全 文 ：
技术与方法

生物技术通报
BIOTECHNOLOGY
BULLETIN 2011年第 2期
基因工程技术在食品工业中的研究进展
张占军 1, 2
王富花 3
( 1扬州环境资源职业技术学院,扬州 225127; 2南京农业大学食品科技学院,
南京 210095; 3扬州工业职业技术学院,扬州 225127)


摘
要:
综述基因工程技术在改善食品原料品质、改良食品工业用菌种和食品加工性能、生产酶制剂和保健食品方面
的应用, 同时对转基因食品及其安全性问题进行了总结归纳, 最后对基因工程技术在食品中的发展前景进行展望。
关键词:
基因工程
转基因食品
食品安全
应用
Advances of Genetic Engineering Technology in the Food Industry
Zhang Zhanjun
1, 2
W ang Fuhua3
(
1
Yangzhou Vocational College of Environmental and Resources, Yangzhou 225127;
2
College of Food Science and T echno logy,
N anj ing Agricultural University, N anjing 210095;
3
Yangzhou P oly technic Institute, Yangzhou 225127)


Abstrac:t
Genetic eng ineer ing techno logy and its app lication in improv ing the qua lity of food raw ma teria ls, stra ins for the food in

dustry, the perform ance o f food processing, production o f enzym e prepara tion and hea lth foods w as introduced, and genetica lly mod ified
food and its safe ty issues w as summ ar ized. F ina lly, the deve lop ing prospect of the techno logy in food industry w as g iven.
Key words:
Gene tic eng ineer ing
Genetica lly mod ified food
Food safe ty
Application
收稿日期: 2010
09
08
作者简介:张占军,男,讲师,博士研究生,研究方向:食品生物技术; E
m ai:l moutaid c@ 163. com
以 DNA重组为核心内容的基因工程技术是一
种新兴的现代生物技术。利用基因工程技术不但可
以提高食品的营养价值, 去除食物原料中的有害成
分,同时还可以通过对农作物品种改良,减少种植过
程中农药、化肥等化学品的使用量。目前,经基因工
程改造的产品已在农业、医药、环保等领域占据了重
要的地位,特别是在食品工业中越来越显示了它的
优越性和发展前景 [ 1]。基因工程技术在食品领域
中的作用目前涉及到对食品资源的改造、对食品品
质的改造、新产品的开发、食品添加剂的生产以及食
品卫生检测等方面 [ 2]。基因工程问世 30多年来,无
论是基础理论研究领域,还是在生产实际应用方面,
都取得了惊人的成绩, 给国民经济的发展和人类社
会的进步带来了深刻而广泛的影响, 同时为食品工
业开拓了广阔的发展空间。
1
基因工程技术
1
1
基因工程定义
基因工程 ( genet ic eng ineering)技术是指按照预
先设计好的蓝图,利用现代分子生物学技术,特别是
酶学技术,对遗传物质 DNA直接进行体外重组操作
与改造,将一种生物 (供体 )的基因转移到另外一种
生物 (受体 )中去,从而实现受体生物的定向改造与
改良 [ 3]。
基因工程的基本程序 [ 4 ] : ( 1)获取所需的目的
基因; ( 2)把目的基因与选好的载体连接在一起, 即
重组; ( 3)把重组载体转入宿主细胞; ( 4)对重组分
子进行选择; ( 5)表达成蛋白, 采用合适条件, 获得
高表达的产品。
1
2
发展
1973年美国斯坦福大学和旧金山大学 Coken
和 Boyer两位科学家成功地进行了 DNA分子重组
试验, 揭开了基因工程发展的序幕。 1984年, B e

van
[ 5]报告了从粪链球菌中提取的基因植入烟草
(N ico tina p lum bag inifolia )的基因组,开创了转基因
生物时代。 1994年, 美国农业部 ( USDA )和美国食
品与药品管理局 ( FDA )批准第一个转基因作物产
生物技术通报 B iotechnology
Bulletin 2011年第 2期
品


