生物技术在食品工业中的应用

生物技术在食品工业中的应用

摘要：生物技术是一门新兴的，综合性的学科，在食品工业发展中具有重要的作用。本文简要介绍了应用于食品工业中的主要生物技术在食品原料、加工工艺、检测和包装工业中应用及发展前景。

关键词：生物技术食品原料加工工艺

生物技术是对生命有机体进行加工改造和利用的技术，是目前国际食品产业领域最具发展前景的前沿核心技术。随着科学技术与经济的发展，人们生活水平的不断提高，人们对食品的色、香、味、营养、安全等提出了越来越高的要求。作为2l世纪最具有发展潜力的新兴产业，现代生物技术对于满足人们对食品的要求，解决食品工业发展中的问题发挥着越来越大的作用，被广泛应用于食品工业中[1]。

1生物技术在食品原料上的应用

1.1改良原料

利用基因工程可大大提高农作物品质,如生产出具有抗虫能力的西红柿、烟草等,已培育出自身带有咸味和奶味的且适于加工膨化的玉米新品种,培育出不饱合脂肪酸含量较高的油料作物及用于不同加工用途的专用小麦品种,培育出脂肪蛋白含量较高的大豆新品种等利用基因工程技术生产牛生长激素,然后注射给母牛,则既可提高牛的产奶量,又不影响奶的质量。利用稻谷加工副产物米糠为原料,用生物技术生产具有生理机能的功能性肤,用于食品加工辅料[2]。

1.2下角料的深度开发

运用生物技术对猪、牛羊、鸡、鸭、鹅、鱼加工过程中丢弃的豆渣、麦麸、米糠、酒糟等副产品进行综合利用,深度加工已取得了突破性的进展,开发出了大量的具有实用价值的成果。例如,从油脂生产过程中的副产物饼粕、棉粕、菜籽粕、糠粕中提取高蛋白或获得膳食纤维,通过综合利用提高产物的附加值褚物的根茎叶及果实的壳和核,动物的皮、毛、骨等, 都将成为食品的优质资源。过去味精厂、酒厂的发酵废水、废渣不能很好利用,现在通过培养微生物可获得单细胞蛋白,单细胞蛋白是从酵母或微生物菌体中获取的蛋白质。微生物, 特别是酵母体中的蛋白质含量占细胞干物质的44%-55%，其氨基酸的组成不亚于动物蛋白质, 除氮氨酸外,人体所需的其它7种氨基酸都具备。除此之外,酵母菌体蛋白还富含碳水化合物、脂类、维生素、矿物质,因此其营养价值很高[3]。

1.3开发新的生物资源

1.3.1大力开发食品添加剂新品种

根据国际上对食品添加剂的要求，今后要从两个方面加大开发的力度：用生物法代替化学合成的食品添加剂，迫切需要开发的有保鲜剂、香精香料、防腐剂、天然色素等。要大力开发功能性食品添加剂，如具有免疫调节、延缓衰老、抗疲劳、耐缺氧、抗辐射、调节血脂、调整肠胃功能性组分[4]。

1.3.2开发微生物保健食品

微生物食品有着悠久的历史，酱油、食醋、饮料、酒、蘑菇等属于这个领域，它们与双歧杆菌饮料、酵母片剂、发酵乳制品等微生物医疗保健品一样，有着巨大的发展潜力。利用微生物生产食品具有独特的特点，繁殖过程快，在一定条件下可大规模生产，要求营养物质简单。食用菌的投入与产出比高于其他经济作物，食用菌不仅营养丰富，还含有许多保健功能成分，应大力发展食用菌保健食品[5]。

1.3.3螺旋藻食品

螺旋藻是世界最早的海洋天然藻类生物，富含人体所需18种氨基酸，54种微量元素，多种维生素及亚麻酸、亚油酸和多种天然藻类蛋白质，是人和动物理想的纯天然的优质蛋白质食品。联合国粮农组织已将螺旋藻列入21 世纪人类食品资源开发计划，我国也将螺旋藻的研发列为工作重点。

