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1、现代生物技术在食品开发中的应用与展望姓名：钱永飞学号：3100401138专业：食品科学与工程101院系：生物与化学工程学院摘要：生物技术也称生物工程，是探索生命现象和生物物质规律，利用生物体的机能或模仿生物体的机能进行物质生产的技术。生物技术包括传统生物技术和现代生物技术，现代生物技术是指以现代生物学研究成果为基础，以基因工程为核心的新兴学科。现代生物技术主要包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程。现代生物技术可在解决当今世界发展重大问题(如粮食短缺、资源枯竭、生态环境恶化)中发挥积极作用。现代生物技术的迅猛发展, 正在引发一场全球范围内新技术革命的浪潮。现代生物技术在食品领
2、域所起的作用是传统技术无法比拟的, 它在食品工业中的地位越来越重要。目前, 现代生物技术在食品领域的应用涉及到基因工程、细胞工程、酶工程和微生物发酵工程等当今公认的四大生物技术体系。由此, 为食品工业的技术进步注人新的活力,推动了食品开发的快速发展。利用基因工程技术将一些植物、动物或微生物的基因植入另一种植物、动物或微生物中,接受的一方由此获得了在自然条件下所没有的品质,按植入的基因类型可将食品可分为植物性转基因食品、动物性转基因食品和基因工程菌关键词：现代生物技术 食品开发 应用 展望 高新技术现代生物技术在食品开发中的应用与展望生物技术是21世纪最具有发展前景和活力的学科，世界各国都将生物
3、技术视为一项高新技术，生物技术在相关领域中的应用也成为应用技术研究中的热点。近20年来, 现代生物技术取得飞跃发展, 生物技术的创新正在带动相关产业特别是食品工业的巨大发展。据估计, 目前国际市场上以生物技术为基础的食品工业产值约为2500亿美元一.现代生物技术在食品开发中的应用1.对原有的动植物食品改良利用细胞工程技术(如组织培养、细胞培养技术等)、畜禽胚胎工程技术(如核移植、体外受精、胚胎分割、性别控制技术等)和基因操作技术(如DNA重组技术、转基因动植物技术、克隆技术等)对动植物基因进行改良和可预测的精确控制, 使动植物食品资源的品种得以改造, 范围得以拓展, 同时大大提高了动植物食品资
4、源的品质和食用价值。转基因食品味道更鲜美,营养更丰富, 具有更高的经济价值。目前已利用生物技术获得优质、高产和具有多种抗逆性的农作物和家畜新品种, 如抗病西红柿和马铃薯, 抗病毒烟草、水稻和红薯以及肉质好、抗病力强、生长快的转基因猪、羊和兔等。此外, 利用转基因技术已培育出无籽甜黄瓜,富含甜味蛋白的马铃薯, 带有咸味和奶味的玉米, 高蛋白小麦以及含有改良蛋白的牛奶等。美国科学院的最新研究报告中说, 克隆牛和克隆猪的后代产出的奶和肉类食品, 最早将于明年上市。在畜产品的生产上,利用基因工程技术可大量生产牛生长激素,并应用于乳牛,以增加牛乳的产量、饲料利用率,并加速肉牛的生长速度。猪生长激素也被应
