食品生物技术应用研究进展

科目：题目：食品生物技术应用研究进展学院：班级：领域：学号：姓名：任课教师：食品生物技术应用研究进展摘要:文章简单阐述了什么是食品生物技术，及其在食品工业中的应用，食品生物技术的发展历史及研究现状，食品生物技术特别是DNA重组技术、细胞融合技术等新技术在改造食品资源、新材料的合成及新食品的开发、同时概述了在发展和利用食品生物技术时应注意的问题,并展望了食品生物技术的发展前景，并对其的前景进行了展望。关键词：食品生物技术；应用；发展前景1.前言生物技术(Bioteehnology,又称生物工程或生物工艺学)是指利用生物体系,应用先进的生物学和工程技术,加工或不加工底物原料,以提供所需的各种产品或达到某种目的的一门新型的跨学科技术〔,一`lo构成生物技术主体的是基因工程(DNA重组)、细胞工程、酶工程和发酵工程四大先进技术。其中最重要的是基因工程和发酵工程,前者提供具有经济意义的优良遗传性状即种质,后者是优良遗传性状充分表达并最后形成所需产物必不可少的环境条件。至于酶工程,它本来就是发酵工程的一部分,被称为“分子水平的发酵工程”;而细胞工程则主要指的是细胞融合及动植物细胞大规模培养的技术。尽管生物技术一词诞生于70年代后期,但由于其已有的和潜在的经济、社会效益,以及它可能有助于解决人类面临的能源、环保、食品和卫生等方面的问题,已引起了各国的极大重视。实际上,生物技术已成为当今世界上正在兴起的新技术革命浪潮的重要组成生物技术在食品上的应用最早可追溯到几千年前，在早期就已经有面包、奶酪、葡萄酒和啤酒等发酵食品。生物工程下游技术、细胞固定化技术、细胞融合技术等众多技术的发展，也对现代食品生物技术的快速发展起到了推动作用。通过开发新生物资源，利用基因和代谢工程的手段，实现现代生物技术在营养和功能食品开发上的应用。此外，还可以有效地利用微生物和有机原材料来生产发酵产品。在我国可食用的生物资源很丰富，其中部分具有优良的遗传特性，因此极具开发潜力。2生物技术生物技术以生命科学为基础，是一门跨学科的综合性科学,是研究生物学、医学、农业与食品科学的基础工具,主要包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等5个方面。2.1基因工程基因工程是指在分子水平上将异源基因与载体DNA在体外进行重组,然后将重组子引入到受体细胞中,进行复制和表达,从而改造生物特性,生产出符合人类需要的产品或创造生物新性状的一种技术。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。主要包括重组DNA、基因缺失、基因加倍、导入外源基因以及改变基因位置等分子生物学技术手段。基因工程技术在食品工业中的应用,主要涉及微生物、植物和动物,通过对被加工材料的处理,生产出符合人们需要的基因食品。基因工程能够培育和创造出自然界所没有的新的生命形态。目前，用这种技术已培育出多种“工程细菌”,可以用来生产诸如含有生长激素、胰岛素、干扰素的功能食品和可食单细胞蛋白等,在食品工业中具有广阔的发展前景。2.2蛋白质工程蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科基础之上,融合蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。蛋白质工程,又称“第二代基因工程”,是按人们的意志创造出适合人类需求的,具有不同功能的蛋白质,创造出世界上原来不曾有过的新蛋白质及其众多的新产品,利用蛋白质工程可以生产具有特定氨基酸顺序、高级结构、理化性质和生理功能的新型蛋白质,可以定向改造酶的性能,生产新型营养功能食品,以全新的思路发展食品工业。其内容主要有两个方面:①根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质;②确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。