现代生物技术在食品工程中的应用进展

刘春连

（山西省食品研究所（有限公司），山西太原 030024）

自古有言：“民以食为天”，可见食品对人类生存与发展具有重要意义，直接影响到社会的发展。同时，在党的十九大报告中，国家领导人已经明确提出，要落实粮食安全战略，让老百姓放心。因此，在人们生活水平不断提升的今天，食品工程的发展不仅要满足人们多样化、个性化的发展需求，还要严守质量关，引进先进的生产技术与加工技术，规范食品加工流程，进而改善人民饮食环境，推动食品产业健康发展。另外，随着我国科学技术的进步，现代生物技术在食品工程中的应用越来越广泛，该技术不仅加快了食品工业的变革速度，还进一步拓展了食品来源，为我国食品工业打造一个良好的发展平台。

1 现代生物技术的主要内容

1.1 基因工程技术

基因工程是现代生物技术中的核心应用技术，不仅能有效提升食品工程的加工质量与生产效率，还能成功地将传统食品进行改良，转化成为崭新的食物品种，进而拓展食品来源，强化食用质量。如利用基因工程技术研发的抗除草剂植物与抗旱植物，产量在原生存环境下得到大幅度提升，加工质量也得到了提高。

1.2 蛋白质工程技术

近几年，随着我国科学技术的飞速发展，蛋白质工程技术在国内外的应用越来越广泛。现代食品加工不仅在改善凝乳酶与优化纤维素酶特性方面取得了较大进步，还能够根据主体的不同需求在原物质基础上创造出全新功能的蛋白质，提高食品质量，满足人们的需求。如在食品工程中，食品酶性能的改变就是蛋白质工程技术的最好体现，不仅能有效提高产品品质，还能进一步实现食品性能的创新与发展，进而促进食品加工工程的有序开展。

1.3 发酵工程技术

发酵工程技术又称为微生物工程技术，是以传统的生物发酵技术为基础，采用基因重组、细胞融合和分子生物学改造技术。目前，通过现代生物技术的不断创新与发展，发酵工程技术得到完善与革新，并不断扩充该技术的应用领域，如微生物资源的开发与利用、固定化细胞技术、发酵过程的自动控制等。同时，由于其功能上的突出优点，现代发酵工程技术已成为现代工业生产的重要组成部分，得到企业的广泛应用与好评，并对我国实现现代化建设目标具有重要的推动作用。

1.4 遗传工程技术

在食品工程中，遗传工程技术主要是采用基因重组技术与人工基因组装技术对物种的遗传特性加以改良，从而在一定程度上强化生物体的专有特性，提高食品加工质量。同时，在现代生物技术不断发展的推动下，实现了遗传工程技术的全新发展，不仅能够更好地丰富生物品种，提高生物生长质量，还能进一步满足人们的个性化、多样化需求，促进我国食品工业的快速发展。

1.5 细胞工程技术

细胞工程技术主要是通过对细胞杂交、细胞分裂的培养技术，获得遗传性状稳定的新菌种或动植物细胞，从而改良动植物的生长状态，提升食品加工质量。我国有许多科研人员投入到细胞杂交与细胞培养技术的研究当中，以促进我国食品工业的有序发展，满足社会以及人们的发展需求。目前，通过科研人员的不懈努力，细胞工程技术在天然食品培育与天然食品添加剂领域取得了巨大成就，并提高了天然药物与食品添加剂的使用性能，对我国现代食品工业的发展具有重要影响。

1.6 酶工程技术

近几年来，新酶源开发已经成为现代生物技术领域研究的首要课题。在实际应用过程中，酶工程是利用酶和细胞的催化作用，对动植物进行生化反应，以达到人类所需的产品。国内有关的研究主要是利用植物和动物的生物特性，连锁反应而发挥其催化作用，从而提升食品生产质量，促进我国食品工业的可持续发展。

