論生物化學(xué)工程技術(shù)在綠色食品生產(chǎn)中的應(yīng)用

韓新語

摘 要：食品生產(chǎn)加工是一個非常復(fù)雜的過程，生產(chǎn)加工過程中極易發(fā)生二次污染，造成食品質(zhì)量降低，甚至引發(fā)食品敗壞。食用發(fā)生敗壞的食品有害人體健康。為確保食品安全，提高農(nóng)產(chǎn)品的附加價值，近些年我國政府大力扶持綠色食品加工產(chǎn)業(yè)。生物化學(xué)工程技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用為綠色食品的生產(chǎn)提供了強有力的技術(shù)支撐。本文論述了我國綠色食品的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了生物化學(xué)工程技術(shù)在食品加工中的作用，探討了綠色食品生產(chǎn)中生物化學(xué)工程關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用案例。旨在為生物化學(xué)工程技術(shù)在綠色食品生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供一些參考。

關(guān)鍵詞：生物化學(xué)工程技術(shù);綠色食品;生產(chǎn);應(yīng)用

農(nóng)業(yè)一直以來是我國的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，是關(guān)乎國計民生的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。黨的十八大上，確立了我國全面建成小康社會的國家戰(zhàn)略目標(biāo)。全面建成小康社會不僅要體現(xiàn)在全民豐衣足食上，同時還要求提高全民的生活質(zhì)量，包括物質(zhì)和精神的質(zhì)量。食品安全是衡量小康社會的重要指標(biāo)之一。要實現(xiàn)全面建成小康社會這一目標(biāo)，必須加快傳統(tǒng)的食品生產(chǎn)向綠色食品生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型，來推動社會生態(tài)文明的發(fā)展。生物化學(xué)工程技術(shù)是食品加工中必不可少的技術(shù)。研究生物化學(xué)工程技術(shù)在綠色食品生產(chǎn)中的應(yīng)用對促進我國食品加工產(chǎn)業(yè)向綠色生產(chǎn)轉(zhuǎn)型有著重要的意義。

一、我國綠色食品的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國經(jīng)濟水平的提升和人們消費觀念的轉(zhuǎn)變，綠色食品越來越受到人們的重視。目前，已經(jīng)開發(fā)的綠色食品生產(chǎn)包括中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的7個大類29個分類的產(chǎn)品。其中初級農(nóng)產(chǎn)品展30%，加工產(chǎn)品占70%。農(nóng)產(chǎn)品綠色加工的比重較高。根據(jù)中國綠色食品發(fā)展中心調(diào)查數(shù)據(jù)，截至2018年年底國內(nèi)的綠色食品銷售額為4557億元，截至2019年年底達到4556.6億元，同比增長2.19%。從綠色食品的國內(nèi)銷售市場來看，綠色食品在國內(nèi)市場的占有率呈增長趨勢。國內(nèi)的綠色食品生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量在不斷的增長。部分發(fā)達城市的綠色食品生產(chǎn)比重已經(jīng)達到43.92%。這反映出中國綠色食品生產(chǎn)行業(yè)獲得了較好的發(fā)展。從中國綠色產(chǎn)品生產(chǎn)的滲透率，綠色食品生產(chǎn)滲透率較高的產(chǎn)品主要為大米、大豆、鮮果等。其中大米綠色生產(chǎn)的滲透率最高。大豆、鮮果的綠色生產(chǎn)滲透率分別為5.76%、4.98%。相對于發(fā)達國家而言，中國的綠色食品生產(chǎn)的滲透率相對偏低。特別是大豆、鮮果等產(chǎn)品，還存在較大的綠色生產(chǎn)加工的發(fā)展空間。在技術(shù)方面，主要傾向于生物化學(xué)工程技術(shù)。在綠色食品生產(chǎn)中，應(yīng)用最廣泛的技術(shù)包括DNA重組技術(shù)、細(xì)胞融合大量培養(yǎng)技術(shù)、胚胎操作和抑制技術(shù)、酶的修飾和利用技術(shù)、微生物發(fā)酵技術(shù)、生化工程技術(shù)、生物滅菌技術(shù)等。生物滅菌技術(shù)在綠色食品加工中應(yīng)用及其廣泛，它為食品安全滅菌提供了技術(shù)條件。

二、生物化學(xué)工程技術(shù)在食品加工中的作用

（一）改善綠色食品營養(yǎng)價值的作用

1.增加果聚糖含量

果聚糖是一種對人體健康有益的碳水化合物，但它不能夠直接被人體的消化道吸收利用。果聚糖可以通過人體許多腸胃菌的作用，轉(zhuǎn)化為可溶性的碳水化合物，再被人體吸收。它廣泛分布于植物的根、莖、葉、種子中，常用于食品加工的穩(wěn)定劑、氣泡穩(wěn)定劑。一般的農(nóng)產(chǎn)品中所含的果聚糖含量非常低。利用生物化學(xué)工程中的基因工程技術(shù)，將果聚糖的關(guān)鍵酶1-SST及相關(guān)基因分離出來，再利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將基因轉(zhuǎn)移到玉米、甜菜、水稻等農(nóng)作物中，就可以提高相應(yīng)的農(nóng)作物的果聚糖含量，生產(chǎn)出果聚糖含量較高的綠色農(nóng)產(chǎn)品。

