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，必须利用现代化的生物技术改造传统的食品生产、进行食品深加工、开发新产品、提高食品质量和减少营养损失，以满足人民对食品质量和品种日益增长的需要。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：1. 催化效率高，如 1 g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；2. 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 ；3. 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 0.250.3MPa的蒸气压力135145的高温下才能进行，而用淀粉酶，在 pH6.06.5条件下，85 93便可把淀粉水解成糊精，再用糖化酶在pH4.55.0，5565下便可把糊精水解成葡萄糖。酶在食品工业中的应用范围很广，酶技术在果蔬加工中的应用也很广泛。酶制剂在果汁加工业中的应用已有60年历史，但多年来，其应用仅限于果汁的澄清，直到1975年，Pilnik等人发现果胶酶与纤维素酶活性之间有最佳的协同作用，1983年瑞士 Novo Nordisk公司率先开发出商品名为 Pectinex Ultra SP- L，Pectinex Mash，Pectinex Superpress的果浆酶，从而使苹果汁的出汁率首次突破90%。其它如猕猴桃、草莓、山楂、黑加仑用 Pectinex Mash酶进行果浆处理，也得到了最大产率、最好色泽和香味的果汁。近年来在果蔬加工上，还开发出酶浸渍法处理果蔬以改变表面及内部组织的特性，增加风味及其它感官香味及口感。现在此技术已广泛应用于柑桔的去皮、去苦及保持桃子的硬度等，所生产的产品有更好的新鲜度和组织外观。目前欧美各地的食品厂已使用此技术制造罐头类食品、玻璃瓶装制品及新鲜冷藏水果。在果蔬汁生产中应用的最主要的酶是果胶酶 ,它普遍用于以下工艺：(1)果浆处理：可制得部分或全部液化的果肉，以便生产果浆和混浊果汁；提高果汁产量，改进对色素和风味物质等果汁成分的提取；(2)果蔬汁处理：可降低粘度 ,利于浓缩，改善透明度、可溶性和稳定性。其次是纤维素酶，可促进果汁的提取与澄清，提高可溶性固形物含量，并可综合利用果皮渣。目前已成功地将柑橘皮渣酶解制取含果饮料，其中的粗纤维经纤维素酶的降汁后，50%转化为可溶性糖，另50 %降解为短链低聚糖，构成含果饮料的膳食纤维，具有一定的保健医疗价值。利用纤维素酶适当处理，使用纤维素酶处理水果、蔬菜可使细胞壁膨胀、转化，使纤维素类物质降解，提高可消化性和改进口感。现代水果汁加工技术(AFP技术)在 80年代开发的新一代果浆处理酶制剂，用于生产澄清汁，不仅用于贮藏过的难榨汁的水果，还可用于新鲜水果的加工 ,并形成了新的工艺，即所谓“最佳果浆酶解工艺”(OME工艺),其优点是明显提高榨汁率 ,分别为鲜果 (8/9月)5%6 %,贮藏水果 (10月起)15% 18%,使压榨机生产能力提高 30% 100%,果渣量减少 30%50%。90年代的果浆酶解技术称之为现代水果加工技术(AFP技术)，其工艺流程为： 水果 + 液化酶制剂破碎果浆加热带搅拌罐振动筛或离心分离澄清 /超滤浓缩成品AFP技术采用了全果液化工艺，大大提高了生产能力，如一次榨汁进行液化，HP 5000压榨机的能力几乎可达原来的 3倍，汁液可溶性固形物的利用率可达 100 %,出汁率达 92 % 95%(体积比 ),果渣体积最多只有原料体积的 2 % 5%,且可以转为纤维物质用于疗效食品，减少了果汁工厂废物来源，缩短压榨时间，降低了能耗，而且还可以明显提高液化终点的可溶性固形物含量和含酸量 (生成半乳糖醛酸 ),改善果汁口感。2 基因工程技术的应用基因是脱氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）分子的一个片段。基因工程技术可以说是现代化生物技术的核心内容，主要包括重组DNA、基因缺失、基因加倍、导入外源基因及改变基因位置等分子生物学技术手段，为定向改变生物性状提供了理论和技术基础。目前基因工程产品在食品工业中占据了日益重要的地位，使传统农业、传统食品工业发生了根本性的变革。特别是转基因食品，作为现代生物技术的一种高科技产物，在短短的十几年里取得了重大的进步，产生了显著的社会与经济效益，不仅能够生产出口味更佳的食物，而且能够抗病虫害、抵御旱涝灾害、便于储运，大大降低了产品成本，提高了人类的食物产量，这在人口众多的发展中国家，具有重要的现实意义，将是人类解决因人口增加而产生的食物短缺问题和从根本上解决食品营养品质问题的有力手段。美国和欧洲的发达国家已充分认识到转基因食品的发展前景和巨大的市场潜力，并随之注入了大量资金，我国对转基因食品在研究上也予以支持，目前处于世界中等水平。