刘兆庆 
（吉林省农业科学院农产品加工研究中心 公主岭136100）

摘  要：  本文简要介绍了生物技术概念、内容，探讨了生物技术在食品工业中的应用，如利用基因工程改良食品加工的原料、改良微生物的菌种性能、生产酶制剂、生产保健食品的有效成分等。并论述了生物技术对食品工业发展的影响，且着重阐述了生物技术在农副产品深加工中的作用，提出如何利用生物技术促进我国农副产品加工技术发生质的飞跃，以适应国际新形势的发展要求。同时借助生物技术改造传统工艺，提高产品质量以及对食品快速、准确检测。因此，食品生物技术产业已逐渐成为食品工业的支柱，生物技术本身也将为全球性的食物、环保和健康等问题的有效解决提供有力支撑。
关键词  生物技术 食品工业 农副产品 影响
生物技术(Biotechnology-Derived)是指“利用生物有机体（从微生物直至高等动物、植物）或其组成部分（包括器官、组织、细胞或细胞器等）发展新产品或新工艺的一种体系”或“操纵生物（微生物、动物、植物）的细胞、组织或酶，进行生物合成、生物转化或生物降解，大规模地生产预期产品或达到特殊目的的一门技术”。食品生物技术是生物技术的重要分支学科，主要指生物技术在食品工业中的应用。
生物技术已经被应用了几个世纪，传统上它曾被集中用于生产多种食品，如面包、奶酪、米酒、啤酒、葡萄酒以及酱油等。近三十年来，细胞生物学和分子生物学等领域在理论与方法上的突飞猛进以及当代较高水平的科技背景和社会的需求，推动、促进了生物技术从传统技术转化为高新技术，并形成了现代生物技术这一高科技领域。
1、 生物技术
现代生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等。
1.1 基因工程 
基因工程又称分子克隆或DNA重组技术，是指用酶学法，将异源基因与载体DNA在体外进行重组，将形成的重组因子转入受体细胞，使异源基因在其中复制并表达，从而改造生物特性，生产出目标产物的高新技术。
1.2 细胞工程
细胞工程包括细胞融合技术、动物细胞工程和植物细胞工程等内容。用于生产功能食品有效成分、新型食品和食品添加剂。
1.3 酶工程 
酶工程主要内容是固定化酶或固定细胞，以实现控制工程生产的能力，可直接用于食品生产过程中物质的转化。
1.4 发酵工程 
生物技术起源于传统的食品发酵。而传统的发酵技术已发展为现代的发酵工程学。可用于工业化生产预定的食品或食品功能成分。
2、生物技术在食品工业中的作用
1.1 食品资源的改造
应用现代生物技术，特别是对DNA进行操作，将DNA从一个生物转化至另一生物体内，这样可以将任何生物的性状转移到植物、动物和微生物中。此技术现已用于改造用作食品的植物、动物和微生物。同时，人们采用细胞生物学方法，建立了细胞融合技术及动、植物细胞控制性培养技术，按照预定的设计改造遗传物质和进行细胞培养。基因工程和细胞工
程技术的应用，一方面提高了农作物产量，改善农作物的抗虫、抗病、抗除草剂、抗寒等方面能力，另一方面使食品的营养价值、风味品质得到改善，食品储藏和保存时间有所延长。如利用基因工程技术改造大豆可使其植物油组成中含较高的不饱和脂肪酸，提高油品品质；还可以降低某些粮油作物中抗营养因子和有毒成分含量，提高作物中某些生物活性成分如超氧化物歧化酶（SOD）、活性多糖，增加水溶性膳食纤维含量等。据统计，美国农业部现已批准生产的转基因农作物有七大类，35种。我国现已批准可商业化生产的有六项，涉及食品的有三项，包括转基因耐储藏番茄，抗黄瓜花叶病毒甜椒，抗花叶病毒番茄。处于中试阶段的与食品有关的转基因植物有抗除草剂水稻、抗虫水稻、抗病毒大白菜、抗病毒番茄、转Bt基因抗虫棉花、抗青枯叶病马铃薯、抗旱马铃薯、高氨基酸马铃薯等。
2.2  食品加工过程和食品品质的改良
2.2.1 改良食品微生物的生产性能