在此基础之上,实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能,设计合成具有特定生物功能的全新蛋白质,这也是蛋白质工程最根本的目标之一。2.3细胞工程细胞工程是在细胞水平上改造生物遗传特性和生产性能,以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的技术,包括细胞融合、细胞培养及细胞核移植等。利用细胞杂交、细胞培养等技术可获得遗传性状有所改良的新菌株或动植物细胞、生产食品添加剂与酶制剂等，主要应用于细胞工程育种和细胞培养。2.3.1细胞工程育种在细胞水平上的原生质体制备与融合有利于实现远缘遗传物质的直接交换,促进遗传资源的创新。王建华等利用曲霉种间的原生质体融合获得了比亲本菌株淀粉酶产量提高114.00%～204.81%,且耐高温性能也有所提高的新菌株。再如,大多数难以栽培的食用菌都与植物有共生或寄生关系,人工栽培出菇问题一直无法解决,原生质体融合技术则可以去除细胞壁的屏障,实现了远缘杂交,为难以人工栽培的食用菌育种提供了新方法。2.3.2细胞培养利用细胞工程技术生产生物来源的天然食品或天然食品添加剂,是细胞工程的一个重要领域,应用范围包括生产天然药物(人参皂苷、紫杉醇、长春碱等)、食品添加剂(花青素、胡萝卜素、紫草色素、天然香料等)和酶制剂(SOD酶、木瓜蛋白酶等)等。SOD是一种颇受关注的酶,目前SOD主要从动物血液中分离和纯化获得,由于血液中含有大量的杂蛋白,分离纯化工艺复杂,难以达到要求;天然植物中分离和纯化SOD,又受到地理环境和气候条件等影响,难以满足需求。李志勇等研究了大蒜细胞在发酵罐培养过程中SOD合成及培养基中各种基质的消耗规律,获得的最大生物量和SOD总酶活分别为163gDW/L和7.72×104U/L,取得了较好的放大效果,为植物细胞培养SOD的工业化生产奠定了基础。袁丽红等对细胞培养生产的紫草色素与天然紫草色素进行了理化性质的比较研究,结果表明,两者的组成成分基本一致,耐热性、耐氧化性及不同pH值条件下颜色的变化无明显差异,这表明工业化生产天然色素、天然香料等具有较好的发展前景。2.4酶工程酶工程是指在一定的生物反应器内,利用酶催化作用,将相应的原料转化成有用物质,其应用领域已经遍及农业、食品、医药、环境保护、能源开发和生命科学理论研究等各个方面。酶工程包括各种酶的开发和生产、酶的分离和纯化技术、酶或细胞的固定化技术、固定化酶反应器的研制以及酶的应用等方面。随着基因工程、细胞工程等高新技术应用于酶工程领域,不断研究开发出更多的新品种、新用途、高活力的酶类,同时酶的固定化技术,酶分子修饰技术及模拟酶技术也得到更快发展。2.5发酵工程发酵工程是指采用工程技术手段,利用微生物和有活性离体酶的某些功能,为人类生产有用的生物产品,或者直接用微生物参与控制某些生产的一种技术。现代发酵工程包括微生物资源的开发利用、微生物菌种的选育、固定化细胞技术、生物反应器设计、发酵条件的利用及自动化控制、发酵产品的分离与提纯等技术。发酵工程技术涉及到新食品配料、食品加工催化剂、饮料稳定剂、D-氨基酸及其衍生物制造等诸多食品工业领域。3生物技术在食品工业中的应用3.1对食品资源的改造3.1.1生产转基因食品应用现代生物技术，特别是重组DNA技术，可将生物的特定性状转移到植物、动物和微生物中；与此同时，人们采用细胞生物学方法，建立了细胞融合技术，并进行动物、植物细胞大量控制性培养，按照预定的设计改造遗传物质，从而得到转基因动植物。如应用基因工程和细胞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、水果采收后的品质；改良植物原料加工特性。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，为改善人们的膳食结构构提供了一条新的思路和方法。3.1.2改良食品原料发酵微生物食品原料加工中，一个非常重要的方面就是应用发酵技术进行微生物转化。持续创新使发酵食品不断得以改善并日趋多样化，但是许多创新只是局限于为现有产品选择新的可改变产品特性的生产菌。