食品生物技术

木糖可与酱油中的氨基酸反应生成褐色物 质，从而影响酱油的风味 ！ 而木糖的生成与制造酱油用曲霉中木聚糖 酶的含量与活力密切相关 。 用反义RNA技术抑制该酶的表达所构建的 工程菌株酿造酱油，可大大地降低这种不 良反应地进行，从而酿造出颜色浅、口味 淡的酱油，以适应特殊食品制造的需要。
（二）啤酒
一、改善食品原料加工特性和改良食品品 质
在动物食品原料的改良上，基因工程技术 起到了非常重要的作用。如: 把采用基因工程技术生产的牛奶生长激素 （bovine somatotropin，BST）注射到母牛 上，提高母牛产奶量。 采用基因重组（recombinant）的猪生长激 素，注射于猪上，便可使猪瘦肉型化，有 利于改善肉食品质。
由于用此法所构建的基因工程菌株中α－乙酰乳酸 脱羧酶基因是存在于酵母的质粒而不是染色体上， 因此使该基因随着细胞分裂代数的增加而发生丢 失，造成性能的不稳定 。 Yamano等人将外源的α－乙酰乳酸脱羧酶基因整 合到啤酒酵母的染色体中，从而构建了稳定遗传 的转基因啤酒酵母。使用这种转基因酵母酿制啤 酒，也能明显降低啤酒中双乙酰含量，而且不会 对啤酒酿造过程中的其它发酵性能造成不良影响。
（一）酱油
酱油风味的优劣与酱油在酿造过程中所生 成氨基酸的量密切相关， 参与此反应的羧态酶和碱性蛋白酶的基因 已被克隆并转化成功， 在新构建的基因工程菌株中碱性蛋白酶的 活力可提高5倍。羧态酶的活力可提高13倍。
酱油的制造中压榨是与产品得率密切相关 的操作。 与压榨有关的酶有：多聚半乳糖醛酸酶、 葡聚糖酶和纤维素酶、果胶酶等 这些酶的基因均已被克隆 高纤维素酶活力的转基因米曲霉生产酱油 时，可使酱油的产率明显提高。
⑷ 染色体DNA的酶切。 ⑸ 载体PBR322DNA的制备。 ⑹ DNA重组 ⑺ 质粒DNA转化及克隆菌株筛选 ⑻ 产生α－淀粉酶活力的重组菌株的鉴定 ⑼ 耐热α－淀粉酶基因的次克隆及表达。
糖化酶的研究
对于糖化酶的研究，近年来国外已有将本 霉菌（A.niger、A.shirosamii、Rhizopus） 糖化酶基因引入酵母中，并成功地得到表 达。 同时，我国也对糖化酶的基因克隆、转化、 表达进行了系列研究
利用转基因技术将外源α－乙酰乳酸脱羧酶 基因导入啤酒酵母细胞，并使其表达，是 降低啤酒中双乙酰含量的有效途径。 Sone等人用乙醇脱氢酶的启动子和穿梭质 粒载体YeP13将产气肠杆菌α－乙酰乳酸脱 羧酶基因导入啤酒酵母，并使其表达。当 用此转基因菌株用于啤酒酿造时，可使啤 酒中的双乙酰含量明显降低，且不影响其 它的发酵性能和啤酒中正常风味物质。
Food Biotechnology
第一章 生物技术在食品加工中的应用
食 ① 基因工程在食品加工中的应用 品 ② 酶工程在食品加工中的应用 ③ 细胞工程在食品加工中的应用 生物 技术 ④ 现代发酵工程在食品加工上的应
内容提要:
邵阳学院 赵良忠
第一节 基因工程在食品加工中的应用
食品基因工程:指利用基因工程的技术和手 段，在分子水平上定向重组遗传物质，以 改良食品的品质和性状、提高食品的营养 价值、贮藏加工性状、酶制剂的生产和改 良以及感官性状改造的技术。 主要包括以下几个方面：
（二）油脂类食品