    在微生物发酵生产食品的过程中，微生物的性能是关键。由于微生物的遗传变异性及生理代谢的可塑性是其它生物难以比拟的，因此，微生物资源的开发具有很大潜力。目前主要采用常规诱变、杂交方法与细胞融合、基因工程技术结合实施菌种改造以及采用基因工程和蛋白质技术构建“基因工程菌”，从而使其发酵能力更强，过程更为合理，目的更为明确，成本更加低廉。如在啤酒的生产中将α—乙酰乳酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达，可明显降低啤酒双乙酰含量，从而改善啤酒风味。氨基酸是我国新型的发酵工业产品之一，目前，国外已有苏氨酸、组氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸等五种氨基酸用重组工程菌实现了工业化生产，且达到较高生产水平。
2.2.2 应用于食品酶制剂的生产
    酶在食品工业中的应用十分广泛。利用基因工程技术不但可以成倍地提高酶的活力，而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中，构建基因工程菌来生产酶制剂。据统计，目前有50%左右的工业用酶是用转基因微生物生产的。利用基因工程可使多种淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、氨基酸合成酶的催化活性、稳定性得到提高。
2.2.3 在食品组分的改性及加工中的应用
    食品组分的功能性质对食品的使用价值具有重要的影响。酶制剂可用于食品中的蛋白质、碳水化合物和脂肪的改性。例如，蛋白酶可以改善蛋白质的溶解性；新型食品酶制剂转谷氨酰胺酶可以使蛋白质分子间发生交联，因而可用于增加大豆蛋白的胶凝性能，使其具有更好的加工品质。在食品加工过程中，通过适当、适量地添加一些酶类，可以改善产品的色泽，风味和质构，如用葡萄糖氧化酶可去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色泽；葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香；木瓜蛋白酶可分解胶原蛋白，用于肉制品的嫩化。对于含有难消化成分的食品，可以通过添加一些酶类，改善这些食品的营养和消化利用性能。
3、生物技术推动食品工业的可持续发展
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。
3.1 生物技术在处理污染物时，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。
3.2 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。
3.3 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。
3.4 用生物制品取代化学药物、人工合成物等，有助于把人类活动产生的环境污染降至最低水平，使经济发展进入可持续发展的轨道。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。
4、 生物技术对农副产品深加工的影响
食品工业总产值与农业总产值之比是衡量一个国家食品工业发展水平的重要标志。我国食品工业产值与农业总产值之比为0.3—0.4：1，远低于发达国家2—3：1的水平。我国粮食、油料、豆类、果品、肉类、蛋类、水产品等产量均位居世界第一位，但加工程度很低，仅为25%左右，也远远低于发达国家加工能力70%以上的水平。生物技术可以迅速提高农副产品加工能力和水平，使我国农副产品加工技术在整体上实现跨越式发展，甚至能在一些重大关键技术领域达到世界先进水平。其在农副产品深加工和综合利用方面的应用，主要包括以下几个方面。
4.1 适宜贮藏加工品种的选育推广，以便向食品、医药行业提供更多的易于贮藏的工业原料。主要利用遗传工程技术选择培育对乙烯敏感性低的新品种，从基因工程角度解决农副产品的保鲜问题。
