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现代生物技术在食品加工中的应用
食品工业是国民经济的主要组成部分。建国50多年来,我国的食品工业发生了翻天覆地的变化,但由于基础薄弱,远不能适应现代人们生活水平不断提高的需求,随着生命科学的不断进步和食品工业的不断发展,现代生物技术越来越广泛地被用于食品加工,不仅被用于改善食品资源,还可以改造传统加工工艺,增加加工深度,提高食品品质,对食品加工生产链产生了重大影响。
一 概述
生物技术,也称生物工程,是应用生物体(包括微生物、动物细胞、植物细胞)或其组成部分(细胞器和酶),在适宜条件下,生产有价值的产物或进行有益过程的技术。
对食品工业而言,生物技术就是应用生物程序、生产细胞或其代谢物质来制造食品,改进传统生产过程以提高人类生活质量的科学技术。生物技术很早就被应用于食品加工。传统的食品生物技术侧重于对生物体的利用,比如啤酒业对啤酒酵母、糖化酶的利用,而现代食品生物技术侧重于对改造后的生物体的利用,即是以生命科学为基础,利用生物体的特性和功能,设计构建具有预期性状的新物种和新品系,再与工程原理相结合进行配套加工生产,为社会提供商品和服务的一个综合性体系。
目前,发展生物技术已被许多国家列入国策。基因重组技术等遗传工程的兴起和发展为生物技术的应用与发展带来了革命性的变革。自20世纪70年代初期诞生以来,在短短几十年中已取得了许多令人振奋的成就,并且,正以强劲的势头继续向前迅猛发展。现代生物技术可在解决当今世界社会发展重大问题如粮食短缺、资源枯竭与生态环境恶化等方面发挥积极作用。食品工业领域的生物技术不仅用来制造某些具有特殊风味的食品,而且,越来越多地被用来改进食品加工工艺和提供新的食品资源,生物技术必将使食品工业的发展取得突破性进展。
二 现代生物技术在食品工业中的应用
1 基因工程技术的应用
基因工程又称 DNA重组技术 ,是指按人的意志 ,将某一生物体 (供体)的遗传信息在体外经人工与载体相接 (重组) ,构成重组 DNA分子 ,然后转入另一生物体 (受体)细胞中 ,使被引进的外源 DNA片段在后者内部得以表达和遗传 .将这项技术应用于动植物或微生物上即产生基因工程食品。
近年来 ,国内外的食品科学家和生物学家已开始注重研究开发改善食品功能的新品种 .如开发不含产生豆腥味的酶(无脂氧化酶)的大豆 ;在肠内不会产生气体的碳水化合物以及结晶胰蛋白酶的活性阻碍物质的大豆新品种 .通过基因工程还可以改变酶的性质 ,生产食品结构改良剂 .另外 ,通过遗传的修饰技术 ,可将脂酶基因导入受体而强化其分解脂肪的能力 ,从而可加工低脂和低胆固醇的食品 ,如奶酶、油、脂肪牛奶等 .利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株 ,用以改进传统的酿酒工艺 ,并使之多样化 .目前 ,已成功地选育出分解β—葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、杀啤酒酵母菌株 ,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株 .基因工程技术应用于氨基酸的生产已取得较大成绩 ,迄今为止 ,世界上已克隆和表达了十几种氨基酸的基因 ,已有 5种用重组技术生产的氨基酸达到工业化水平 ,它们为苏氨酸 ( 60 g/ L )、组氨酸 ( 42 g/ L )、脯氨酸 (75 g/ L )、氨酸 (40 g/ L )和苯丙氨酸 (60 g/ L ) ,我国谷氨酸等氨基酸已投入工业化生产 .目前 ,天然食品防腐剂的研究开发成为当前国际食品界中一个研究热点 ,它们也可利用基因工程技术进行异种大量生产〔3〕。
此外 ,基因工程技术还可用于食品工业中新型蛋白质、细胞蛋白、生素、制剂、生物多糖、粉糖的生产 .并且基因工程技术还可以和食品卫生分析检测结合 ,采用核酸探针和单克隆抗体法检查 ,敏感性高 ,大大提高食品卫检准确性和实用性。
目前转基因食品涉及的领域主要有:改善粮油食品的产量、食品品质和加工功能特性,延长果蔬产品的储藏期,提高农作物的抗病虫害性能,改善动物性食品的成分比例和食用品质,改善发酵食品的风味和品质、提高产量等。
2 酶技术的应用
酶是细胞原生质合成的一类具有高度催化活性的特殊蛋白质,是生物催化剂。酶普遍存在于动、植物和微生物中,将酶从生物组织或细胞以及发酵液中提取出来,加工成具有一定纯度标准的生化制品,称为酶制剂。
酶具有以下的独特优点:
催化效率高,如 1 gα—淀粉酶晶体可以在65℃条件下,只需15min时间,可使2吨淀粉转化为糊精;
专一性强,例如啤酒中的蛋白质可用蛋白酶去除,桔汁中的苦味成分柚甙可用柚甙酶分解而不影响风味 ;
作用条件温和,例如用酸作催化剂催化水解淀粉成葡萄糖,需要在 0.25~0.3MPa的蒸气压力135~145℃的高温下才能进行,而用α—淀粉酶,在 pH6.0~6.5条件下,85~ 93℃便可把淀粉水解成糊精,再用糖化酶在pH4.5~5.0,55~65℃下便可把糊精水解
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