全 文 ： 技术与方法
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2006年增刊
生物技术在食品领域的应用与发展趋势
王伟 1 赵凯2 周东坡2*
( 1东北农业大学食品科学学院,哈尔滨 150030;
2黑龙江大学生命科学学院,哈尔滨 150080 )
摘 要: 生物技术是一门新兴的高新技术。简要综述了基因工程、细胞工程、蛋白质工程、酶工程、发酵工程
等生物技术在食品领域的应用及其存在问题和发展趋势。
关键词: 生物技术 食品 应用 发展趋势
Application and Development Trend of Biotechnology
in the Fields of Food Industry
W angW ei
1 Zhao K ai2 Zhou Dongpo2*
( 1 F ood and Science institute of N ortheast Agr icultural University, H ei Longjiang H arbin 150030;
2 L ife and Science colleg e of H ei L ongj iang Un iver sity,H ei L ongj iang Harbin 150080)
Abstrac:t B io techno logy is a r is ing techno logy. The application, prob lem and development trend o f b io techno logy
such as gene eng ineering, ce ll eng ineering, pro te in eng ineer ing, enzym e eng ineer ing, ferm entation eng ineer ing in the fie lds
o f food industry are discussed in the paper.
Key words: B io techno logy Food Application Developm ent trend
作者简介:王伟 ( 1971) ,男 (汉 ) ,哈尔滨市人,东北农业大学食品科学学院在读博士,目前主要从事与食品微生物方面的研究
* 通讯作者:黑龙江大学一级特聘教授, 博士生导师,电话: 86045188194798, 13936163985; 通讯地址:黑龙江大学生命科学学院 邮编
150080, Em ai:l zk395@ yahoo. com. cn
生物技术是对生命有机体进行加工改造和利用
的技术,它是 21世纪高新技术的核心之一, 发达国
家皆将生物技术列为国家级重点科技并积极开发。
目前,生物技术已被应用于工农业、食品加工、医疗
保健等众多领域中。而食品生物技术是生物技术的
重要分支学科,主要指生物技术在食品工业中的应
用,其作用主要体现在四个方面, 一是利用基因工
程、细胞工程技术对食品资源的改造和改良;二是利
用发酵工程、酶工程技术将农副原材料加工制成商
品,如调味品、酒类、酸奶等发酵制品;三是利用这些
生物技术产品进行二次开发,形成新的产品,如高果
糖浆, 食用添加剂等; 四是利用酶工艺、发酵技术、生
物反应器等对传统食品加工工艺进行改造, 降低能
耗、提高产率、改善食品品质等。另外, 在食品生产
相关领域如食品包装、食品检测等方面,食品生物技
术也得到越来越广泛的应用。所以生物技术在食品
领域的应用有着广阔的市场和发展前景。
1 生物技术在食品领域中的应用
1. 1 基因工程在食品领域中的应用
基因工程又称分子克隆或 DNA重组技术,是指
用酶学法将异源基因与载体 DNA在体外进行重组,
将形成的重组因子转入受体细胞,使异源基因在其
中复制并表达,从而改造生物特性,生产出目标产物
的高新技术。将这项技术应用于动植物或者微生物
上即产生基因工程食品。
基因工程对各类植物进行改良,发展了植物抗
病、抗虫害品种;改良蔬菜、水果采收后品质;改良植
物原料加工特性。 1982年美国一家公司成功地将
细菌卡那霉素的基因移植到向日葵、烟草中是应用
生物技术改变农作物形状的一个突破,随后利用基
因工程技术产生了多种具有抗逆性的农作物。 BT
