生物工程技术在食品工业领域中的应用

◎ 刘增亮

（淮北师范大学信息学院，安徽 淮北 235000）

21 世纪是一个人口大爆炸的时代，随着人口数量的持续增长与生活水平的提高，人们对食物的数量和质量要求也越来越高，食品工业领域需要注入新的活力。生物工程作为一项新兴的技术，能通过基因工程、蛋白质工程等技术为食品资源的开发及食品加工提供不小的帮助。在生物工程的帮助下，食品工业也迎来了新一轮蓬勃的发展。

1 生物工程在食用资源开发中的应用

1.1 开发新的可食用资源

1.1.1 微生物食品

为解决人口剧增与粮食短缺之间的矛盾，人们将目光投入到了微生物食品这一广阔的领域。由于生长周期短的特点，微生物食品在价格上远远低于一般食品。微生物食品还可以解决一般食物蛋白质短缺的问题。英国于1985 年开发的“真菌蛋白”就是世界上第一种微生物食品，也标志着食品工业开始正式向微生物领域进军，从此打开了微生物食品的新大门。发展至今，已经开发出越来越多的微生物产品。从利用生物技术培养的细胞中，可以提取到单细胞蛋白，这种单细胞蛋白可以作为食物供人或动物食用[1]。

1.1.2 昆虫类高蛋白食品

昆虫作为一类高蛋白食品，具备很多人体所需的营养物质。然而由于对此类食品外观的不适，这一高营养食品只出现在少数人家的餐桌上。利用生物工程技术，可以充分开发利用昆虫类高蛋白食品，并提高人们对其的接受度。

1.2 功能食品

随着人们生活水平的提高，人们对于食物的要求也不再局限于饱腹和美味上，如今的人们更多追求的是食物的健康与营养，具有保健作用的功能食品随应运而生。功能食品，并不以治疗人们的疾病为目的，而是能起到调节人体机能的效果。起源于食疗的功能产品的研发如今在我国进行得如火如荼，其中生物工程技术在其中也发挥着不小的作用。如今一般利用生物技术来代替传统的提取分离技术，这样就能生产出一些具有特定功效的产品，在提取产品成分时也十分方便[2]。

2 生物工程技术在食品加工中的应用

2.1 基因工程在食品加工中的应用

2.1.1 蛋白类食品

植物是人类蛋白质的主要摄入来源，相较动物蛋白而言，植物蛋白具有成本低、运输方便、储藏便捷等优势。但是植物蛋白所蕴含的营养价值却远低于动物蛋白，很多人体必需氨基酸含量都很低，如赖氨酸、色氨酸等。通过基因工程中的基因导入技术，可以将人工合成基因或同源基因等导入到植物细胞中，获得一些高氨基酸含量的植物蛋白食品。

2.1.2 碳水化合物类食品

基因工程在碳水化合物类食品加工中的应用也极广，为人们的生产提供了很大的便利。就淀粉举例，通常会通过基因技术来调节在淀粉合成中起到关键作用的几种酶之间的比例，来达到调控淀粉成分或功效的目的。例如，应用基因工程技术导入相应基因可以使马铃薯的产量增加；利用不同的AGPP 融合基因来转化马铃薯，可以改变马铃薯内蔗糖与葡萄糖的比例。

2.2 酶工程在食品加工中的应用

现代酶工程以技术先进、厂房设备投入资金少、能源消耗低等优势在食品加工行业中占得重要一席，如今酶工程多见于乳品加工、蛋白质加工以及酿酒工业。固化技术是酶工程中的重要技术之一，具体是指在不影响酶活性与催化功能的基础上，通过物理手段或化学手段固定酶，以便于酶的回收，使其具备可以重复使用的性质。固化技术现多用于乳产品的加工中。有很多人具有乳糖不耐受，其中亚洲人群出现乳糖不耐最多，主要是因为乳糖酶基因的增强子不表达，导致无法正常分解乳糖。在生产乳产品时，可利用固化技术将β-半乳糖苷酶固化，这样就可以帮助部分人群解决乳糖不耐的问题[3]。

2.3 细胞工程在食品加工中的应用

细胞工程是指应用细胞生物学及分子生物学，通过一系列手段按照人们的设想来有计划地对细胞遗传结构进行改造，最终培育出新的动植物品种或者某些于人类有利的新的细胞群体。将细胞工程应用在食品加工当中，可以生产出各种新型食品及食品添加剂，除此之外还能生产出保健食品中的一些有效成分。以西洋参细胞培养工艺举例，工业中将西洋参根用乙醇消毒后得到无菌根，再诱导培养出愈伤组织，之后悬浮培养得到悬浮细胞培养物。将这些培养物大量培养之后得到了西洋参根细胞的发酵液，将其过滤干燥后便可得到西洋参根细胞干粉成品。运用这样的技术，可以有效提取出保健产品中的成分，减少自然资源的消耗。

