生物工程技術在食品工業領域中的應用

◎ 劉增亮

（淮北師范大學信息學院，安徽 淮北 235000）

21 世紀是一個人口大爆炸的時代，隨著人口數量的持續增長與生活水平的提高，人們對食物的數量和質量要求也越來越高，食品工業領域需要注入新的活力。生物工程作為一項新興的技術，能通過基因工程、蛋白質工程等技術為食品資源的開發及食品加工提供不小的幫助。在生物工程的幫助下，食品工業也迎來了新一輪蓬勃的發展。

1 生物工程在食用資源開發中的應用

1.1 開發新的可食用資源

1.1.1 微生物食品

為解決人口劇增與糧食短缺之間的矛盾，人們將目光投入到了微生物食品這一廣闊的領域。由于生長周期短的特點，微生物食品在價格上遠遠低于一般食品。微生物食品還可以解決一般食物蛋白質短缺的問題。英國于1985 年開發的“真菌蛋白”就是世界上第一種微生物食品，也標志著食品工業開始正式向微生物領域進軍，從此打開了微生物食品的新大門。發展至今，已經開發出越來越多的微生物產品。從利用生物技術培養的細胞中，可以提取到單細胞蛋白，這種單細胞蛋白可以作為食物供人或動物食用[1]。

1.1.2 昆蟲類高蛋白食品

昆蟲作為一類高蛋白食品，具備很多人體所需的營養物質。然而由于對此類食品外觀的不適，這一高營養食品只出現在少數人家的餐桌上。利用生物工程技術，可以充分開發利用昆蟲類高蛋白食品，并提高人們對其的接受度。

1.2 功能食品

隨著人們生活水平的提高，人們對于食物的要求也不再局限于飽腹和美味上，如今的人們更多追求的是食物的健康與營養，具有保健作用的功能食品隨應運而生。功能食品，并不以治療人們的疾病為目的，而是能起到調節人體機能的效果。起源于食療的功能產品的研發如今在我國進行得如火如荼，其中生物工程技術在其中也發揮著不小的作用。如今一般利用生物技術來代替傳統的提取分離技術，這樣就能生產出一些具有特定功效的產品，在提取產品成分時也十分方便[2]。

2 生物工程技術在食品加工中的應用

2.1 基因工程在食品加工中的應用

2.1.1 蛋白類食品

植物是人類蛋白質的主要攝入來源，相較動物蛋白而言，植物蛋白具有成本低、運輸方便、儲藏便捷等優勢。但是植物蛋白所蘊含的營養價值卻遠低于動物蛋白，很多人體必需氨基酸含量都很低，如賴氨酸、色氨酸等。通過基因工程中的基因導入技術，可以將人工合成基因或同源基因等導入到植物細胞中，獲得一些高氨基酸含量的植物蛋白食品。

2.1.2 碳水化合物類食品

基因工程在碳水化合物類食品加工中的應用也極廣，為人們的生產提供了很大的便利。就淀粉舉例，通常會通過基因技術來調節在淀粉合成中起到關鍵作用的幾種酶之間的比例，來達到調控淀粉成分或功效的目的。例如，應用基因工程技術導入相應基因可以使馬鈴薯的產量增加；利用不同的AGPP 融合基因來轉化馬鈴薯，可以改變馬鈴薯內蔗糖與葡萄糖的比例。

2.2 酶工程在食品加工中的應用

現代酶工程以技術先進、廠房設備投入資金少、能源消耗低等優勢在食品加工行業中占得重要一席，如今酶工程多見于乳品加工、蛋白質加工以及釀酒工業。固化技術是酶工程中的重要技術之一，具體是指在不影響酶活性與催化功能的基礎上，通過物理手段或化學手段固定酶，以便于酶的回收，使其具備可以重復使用的性質。固化技術現多用于乳產品的加工中。有很多人具有乳糖不耐受，其中亞洲人群出現乳糖不耐最多，主要是因為乳糖酶基因的增強子不表達，導致無法正常分解乳糖。在生產乳產品時，可利用固化技術將β-半乳糖苷酶固化，這樣就可以幫助部分人群解決乳糖不耐的問題[3]。

2.3 細胞工程在食品加工中的應用

細胞工程是指應用細胞生物學及分子生物學，通過一系列手段按照人們的設想來有計劃地對細胞遺傳結構進行改造，最終培育出新的動植物品種或者某些于人類有利的新的細胞群體。將細胞工程應用在食品加工當中，可以生產出各種新型食品及食品添加劑，除此之外還能生產出保健食品中的一些有效成分。以西洋參細胞培養工藝舉例，工業中將西洋參根用乙醇消毒后得到無菌根，再誘導培養出愈傷組織，之后懸浮培養得到懸浮細胞培養物。將這些培養物大量培養之后得到了西洋參根細胞的發酵液，將其過濾干燥后便可得到西洋參根細胞干粉成品。運用這樣的技術，可以有效提取出保健產品中的成分，減少自然資源的消耗。