2.增加蛋白質(zhì)含量

優(yōu)質(zhì)蛋白也是人體所必需的營養(yǎng)物質(zhì)。谷類的蛋白質(zhì)含量為15%～20%，而優(yōu)質(zhì)蛋白的含量相對較少。主要是由于種子中所含的蛋氨酸和懶氨酸含量較少，影響蛋白質(zhì)的合成。應(yīng)用化學(xué)工程技術(shù)，將基因編碼高的蛋氨酸和懶氨酸外源基因轉(zhuǎn)移到谷類中，就可以提高谷類中的合成作用，從而增加谷類中的蛋白質(zhì)含量和優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的含量AG。

3.增加油脂含量

油脂中含量大量的單一不飽和脂肪酸。人體攝入過量的單一不飽和脂肪酸，會導(dǎo)致動脈官腔變窄或動脈硬化，從而增加心血管疾病的患病風(fēng)險。應(yīng)用化學(xué)工程技術(shù)中的基因重組技術(shù)來開發(fā)優(yōu)質(zhì)新的營養(yǎng)物質(zhì)，從合成酵母中提取飽和脂肪酸的生物合成酶基因，在利用基因克隆技術(shù)將生物合成酶基因?qū)氲睫r(nóng)作物中，就會提升植物種子中相應(yīng)的飽和脂肪酸的含量。利用這類農(nóng)作物種子，就可以生產(chǎn)出相對健康的綠色植物油脂。

（二）提高綠色食品生產(chǎn)安全性的作用

在食品加工中，為了延長食品的保質(zhì)期，往往會添加很多的防腐劑及其他添加劑。其中部分的添加劑對人體健康有害。當(dāng)人體攝取量超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時，容易誘發(fā)癌癥等疾病。應(yīng)用化學(xué)工程技術(shù)對食品進行微生物滅菌，或利用蛋白質(zhì)工程定做新的蛋白質(zhì)代替化學(xué)添加劑，來提高食品中酶的穩(wěn)定性，就可以在減少了化學(xué)添加劑使用的基礎(chǔ)上延長食品的保質(zhì)期。從這個角度來講，生物化學(xué)工程技術(shù)具有提高綠色食品生產(chǎn)安全性的作用。

（三）降低農(nóng)藥殘留的作用

化學(xué)農(nóng)藥是農(nóng)作物病蟲害防治的重要手段之一。全球環(huán)境污染調(diào)查報告顯示，化學(xué)農(nóng)藥的污染是造成環(huán)境污染的重要原因之一，也是造成農(nóng)產(chǎn)品污染的重要原因之一。如果將傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥更換為生物化學(xué)技術(shù)，不僅可以有效抵御病蟲害對農(nóng)作物的侵害，還能降低農(nóng)藥殘留對環(huán)境的污染率。如在水稻中添加Bt蛋白基因。當(dāng)Bt蛋白基因進入害蟲體內(nèi)，就會對害蟲的蛋白功能造成障礙，從而阻礙其正常生長發(fā)育，實現(xiàn)綠色殺蟲的目的。使用該技術(shù)控制水稻蟲害，可防御的蟲害類型較多，效果好。有研究表明，Bt蛋白在水稻蟲害防治中的應(yīng)用，可以使水稻增產(chǎn)約11%。可見生物化學(xué)技術(shù)在低于農(nóng)作物病蟲害中的重要作用。

三、綠色食品生產(chǎn)中生物化學(xué)工程關(guān)鍵技術(shù)

（一）固氨轉(zhuǎn)化技術(shù)

固氨轉(zhuǎn)化技術(shù)指一種能夠把單質(zhì)狀態(tài)的氮氣轉(zhuǎn)化為氨基氮或硝基氮的技術(shù)。氮元素是農(nóng)作物生產(chǎn)必不可少的養(yǎng)分，然而空氣中的單質(zhì)氮是不能夠被農(nóng)作物直接吸收的。要使農(nóng)作物在生長的過程中，獲得更多的氮元素來促生長，就必須采用一種具有將單質(zhì)氮固化并轉(zhuǎn)化為可吸收的氨基氮或硝基氮。固氨轉(zhuǎn)化技術(shù)是通過在植物根據(jù)接種具有固化氮氣功能的細(xì)菌，是農(nóng)作物根部形成固氮菌，再由固氮菌來孤單和轉(zhuǎn)化單質(zhì)氮，實現(xiàn)農(nóng)作物促生長的作用。王嘉祥研究表明，雖然許多細(xì)菌具有固化氮氣的作用，但大部分種作物具有排斥固氮菌的作用。生物化學(xué)工程技術(shù)應(yīng)用于固氨轉(zhuǎn)化技術(shù)，就可以有效地解決農(nóng)作物對固氮菌的排斥作用，使二者和諧共生，共同促進農(nóng)作物生長。