延熟保鲜转基因番茄进入市场之后,大量的
转基因生物作为食品进入人们的生活 [ 6]。
2
基因工程在食品工业中的应用
2
1
改善食品原料品质
基因工程应用于植物食品原料的生产上, 可进
行品种改良,新品种开发与原料增产,如选育抗病植
物、耐除草剂植物、抗昆虫或抗病毒植物、耐盐或耐
旱植物 [ 2]。除增加产量外, 还应用于改良农作物品
种特性方面,例如,豆类植物中蛋氨酸的含量普遍较
低,但赖氨酸的含量很高; 而谷类作物中的两者含量
正好相反,通过基因工程技术, 可将谷类植物基因导
入豆类植物, 开发蛋氨酸含量高的转基因大豆 [ 7 ]。
维生素 A ( VA )缺乏在发展中国家是一种常见的营
养缺乏症,通过基因改造的黄金米 ( go lden rice) ,可
以产生 VA的前体物质

胡萝卜素, 为防治 VA缺
乏症提供了解决办法, 但其使用的有效性和安全性
一直以来未作深入研究。 Ste in等 [ 8]结合健康和营
养以及社会经济政策等因素,通过对黄金米进行的
以试验为依据的研究表明黄金米有望极大地减少
VA缺乏症的发生。此外, 通过外源生长激素在受
体鱼中的表达,可使转基因鱼的肌肉蛋白含量和饲
料转换效率明显提高,生长速度加快。生长激素转
基因猪也取得了相似的效果,且减少了脂肪,增加了
瘦肉率 [ 9]。在不影响奶质量的前提下, 美国康乃尔
大学利用基因工程技术研究了一种牛生长激素 ( bo