根据科技部和农业部的规划，我国将加快转基因食品的研究开发和商品化应用的步伐，努力缩小与发达国家之间的差距。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。此外，利用基因工程技术，还可以成倍的提高酶的活动，将生物酶基因克隆到微生物中，构建基因菌产生酶。番茄、香蕉、草莓、蜜桃、杏、荔枝等果蔬产品在产后的贮藏、运输及销售过程中，由于果实熟化过程迅速，难以控制，常常导致软化，过熟、腐烂变质，造成巨大损失。而传统的储藏保鲜技术如冷藏、涂膜保鲜、气调保鲜等在储藏费用、期限、保鲜效果等方面均存在着严重的不足，难以满足人民生活日益提高的需求。如今随着对果蔬成熟及软化机理的深入研究和基因工程技术的迅速发展，使得通过基因工程的方法直接生产耐贮藏果蔬品种已成为可能。如采用转基因技术培育番茄可延缓其成熟变软，从而避免运输中的破损。目前无论在国外还是国内都已有商品化的转基因耐贮番茄。促进果实和衰老是乙烯最主要的生理功能。在果实中合成乙烯的关键酶是ACC合成酶和ACC氧化酶，在果实成熟中这两种酶的活力明显增加，导致乙烯生成量急剧上升，促进果实成熟软化。在对这两种酶基因成功克隆的基础上，可以利用反义基因技术抑制这两种基因的表达，从而达到抑制ACC酶的活力，延缓果实成熟软化，延长贮藏期的目的。成功的例子有反义RNA转基因番茄，转基因番茄的乙烯合成抑制率达97%99.5%，果实中不出现呼吸跃变，叶绿素降解和番茄红素的合成亦被抑制，番茄果实不能自然成熟，不变红，不变软，必须使用外源乙烯处理6天后，才能使转基因番茄恢复正常成熟，因此利用反义基因技术可以成功地培育耐贮果蔬新品种，目前有关的研究正在进行，并已扩大到了草莓、香蕉、芒果、桃、西瓜等品种。 3 细胞工程在食品工业中的应用细胞工程技术应用于食品工业是随着细胞培养和细胞融合技术的发展而发展起来的。在细胞培养方面最典型的例子是人参细胞培养成功，还有香料与色素的生产。日本利用培养草莓细胞生产红色素的技术已成功应用于葡萄酒及食品加工之中。利用香草细胞培养技术可大量生产香草香精。当今，白酒、果酒、酱类等食品发酵行业以使用酵母为主，曲菌也适于酒类和酱油生产。这些行业的微生物育种目标是培养出耐乙醇酵母、耐盐酵母、耐高糖酵母、无泡酵母、耐温酵母及谷酰胺酶与蛋白质分解酶活性高的曲菌。具有重要意义的成就是嗜杀其它菌类活性的嗜杀酵母新菌株的培育成功，日本协和发酵公司已完全使用嗜杀性葡萄酒酵母酿制新酒，目前，正研究运用细胞融合技术取得其它菌株，应用于食品发酵工业之中。4 微生物发酵技术的应用应用微生物发酵方法生产的发酵产品，有传统的酿制品、还有酒精、有机酸、氨基酸、单细胞蛋白等。发酵工程是利用微生物的特殊功能生产有用的物质，或直接将微生物应用于工业生产的一种技术体系。这项现代技术包括菌种选育、菌种生产、代谢产物的发酵、以及微生物的利用技术。利用发酵工程技术所取得的成就涉及到新食品配料，食品加工的催化剂，饮料稳定剂， -氨基酸及其衍生物制造，以及废弃物利用和食品品质的检测等。5 生物传感器和生物反应器的应用生物传感器是利用生命物质如酶、抗体等作敏感材料，与电子技术相结合，通过换能器件构成自动化分析系统，用以从多种化合物的复杂样品中选样地测定某一特定成分。其特点是精确、快速、灵敏。其方法包括核酸探针、聚合酶链反应、免疫分析等，在食品上应用于成分分析、病菌毒素检测、残留农药检测等品质管理。模拟生命过程的生物反应器在生产酶制剂和发酵产品中应用广泛。生物反应器如同一根能进行生物体内反应的大试管，将生物细胞或酶等加入其中，设置一定的环境条件，使之发生某些生化反应而大量产生我们所需的产物。生物反应器较之发酵器有着生化反应简单明确，可控程度高，生物性材料可重复使用的特点。三 我国生物技术在食品工业中所面临的问题及应用前景1 食品生物技术研究与产业化存在的问题在我国食品工业中，生物技术工业化产品占有一定的比重，有了良好的开端。但是，与世界上发达国家相比，差距还很大，开发应用尚不够，目前，存在的主要问题表现在以下几个方面，值得重视和努力解决。（1） 安全性目前，食用安全性已成为阻碍生物技术在食品工业中应用的最大问题。日本于1991年4月出台了基因重组食品食品添加剂安全性评价指针，该指针明确指出凡是通过重组DNA技术改造微生物，其产生的各种酶、多肽及其它生物因子必须经过安全性评价才能上市。随后，由于欧美各国已有大量经重组DNA技术改良的农作物出现在国际市场上，该指针又于1996年将种子植物转基因后的食用安全性纳入评价范围。尽管到目前为止仅有食用转基因玉米出现过蛋白质过敏的报道，但由于基因表达的时序性以及人体本身免疫调节系统的存在，使人们对转基因食品的安全性仍然不能完全放心，更何况，由于缺乏对蛋白质空间结构的精确分析手段，根本无法鉴定基因异体表达的蛋白质与目标蛋白质的一致性，因此，转基因食品的安全性问题会在较长的时期里困扰着人们。2001年6月我国正式颁布实施农业作物基因工程安全管理实施办法，该办法对基因技术食品研究、开发、利用的安全性管理做了严格的规定。目前，通过农业部生