1.3.4开发某些虫类高蛋白食品

昆虫蛋白质也是优质的新食物源，如中华稻蝗的蛋白质含量占虫体干质量的73.5%，其氨基酸组成与鸡蛋蛋白相似，称之为完全蛋白。还有蟋蟀、蝉、蝴蝶、蚂蚁的蛋白质分别占其自身干质量的75%、72%、71%、67%，都具有食用价值，完全可以开发。苍蝇的幼虫（蛆）富含62%左右的蛋白质及各种氨基酸，从蛆壳中还可以提取纯度很高的几丁质。可以说，昆虫食物是人类较为理想的高营养食品，有望成为人类重要的保健食物来源，利用生物技术开发昆虫类高蛋白食品具有广阔的前景[6]。

2生物技术在食品加工中的应用

2.1改进食品的生产流程, 提高产品质量

果胶酶可用于改善果汁加工工艺, 用于澄清苹果汁、葡萄汁、琳猴桃汁和柑橘汁, 改善澄清效果, 加快过滤速度, 提高生产效率。

纤维素酶可用于改进速溶茶生产工艺。常规生产是采用热水浸提法提取茶叶中的有效成分, 其营养成分损失较多, 现采用纤维素酶降解后低温抽提, 既可以提高得率, 又可以保

持茶叶原有之色、香、味。若将热浸和酶法结合, 既可缩短抽提时间, 又可提高水溶性较差的单宁、咖啡因等的抽提率, 速溶效果更佳。

在发酵乳酸饮料生产中, 采用直投式新型乳酸发酵菌种, 可克服传统的发酵剂需要以母发酵剂、中间发酵剂、生产发酵剂的扩培繁殖才能用于生产的缺点, 可直接供厂家应用于生产, 保证产品的质量稳定。

蛋白酶可用于面包、糕点的生产, 缩短揉面时间, 增强面团延展性, 改进产品质量; 用于肉类加工, 可嫩化肉类, 软化肠衣等。

无锡酶制剂厂年产各种酶制剂数万吨,它生产的糖化酶也广泛应用于发酵工业。目前酒精生产厂家生产过程中的淀粉糖化基本上都使用糖化酶。糖化酶的作用是将大分子的淀粉分解转化为单糖, 进而被微生物作用转化为酒精。无锡酶制剂厂也生产果胶酶, 葡萄糖异构酶, 蛋白酶等在食品工业中的应用也十分普遍, 果胶酶的作用是将果胶水解成乳化醛酸, 可用于果蔬汁及其酒类的澄清, 提高葡萄等水果的出酒率。葡萄糖异构酶的主要作用是用于葡萄糖制造异构化糖浆(改变分子结构)。

广东远天酶制剂厂也生产多种类型的酶制剂, 被众多的食品生产厂家采用。

酶制剂可以用于大豆产品加工工艺中的大豆脱腥, 改善产品风味, 消除对人体健康不利的有害因子。利用生物技术生产的生物可降解的食品包装材料, 处理食品工业废水、废物等为食品工业的可持续性发展创造了有利条件[7]。

2.2利用生物技术及其制品生产新型食品或食品添加剂

由于从植物中萃取食品添加剂，来源有限、成本昂贵，化学合成食品添加剂虽成本较低，但常可能危害人体健康；因此，生物技术，特别是发酵工程技术已成为食品添加剂生产的首选方法。目前，国内外重点研究开发的食品添加剂有：甜味剂中的木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等；酸味剂中的L-苹果酸、L-琥珀酸等；氨基酸中的各种必需氨基酸；增稠剂中的黄原胶、普鲁兰多糖(Pullulan)、热凝性多糖等；风味剂中的多种核苷酸、琥珀酸钠、香茅醇、双乙酰等；芳香剂中的脂肪酸酯、异丁醇等；色素中的类胡萝卜素、红曲霉色素、虾青素、番茄红素等；维生素中的V C 、V B 1 2 、核黄素等；生物活性添加剂中的各种保健活菌、活性多肽等，以及一些天然食品防腐剂，如乳链菌肽、杀菌肽、瓜蟾抗菌肽、防御素等[8]。

