基因工程在食品工业上的应用

基因工程在食品工业中的应用姓名：陈杰学号：110606017 班级：宜宾学院2011级6班摘要：综述基因工程技术在改善食品原料品质、改良食品工业用菌种和食品加工性能、产酶制剂和保健食品方面的应用, 同时对转基因食品及其安全性问题进行了总结归纳, 最后对基因工程技术在食品中的发展前景进行展望。

关键词: 基因工程转基因食品食品工业应用以DNA 重组为核心内容的基因工程技术是一种新兴的现代生物技术。

利用基因工程技术不但可以提高食品的营养价值, 去除食物原料中的有害成分, 同时还可以通过对农作物品种改良, 减少种植过程中农药、化肥等化学品的使用量。

目前，基因工程技术在食品领域中的作用涉及到对食品资源的改造、对食品品质的改造、新产品的开发、食品添加剂的生产以及食品卫生检测等方面。

1.基因工程技术1.1 基因工程定义基因工程技术是指按照预先设计好的蓝图, 利用现代分子生物学技术, 特别是酶学技术, 对遗传物质 DNA 直接进行体外重组操作与改造, 将一种生物 (供体) 的基因转移到另外一种生物(受体) 中去, 从而实现受体生物的定向改造与改良。

1.2 基因工程的基本程序：( 1) 获取所需的目的基因；( 2) 把目的基因与选好的载体连接在一起, 即重组;( 3) 把重组载体转入宿主细胞; ( 4) 对重组分子进行选择; ( 5) 表达成蛋白, 采用合适条件, 获得高表达的产品。

1.2基因工程的发展1857年至 1864年, 孟德尔通过豌豆杂交试验提出生物体的性状是由遗传因子控制的。

1909年, 丹麦生物学家约翰生首先提出用基因一词代替孟德尔的遗传因子。

1910年至1915年, 美国遗传学家摩尔根通过果蝇试验, 首次将代表某一性状的基因同特定的染色体联系起来, 创立了基因学说。

20世纪50年代初开始, 由于分子生物学和生物化学的发展, 对生物细胞核中存在的脱氧核糖核酸( DNA )结构和功能有了比较清晰的阐述。

70年代初实现了DNA 重组技术或称为克隆技术, 逐步形成了以基因工程为核心内容, 包括细胞工程、酶工程、发酵工程的生物技术。

1973年美国斯坦福大学和旧金山大学Coken和Boyer两位科学家成功地进行了 DNA 分子重组试验, 揭开了基因工程发展的序幕。

1982年转基因/超级鼠0的构建成功,1984 年, B e-van报告了从粪链球菌中提取的基因植入烟草 (N ico tina p lum bag infi olia ) 的基因组, 1985年转基因鱼的问世,开创了转基因生物时代。

1994年, 美国农业部 ( USDA ) 和美国食品与药品管理局 ( FDA ) 批准第一个转基因作物产品与药品管理局 ( FDA ) 批准第一个转基因作物产品。

延熟保鲜转基因番茄进入市场之后, 大量的转基因生物作为食品进入人们的生活。

2.基因工程在食品工业中的应用2.1 酶制剂方面的应用酶的传统来源是动物脏器和植物种子, 随着发酵工程的发展, 逐渐出现了以微生物为主要酶源的格局。

近年来, 基因工程技术的发展, 使人们可以按照需要来定向改造酶, 甚至创造出自然界从未发现的新酶种。

目前, 蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、糖化酶和植物酶等均可利用基因工程技术进行生产(表 1) 。

表 1 应用于食品工业的酶制剂酶应用蛋白酶乳酪生产, 啤酒去浊, 浓缩鱼胨, 制酱油, 制蛋白胨脂肪酶鱼片脱脂, 毛皮脱脂等淀粉酶麦芽糖生产, 醇生产等纤维素酶和半纤维素酶用于乙醇生产, 植物抽提物的澄清和将纤维素转化为糖糖化酶酶法制糖果胶酶用于葡萄酒和果汁的澄清及减少其粘度植酸酶可将饲料中的植酸盐降解成无机磷类物质葡萄糖异构酶制造高果糖浆2.2改善食品原料品质基因工程应用于植物食品原料的生产上, 可进行品种改良, 新品种开发与原料增产, 如选育抗病植物、耐除草剂植物、抗昆虫或抗病毒植物、耐盐或耐旱植物。