2 现代生物技术的应用进展

2.1 基因工程技术在食品工程中的应用

现阶段，基因工程技术的有效应用不仅能有效获得优良的菌株种群，还能在传统培养技术的基础上，实现菌株种群的生产与改良，进而提升食品生产质量，强化人们的食用体验。基因工程技术应用具体表现为以下几方面：首先，优化面包酵母菌性能。通过基因工程技术在食品工程中的有效应用，能够使面包酵母性能发生改变，主要体现为麦芽糖含量要远远高于普通面包酵母，并在二氧化碳的催化作用下，使面包更加松软可口。张翠英等选育出优良的耐冷冻面包酵母菌株，为我国面包行业提供一种新型的面包酵母菌种。在面包酵母海藻糖代谢途径和耐冷冻机制分析的基础上，通过对各种面包酵母海藻糖酶缺失突变株的耐冷冻性、海藻糖积累能力和面团发酵性能分析，选育出耐冷冻的优良面包酵母菌株。无痕基因敲除技术的应用，不仅没有引入任何外源DNA序列，而且也没有改变面包酵母菌株的其他发酵特性，选育出的优良菌株可用作工业生产菌种。优良耐冷冻面包酵母菌种的选育对提高我国烘焙食品工业的生产技术水平，促进我国面包酵母工业的发展和冷冻面团技术的推广应用具有重要意义。其次，改进酿酒酵母菌性能。我国自古以来就是酿酒大国，随着人们生活水平的不断提高，对酒品的生产质量提出更高要求。现阶段，基因工程技术在食品工程中的有效应用，不仅能培育出全新的酿酒酵母，使传统酿酒工艺得到有效改良，还能进一步提高酒品的酯香浓度，满足人们对酿酒的高品质需求。宋长征等通过将来自粟酒裂殖酵母的苹果酸盐透性酶基因（mael）和苹果酸酶基因（mae2）在酿酒酵母中共表达构建了苹果酸-乙醇酿酒酵母；同样，为了在酿酒酵母中设计苹果酸乳酸发酵途径，研究者将乳酸菌的苹果酸乳酸基因（mles）和裂殖酵母的苹果酸透性酶基因（mael）在酿酒酵母中进行了共表达。刘延琳等通过构建苹果酸-乳酸酶基因（mleA）和苹果酸通透酶基因（mlep）重组表达质粒，实现了2个基因在酿酒酵母中的共表达。苹果酸乳酸发酵要求的条件是低pH 值和低温，而苹果酸乳酸酵母能够解决在高pH值高温条件下难以进行苹果酸乳酸发酵的问题。在发酵过程中，苹乳酵母可以在3d内降低葡萄醪中的苹果酸并且不产生不良风味。

在食品工程中，基因工程技术不仅能对有害微生物进行检测，保障食品生产质量，还能对待检测样品进行科学预测，从而判断食品加工过程中，是否存在有害物质，提高生产效率，推动食品工程的顺利进展。此外，基因工程技术还能有效改善食品的生产质量，如美国加利福尼亚基因公司利用基因工程技术培育出一种转基因西红柿，这种西红柿不产生会引起自身腐烂的聚半乳糖醛酸酶，因此不易腐烂，风味保持时间较长。在植株上成熟后摘下来，经过长途运输和较长时间贮藏也不会腐烂。这种“保鲜抗腐”西红柿的诞生，使得消费者一年四季都可品尝到新鲜味美的西红柿。田波等用基因工程技术，培育出了抗烟草花叶病毒和黄瓜花叶病毒的转基因西红柿，已大面积推广，获得了显著的经济效益。梅罗帕斯等将马铃薯与番茄相结合，得到了地上部分结青色果实的“薯番茄”，但地下尚未结出马铃薯的块茎。美国堪萨斯州立大学的科学家，把番茄和马铃薯的细胞部分融合在一起，培育出了地上结黄色果实、地下长白色薯块的“番茄薯”。利用现代基因技术研发出的转基因番茄，不仅具有抑制聚半乳糖醛酸酶活性的作用，还能有效延长番茄的储存时间，提升人们的食用体验。

2.2 蛋白质工程技术在食品工程中的应用

在食品工程中，蛋白质工程技术的应用具体表现为：首先，促进凝乳酶性质转变。凝乳酶是食品工程中的重要添加剂，具有食品凝结作用，目前被广泛应用于干酪的加工与生产中。通过比较，市场上微生物凝乳酶在特异性、凝结性、分解活性、稳定性等方面都与天然凝乳酶存在着较大差异，并在食品加工中带有异味，影响食用体验。而通过蛋白质工程技术能够实现凝乳酶的性质转变，改善食品口感，在食品工业发展过程当中具有良好的市场发展前景。其次，强化纤维素酶性能。纤维素酶最早应用于我国工农业生产过程中，以其高效的催化作用能够有效解决工农业生产对环境带来的污染问题。近年来，随着我国现代生物技术的不断革新与发展，蛋白质工程技术进一步强化了纤维素酶的催化性能，并对潜在的活性氨基酸中的突变酶展开研究，以提升食品工程的加工质量，保证食品安全。

钟清萍等重组弹性蛋白酶应用在肉类嫩化方面：如木瓜蛋白酶在腊牛肉加工中的应用。使用蛋白酶水解鱼肉浆即可获得食用鱼蛋白。许阳等应用低值水产品，如价格较低、蛋白质含量高的小鱼、毛虾等，制作鱼糊、调味品、人造肉类制品和蛋白质饮料。