4.2 玉米深加工综合利用，为新型糖源、变性淀粉、玉米油、发酵酒精、环状糊精以及工业用材料提供优质充足的原料。尤其是利用玉米生产工业用原料，我国起步晚、投入少、研究力量薄弱，与发达国家相比，有较大差距。但生物法生产工业用原料，是以“绿色化学”为特征，利用可再生资源，生产清洁，对环境无污染，符合21世纪可持续发展需要，前景十分广阔。目前比较有前途的工业原料主要是L—乳酸、聚乳酸、赤藓糖、1.3—丙二醇等，其应用领域主要包括地毯、织物、无防布、薄膜、包装材料、食品及医药行业等。
4.3 肉、奶、水产品加工利用。肉类方面重点是提高综合品质以及瘦肉、嫩肉和肥肉的综合利用；奶制品的研究重点是发酵乳制品；鱼类产品的研究主要是从淡水鱼内脏、鱼眼、精卵巢中分离提取有效成分，开发生产保健和药物制品。
4.4 优质植物蛋白加工利用及新植物蛋白资源的开发。主要是植物蛋白的营养健康功能的开发利用，如酶解法生产多肽及氨基酸等。
4.5 麦穗、稻草、豆秸、木屑、枝叶、玉米秸杆、花生壳、薯蔓等植物纤维素资源通过生物转化，可生产一些重要的生物产品。
5、生物技术在食品检测中的应用
5.1食品微生物检测
随着我国国民经济的发展，食品消费量不断增加，随之而来的因食品所引起的食物中毒问题日益突出，严重威胁人民的身体健康。目前，我国食品中致病菌的检测普遍采用传统的细菌学检验方法（如细菌分离培养等）和血清学方法（如凝集反应、沉淀反应、琼脂扩散试验等）。这些常规方法进行食品检测不仅操作繁琐、费时费力，需要4—5天时间，而且检测的准确性不高，已越来越不能满足日益发展的社会需求。因此，建立一些快速、准确的食品中微生物的检测方法已成为当务之急。
采用核酸探针（基因探针，DNA  Probe）和多聚酶链反应（Polymerase Chain Reaction, PCR）技术检测食品中的致病菌，是21世纪的发展方向。
5.2食品中转基因成分的检测
   研究开发检测鉴定食品和原料中重组DNA及其表达产物的实际应用方法，是各国对转基因食品进行标签管理的基础。欧盟于1996年联合20多个实验室成立了Bgw研究转基因作物的检测方法，德国和Bgw合作检测香肠中的转基因成分，许多国家由政府相关部门或委托学术机构进行这一工作，如英国（The Institute for Food Research in Norwich）和日本(National  Food  Research  Institute)。目前实验室研究的检测技术可分为三大类：免疫学方法、核酸探针法和分子标记法，主要是检测食品或原料中重组DNA或其表达产物（如蛋白质）。
   表1为食品中转基因成分的检测方法比较。ELISA分析法有其特点，尤其适用于无须加工的原料性食品，但对于加工品则有局限性，因为重组基因产物会因加工处理而失活、分解或消失，使检测的不确定性增加。DNA在加工中稳定性较好，因此加工性转基因食品的检测方法常常针对DNA设计。适用于重组DNA的检测方法有DNA杂交、AFLP和PCR等等。与ELISA相比，PCR灵敏度高，可用于微量分析和较多的加工品。
表1食品中转基因成分的检测方法比较
检测方法
基因检测—PCR
蛋白检测—ELISA
灵敏性
分析量
方法难易
适用范围
高度灵敏(<0.1%)
微量分析
难处理和操作
可应用于经过加工的食品
灵敏度较高(>0.1%)
定量分析
易处理和操作
难应用于加工品
总之，食品工业是生物技术应用的重要领域，利用生物技术可将农副产品原料加工成产品并产业化，进行二次开发形成新的产业，从而延长农业产业链条，实现农业生产发展与农业增效、农民增收的统一。同时借助生物技术改造传统工艺，提高产品质量以及对食品快速、准确检测。因此，食品生物技术产业已逐渐成为食品工业的支柱，生物技术本身也将为全球性的食物、环保和健康等问题的有效解决提供有力支撑。

作者简介：
刘兆庆（1963—），男，助研，一直从事农产品、特产品的加工研究工作，并在该领域中获得多项国家发明专利。研究方向为长白山特产加工。