vine some totrop in, BST ),将它注射到乳牛体内,便可
提高乳牛的产奶量 [ 10]。花生过敏源是一种严重的
食品过敏源,也是最常见的可能威胁到生命的致敏
反应。尽管普遍的引发过敏反应的阈值范围在 1个
花生仁左右,但痕量 ( 0
1- 10 mg )也可能触发对花
生的过敏反应。研究认为 A ra h 1、A ra h 2和 Ara h
3是花生中 3种很重要的蛋白质过敏源 [ 11 ]。Dodo
等 [ 12]研究发现, 通过 RNA干涉技术可以使花生中
A ra h 2的表达受到抑制, 从而生产出低致敏源的
花生。
2
2
改良食品工业用菌种
最早成功应用的基因工程菌是面包酵母菌。人
们把编码麦芽糖透性酶及麦芽糖酶的基因转移至该
食品微生物中,通过表达使该酵母含有的麦芽糖透
性酶及麦芽糖酶的含量大大提高, 从而在面包发酵
过程中产生较多的 CO2气体,使面包膨发性能良好、
松软可口。另据 Meyer[ 13]报道,由于丝状真菌具有
独特的高容量表达和分泌蛋白的能力,可利用其生
产真菌或非真菌来源的酶类, 通过基因工程技术可
以有效地提高产率及减少非需要的副产物的形成,
为此建立一种有效的转化方法至关重要,目前可以
应用在真菌上的转化方法有原生质体介导转化法
( PMT)、电穿孔转化法、基因枪转化法以及农杆菌
介导转化法 (AMT )。
2
3
生产酶制剂
酶的传统来源是动物肝脏和植物种子,后来因
发酵工程技术的发展,使得利用微生物生产各类酶
成为可能, 20世纪 50年代初开始,分子生物学和生
物化学的发展使基因工程技术在酶制剂方面的应用
越来越广泛。凝乳酶是第一次应用基因工程技术把
小牛胃中的凝乳酶基因转移到细菌或真核微生物生
产的酶,利用基因工程菌生产凝乳酶是解决凝乳酶
供不应求的理想途径。Geo ffrog等 [ 14]将编码牛凝乳
酶的基因克隆到乳酸克鲁维酵母中发现,乳酸克鲁
维酵母能有效地把凝乳酶原分泌到培养基质, 并成
功地进行了大规模的工业生产。
2
4
改良食品加工性能
啤酒制造中对大麦醇溶蛋白含量有一定要求,
如果大麦中醇溶蛋白含量过高就会影响发酵, 容易
使啤酒产生混浊, 也会使其过滤困难。采用基因工
程技术,使另一蛋白基因克隆到大麦中,便可相应地
使大麦中醇溶蛋白含量降低, 以适应生产的要求。
在牛乳加工中如何提高其热稳定性是关键问题, 牛
乳中的酪蛋白分子含有丝氨酸磷酸, 它能结合钙离
子而使酪蛋白沉淀。现在采用基因操作, 增加 k
酪
蛋白编码基因的拷贝数和置换, k
酪蛋白分子中
A la
53被丝氨酸所置换,便可提高其磷酸化, 使 k
酪
蛋白分子间斥力增加,以提高牛乳的稳定性,这对防
止消毒奶沉淀和炼乳凝结起重要作用。在烘烤工业
中, 将含有地丝菌属 LIPZ基因的质粒转化到面包酵
母中,可以使面包蓬松, 内部结构较均匀,优化了加
工工艺 [ 15]。
2
5
生产保健食品
目前, 保健食品的开发可采用转基因手段, 在
动、植物细胞中得到基因表达而制造有益于人类
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2011年第 2期 张占军等 :基因工程技术在食品工业中的研究进展
健康的保健成分或保健因子。例如, 2002年, 中国
农科院生物技术研究所通过重组 DNA技术选育出
具有抗肝炎功能的番茄, 这种番茄被人食用后, 可
以产生类似乙肝疫苗的预防效果 [ 16 ]。此外, 基因
工程技术还可以用于提高食品中矿物质和天然存
在的抗氧化维生素 ( VA、VC、VE )等保健因子水
平, 这些物质可以减慢和阻止氧化作用, 如在番茄
和甜椒中大量存在的番茄红素已经用转基因技术
得到生产。
2
6
食品检测
近年来 DNA探针杂交技术在食品微生物检测
中的应用研究十分活跃, DNA探针杂交技术具有特
异性强、灵敏度高及操作简便快速等特点,将是今后
食品微生物检测技术的一个重要发展方向。目前该
技术已用于多种食品中致病菌的检测。蜡质芽孢杆
菌 (Bacillus cereu s)是一种很重要的经食物携带,能
引起人体疾病的微生物, 其产生的肠毒素可能会引
起腹泻、呕吐等症状。为此,检测这类致病菌显得极
其重要。传统的检测方法如平板接种、生化特征描
述等方法费时费力, 近年来人们通过利用 PCR和
DNA探针技术来检测此类病原菌。 Subraman ian