2.3在食品保鲜领域的应用

新鲜果蔬从采收到被人类消费，由于果树本身的结构特点及外界环境，每年都有大量果蔬腐烂，造成较大的损失。因此，研究开发有效的果蔬保鲜技术是果蔬业发展迫切需要解决

的问题。目前，最常用的果蔬保鲜技术是冷藏结合化学杀菌剂处理，但由于化学杀菌剂残留危害人类健康及植物病原菌对化学杀菌剂产生抗药性，因此需要研究无害高效防腐保鲜剂产品及技术，以取代化学杀菌剂的大量使用。生物保鲜技术由于安全无毒，将用于取代化学保鲜技术成为国内外研究的热点。赖健等研究了木霉发酵液对茄子的保鲜作用。经哈茨木霉发酵液处理的茄子果实，在贮藏温度为20～25℃的条件下贮藏20d后，果实仍新鲜如初[9]；张志建研究了将壳聚糖应用于果蔬的保鲜，对柑橘、草莓、苹果、猕猴桃、黄瓜、青椒、番茄进行保鲜试验可知，只需0.7～2%的壳聚糖的溶液，喷洒在果蔬的表面，即可在果实表面形成一层薄膜，可阻止果实吸收O2与CO2的排出，从而延缓果实的熟化，达到保鲜的目的[10]。

2.4利用生物技术解决食品工业生产中的环保问题

生物技术是保证食品工业可持续发展应用范围最广，最为重要的单项技术。其在控制水污染、治理大气污染、有毒有害物质的降解、可再生资源的开发、环境监测、环境友好材料的合成、污染环境的修复以及清洁生产等与食品工业可持续发展密切相关的各个方面，均发挥着极其重要的作用，其内容包括以下几个方面：

1、生物技术在处理食品工业污染物时，最终产物大都是无毒无害且性质稳定的物质，如二氧化碳、水、氮气、甲烷等。因此，它是一种安全而彻底的消除污染的方法。特别是现代生物技术的发展，大大强化了生物处理过程，使其具有更高的效率，更低的成本和更好的专一性。

2、由于大部分食品工业污染物有机物质含量较高，本身无毒性，很适合用于生物反应的底物，如一些有机污染物经生物处理后可转化为沼气、酒精、生物柴油、生物蛋白质等有用物质，用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平，有利于实现工艺过程生态化或无废生产，真正实现清洁生产的目的。

3、生物过程是以酶促反应为基础的，作为催化剂的酶是一种活性蛋白，而且酶对底物有高度的特异性，因此，生物反应过程通常是在常温、常压下进行，生物转化的效率高，副产物少。这与需要高温、高压条件下生产过程相比，反应条件大为简化，因而投资小、费用少、消耗低，且效果好、过程稳定、操作简便。在多数情况下，生物技术还可与其它技术结合使用。

4、用生物制品取代化学制剂、人工合成物等，有助于把食品工业产生的环境污染降至最低水平。当前最具代表性是生物可降解的食品包装材料、薄膜，还有生物农药、化学品等[11]。

3生物技术在食品检测中的应用

随着生活水平的提高,人们对食品质量的要求也越来越高,长期以来获得广泛应用的物理、化学、仪器等检测方法,由于存在某些局限,已不能满足现代食品检测的需要。随着生物技术的发展,人们已逐步认识到生物技术在食品检验中的重要作用及其意义,生物技术检测方法以自身独特优势在食品检验中显示出巨大的应用潜力,其应用几乎涉及到了食品检验的各个方面,包括食品的品质评价、质量监督、生产过程的质量监控及食品科学研究,生物技术能够对许多过去难于测定的成分进行检测。因此,生物技术在食品的开发利用、营养食品的设计等方面都具有广泛、积极的意义[12]。

