1、湖南农业大学课程论文学 院：食品科技学院 班 级：08 级食科 2 班姓 名：耿雪双 学 号：200840717212课程论文题目:生物技术在食品中的应用课程名称：食品生物技术导论评阅成绩：评阅意见：成绩评定教师签名：日期： 年 月 日生物技术在食品中的应用学 生：耿雪双摘 要：食品生物技术（food biotechnology）是生物技术在食品原料生产、加工和制造中的应用的一个学科。它包括了食品发酵和酿造等最古老的生物技术加工过程，也包括了应用现代生物技术来改良食品原料的加工品质的基因、生产高质量的农产品、制造食品添加剂、植物和动物细胞的培养以及与食品加工和制造相关的其他生物技术，如酶工程、
2、蛋白质工程和酶分子的进化工程等。当今生物技术已成为食品科学、农副产品加工、粮油蛋白质工程、水产品加工及食品安全等中药研究方向。食品工业的发展要依靠现代科学技术，特别是要依靠生物技术。生物技术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。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。随着生物工程技术的发展，必将对食品工业带来革命性的贡献。本文主要介绍了生物技术在食品加工、食品卫生检测中的应用及其发展前沿。关键词：食品生物技术、食品产业、酶工程、食品功能成分、食品改良、食品包装、前景展望生物技术包括传统生物技术和
3、现代生物技术。传统生物技术包括酿造、酶的使用、抗菌素发酵、味精和氨基酸工业等，被广泛应用于生产多种食品如面包、奶酪、啤酒、葡萄酒以及酱油、米酒和发酵乳制品。它和新的生物技术之间既有联系，又有质的区别。现代生物技术是 20 世纪 70 年代初在分子生物学、生物化学、生化工程、微生物学、细胞生物学和电子计算机技术基础上形成的综合性技术。一、基因工程与食品产业生物技术在食品工业中的应用首先是基因工程的应用，即以 DNA 重组技术或克隆技术为手段，实现动植物、微生物等的基因转移或 DNA 重组，以改良食品原料或食品微生物。如利用基因工程技术改良食品加工的原料、改良微生物菌种的性能、生产酶制剂、生产保健
4、食品的有效成分等。基 因 工 程 是 在 分 子 生物 学 和 分 子 遗 传 学 综 合 发 展 基 础 上 于 本 世 纪 70 年 代 诞 生 的 一 门 崭 新 的 生 物技 术 科 学 。 一 般 来 说 ， 基 因 工 程 是 指 在 基 因 水 平 上 的 遗 传 工 程 ， 它 是 用 人为 方 法 将 所 需 要 的 某 一 供 体 生 物 的 遗 传 物 质 -DNA 大 分 子 提 取 出 来 ， 在 离 体条 件 下 用 适 当 的 工 具 酶 进 行 切 割 后 ， 把 它 与 作 为 载 体 的 DNA 分 子 连 接 起 来， 然 后 与 载 体 一 起 导 入
5、某 一 更 易 生 长 、 繁 殖 的 受 体 细 胞 中 ， 以 让 外 源 遗 传 物质 在 其 中 “安 家 落 户 “， 进 行 正 常 复 制 和 表 达 ， 从 而 获 得 新 物 种 的 一 种 崭 新 的育 种 技 术 。事 实 上 ， 所 有 用 于 治 疗 糖 尿 病 的 胰 岛 素 都 来 自 一 种 细 菌 ， 其 中 被插 入 人 类 可 产 生 胰 岛 素 的 基 因 ， 细 菌 便 可 自 行 复 制 胰 岛 素 。 基 因 工 程 技 术 使得 许 多 植 物 具 有 了 抗 病 虫 害 和 抗 除 草 剂 的 能 力 ； 在 美 国 ， 大 约 有 一 半 的