（二）生物滅菌技術(shù)

食品加工生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，受環(huán)境因素影響難免會發(fā)生二次污染。二次污染的根源主要為食品中的微生物。存在于食品中的微生物隨著時間的推移，數(shù)量不斷增多，最終導(dǎo)致食品發(fā)生敗壞。為了防止食品敗壞，在食品加工環(huán)節(jié)可以引入化學(xué)工程技術(shù)對微生物進行滅菌。綠色食品生產(chǎn)中常用到的微生物滅菌方法包括火焰滅菌、干熱滅菌、濕熱滅菌、過濾除菌等。生物化學(xué)工程滅菌主要利用微生物的死亡動力學(xué)原理，通過采取多種手段，使蛋白質(zhì)發(fā)生變形，致使微生物死亡的過程。一般滅菌死亡速率與殘存的微生物數(shù)量成正比。滅菌速率與微生物的種類、大小、溫度及微生物的耐熱性有關(guān)。因此，同等溫度的滅菌條件下，滅菌時間越長，滅菌效果越好。耐熱性的微生物芽孢除外。耐熱性的微生物芽孢的死亡速率是漸進性的。只有超過一級反應(yīng)規(guī)律，才能達到工業(yè)無菌的標(biāo)準(zhǔn)。

在農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還可以采用空氣滅菌技術(shù)來控制病蟲害，降低化學(xué)農(nóng)藥的使用率。根據(jù)微生物好氧發(fā)酵的作用，選擇微生物相對集中的位置設(shè)置無氧除菌設(shè)施，可以有效的控制一定空間內(nèi)的細(xì)菌、霉菌包子等微生物數(shù)量，預(yù)防農(nóng)作物病蟲害。除菌設(shè)施還需要根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颍芯康孛婵諝馕⑸锏姆N類、微生物的含量及其與環(huán)境溫度、環(huán)境濕度之間的關(guān)系，針對性地設(shè)計滅菌條件。

四、生物化學(xué)工程技術(shù)在綠色食品生產(chǎn)中的應(yīng)用案例——發(fā)酵工程

發(fā)酵工程是生物化學(xué)工程的重要組成部分。它是指利用微生物生長動力學(xué)，通過對發(fā)酵條件的優(yōu)化和控制，以及對升華反應(yīng)器的針對性設(shè)計，來實現(xiàn)產(chǎn)品安全分、提取和精制的過程。發(fā)酵工程在乳制品生產(chǎn)加工中應(yīng)用極其廣泛。

從生物化學(xué)的角度上講，發(fā)酵是無氧條件下有機化合物同時作為電子的供體和最終受體并生產(chǎn)能量的過程。微生物在有氧或無氧條件下的生命活動的過程就是植被微生物菌體、初級代謝產(chǎn)物、次級代謝產(chǎn)物的過程。

如乳酸球菌作為發(fā)酵劑應(yīng)用于黃油、酸奶油、硬質(zhì)及軟質(zhì)奶酪生產(chǎn)，可以直接作為發(fā)酵劑投放。按照市場上70—150ml通用發(fā)酵劑包裝量，細(xì)菌細(xì)胞數(shù)為5×109～50×109cfu/ml，用360ml濃縮型的乳脂球菌發(fā)酵劑可接種到2273kg原料乳中，發(fā)酵生產(chǎn)出硬質(zhì)契達奶酪。如果采用傳統(tǒng)的發(fā)酵劑生產(chǎn)，同等產(chǎn)量的硬質(zhì)契達奶酪需要至少21kg乳制品生產(chǎn)發(fā)酵劑。將乳酸球菌應(yīng)用于乳制品發(fā)酵工程，不僅可以提高乳制品發(fā)酵的質(zhì)量，而且有利于降低乳制品生產(chǎn)的成本，提高綜合效益。這也反映了生物化學(xué)工程技術(shù)應(yīng)用與綠色食品生產(chǎn)重點重要地位。

五、結(jié)語

國以民為本，民以食為天，食以安為先。食品安全作為影響百姓健康與生命的重要因素，在我國已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略。黨的十八大以來，將綠色食品生產(chǎn)作為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要目標(biāo)。為確保綠色食品的質(zhì)量安全，建議企業(yè)在綠色食品生產(chǎn)中多采用生物化學(xué)工程技術(shù)來替代傳統(tǒng)的化學(xué)技術(shù)，降低食品生產(chǎn)中的化學(xué)殘留，來確保綠色食品生產(chǎn)的安全性。

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