5、用于控制生猪总重与瘦肉的比率,减少肥肉,以迎合消费者的需求 。我国自实施/ 8630计划以来, 在食品领域取得了不少的重要成就。例如1990年我国研制了第一例转基因家畜, 1991年山羊克隆获得成功, 1997年第一例转基因耐储存番茄获准进行商品化生产等。目前世界上已有10多种转基因食品如大豆、谷物、番茄、马铃薯等获准投放市场。美国的转基因农产品开始大量上市已有6年时间, 且60%以上的零售食品中都有转基因食品的成分。1993年经济发展合作组织( OECD)提出食品安全性分析的实质等同性原则, 并得出结论: /生物技术生产食品的安全性并不比传统食品的安全性低0。2002年2月, 英国皇家学会发
6、布了5食物用基因改良植物与人类健康6的政策报告, 认为: / 目前尚无基因改良食物导致过敏性反应的证明, 通过基因改良作物带入的外源性DNA对人类健康没有明显危险0。2002年9月, 欧盟15国有关专家重新审议了转基因食品的安全性问题, 指出: /转基因食品和传统食品一样安全无害0。转基因动植物食品已成为人类重要的食品来源。2.改良食品工业菌种食品工业如酒类、酱油、食醋、发酵乳制品等的发展,关键在于是否有优良的微生物菌种,将基因工程应用于微生物育种,从事发酵菌种的改良研究,已经成为改良食品工业菌种的一个重要途径。例如,在啤酒酵母的改良中,将-乙酰乳酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达,可降低啤
7、酒双乙酰含量而改善啤酒风味;选育出分解-葡萄糖和糊精的啤酒酵母,能够明显提高麦芽汁的分解率并改善啤酒质量;构建具有优良嗜杀其他菌类活性的嗜杀啤酒酵母已成为纯种发酵的重要措施。再如,乳杆菌中超氧化物歧化酶(SOD)活性越高越有利于该菌在有氧条件下的存活,诸多研究也证实了SOD具有抗肿瘤、抗衰老、对抗细胞凋亡等生物活性与功能,克隆大肠杆菌锰超氧化物歧化酶基因(SODA)并在保加利亚乳杆菌中成功表达,使SOD与益生菌相结合制备发酵乳,将出现功能更强大的保健食品3.开发食品生产新工艺3. 1 生物合成代替化学合成食品添加剂的化学合成产率低、周期长, 且产物中含有诱变剂, 国际上已基本上不用或少用化学合
8、成的添加剂。微生物生物合成具有化学合成不可比拟的优势, 它代替化学合成已是大势所趋。例如用热带假丝酵母生产木糖醇, 产量高且无残留物; 用粘红酵母GLR513生产油脂, 不饱和脂肪酸含量高。目前已利用微生物发酵技术生物合成多种食品添加剂。3. 2 现代发酵工程改造传统发酵工艺 现代发酵工程通过选育优良菌种、改进培养基组成、控制发酵工艺过程、优化发酵工艺条件、防治发酵染菌以及在提取、精制发酵产物等方面的技术创新和设备更新, 使传统发酵工艺得到重大改进和全面革新。现代发酵工艺在降低生产成本和单耗、缩短周期以及提高产品质量等方面取得了显著成效。3. 3 酶工程技术异军突起20世纪90年代初, 用酶法
9、糖化技术取代传统的酸法水解工艺而应用于味精生产, 原料利用率提高了10%左右。目前已采用酶法工艺合成低聚糖、菌体蛋白、调味品、食品添加剂、重组食品等; 利用酶分子修饰技术改变食品中的蛋白和脂肪组分等, 使食品在营养、外观和口感等方面得到很好的改善; 利用酶改性技术部分降解蛋白质; 增加蛋白质分子内或分子间交联或连接特殊功能基团来改善食品蛋白的功能和营养特性。而且酶活改性具有反应速度快、条件温和、专一性强等优点, 特别是低廉的微生物酶的出现, 可以大大降低成本, 具有很大的发展潜力; 蛋白酶可用于肉类的嫩化处理, 并可作为天然防腐剂、天然抗氧化剂和天然保鲜剂在食品加工、储藏和保鲜中得到应用。4.