食用油有三个重要的质量指标：营养价值、 氧化稳定性和功能性 但这三个指标之间存在着矛盾 含较多的高不饱和脂肪酸的食用油对人的 健康是有益的，但存在着氧化稳定性、加 工性能差的缺点； 含较多的饱和脂肪酸的食用油加工性能好， 但氧化稳定性差，对健康不利。
食品工业解决此问题的方法
耐热α－淀粉酶基因的克隆和表达：
大致过程是这样的。将提取的嗜热脂肪芽 孢杆菌全染色体DNA，经限制性内切酶割 成小片段并与PBR322质粒D 体并转化入芽孢杆菌中。
操作步骤如下：
⑴ 提取纯化嗜热脂肪芽孢杆菌染色体DNA。 ⑵ 提取纯化质粒PBR322及PBD6。 ⑶ 紫外分光光度计测定染色体DNA及质粒 DNA的含量。
在植物食品品质的改良上，基因工程技术 主要集中于改良蛋白质、碳水化合物及油 脂等食品原料的产量和质量。 比如基因工程油菜含油量可达50%-60%
（一）蛋白质改良
蛋白质改良的目标主要有两个 : 一是提高必需氨基酸的含量， 二是改善蛋白质的加工性能。 原因: 大部分植物蛋白的营养较低 ：谷类蛋白质 中赖氨酸(Lys)和色氨酸(Trp)，豆类蛋白质 中蛋氨酸(Met)和半胱氨酸(Cys)等一些人类 所必需的氨基酸含量较低
如： 通过导入硬脂酸－ACP脱氢酶的反义基因， 可使转基因油菜种子中硬脂酸的含量从2% 增加到40%。 而将硬脂酰CoA脱饱和酶基因导入作物后， 可使转基因作物中的饱和脂肪酸的含量有 所下降,而不饱和脂肪酸的含量则明显增加。
美国Calgene（卡尔京：美国最早获准上市 的基改食品的公司）公司正在开发高硬脂 酸含量的大豆油和芥花菜油，新的大豆油 和芥花菜油将含30%以上的硬脂酸， 这些新油可以取代氢化油用于制造人造奶 油、液体起酥油和可可脂替代品，而不含 氢化油中含有的反式脂肪酸产物。
比如：通过反义基因抑制淀粉分枝酶基因则可获 得完全只含直链淀粉的转基因马铃薯 直链淀粉油炸性能好。枝链淀粉抗老化性能好！！ Monsanto（孟山都农业生物技术公司 ）公司开 发了淀粉含量平均提高了20～30%的转基因马铃 薯。这种新马铃薯使油炸后的产品具有更强的马 铃薯风味，更好的质构，较低的吸油量和较少的 油味
罗近贤等将大麦的淀粉酶基因及黑曲霉糖 化酶cDNA重组进大肠杆菌－酵母穿梭质粒， 构建含双基因的表达分泌载体PMAG15， 用原生质体转化法将之引入酿酒酵母，实 现了大麦淀粉酶和糖化酶的高效表达， 99%以上的酶活力分泌至培养基中 。
（三）奶酪
在奶酪工业中，近年来成功地将牛胃蛋白 酶的基因克隆入微生物体内并使其表达， 由此构建的基因工程菌可用来生产牛胃蛋 白酶，彻底解决了奶酪工业受制于牛胃蛋 白酶来源不足的问题，并降低了生产成本。
β－环状糊精 生产
β－环状糊精
可将多种有机物质包埋在分子内部，从而 赋予这些物质以新的物理和化学性质，广 泛应用在医药、食品、化妆品等领域，具 有良好的市场发展前景
由于β－环状糊精葡基转移酶（β－CGT） 生产菌产酶活力低，故使β－环状糊精因生 产成本高而使其应用受到限制。 复旦大学和上海市工业微生物研究所合作， 首次在国内应用染色体整合扩增技术，以 嗜碱性芽孢杆菌N－272作供体，克隆了β －CGT基因，成功地构建了高表达β－CGT 的基因工程菌BS16－7。摇瓶试验糊精化 酶活力最高达8 900U/mL。
通过人工合成基因、同源基因或异源基因 导入植物细胞的途径，可获得高产蛋白质 的作物或高产氨基酸的作物。 已获得转基因拟南芥菜可生产富含Met（蛋 氨酸）的2s白蛋白 通过基因工程技术，可将谷物类植物基因 导入豆类植物，开发蛋氨酸含量高的转基 因大豆 。