3 生物工程技术在食品安全检测中的应用

3.1 生物传感器技术

生物传感器是利用各种生物材料或代谢产物制成的用于检测食品中化学成分的传感器，在食品检测中起到很重要的作用。运用生物传感器技术，能实现食品检测的自动化，并且能有效增加食品检测的准确度。以农药检测为例，运用酶检测器和免疫传感器，能快速检出农产品上残留的农药量是否合乎标准。但是这种方式也存在着一定的缺陷，如不能准确检测出残留农药的种类和成分等[4]。

3.2 免疫学方法

免疫是人体对于外界刺激产生的一种应答方式，以抗原与抗体的结合为基础。这种独特的应答方式既能发生在体内发生，同样也能发生在体外完成，而这一点就为食品安全检测中应用免疫学方法提供了可能。通过在体外发生免疫反应，可以检测出食品中对人体有害的物质。因分析成本低、分析速度快等优势，该技术被广泛运用于检测食品污染、农药残留等方面。例如，通过免疫学技术，能检测出食品中的微生物，检验食品是否在生产或运输途中受到微生物的侵袭；利用ELISA 方法，可以检测出食品中可能存在的致病菌；通过免疫学技术，还能发现过敏原，以此减少过敏给人体带来的危害。

3.3 分子生物学技术

分子生物学技术是近年来在食品安全检测中的一种新的尝试，因其检测速度快、检测灵敏而受到人们的青睐。PCR 技术与基因芯片技术是分子生物学技术在食品安全检测中应用的代表。PCR 技术即DNA聚合酶链式反应，是1985 年诞生的一项技术。利用PCR 技术，不仅可以扩增出所需基因片段，更能够有效而快速准确地检测相应病菌[5]。基因芯片技术则是检测微生物行之有效的手段之一，其原理为先扩增样品DNA，然后通过扫描仪来分析出检测样品中是否含有该种微生物。这一技术能够分析各种复杂微生物群体，与传统的检测技术相比操作更加简便，检测时间也大大缩短。

4 生物工程技术实现对现有传统食品的改良

4.1 转基因技术实现对传统动植物食品源的改良

转基因技术是现代生物工程技术中应用最多，也是人们目前较熟练的生物工程技术，特别是在动植物领域，转基因技术的应用越来越普遍，也越来越成熟。人们可以根据对食品的需求，合理利用转基因技术使传统的动植物获得一些优良性状，并改善传统食品的质量，比如提高传统食品的蛋白质含量、改善食物口感、提高其产量、提升农作物的抗病虫害能力等。比如常见的转基因大豆、转基因马铃薯、转基因草莓等。从这些技术应用实例中不难看出，转基因技术在植物食品领域的应用已经趋于成熟并多方向发展，但在动物食品领域的应用还十分有限，因此，转基因技术对传统食品的改良还有很广阔的发展空间，仍需要科技工作者进一步深入探索。

4.2 生物工程技术对发酵饮品的改良

发酵饮品近年来已占据了人们日常饮食的很大一部分。目前的发酵饮品大都是以动物所产的乳为原料，再利用酵母菌、乳酸菌等微生物实现对乳原料的发酵生产，制作出口感和营养成分不同于乳原料的饮品，因发酵饮品有着独特的口味和丰富的营养，现在已经越来越受到众多消费者的喜爱。比如市面上常见的各种牛乳制品、各种风味的酸奶等。而利用植物蛋白为原料制成的发酵饮品是由蛋白含量较高的核果类果实而制成的，比如核桃、花生类饮品等，这些饮品易吸收、口感好，也受到了广大消费者的一致好评。通过生物工程技术，对发酵饮品所用的微生物菌类，如酵母菌、乳酸菌等进行改良，可以在一定程度上缩短发酵时间，提升发酵质量和成品的产量，同时还可以减少中间产物的产生，以提高最终产品的口感和质量，目前生物工程技术在这一方面的应用正处于高速发展和推进阶段，需要攻克的难关还很多。

5 结语

21 世纪是生物工程技术的时代，伴随着科技的进步，其在食品工业领域也势必将迸发出更加夺目的光彩。有效利用生物工程技术，不仅能解决目前存在的食物短缺问题，而且能为人类生产出更多富有营养的新型食品。对于一个高速发展的人口大国来说，必须牢牢抓住时代的机遇，进一步探索生物工程技术在食品工业中应用的可能性，为食品工业的发展提供新的动力。在抓住机遇的同时也要善用生物工程技术，对利用生物工程技术的食品严把质量关，牢牢守住食品安全底线。