除增加产量外, 还应用于改良农作物品种特性方面, 如利用反义RNA 技术可以控制转基因番茄的成熟期, 并延长其储存期。

基因工程还可用于改良玉米、稻米等谷类氨基酸组成及含量, 提高谷类营养价值。

油脂在提炼、加工及储存过程中, 油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因。

目前已知豆类中的脂氧合酶催化中扮演重要角色。

因此, 利用生物技术改良豆类油脂品质也是未来的发展方向。

2．3改良食品营养品质2．3．1 蛋白质的改良食品中动植物蛋白由于其含量不高或比例不恰当，可能导致蛋白营养不良。

采用转基因的方法，生产具有合理营养价值的食品，使人们只需吃较少的食品就可以满足营养需求成为可能。

例如，通过基因工程技术，可将谷类植物基因导入豆类植物，获得蛋氨酸含量高的转基因大豆”。

我国学者把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人马铃薯中，使转基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高了10％以上，硫氨基酸尤为显著。

2．3．2 油脂的改良对油脂品质的改善主要集中在两个方面，包括控制脂肪酸的链长和饱和度。

油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因，目前已知豆类中的脂氧合酶在酸败过程中扮演重要角色。

2．3．3 碳水化合物的改良对碳水化合物的改进可以通过对其酶的改变来实现。

高等植物体中淀粉合成的酶类主要有ADPP葡萄糖焦磷酸酶(ADP．GPP)、淀粉合成酶(SS)和分枝酶(BE)。

通过反义基因抑制淀粉分枝酶可获得只含直链淀粉的转基因马铃薯。

Monsanto公司开发了淀粉含量平均提高了马铃薯。

Monsanto 公司开发了淀粉含量平均提高了铃薯风味、且吸油量较低。

2．4改造传统的发酵工业的菌种发酵工业的关键步骤之一是如何获取优良菌株的，除常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外，与基因工程结合，大力改造菌种，给发酵工业带来生机，如能表达目的基因的“基因工程菌”的开发。

微生物的遗传变异性及生理代谢的可塑性都是其他生物难以比拟的，故其资源的开发有很大的潜力。

美国的Bio—Technica公司克隆了编码黑曲霉的葡萄糖淀粉酶基因，并将其植入啤酒酵母中，在发酵期间，由酵母产生的葡萄糖淀粉酶将可溶性淀粉分解为葡萄糖，这种由酵母代谢产生的低热量啤酒不需要增加酶制剂，且缩短了生产时间。

2. 5 食品加工工艺的改良如何提高加工中的牛乳热稳定性非常重要。

一般牛乳的酪蛋白分子含有丝氨酸, 易被磷酸化从而使酪蛋白表面带有大量阴离子, 易结合钙离子而沉淀。

Golman用基因提高乳制品生产, 无污染物乳制品生产中加速干酪熟化; 同时使菌种稳定性提高可用于干酪生产, 预防杂菌感染可用于啤酒生产, 缩短发酵期工程技术, 以丙氨酸代替丝氨酸, 降低磷酸化, 使蛋白不易与钙离子结合, 从而提高牛奶的热稳定性,防止牛奶消毒中的沉淀现象。

2.6 食品检测近年来DNA 探针杂交技术在食品微生物检测中的应用研究十分活跃, DNA 探针杂交技术具有特异性强、灵敏度高及操作简便快速等特点, 将是今后食品微生物检测技术的一个重要发展方向。