基因是从土壤微生物上分离得到的,这段基因产生
生物技术通报 B iotechnology Bulletin 2006年增刊
的蛋白会杀死一些害虫,现已成功地被转移到大豆、
玉米、马铃薯、棉花等农作物中。目前已发展了 70
多种植物基因工程食品。应用基因工程技术生产某
些畜用激素已进入批量生产,如增加产奶的重组激
素 BST,在不增加饲料消耗的情况下,生长激素可提
高奶牛产奶量 15% ~ 20%和奶羊的平均产奶量 8%
~ 12%。另外,通过转基因手段可使动物获得优良
的性状。目前,生长速度快、抗病力强、肉质好的转
基因兔、猪、鸡已经问世,这将大力推动畜牧业发展,
为改善人们的膳食结构提供一条新的思路和方法。
美国一研究所正利用能调节骨骼肌的基因开发新的
商品化家畜品种。此外, 基因工程还可用于食品工
业中新型蛋白质、单细胞蛋白 ( SCP)、维生素、酶制
剂、微生物多糖的生产。并且, 基因工程技术还可以
和食品卫生分析检测结合,采用核酸探针和单克隆
抗体法检查,敏感性高,大大提高食品卫生检测准确
性和实用性。
1. 2 细胞工程在食品领域中的应用
细胞工程技术应用于食品领域是随着细胞培养
和细胞融合技术的发展而发展起来的。利用植物细
胞的大量培养,生产天然色素、天然香料、次级代谢
产生的功能型食品和食品添加剂。日本利用培养草
莓细胞生产红色素的技术已成功应用于葡萄酒及食
品加工中。利用香料细胞培养技术可大量生产香草
香精, 其被用于冰淇淋、甜点的加工。
当今,酿酒、酱类等食品发酵行业以使用酵母为
主,曲菌也适于酒类和酱油生产。目前,研究者们正
研究运用细胞融合技术培育新菌株, 应用于食品发
酵工业中。
1. 3 蛋白质工程在食品领域中的应用
根据蛋白质的组成结构,稍加改变,造成蛋白质
分解或去磷基作用,进而改造食品的品质,如在蛋白
质加工食品中,用肽链内切酶、醛脱氢酶等方法除去
蛋白臭;用磷脂酶 A进行活性面筋的改性; 用肽链
内切酶方法生产人造肉和粉末蛋白质也取得了成
功。
1. 4 酶工程
近年来,现代生物技术在食品生产中一个主要
应用是酶的应用,以实现控制工程生产的能力,可间
接用于食品生产过程中物质的转化。
在食品加工方面, 酶工程的应用能有效地改造
传统的食品工业。如将玉米经酶法液化、糖化和葡
萄糖异构化,可生产果葡糖浆,代替蔗糖用作饮料和
食品的甜味剂。在食品保鲜方面就是利用生物酶制
造一种有利食品保质的环境, 如将葡萄糖氧化酶加
在瓶装饮料中,吸去瓶颈空隙中的氧而延长保鲜期;
溶菌酶对革兰氏阳性菌有很强的溶菌作用, 用于肉
制品、干酪、水产品等的保鲜。另外,由于酶具有特
异性,因此,酶适合于动物和植物材料的化合物的定
性和定量分析。例如, 采用乙醇脱氢酶测定食品中
的乙醇含量,采用柠檬酸裂解酶测定柠檬酸的含量。
此外,蛋白质工程的应用在分子水平上促进了酶的
设计和选择,可以对酶进行适当装饰,甚至设计完全
新的酶催化剂,这一概念已应用到磷酸化酶上,用于
食品的加工与乳化剂的生产。毫无疑问, 蛋白质工
程和基因克隆技术的进步, 将广泛用于食品加工中
的许多酶,使反应更精确,更具选择性。
1. 5 发酵工程在食品领域中的应用
发酵工程是利用微生物的特殊功能生产有用的
物质,或直接将微生物应用于工业生产的一种技术
体系,它包括菌种选育、菌种生产、代谢产物的发酵
以及微生物的利用技术。
发酵工程技术对食品工业生产的影响是巨大
的。其对食品工业的作用主要有: 改造传统发酵
食品,最典型的是用双酶法糖化工艺取代传统的酸
法水解工艺, 用于生产味精, 可提高原料利用率
10%左右; 采用新的工艺, 生产高果糖浆、菌蛋白, 其
产量和纯度有很大提高; 另外, 我国对传统酿造制
品,如黄酒酿造、酱类酿造、豆腐乳酿造方面利用优
选的微生物菌群发酵,提高了原料利用率,缩短了发
酵周期,改良了风味和品质,取得了一定成效; 优
化发酵产业。如运用固定化醋酸菌酿制食醋, 可缩
短发育迟缓期,醋化能力提高 9~ 25倍; 用粘红酵母
GLR513生产油脂,油脂含量高, 不饱和脂肪酸含量
也高;用热带假丝酵母生产木糖醇, 产量高, 且无乙
酸盐及化学提取残留物。目前, 市场已出现了品种
繁多低甜味剂、酸味剂、鲜味剂、维生素、活性多肽等
现代发酵产品; 加速开发发酵产品。如用酵母或
