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現代生物技術在食品工業中的應用

來源:   2007年08月20日 13:53   6592
  生物技術包括傳統生物技術和現代生物技術。傳統生物技術包括釀造、酶的使用、抗菌素發酵、味精和氨基酸工業等,被廣泛應用于生產多種食品如面包、奶酪、啤酒、葡萄酒以及醬油、米酒和發酵乳制品。它和新的生物技術之間既有,又有質的區別。現代生物技術是20世紀70年代初在分子生物學、生物化學、生化工程、微生物學、細胞生物學和電子計算機技術基礎上形成的綜合性技術。

  食品工業是生物技術應用的重要領域。生物技術在食品工業中的應用首先是基因工程的應用,即以DNA重組技術或克隆技術為手段,實現動植物、微生物等的基因轉移或DNA重組,以改良食品原料或食品微生物。如利用基因工程技術改良食品加工的原料、改良微生物菌種的性能、生產酶制劑、生產保健食品的有效成分等;其次是細胞工程的應用,即以細胞生物學的方法,按照人們預定的設計,有計劃地改造遺傳物質和細胞培養技術,包括細胞融合技術及動植物大量控制性培養技術,以生產各種保健食品的有效成分、新型食品和食品添加劑;再次是酶工程的應用,酶是活細胞產生的具有高度催化活性和高度專一性的生物催化劑,可應用于食品生產過程中物質的轉化。如纖維素酶在果汁生產、蔬菜汁生產、速溶茶生產、醬油釀造、制酒等食品工業中應用廣泛;zui后是發酵工程的應用,即采用現代發酵設備,使經優選的細胞或經現代技術改造的菌株進行放大培養和控制性發酵,獲得工業化生產預定的食品或食品的功能成分。

  利用生物技術制造的食品的產量與產值至今仍占生物技術的*。到目前為止,現代生物技術在食品工業中的應用主要表現在四個方面:一是食品原料和食品微生物的改良,提高食品的營養價值及加工性能;二是生產各種功能食品有效成份、新型食品添加劑;三是可直接應用于食品生產過程的物質轉化;四是工業化生產預定食品或食品功能成分。此外,食品相關領域如食品包裝、食品檢測等方面,生物技術也得到越來越廣泛的應用。
  食品原料和食品微生物的改良,提高食品的營養價值及加工性能

  利用基因工程、細胞工程改造動物、植物、微生物資源向人類提供各種轉基因食品和食品添加劑,一方面提高了農作物產量、改善農作物抗蟲、抗病、抗除草劑和抗寒能力,另一方面使食品的營養價值、風味品質得到改善,食品儲藏和保存時間有所延長。我國利用基因工程技術培育的轉基因抗病番茄、抗病甜椒,目前累計種植3,000多畝,耐貯番茄在室溫下儲藏56天,好果率達70%以上。利用細胞工程技術培育出含水量大大降低的西紅柿、洋蔥、馬鈴薯新品種,培育出帶咸味和奶味的適宜膨化加工的玉米新品種,獲得了出油率高、不飽和脂肪酸含量較高的油料作物,以及我國已在田間試驗中的超級水稻、轉基因鯉魚、高產奶量的轉基因試管牛,等等。

  采用常規的誘變、雜交方法與細胞融合、基因工程技術結合進行菌種改造和采用基因工程和蛋白質工程技術構建“基因工程菌”,改良食品微生物的生產性能。生物技術已應用于啤酒酵母的改造,如將a-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b-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;構建具有優良嗜殺其它菌類活性的嗜殺啤酒酵母已成為純種發酵的重要措施。
  生產各種功能食品的有效成分、新型食品和食品添加劑