目前该技术已用于多种食品中致病菌的检测。

蜡质芽孢杆菌(B ac illus cereu s)是一种很重要的经食物携带, 能引起人体疾病的微生物, 其产生的肠毒素可能会引起腹泻、呕吐等症状。

为此, 检测这类致病菌显得极其重要。

传统的检测方法如平板接种、生化特征描述等方法费时费力, 近年来人们通过利用PCR 和DNA 探针技术来检测此类病原菌。

Subram an ian等通过用限制性内切酶Bg l II 从蜡质芽孢杆菌质粒中获得了一段大小为 3 kb 的 DNA 片段为探针, 研究发现, 此 DNA 探针对鉴定蜡质芽孢杆菌有高度专一性。

2.7果实贮藏保鲜的应用果实的成熟是一个复杂的发育过程，是由一系列基因相继活化而控制的，但乙烯是果实成熟过程中调节基最直接的指标。

用基因工程的方法将 ACC还原酶和 ACC氧化酶的反交基因和外源的 ACC脱氨酶基因导入正常植株中，获得乙烯合成缺陷型植株，达到控制果实成熟的目的，已在番茄中实现。

这一成就已被迅速推广到其它果实成熟的调控中，如转基因的芒果、桃子、苹果、梨、草莓、香蕉和桔子等水果中，这些技术必将发展成为调控果实成熟和衰老的普通技术，为水果的贮藏保鲜带来一次革命。

2.8应用于生产保健食当今，保健食品的发展有赖基因工程这个新技术。

可以采用转基因手段，在动、植物细胞中，得到基因表达而制造有益于人类健康的保健成分或有效因子。

例如，将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至牛或羊中，便可以在牛乳或羊乳中产生这种酶。

又例如，把人的血红素基因克隆至猪中，最后，猪的血可以用做人类血液的代用品。

2.9利用基因工程菌开发和生产新一代食品这方面典型的例子是豆油的生产。

在美国每年生产45.4亿kg豆油主要用于食品行业。

其中大量作为烹饪用油，如糕饼松脆的油和人造黄油等。

经过脱色、除臭和精制处理的烹饪用豆油常常需被还原以延长其储藏时间及提高其在烹调时的稳定性，但是，这种还原作用却导致豆油中富含反式—脂肪酸，而反式—脂肪酸在摄入人体后，会增加人患冠心病的可能性。

作为色拉油的精制豆油，虽然没有经过还原作用，但其中却富含软脂酸———软脂酸的摄入也能导致冠心病的发生。

因此，人们经过选择，挑选出合乎需要的基因和启动子，再通过重组DNA技术来改造豆油的组分构成。

现在，相应的多种基因工程产品已投放市场，其中，有的豆油不含有软脂酸，可用作色拉油；有的豆油富含 80% 油酸，可用于烹饪；有的豆油含 30% 以上的硬脂酸，适用于人造黄油以及使糕饼松脆的油。

利用基因工程改造的豆油的品质和商品价值显然是大大提高了.3 转基因食品及其安全性3.1 转基因食品定义转基因食品指以转基因生物为原料加工生产的食品, 利用分子生物学手段, 将某些生物基因转移至其他生物上, 使其出现原物种不具备的性状或产物, 针对某一或某些特性, 以植入异源基因或改变基因表现等生物技术方式, 进行遗传因子的修饰, 使动植物或微生物具备或增加特性, 进而达到降低生产成本, 增加食品或食品原料价值的目的。

转基因食品包括转基因动物性食品、转基因植物性食品和转基因微生物性食品。

3.2转基因食品的接受度人们对转基因食品的接受度取决于他们对基因工程总的看法。

许多研究表明, 人们对转基因技术在食品中的应用持怀疑态度, 但是也有研究发现, 尽管人们对转基因技术本身有负面的看法, 但在评一个具体的产品时并不是无条件的和整个技术联系在一起。

例如, 消费者在转基因技术涉及植物时比其涉及动物更容易被接受。

葛立群等对辽宁省10个城市消费者进行问卷调查, 调查分析结果表明, 有 6418% 的受访者听说过转基因食品, 在转基因食品与同类普通食品价格相同的情况下, 约占55.5% 的受访者表示愿意购买转基因食品。