2.3 发酵工程技术在食品工程中的应用

目前，我国运用微生物发酵技术主要开发豆类、谷类、益生菌类食品。现代发酵技术可以提高食物的营养价值，使食物具有特殊风味，延长其保质期。传统的发酵食品在质量、安全等方面还有待提高，而生物科技正是其升级的最有力手段。如应用生物技术生产高质量的起泡酒。在发酵过程中，酵母菌自身溶解，释放出大量的细胞壁质和细胞质，这是影响啤酒品质和风味的重要因素。张春月等对发酵过程中的挥发性成分进行了分析，确定了其遗传类型和表型的筛选方法，为一次和二次发酵生产提供了参考意见。同时，对经酶处理的酵母进行固定化处理，也能显著提高发泡酒的质量。

在生产酱油和米酒时，有可能会生成2A 类致癌物质-氨基甲酸乙酯。大豆生产中的氨基甲酸乙酯是精氨酸降解产生的尿素与瓜氨酸、乙醇发生反应产生的。金佳杨等从麦芽糖中提取了一种可以大量吸收精氨酸的细菌，可以降低精氨酸转变成瓜氨酸。在发酵过程中加入此菌株，可以明显减少甲酸乙酯的含量，保留了较好的香味。

2.4 细胞工程技术在食品工程中的应用

细胞工程技术在食品工程中的应用具体表现为以下几方面：首先，强化育种质量。育种工作能够有效实现物质的远距离遗传交换，进而对原遗传资源进行创新与发展，提升菌株种群的应用性能。罗士韦等用土豆的生长点培育出了一种无毒土豆疫苗，不但可以降低土豆毒性，而且可以使土豆产量增加80%。美国生物学家利用大蒜细胞，将其毒性从12%减少到0.003%，从而使其在生产上的应用得到了显著改善。其次，优化细胞培养效果。现代生物技术在细胞培养工作中的应用不仅能够扩大天然药物的使用范围，提高天然食品添加剂的应用质量，还能强化食品工程的生产效率，促进我国食品工业的快速发展。根据相关资料，王玉英等对茄子、辣椒、甜菜、大白菜、青菜等进行了单倍体育种，取得了以下研究成果：第一，从蔬菜作物的胚状体中获得单倍体植株；第二，通过对蔬菜作物使用秋水仙素，从蔬菜内部提取出了纯合的二倍体；第三，黑龙江园艺研究所的相关人员采用花药培养技术，改善了蔬菜的生长周期、生长环境和繁殖速率，从而降低了生产成本，增加了蔬菜的附加值；第四，国内相关的细胞工程技术人员在甘蓝、马铃薯、番茄、甜椒等蔬菜中进行了细胞计数，实现了花药培养、单倍体育种等方面的研究，使我国成为世界上率先掌握上述技术的国家之一。

2.5 酶工程技术在食品工程中的应用

将酶工程技术用于食品工程，实现了新型食品添加剂的创新与研发。近年来，在发达国家的带动下，我国加大了对新酶源的研究力度，以强化食品工程的加工质量，并在营养性的食品添加剂、低热量的食品添加剂方面取得了重大的研究进展，成为促进我国食品工业发展的主要力量。在食品工程中，通过酶工程处理技术能够有效降低外界因素对食品造成不良影响，进而保证食品安全。郑昆等利用酶技术对粮食进行加工，大大提高粮食加工企业的综合效益。谷物中淀粉含量高，具有很高的营养价值。利用酶技术对淀粉进行深度加工，可以促进淀粉制糖、淀粉制酒等。近年来，人们越来越重视食品的营养，通过酶技术可以生产出能满足人体需要的谷物食品，如具有增强机体多种生理机能的膳食纤维。在膳食纤维生产中，利用分子链短、分子量低的食物纤维进行转化，使其分子链更长，分子量更大。利用淀粉酶、糖化酶等多种酶，可以有效地将淀粉的分子结构进行水解，从而提高加工效率，提高加工质量。最后，完善食品工程的检测机制。通过酶工程技术的应用能够对动植物的化学成分进行科学分析，并对动植物体内的有害物质展开检测，从而在保障食品工程顺利开展的同时，促进食品工业健康发展。

3 结论

总之，随着经济的快速发展，人民的生活水平明显提高，对食品工程产品的安全和加工品质的要求也越来越高。在这样的背景下，为适应新时代社会和人民的发展需要，强化食品的生产附加值与性能，提升食品的食用质量，食品工程在生产过程中广泛应用现代生物技术，以增强食品工程的生产质量和工作效率，改善消费者的消费体验，推动我国食品工程顺利实施，促进我国生物技术更好发展。