等 [ 17]通过用限制性内切酶 Bg l II从蜡质芽孢杆菌
质粒中获得了一段大小为 3 kb的 DNA片段为探
针,研究发现,此 DNA探针对鉴定蜡质芽孢杆菌有
高度专一性。
3
转基因食品及其安全性
3
1
转基因食品定义
转基因食品 ( genetica lly modified food, GMF)是
指以转基因生物为原料加工生产的食品, 利用分子
生物学手段,将某些生物基因转移至其他生物上,使
其出现原物种不具备的性状或产物, 针对某一或某
些特性,以植入异源基因或改变基因表现等生物技
术方式,进行遗传因子的修饰, 使动植物或微生物具
备或增加特性,进而达到降低生产成本,增加食品或
食品原料价值的目的 [ 15 ]。
转基因食品包括转基因动物性食品、转基因植
物性食品和转基因微生物性食品。转基因动物性食
品主要以提高动物的生长速度、瘦肉率、饲料转化
率,增加动物的产奶量和改善奶的组成成分为主要
目标, 主要应用于鱼类、猪、牛等。转基因植物性食
品主要培育延缓成熟、耐极端环境、抗病毒、抗枯萎
等性能的作物,提高生存能力;培育不同脂肪酸组成
的油料作物、多蛋白的粮食作物等以提高作物的营
养成分,主要品种有小麦、玉米、大豆、蔬菜、水稻、土
豆和番茄等。转基因微生物性食品主要改造有益微
生物,生产食用酶, 提高酶产量和活性,主要有转基
因酵母、食品发酵用酶等 [ 18]。利用转基因技术生产
的食品是现代生物技术和当代科学成功和进步的
标志。
3
2
转基因食品的接受度
人们对转基因食品的接受度取决于他们对基因
工程总的看法。许多研究表明, 人们对转基因技术
在食品中的应用持怀疑态度,但是也有研究发现,尽
管人们对转基因技术本身有负面的看法,但在评价
一个具体的产品时并不是无条件的和整个技术联系
在一起。例如,消费者在转基因技术涉及植物时比
其涉及动物更容易被接受 [ 19 ]。葛立群等 [ 20]对辽宁
省 10个城市消费者进行问卷调查,调查分析结果表
明, 有 64
8%的受访者听说过转基因食品, 在转基
因食品与同类普通食品价格相同的情况下, 约占
55
5%的受访者表示愿意购买转基因食品。若是受
访者得知该转基因食品有益于人身体健康, 表示愿
意购买的比例增加到了 57
9%。辽宁省消费者愿
意购买转基因食品的比例相比于国内其他城市处于
较高水平。2004年对南京市的消费者调查表明, 仅
有 27
3%的人愿意在价格相同的条件下购买转基
因食品 [ 21]。此外,消费者的购买意愿会受其个体特
征、社会经济因素、初始态度及认知水平的影响。
Chen等 [ 22]对台湾消费者进行调查后发现人们普遍
对转基因技术应用在科学研究方面持积极态度, 而
对其在食品中的应用持否定态度。
3
3
转基因食品营养学评价
成分分析是食品原料营养评价的基础,转基因
作物组成分析评价要考虑原作物的自然变异情况,
转基因食品的营养评价应包括:营养组成,食品中营
养成分的生物效能, 膳食摄入量和营养性作用 [ 23]。
1997年以来, 德国的联邦农业研究中心进行了 18
项转基因植物喂养动物试验, 包括乳牛、公牛、乳
猪和成年猪、母鸡、肉鸡和鹌鹑等动物。大部分试
验 ( 16项 )喂养的是第一代转基因植物诸如 B t
玉
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生物技术通报 B iotechnology
Bulletin 2011年第 2期
米, Pat
玉米, G t
大豆, G t
马铃薯等。有两项研究
是使用第二代转基因植物 (如改变了脂肪酸的油
菜籽或是菊粉马铃薯 ) ,结果发现, 在营养价值方面
第一代转基因植物与非转基因品种没有明显的差
异,也没有从被喂养的动物组织或器官发现重组
DNA片段 [ 24 ]。
3
3
1
蛋白质评价
GMF的蛋白质评价是转基因
食品营养素评价的内容之一。Shireen等 [ 25 ]对 GST
大豆中的 EPSPS基因的表达作了营养评价。科学
家用大肠杆菌表达的 CP4EPSPS蛋白做了小鼠口服
急性毒性试验, 结果表明,不同剂量组之间在体重、
累积体重和摄食方面没有统计学差异, 解剖未发现
异常。
3
3
2
脂类的评价
Robert[ 26]研究发现,把海藻中
的 omega
3长链多不饱和脂肪酸 ( LC
PUFA )基因转
入陆地油料作物中,从大西洋鲑鱼提取的 omega
3