者细菌等微生物菌体发酵而得的单细胞蛋白
( SCP) ,含有丰富的蛋白质、碳水化和物、维生素、矿
230
2006年增刊 王伟等:生物技术在食品领域的应用与发展趋势
物质等, SCP发酵生产中产生的副产品柠檬酸、氨基
酸等还可以用于食品饮料和发酵工业。此外,发酵
工艺还常用于废水的处理,有机废水经过适当的发
酵处理,可达到排放的要求, 减少环境污染, 还可回
收得到甲烷、酒精等气体使废水转化成能源。
2 存在的主要问题
在我国食品工业中, 生物技术工业化产品有一
定的比重,有了良好的开端。但是,与世界上发达国
家相比,差距还很大, 开发应用尚不够。目前,存在
的问题主要表现在以下几个方面, 值得重视和努力
解决。
2. 1 发酵技术的总体水平尚不高
主要表现在缺少高性能的发酵菌种, 优良菌种
的开发手段不足,发酵工艺高水平较少,发酵物的提
取技术落后,发酵技术装备水平较低。
2. 2 厂家多、规模小、效率低
2. 3 产品单一,规格品种较少,新产品、新技术的研
究开发周期长,难以及时转化为生产力。还有
技术人员队伍力量不强, 企业的开发能力低
下,与发达国家有较大差距。
2. 4 发酵废液对环境的污染尚需妥善解决。
2. 5 生物技术应用范围较窄有待拓宽
当今,生物技术在食品工业中的应用前景尚未
充分展现。生物技术在食品工业中的应用主要以发
酵工程为主,而基因工程、细胞工程和蛋白质工程尚
未得到广泛应用,并且生物技术的应用也主要集中
在发酵食品工业中, 而在营养食品、绿色食品、有机
食品和保健食品等新型食品的研究开发方面未得到
充分的应用。因此, 生物技术在食品领域中的应用
范围尚有待进一步拓宽。
3 发展趋势
为适应我国国民经济发展的战略目标, 食品工
业必须有一个大的发展和突破。在解决人类的食
物、医疗、资源、能源和环境等重大问题中,必须跟踪
世界范围的生物技术发展,采用高新技术,调整产品
和产业结构,在食品领域中逐步研究开发出生物技
术的优势产品。
3. 1 改进和完善体制, 促进基础研究、应用研究和
技术开发的紧密结合,促进政府、大专院校和科研机
构的有效联合,通过竞争机制激发企业增强技术开
发的紧迫感。
3. 2 根据技术可行性、经济合理性、市场可容性和
实行可控制性的原则, 研究开发一批现代生物技术
新产品投放市场,并形成生产能力。
3. 3 利用基因工程技术有目的地改造食品微生物
的遗传特性和生理功能,构建基因工程菌,并应用发
酵工程技术使其高效地产生某种具有特殊功能的活
性物质。
3. 4 加强食品工业生物技术人才培养; 同时, 还要
加强三废的综合治理,减轻对环境的污染,建立各种
废水生物处理的典型技术,使其转化成能源。
4 结束语
生物技术是一门新兴的高新技术,未来食品工
业的发展将与生物技术不断开发出的新资源、新产
品息息相关,生物时代的食品已不再是传统农业食
品的概念,工业食品将在人们的日常生活中占据重
要地位,生物技术对整个食品生产体系的渗透越来
越广、越来越深。相信在不久的将来,生物技术的发
展及开发应用将会为食品工业的快速发展起到更大
的作用。
参 考 文 献
1 C Peter T imm er. Journal ofNut rit ion, 2003, 133: 3319~ 3322.
2 John J, Fitzp atrick, L ilia Ah rn. Ch em icalE ngineering and Process
ing. 2005, 44: 209~ 214.
3 Pridm ore R D, C rouz illatD, Wa lkerC, et a.l Journa lof B iotechnolo
gy, 2000, 78: 251~ 258.
4 蒋立刚. 微生物油脂 人类营养素的新资源. 中国食品报,
2002, 3477.
5 梁宝东,闫训友,张惟广. 农产品加工, 2005, 1: 10~ 11.
6 刘晓华.食品工业科技, 2002, 8: 64~ 66.
7 郑华学,赵永学,李彩霞. 河西学院学报, 2003, 19( 5) : 99~ 101.
9 张红印,王兰. 中国乳品工业, 2000, 28 ( 4) : 19.
10 史先振. 食品研究与开发, 2004, 25( 4) : 40~ 42.
231