用于发酵的微生物基因序列的揭示和高产量后基因组技术的出现使我们对传统加工方法的认识发生了巨大的变化。3.2对食品加工工艺的改进3.2.1延长食品保鲜期一方面，选育并推广适宜贮藏加工的品种，为食品生产提供更多易于贮藏的原料。主要是利用遗传工程技术选择培育对乙烯敏感性低的新品种，从基因工程角度解决农副产品的保鲜问题。另一方面，应用酶工程技术，利用生物酶制造一种有利于食品保质的环境，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。3.2.2改进肉、奶、水产品的加工肉的加工保鲜方面主要是提高肉的综合品质以及瘦肉、肥肉、嫩肉的综合利用，如肉的嫩化、发酵香肠的生产和增加畜产品的花色品种等。乳品方面可利用外源激素提高乳品的产量，增强乳品的免疫功能，改善乳品的组成成分；利用酶工程技术开发乳蛋白生物活性肽、发酵乳制品、双岐杆菌发酵乳，等等。从水产品如人工淡水鱼、内脏、鱼眼、精卵巢中分离提取有效成分，可开发研制保健食品。3.3食品检测中的应用生物技术检测方法的应用几乎涉及到食品检验的各个方面，包括食品的品质评价、质量监督、生产过程的质量监控及食品研究。特别是在食品卫生检测中得到广泛应用。食品卫生检验中一个十分重要的内容是及时准确地检测出食品中的病原微生物，传统的检测方法存在不少问题，例如检测成本高、速度慢、效率低，而且有些病原体生长速度慢，很难用传统方法检测。而现代生物技术使这些问题得到了解决。在食品卫生检验中应用的几种典型的生物技术主要包括基因探针技术、PCR技术、生物传感器技术和免疫法。4展望生物技术的迅猛发展必将影响到工业、农业、医药、食品等众多领域,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,给人类带来难以估量的经济效益。我们要充分利用生物技术迅猛发展的契机,重视食品生物技术的研究,利用现代生物技术,促进我国食品工业的改革,实现我国食品工业健康有序地发展。参考文献[1].孙建全,张倩,马建军,等.基因工程技术在食品工业中的应用[J].山东农业科学,2008,(2):106-108.[2].汪秋安.基因工程食品[J].广西轻工业,2003,(6):5-6.[3].冯婷,何聪芬,吕琳,等.现代生物技术在食品工业中的应用[J].生物技术通报,2004,(3):36-40.[4].梁宝东，闫训友，张惟广．现代生物技术在食品工业中的应用［J］．农产品加工，2005（1）：10－12[5].陈永胜,刘长江.现代生物技术在食品加工领域的应用[J].内蒙古民族大学学报,2003(5):417-419.[6].王仲礼.生物技术在食品工业中的应用及安全性[J].粮油食品科技,2004(2):43-44.[7].张泓泰．生物酶技术在食品保鲜中的应用［J］．保鲜与加工，2007（5）：13－14．[8].郝莉花.生物技术在食品工业中的应用[J].食品工程，2008，（2）：15-17[9].宋贤良,朱利.国内外食品生物技术研究进展[J].粮食与油脂,2002(3):32-34.[10].华宝珍,马成杰,罗玲泉.现代生物技术在食品工业中的应用研究进展[J].江西农业学报.2009.21（5）:134-136[11].徐茂军.基因探针技术及其在食品卫生检测中的应用[J].食品与发酵工业,2001,27(2):66～71.[12].张晓勇,陈秀霞,高向阳.纤维素酶的蛋白质工程[J].纤维素科学与技术,2006,14(2):55～59.[13].范伟平,欧阳平凯,吴月.酶工程技术在食品添加剂生产中的应用[J].食品工业科技,1997,(6):81～84.[14].张远.酶制剂及其在食品保鲜中的应用[J].安徽农业科学,2005,33(3):469～470.[15].李炜炜,陆启玉.酶工程在食品领域的应用研究进展[J].粮油食品科技,2008,16(3):34～36.[16].王晋.食品生物技术应用研究进展[J].应用科技.2013.（20）.086[17].王会，刘桂芹，樊琛，孟庆博.食品生物技术应用研究进展[J].湖北农业科学.2010.40（2）[18].陶媛．生