  通過轉基因技術制造有利于人類健康的食品或有效因子,如低*肉豬、低*蛋和高特種微量元素蛋、人類血液代用品、高異黃酮大豆、高胡蘿卜素稻米,等等。

  利用細胞工程技術生產各種功能食品和功能成分,如對人參、西洋參、長春花、紫草和黃連等植物細胞進行培養生產活性細胞干粉、L-*、免疫球蛋白、生長激素,等等。

  利用生物技術,特別是發酵工程技術生產食品添加劑。目前國內外重點研究開發的食品添加劑有甜味劑中的*,甘露糖醇,阿拉伯糖醇,甜味多肽,等等;酸味劑中的L-蘋果酸,L-琥珀酸,等等;氨基酸中各種必需氨基酸;增稠劑中的黃原膠,普魚蘭,茁霉多糖,熱凝性多糖,等等;風味劑中的多種核苷酸,琥珀酸鈉,香茅醇,雙乙酰;芳香劑中的脂肪酸酯,異丁醇,等等;色素中的類胡蘿卜素,紅曲色素,蝦青素,番茄紅素,等等;維生素中的*,*12,核黃素,肉堿;生物活性添加劑中的各種保鍵活菌,活性多肽,等等;防腐劑中的乳鏈菌肽,殺菌肽,瓜蟾抗菌肽,防御素,等等。
可直接應用于食品生產過程的物質轉化

  利用發酵技術、酶技術對農副產品進行加工,直接生產各種發酵食品如飲料、酒、醬、醬油、醋、乳酸、酸奶和啤酒。利用基因工程和酶工程,構建“生物工程菌”來生產酶制劑。近20年來,利用“基因工程菌”生產的食品酶制劑主要有凝乳酶、a-*、葡萄糖氧化酶、葡萄糖異構酶、轉化酶、脂肪酶、*等。凝乳酶是制造干酪過程中起凝乳作用的關鍵酶;蛋白酶可改善蛋白質的溶解性。在食品加工過程中添加一些酶類可以改善產品的色澤、風味和質構。如用葡萄糖氧化酶可以除去蛋液中的葡萄糖,改善制品的色澤;用脂酶和蛋白酶可加速奶酪的成熟;葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香;木瓜蛋白酶可分解膠原蛋白,用于肉的嫩化。

  現代生物技術在肉、奶、水產品加工中也有廣泛的應用,肉的加工保鮮方面主要是提高肉的綜合品質以及瘦肉、肥肉、嫩肉的綜合利用,如肉的嫩化、發酵香腸的生產和增加畜產品的花色品種等。乳品方面有利用外源激素提高乳的產量,增強乳的免疫功能,改善乳的組成成分;利用酶工程技術開發乳蛋白生物活性肽、發酵乳制品、雙岐桿菌發酵乳,等等。水產品如人工淡水魚、內臟、魚眼、精卵巢中分離提取有效成分,開發研制保健食品和藥品。
工業化生產預定食品或食品功能成分

  利用發酵工程生產功能食品或功能性成分,如低聚糖、糖醇、單細胞蛋白、EPA、DHA、r-亞麻酸、有益菌。利用酶工程制取高蛋白富含多種氨基酸和微量元素的功能食品,如以動植物、微生物蛋白為原料,利用酶技術將蛋白質分解成多肽和氨基酸,可作為功能食品或營養強化食品的原料。利用乳糖酶水解乳糖,加工出低乳糖食品作為乳糖缺乏者的保健飲品。

  利用現代生物技術進行玉米的綜合利用,為新型糖源、變性淀粉、玉米油、發酵酒精、環狀糊精等產品的開發提供充足的原料。如從玉米黃漿水中提取玉米黃色素,可用于人造黃油、人造奶油、糖果、冰淇淋等食品中取代人工合成色素;從玉米皮制取膳食纖維;用玉米淀粉制取高純度低聚異麥芽糖900型第二代功能性保健食品生物糖。
食品包裝和食品檢測方面的應用