6、 大 豆和 四 分 之 一 的 玉 米 都 是 转 基 因 的 。 目 前 ， 是 否 该 在 农 业 中 采 用 转 基 因 动 植 物已 成 为 人 们 争 论 的 焦 点 ： 支 持 者 认 为 ， 转 基 因 的 农 产 品 更 容 易 生 长 ， 也 含 有更 多 的 营 养 （ 甚 至 药 物 ） ， 有 助 于 减 缓 世 界 范 围 内 的 饥 荒 和 疾 病 ； 而 反 对 者则 认 为 ， 在 农 产 品 中 引 入 新 的 基 因 会 产 生 副 作 用 ， 尤 其 是 会 破 坏 环 境 。 运用 基 因 工 程 技 术 ， 不 但 可 以 培 养 优 质 、 高 产
7、、 抗 性 好 的 农 作 物 及 畜 、 禽 新 品种 ， 还 可 以 培 养 出 具 有 特 殊 用 途 的 动 、 植 物 。二、酶工程与食品产业酶工程技术是利用酶和细胞或细胞器所具有的催化功能来生产人类所需产品的技术，包括酶的研制与生产，酶和细胞或细胞器的固定化技术，酶分子的修饰改造，以及生物传感器。酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊蛋白质旧。其催化作用的条件要求非常温和，可在常温、常压下进行，又有可调控性，食品工业是应用酶工程技术最早和最广泛的行业 121。近年来，由于固定化细胞技术、固定化酶反应器的推广应用促进了食品新产品的开发，产品品种增加，质量提
8、高，成本下降，为食品工业带来了巨大的社会经济效益。80 年代末，日本陆续开发了具有生成低聚糖特异性，以微生物为来源的酶，促进了低聚糖纯品生产技术快速进人实用化，使品种繁多的新产品相继在市场上出现。日本自从 1988 年异构乳糖生产以来，几乎每年向市场推出新的商品。低聚糖的品种不断翻新:如低聚半乳糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚麦芽糖、大豆低聚糖、低聚龙胆糖等等。国内相继开始了这方面的研究，无锡轻工业学院金其荣、徐云发利用了根霉菌产生的高温低聚糖酶、制备了一种新型低聚糖浆，与国内外生产的淀粉糖浆和低聚糖不同，具有甜味纯正、口感厚实的特点。利用发酵技术、酶技术对农副产品进行加工，直接生产各种发酵食
9、品如饮料、酒、酱、酱油、醋、乳酸、酸奶和啤酒。利用基因工程和酶工程，构建“生物工程菌”来生产酶制剂。近 20 年来，利用“基因工程菌”生产的食品酶制剂主要有凝乳酶、a-淀粉酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖异构酶、转化酶、脂肪酶、溶菌酶等。凝乳酶是制造干酪过程中起凝乳作用的关键酶；蛋白酶可改善蛋白质的溶解性。在食品加工过程中添加一些酶类可以改善产品的色泽、风味和质构。如用葡萄糖氧化酶可以除去蛋液中的葡萄糖，改善制品的色泽；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；木瓜蛋白酶可分解胶原蛋白，用于肉的嫩化。现代酶工程属于高新技术，其技术先进，厂房设备投资少，工艺简单、能耗低、产品收率
10、高、效率高、经济效益大。利用微生物发酵和基因工程技术可以获得能在极酸性和极碱性的环境中工作的酶，用于食品生产可取得许多意想不到的结果。其在食品加工中主要应用于:淀粉加工;乳品加工;果疏加工;蛋白质加工;面粉的烘烤加工;酿酒工业中的应用。展望未来，酶这一神奇的生物催化剂将在更加广泛的领域中得到应用，酶制剂工业将成为国民经济中不可或缺的重要组成部分。新工艺要求新的酶，随着食品加工制作方法精细程度的提高，就应不断扩充酶的种类，不断提高酶的纯度。而食品工业也将更多地应用先进的酶工程技术来进行生产，可以说其应用前景无比灿烂。我国的酶制剂工艺起步晚，底子薄，虽然近年来发展很快，但我们也应清醒地看到，由于我