3 生物工程技術在食品安全檢測中的應用

3.1 生物傳感器技術

生物傳感器是利用各種生物材料或代謝產物制成的用于檢測食品中化學成分的傳感器，在食品檢測中起到很重要的作用。運用生物傳感器技術，能實現食品檢測的自動化，并且能有效增加食品檢測的準確度。以農藥檢測為例，運用酶檢測器和免疫傳感器，能快速檢出農產品上殘留的農藥量是否合乎標準。但是這種方式也存在著一定的缺陷，如不能準確檢測出殘留農藥的種類和成分等[4]。

3.2 免疫學方法

免疫是人體對于外界刺激產生的一種應答方式，以抗原與抗體的結合為基礎。這種獨特的應答方式既能發生在體內發生，同樣也能發生在體外完成，而這一點就為食品安全檢測中應用免疫學方法提供了可能。通過在體外發生免疫反應，可以檢測出食品中對人體有害的物質。因分析成本低、分析速度快等優勢，該技術被廣泛運用于檢測食品污染、農藥殘留等方面。例如，通過免疫學技術，能檢測出食品中的微生物，檢驗食品是否在生產或運輸途中受到微生物的侵襲；利用ELISA 方法，可以檢測出食品中可能存在的致病菌；通過免疫學技術，還能發現過敏原，以此減少過敏給人體帶來的危害。

3.3 分子生物學技術

分子生物學技術是近年來在食品安全檢測中的一種新的嘗試，因其檢測速度快、檢測靈敏而受到人們的青睞。PCR 技術與基因芯片技術是分子生物學技術在食品安全檢測中應用的代表。PCR 技術即DNA聚合酶鏈式反應，是1985 年誕生的一項技術。利用PCR 技術，不僅可以擴增出所需基因片段，更能夠有效而快速準確地檢測相應病菌[5]。基因芯片技術則是檢測微生物行之有效的手段之一，其原理為先擴增樣品DNA，然后通過掃描儀來分析出檢測樣品中是否含有該種微生物。這一技術能夠分析各種復雜微生物群體，與傳統的檢測技術相比操作更加簡便，檢測時間也大大縮短。

4 生物工程技術實現對現有傳統食品的改良

4.1 轉基因技術實現對傳統動植物食品源的改良

轉基因技術是現代生物工程技術中應用最多，也是人們目前較熟練的生物工程技術，特別是在動植物領域，轉基因技術的應用越來越普遍，也越來越成熟。人們可以根據對食品的需求，合理利用轉基因技術使傳統的動植物獲得一些優良性狀，并改善傳統食品的質量，比如提高傳統食品的蛋白質含量、改善食物口感、提高其產量、提升農作物的抗病蟲害能力等。比如常見的轉基因大豆、轉基因馬鈴薯、轉基因草莓等。從這些技術應用實例中不難看出，轉基因技術在植物食品領域的應用已經趨于成熟并多方向發展，但在動物食品領域的應用還十分有限，因此，轉基因技術對傳統食品的改良還有很廣闊的發展空間，仍需要科技工作者進一步深入探索。

4.2 生物工程技術對發酵飲品的改良

發酵飲品近年來已占據了人們日常飲食的很大一部分。目前的發酵飲品大都是以動物所產的乳為原料，再利用酵母菌、乳酸菌等微生物實現對乳原料的發酵生產，制作出口感和營養成分不同于乳原料的飲品，因發酵飲品有著獨特的口味和豐富的營養，現在已經越來越受到眾多消費者的喜愛。比如市面上常見的各種牛乳制品、各種風味的酸奶等。而利用植物蛋白為原料制成的發酵飲品是由蛋白含量較高的核果類果實而制成的，比如核桃、花生類飲品等，這些飲品易吸收、口感好，也受到了廣大消費者的一致好評。通過生物工程技術，對發酵飲品所用的微生物菌類，如酵母菌、乳酸菌等進行改良，可以在一定程度上縮短發酵時間，提升發酵質量和成品的產量，同時還可以減少中間產物的產生，以提高最終產品的口感和質量，目前生物工程技術在這一方面的應用正處于高速發展和推進階段，需要攻克的難關還很多。

5 結語

21 世紀是生物工程技術的時代，伴隨著科技的進步，其在食品工業領域也勢必將迸發出更加奪目的光彩。有效利用生物工程技術，不僅能解決目前存在的食物短缺問題，而且能為人類生產出更多富有營養的新型食品。對于一個高速發展的人口大國來說，必須牢牢抓住時代的機遇，進一步探索生物工程技術在食品工業中應用的可能性，為食品工業的發展提供新的動力。在抓住機遇的同時也要善用生物工程技術，對利用生物工程技術的食品嚴把質量關，牢牢守住食品安全底線。