10、检测食品的安全性食品中微生物的检测是控制食品质量的一个重要方面。常规的检测手段耗费时间长, 准确性不够。采用现代生物技术如基因芯片、聚合酶链式反应( PCR)、连接酶链式反应( LCR)、随机扩增多态性DNA(RAPD)、限制性片段长度多态性分析( RFLP)、16SrRNA寡核苷酸序列、mRNA差异显示、微卫星DNA、DNA探针、同工酶分析、酶联免疫吸附( ELISA)、免疫诊断以及微生物预报技术、微生物传感器技术等在微生物的鉴定和探测传染源方面正逐步得到应用, 这些技术具有快速、简易、准确、自动化等诸多优点, 对于提高食品的安全性将起到越来越重要的作用。食品中可能存在多种致病菌和病毒, 若
11、采用分离培养的方法进行检测, 不仅费时, 而且有时无法检测到一些不易被人工培养的病原微生物。近年来采用PCR技术克服了上述缺陷, 一般仅需2小时到4小时就能完成。例如采用PCR技术可检测食品中的李思特氏菌,该菌广泛存在于乳制品、肉类、家禽和蔬菜上, 容易导致脑膜炎, 特别容易感染孕妇、新生儿和免疫损伤的病人。采用传统的微生物学培养方法至少需要5天才可以确定食品有没有李思特氏菌污染, 而应用PCR技术只需几个小时就可以完成检测。5.食品领域的相关应用近年来, 生物技术在生物防腐、生物防治和生物施肥等方面也得到了广泛应用。生物技术对于开发无污染、无公害、高品质的绿色食品或有机食品等方面起着越来越重
12、要的作用。5. 1 生物防腐防腐剂是食品中的重要添加剂, 传统的化学防腐剂对人体会产生一定的毒害作用。由于生物防腐剂安全无害甚至具有保健作用而受到人们的广泛关注。目前食品中使用的生物防腐剂主要有天然肽类防腐剂、溶菌酶、昆虫抗菌肽、乳酸链球菌素、鱼精蛋白及乳酸菌细胞和酵母细胞等。生物防腐剂的研制和应用对于提高食品的安全性具有重要意义。5. 2 生物施肥主要有根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷解钾菌肥料、光合细菌肥料、复合微生物肥料、微生物生长调节剂、菌根制剂、抗生菌肥料及促进植物生长的根细菌类制剂等。这些生物肥料可通过微生物的生命活动及其代谢产物的作用, 改善作物养分供应, 调控作物生长, 增强作物抗
13、逆性。因此生物肥料在提高农作物产量改善农产品品质等方面具有显著效果。5. 3 生物防治指利用有益微生物及其代谢产物防治作物病虫害。生物农药的种类主要有微生物杀虫剂、微生物杀菌剂、微生物除草剂及抗生素杀虫杀菌剂等。其中苏云金芽孢杆菌推广应用面积最大, 杀虫效果非常理想。此外美日研制的阿维菌素、中国农业大学研制的杀菌剂系列产品、上海农药所研制的井冈霉素和中国农科院研制的农抗120等都有很好的生物防治效果。二.生物技术在食品工业中的应用的发展前景及问题：作为一门高新技术，生物技术正日益渗透到各个领域，它将有助于解决能源、粮食、疾病和环境污染等一系列全球性的重大问题，给全人类带来难以估量的经济效益和社
14、会效益。在生物技术快速发展的带动下，食品工业必将会有更加广阔的前景。但是，我国生物技术及其产业发展与世界发达国家相比还具有一定的差距，有以下问题亟待解决。1.生物技术原始创新性不足，自主创新能力薄弱，自主知识产权技术少，在关键技术装备等方面与国际先进水平相比还有较大差距。因此，首先，国家和企业应该加大财力、人力、物力等的投入，为技术创新提供基础和保障。其次，加强产学研的结合，推动企业技术研发能力的提高。最后，加强食品生物技术产业领域的国际科技合作，借鉴和吸收发达国家的先进技术和成功经验，积极寻求共同发展的有效途径。2.生物技术企业规模偏小，产品技术含量低，产业化水平不高，缺乏拥有国际领先技术水
15、平的龙头企业。应加强对现代生物技术知识产权的保护，加快科技成果的转化，尽快形成以优势产品为核心的龙头企业或企业集团，从而获得参与国际市场竞争的实力。主要参与文献孙建全,张倩,马建军,等. 基因工程技术在食品工业中的应用，山东农业科学, 2008, 许新德, 徐尔尼, 高荫榆等. 生物技术在食品领域中的应用.，食品工业技术科技, 1999.石元春. 一座伟大的里程碑 农业生物技术.，生物学通报, 2003.汪秋安. 基因工程食品， 广西轻工业, 2003,石毅. 转基因作物与人类的安全， 生物学通报, 2003.冯婷,何聪芬,吕琳,等. 现代生物技术在食品工业中的应用， 生物技术通报, 2004, 黄勇,张德纯. 锰超氧化物歧化酶基因的克隆和在保加利亚乳杆菌中的表达， 食品科学, 2005, 姚汝华. 微生物工程工艺原理， 华南理工大学出版社, 1996.李丹, 崔凯. 食品蛋白质改性， 食品发酵工业, 1999.马文漪, 杨柳燕. 环境微生物工程，南京大学出版社, 1998.吕福堂, 司东霞, 戴保国. 微生物与新型农业， 生物学通报,2003.