11、们起步较迟、技术水平落后，目前酶制剂工业的发展还不能适应国民经济的发展要求。我国的酶制剂与技术进入国际市场参与竞争还有相当大的难度，我们还必须继续学习，取人之长，紧跟国际酶工程技术的最新发展，提高我国的酶工程技术。三、工业化生产预定食品或食品功能成分利用发酵工程生产功能食品或功能性成分，如低聚糖、糖醇、单细胞蛋白、EPA、DHA、r-亚麻酸、有益菌。利用酶工程制取高蛋白富含多种氨基酸和微量元素的功能食品，如以动植物、微生物蛋白为原料，利用酶技术将蛋白质分解成多肽和氨基酸，可作为功能食品或营养强化食品的原料。利用乳糖酶水解乳糖，加工出低乳糖食品作为乳糖缺乏者的保健饮品。利用现代生物技术进行玉米的
12、综合利用，为新型糖源、变性淀粉、玉米油、发酵酒精、环状糊精等产品的开发提供充足的原料。如从玉米黄浆水中提取玉米黄色素，可用于人造黄油、人造奶油、糖果、冰淇淋等食品中取代人工合成色素；从玉米皮制取膳食纤维；用玉米淀粉制取高纯度低聚异麦芽糖 900 型第二代功能性保健食品生物糖。四、食品原料和食品微生物的改良，提高食品的营养价值及加工性能利用基因工程、细胞工程改造动物、植物、微生物资源向人类提供各种转基因食品和食品添加剂，一方面提高了农作物产量、改善农作物抗虫、抗病、抗除草剂和抗寒能力，另一方面使食品的营养价值、风味品质得到改善，食品储藏和保存时间有所延长。我国利用基因工程技术培育的转基因抗病番茄
13、、抗病甜椒，目前累计种植 3,000 多亩，耐贮番茄在室温下储藏 56 天，好果率达 70以上。利用细胞工程技术培育出含水量大大降低的西红柿、洋葱、马铃薯新品种，培育出带咸味和奶味的适宜膨化加工的玉米新品种，获得了出油率高、不饱和脂肪酸含量较高的油料作物，以及我国已在田间试验中的超级水稻、转基因鲤鱼、高产奶量的转基因试管牛，等等。采用常规的诱变、杂交方法与细胞融合、基因工程技术结合进行菌种改造和采用基因工程和蛋白质工程技术构建“基因工程菌”，改良食品微生物的生产性能。生物技术已应用于啤酒酵母的改造，如将 a-乙酰乳酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达，可降低啤酒双乙酰含量而改善啤酒风味，选育出
14、分解b-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它菌类活性的嗜杀啤酒酵母已成为纯种发酵的重要措施。五、生物技术在食品包装和食品检测方面的应用现代生物技术在食品包装上的应用主要是制造一种有利于食品保质的环境，如葡萄糖氧化酶能除 O2，延长食品的保鲜期，保持食品色、香、味的稳定性，被应用于茶叶、冰淇淋、奶粉、罐头等产品的除氧包装；溶菌酶能消除有害微物生的繁殖，而让某些有益菌得以繁殖，被广泛应用于清酒、乳制品、水产品、香肠、奶油、生面条等食品中以延长保鲜期。利用生物技术制造有特殊功能的包装材料如包装纸、包装膜中加入生物酶,使其具有抗氧化、杀菌、延长食品反应
15、速度等。利用生物技术改变食物贮藏方式和贮藏期，如利用基因工程技术生产耐贮番茄等，延长货架期。利用生物技术还可生产生物可降解的食品包装材料，建立食品的质量检测方法，处理食品工业废水等，如用固定化酶技术制备酶电极、酶试纸，可以快速简便地检测食品中的化学成分。利用基因工程的 DNA 指纹技术可以鉴定食品原料和终端产品是否掺假，检测谷物、坚果、牛奶中是否含有微量毒素；利用PCR 技术可迅速检测是否为转基因食品，利用生物转化、厌氧发酵等方法处理食品工业废水，使 BOD、COD 大大降低，达标排放。六、生物技术的应用前景展望现代生物技术在食品工业中的应用越来越广泛，它不仅用来制造某些特殊风味的食品；还用于
16、改进食品加工工艺和提供新的食品资源。食品生物技术已成为食品工业的支柱，是未来发展最快的食品工业技术之一，具有广阔的发展前景和美好的未来。中 国 已 加 入 世 贸 ， 世 界 一 体 化 的 趋 势 已 成 为 必 然 。 中 国 在 制 造 功 能 食 品方 面 更 应 考 虑 加 入 世 界 的 竞 争 ， 而 世 界 竞 争 的 关 键 则 在 于 谁 掌 握 高 新 技 术 ，尤 其 是 生 物 科 技 。 可 喜 的 是 ， 政 府 近 年 来 对 生 物 科 技 的 发 展 大 力 支 持 ， 一 些拥 有 高 科 技 人 才 的 企 业 已 开 始 参 与 国 际 竞 争 。 现