我国学者把从玉米种子中克隆得到的富含必需氨 基酸的玉米醇溶蛋白基因，导入马铃薯中，使转 基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高了10%以上。 美国F1orida Gainesvil1e（佛罗里达州盖恩斯维 尔）大学的科学家将外来的高分子量面筋蛋白基 因导入一普通小麦中，获得了含量更多的高分子 量面筋蛋白质的小麦。这样的小麦面筋蛋白具有 良好的延伸性和弹性。
（四）面包
将含有地丝菌属LIPZ基因的质粒转化到面 包酵母中，利用转基因酵母发酵生面团生 产的面包较蓬松，内部结构较均匀。 麦谷蛋白的高分子量麦谷蛋白亚基(HMWGS)和醇溶蛋白决定面包的烘烤质量。
通过对HMW麦谷蛋白亚基的结构和序列分 析，发现HMW亚基在N端和C端具有非重复 的氨基酸序列，而蛋白质分子的大部分序 列是六肽和九肽的重复单位 。 N端和C端含有Cys（半胱氨酸）残基，从 而形成分子间二硫键，产生很高分子质量 的线性聚合物，这些聚合物使得生面团具 有较好弹性。
三、酶制剂的生产和改良
凝乳酶（chymosin）是第一个应用基因工 程技术把小牛胃中的凝乳酶基因转移至细 菌或真核微生物生产的一种酶。 1990年美国FDA已批准在干酪生产中使用。 由于这种酶生产寄主基因工程菌不会残留 在最终产物上，符合GRAS（Generally Recognized As Safe）（一般认为安全） 标准，被认定是安全的，无需标示）。
HMW麦谷蛋白聚合物的弹性也部分地由六肽和九 肽重复单位产生其结构特性，这些重复单位采取β －转角的构象 上述研究结果提示我们可以通过两种策略来改良 面粉的弹性： ①通过增加HMW麦谷蛋白亚基因拷贝数来增加 HMW的含量； ②引入具有超量Cys残基的HMW亚基来产生高交 联的聚合物。 由于HMW麦谷蛋白亚基的表达量约占总谷蛋白 （grain protein）的2％，所以引入一个单基因拷 贝可能会产生显著的影响。
目前各国学者最关注的是： 把糖化酶基因引入酿酒酵母，构建能直接 利用淀粉的酵母工程菌用于啤酒、白酒及 酒精工业，能革除传统酒精工业生产中的 液化和糖化步骤，实现淀粉质原料的直接 发酵，达到简化工艺、节约能源和降低成 本的效果 。
美国的Cetus[天鲸]公司和日本的Suntory （三德利啤酒）公司分别把酒曲霉和米根 霉的糖化基因转入酿酒酵母获得成功 国内也有许多学者正在从事这方面的研究。 唐国敏等从黑曲霉糖化酶高产株T21合成的 糖化酶cDNA，经5′－端和3′－端改造后克 隆到酵母质粒YED18上是影响发酵 食品工业经济效益的关键因素，而这些又 都取决于所使用的微生物菌株品种 但传统的微生物育种方法又难以有效地达 到定向改造微生物性状的目的 利用DNA重组技术、反义RNA技术及基因 缺失等基因工程技术来构造所需要的基因 工程菌株是解决这一问题的一条方便、快 捷的途径。
重组DNA技术生产小牛凝乳酶
首先从小牛胃中分离出对凝乳酶原专一的 mRNA（内含子已被切除） 借助反转录酶、DNA聚合酶和St核苷酸酶 的作用获得编码该酶原的双链DNA 以质粒或噬菌体为运载体导入大肠杆菌 用放射性mRNA或cDNA探针进行杂交，可 以挑选出含有专一性cDNA的克隆