LC
PUFA和转基因油料作物生产的 omega
3
LC

PUFA的营养效果一致。
3
3
3
矿物质的评价
Drakakaki[ 27 ]发现转基因玉
米表达曲霉的植酸酶后,能够帮助小鼠高效吸收铁。
有关 GMF中主要营养素评价的文献资料表明转基
因食品的营养素变化不大。
3
4
转基因食品的安全性
3
4
1
转基因食品安全性问题的起因
1998年 8
月,英国的 Pusztai[ 28]用转雪花莲凝集素 ( GNA)基因
的马铃薯饲养大鼠,发现大鼠出现了器官生长异常、
体重减轻等症状,免疫系统也遭到破坏,对于人类而
言,类似结果可能导致癌症发病率和死亡率大幅上
升。这一试验结果引起世界范围对转基因食品安全
性的质疑。 1999年, 美国康乃尔大学 Losey等 [ 29]报
道,用拌有转 B t基因抗虫玉米花粉的马利筋草喂养
大斑蝶幼虫,以喂正常花粉或不加花粉的作为对照
组, 4 d后喂 B t花粉的幼虫死亡率达 44%, 从而引
发了
转基因植物对生态环境是否安全
的争议。
2000年, 美国 A ven tis crop scienc公司生产的
里
联
转基因玉米因可能导致部分人皮疹、腹泻或呼
吸系统的过敏反应,只准予作动物饲料,但检测发现
该转基因玉米被混入加工食品中, 从而引起全球
300多种含玉米产品的回收潮。此后, 美国政府于
2001年 1月出台了转基因食品管理草案; 2005年 5
月英国
独立报
报道, M on Sant公司的研究表明,
食用了转基因玉米的老鼠肾脏变小, 血液的构成发
生变化。由于转基因大豆在我国国内油料市场占有
举足轻重的地位, 由此引发了中国消费者对食用转
基因大豆油安全性的担忧 [ 30]。
3
4
2
转基因食品潜在的安全性问题
3
4
2
1
毒性问题
关于转基因食品的毒性问题,
目前只有一些相关的试验报道, 尚无人体的研究报
告。 1998年, 英国 Row ett研究院的 Putsai博士 [ 31]
用转雪花莲凝集素基因的马铃薯喂大鼠,声称大鼠
食用后体重和器官重量减轻, 免疫系统受到破坏。
而据 Pou lsen等 [ 32 ]的研究, 通过用表达雪花莲凝集
素基因的大米喂养大鼠, 采用 90 d喂养试验发现,
虽然喂养转基因大米组与正常对照组存在明显的统
计学差异,但并没有数据能说明转基因米对大鼠的
生长产生有害的影响。
3
4
2
2
过敏反应问题
第一次与转基因食品有
关的过敏问题的提出是在 1996年, 当时研究人员发
现, 在从巴西坚果向大豆转移一个主要过敏原的过
程中,同样也转移了它引发过敏的能力,它能够在本
来对巴西坚果过敏的个体中引发过敏反应。被讨论
的这个基因编码是 2S白蛋白,用于提高饲用大豆的
营养状况 [ 33 ]。这一发现促使人们对转基因食物潜
在过敏性进行更加全面的测试。
3
4
2
3
对抗生素的抵抗作用
抗生素抗性基
因是目前转基因植物食品中常用的标记基因, 但
抗生素标记基因对人体的健康是否会造成不利的
影响, 例如, 是否会水平转移到肠道微生物或上皮
细胞, 从而降低抗生素在临床治疗中的有效性, 一
直受到人们的关注 [ 34]。虽然目前人们倾向于认为
这种可能性比较小, 但在评估潜在健康问题时, 仍
应考虑人体和动物抗生素的使用以及肠道微生物
对抗生素的抗性。
3
4
2
4
基因漂移问题
基因漂移指的是一种生
物的目标基因向附近野生近缘种的自发转移, 导致
附近野生近缘种发生内在的基因变化,具有目标基
因的一些优势特征,形成新的物种,以致整个生态环
境发生结构性的变化。最常见的如水平基因转移
( HGT )或基因横向迁移 ( LGT ), 它是指一种有机体
将遗传物质转移到另外一个有机体而不是其后代体
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2011年第 2期 张占军等 :基因工程技术在食品工业中的研究进展
内,这种进程很容易在原核生物体内发生,从而严重
影响细菌基因组的进化及其它细菌的物种多样
性 [ 35]。研究表明, 油菜、甘蔗、莴苣、草莓、向日葵、
马铃薯以及禾本科作物均有向其近缘野生种的自发
基因转移, 甚至不同属间的基因漂移也有可能发
生 [ 36]。当发生基因漂移时,可能产生一些难以预料
的后果,如产生超级杂草、超级害虫、危害生物多样
性、诱发新病毒、对非靶标有益生物的影响, 即所谓
的
基因污染
问题。
4
展望
21世纪是生物技术蓬勃发展的时代, 转基因食
品的兴起是生物技术革命的必然结果, 尽管目前对
转基因食品的争论较多, 但其好处也显而易见。随
着转基因技术研究的不断深入,生产符合人类需要
的基因工程食品已经越来越明朗化和可操作化。相
信随着对转基因食品的检测技术的不断进步, 安全
卫生监管措施及转基因食品安全性评估体系的不断
健全和完善,将为转基因食品的商业化提供更为强
大的理论支持和法律保障,从而生产出更丰富、更有
利健康、更富有营养的食品,并带动食品工业发生革
命性的变化。
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