 激素基因及抗冻蛋白基因转移到鱼中，培育出的新品系不仅生长快，且抗病能力强。我国在世界上首 次研究成功海带的单倍体育种技术、紫菜的体细胞 育苗技术、对虾的三倍体与四倍体育苗技术、对虾精英移植技术等。六、小结在食品发酵生产中应用生物技术可以提高发酵剂的性能,缩短发酵周期,丰富发酵制品的种类。不仅提高了产品档次和附加值,生产出符合不同消费者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工业的开展。随着生化技术的日益开展,相信会开发出更多物美价廉的发酵制品,使生物加工技术在食品发酵工业中的应用更加广泛。现代生物技术的迅猛开展，成就非凡，推动着科学的进步，促进着经济的开展，改变着人类的生活与思维，影响着人类社会的开展进程。现代生物技术的成果越来越广泛