生物技术检测方法之所以有强大的生命力不仅在于它具有特异的生物识别功能、极高的选择性,而且还在于它可与现代的物理化学方法相结合,产生一些简单、结果精确、灵敏、专一、微量和快速、成本低廉的检测方法,因此其在食品检验中占有越来越重要的地位。目前用到的检测方法主要有:酶联免疫吸附法(以抗体和抗原的特异性结合为基础), 主要应用于食品中微生物、毒素、生理活性物质以及残留药物的检测; 聚合酶链反应(PC R ) 主要应用于食品中腐败菌、病原菌以及成分的检测; DNA 探针法(依据核酸杂交)主要应用于食品中微生物的检测[13]。

4生物技术在食品包装上的应用

现代生物技术在食品包装上的应用主要是制造一种有利于食品保质的环境，如葡萄糖氧化酶能除掉氧气，延长食品的保鲜期，保持食品色、香、味的稳定性，被应用于茶叶、冰淇淋、奶粉、罐头等产品的除氧包装；溶菌酶能消除有害微物生的繁殖，而让某些有益菌得以繁殖，被广泛应用于清酒、乳制品、水产品、香肠、奶油、生面条等食品中以延长保鲜期。利用生物技术制造有特殊功能的包装材料如包装纸、包装膜中加入生物酶, 使其具有抗氧化、杀菌、延长食品反应速度等[14]。

利用生物技术还可生产生物可降解的食品包装材料，建立食品的质量检测方法等，如在食品包装中用固定化酶技术制备酶电极、酶试纸，可以快速简便地检测食品中的化学成分。利用基因工程的DNA指纹技术可以鉴定食品原料和终端产品是否掺假，检测谷物、坚果、牛奶中是否含有微量毒素；利用PCR技术可迅速检测出转基因食品[15]。

食品工业是我国国民经济的第一大产业,它的发展是我国经济增长中的一件大事,而生物技术是一门新兴的高新技术,它的迅猛发展必将影响到科技、工业、农业、医药、食品等众多领域,它将有助于解决能源、粮食、疾病和环境污染等一系列全球性的重大问题,给全人

类带来难以估量的经济效益[16]。目前,生物技术已深入到食品工业的各个环节,对食品工业的发展发挥越来越重要的作用。随着现代生物技术的不断发展,必将给人类带来更丰富,更有利于健康,更富有营养的食品,并带动食品工业发生革命性变化。

参考文献：

[1]陈永胜现代生物技术在食品加工领域的应用——内蒙古民族大学学报 2003 18

[2]王瑞国沈祥坤生物技术在食品工业中的应用——河南科技 2003 2

[3]许曼力生物技术在食品工业发展中的应用 2005 4

[4]孔庆学李玲生物技术与未来食品工业——天津农学院学报 2003 (2)

[5]刘兆庆王曙文姜媛媛生物技术对食品工业发展的影响——农产品加工 2004 (9)

[6]史先振现代发酵工程技术在在食品领域的应用研究进展——中国酿造 2005 12

[7]郭玉华李钰金吴新颖生物技术在食品工业中的应用进展——肉类研究 2010 7

[8]王嘉祥生物技术在食品工业中的应用现状与前景展望——食品科学 2006 27

[9]赖健张渭采后茄子的生物保鲜研究——农业工程学报 2000 16

[10]张志建壳聚糖对果蔬的保鲜机理及应用——商品贮运与养护 1996(94)

[11]孙立来生物技术在现代食品工业中的应用展望——现代商业 2012 24

[12]王仲礼生物技术在食品工业中的应用及安全性——粮油食品科技 2004 12

[13]食品生物技术的进展——福建轻纺 2002 6

[14]居乃唬生物技术在食品工业中的应用——中外轻工科技 1999 5

[15]陈坚生物技术对食品工业发展的影响——农产品加工 2012

[16]郑华学试论生物技术在我国食品工业中的应用——河西学院学报 2003 19