  現代生物技術在食品包裝上的應用主要是制造一種有利于食品保質的環境,如葡萄糖氧化酶能除O2,延長食品的保鮮期,保持食品色、香、味的穩定性,被應用于茶葉、冰淇淋、奶粉、罐頭等產品的除氧包裝;*能消除有害微物生的繁殖,而讓某些有益菌得以繁殖,被廣泛應用于清酒、乳制品、水產品、香腸、奶油、生面條等食品中以延長保鮮期。利用生物技術制造有特殊功能的包裝材料如包裝紙、包裝膜中加入生物酶,使其具有抗氧化、殺菌、延長食品反應速度等。利用生物技術改變食物貯藏方式和貯藏期,如利用基因工程技術生產耐貯番茄等,延長貨架期。

  利用生物技術還可生產生物可降解的食品包裝材料,建立食品的質量檢測方法,處理食品工業廢水等,如用固定化酶技術制備酶電極、酶試紙,可以快速簡便地檢測食品中的化學成分。利用基因工程的DNA指紋技術可以鑒定食品原料和終端產品是否摻假,檢測谷物、堅果、牛奶中是否含有微量毒素;利用PCR技術可迅速檢測是否為轉基因食品,利用生物轉化、厭氧發酵等方法處理食品工業廢水,使BOD、COD大大降低,達標排放。
應用前景展望

  現代生物技術在食品工業中的應用越來越廣泛,它不僅用來制造某些特殊風味的食品;還用于改進食品加工工藝和提供新的食品資源。食品生物技術已成為食品工業的支柱,是未來發展zui快的食品工業技術之一,具有廣闊的發展前景和美好的未來。

  作為一項極富潛力和發展空間的新興技術,現代生物技術在食品工業中的應用將會呈現以下四個熱點:
大力開發食品添加劑新品種
  根據上對食品添加劑的要求,今后要從兩個方面加大開發的力度,一是用生物法代替化學合成的食品添加劑,迫切需要開發的有保鮮劑、香精香料、防腐劑、天然色素等;二是要大力開發功能性食品添加劑,如具有免疫調節、延緩衰老、抗疲勞、耐缺氧、抗輻射、調節血脂、調整腸胃功能性組分。
發展微生物的保健食品
  微生物食品有著悠久的歷史,醬油、食醋、飲料、酒、蘑菇等屬于這個領域,它們與雙歧桿菌飲料、酵母片劑、發酵乳制品等微生物醫療保健品一樣,有著巨大的發展潛力。利用微生物生產食品具有*的特點,繁殖過程快,在一定條件下可大規模生產,要求營養物質簡單。食用菌的投入與產出比高于其它經濟作物,食用菌不僅營養豐富,還含有許多保健功能成分,應大力發展食用菌保健食品。
螺旋藻食品
  螺旋藻是世界是zui早的海洋天然藻類生物,富含人體所需18種氨基酸,54種微量元素,*及亞麻酸、*和多種天然藻類蛋白質,是人和動物理想的的蛋白質食品。聯合國糧農組織已將螺旋藻列入為21世紀人類食品資源開發計劃,我國也將螺旋藻的研發列為工作重點。
開發某些蟲類高蛋白食品

  昆蟲蛋白質也是的新食物源,如中華稻蝗的蛋白質含量占蟲體干重的73.5%,其氨基酸組成與雞蛋蛋白相似被稱為*蛋白。還有蟋蟀、蟬、蝴蝶、螞蟻的蛋白質分別占干重的75%、72%、71%和67%,都具有食用價值,*可以開發。蒼蠅的幼蟲(蛆)富含62%左右的蛋白質及各種氨基酸,從蛆殼中還可以提取純度很高的幾丁質。可以說,昆蟲食物是人類較為理想的高營養食品,有望成為人類重要的保健食物來源,利用生物技術開發昆蟲類高蛋白食品具有廣闊的前景。

  展望21世紀基因食品的發展,未來生物技術不僅有助于實現食品的多樣化,而且有助于生產特定的營養保健食品,進而治病健身。在與環境協調方面,生物技術還有助于食品工業的可持續發展
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