17、 代 食 品 生 物 技 术 的 发 展 ，其 范 围 十 分 广 泛 ， 大 体 可 分 为 工 程 和 生 物 两 方 面 。 工 程 方 面 的 进 展 局 限 性 较大 ， 例 如 通 过 研 究 各 种 环 境 及 营 养 条 件 对 生 物 反 应 过 程 的 影 响 、 建 立 数 学 模型 ， 以 及 优 化 生 物 生 产 过 程 等 工 程 手 段 ， 虽 然 可 以 有 效 提 高 生 产 效 率 ， 却 难以 大 幅 度 提 高 生 产 率 ， 这 是 由 于 生 物 固 有 遗 传 特 性 的 限 制 ， 正 如 奥 与 会 的游 泳 冠 军 在 速 度 上 ， 无
18、论 如 何 也 赶 不 上 海 里 的 鲨 鱼 所 以 要 大 幅 度 提 高 生 产率 及 适 应 性 ， 最 重 要 的 是 改 变 生 物 的 遗 传 特 性 ， 所 以 现 代 生 物 技 术 尤 以 生 物方 面 的 贡 献 为 主 。 生 物 技 术 是 生 物 工 程 在 产 品 生 产 上 的 应 用 ,实 际 上 是 利 用 了 自 然 的 生 物反 应 过 程 。 由 于 微 生 物 技 术 及 化 学 工 程 原 理 已 经 建 立 基 因 工 程 、 蛋 白 质 工程 、 细 胞 工 程 、 发 酵 工 程 等 生 物 技 术 在 食 品 工 业 中 的 应 用 及 最
19、 新 研 究 近 况 表明 食 品 生 物 技 术 作 为 一 项 高 新 技 术 将 为 食 品 工 业 的 发 展 起 着 重 要 推 动 作 用 。七 、 结 束 语展 望 21 世 纪 基 因 食 品 的 发 展 ， 未 来 生 物 技 术 不 仅 有 助 于 实 现 食 品 的 多样 化 ， 而 且 有 助 于 生 产 特 定 的 营 养 保 健 食 品 ， 进 而 治 病 健 身 。 在 与 环 境 协 调的 粮 食 生 产 方 式 方 面 ， 生 物 技 术 将 降 低 农 用 化 学 品 的 使 用 量 ， 并 使 农 作 物 更好 地 适 应 于 特 定 的 环 境 。 人
20、们 对 于 转 基 因 生 物 技 术 的 发 展 也 存 在 争 议 ， 如 对人 类 健 康 、 环 境 及 社 会 经 济 的 影 响 等 。 其 主 要 的 原 因 在 于 公 众 对 目 前 的 基 因食 品 管 理 体 系 不 够 信 任 ， 科 学 家 与 公 众 缺 乏 必 要 的 沟 通 。 因 此 ， 政 府 应 该 采取 积 极 措 施 ， 随 时 公 开 基 因 食 品 的 研 究 成 果 ， 以 足 以 博 取 信 任 的 方 式 与 公 众进 行 沟 通 。 同 时 ， 要 在 国 际 上 形 成 一 个 从 事 生 物 技 术 政 策 研 究 、 具 有 权 威
21、专家 技 术 鉴 定 职 能 的 机 构 ， 以 协 调 和 管 理 基 因 食 品 的 有 序 发 展 。参考文献：1罗云波.食品生物技术导论M.北京：中国农业大学出版社,2002.8 P25472彭志英.食品生物技术M.北京：中国轻工业出版社,1998.8 P41473王建林.当代食品科学与技术概论M.兰州：兰州大学出版社,2005.9 P3023084王向东 赵良忠.食品生物技术M.南京：东南大学出版社，2007.9 P15175宋思扬.生物技术概论M.北京：科学出版社，2002 P56-686黄志良.基因工程的应用及其安全性管理J.生物技术通报，2001.1 P10-157唐忠海等.酶工程技术在食品工业中的应用J.食品科技，20025.11 P9-11
