基因工程在食品工业中的应用1.doc

基因工程在食品中的应用

课 程:

班级：

学号：

姓 名：

任课教师:

时 间：

摘要：基因工程技术是现代生物技术的核心内容。自从二十世纪七十年代诞生以来，在短短的几十年间已得到了迅速的发展和广泛的应用.它具有从本质上改变生物及食品性能的特性”因此越来越受到食品科技工作者的重视。它涵盖了基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和生物化学工程，其中基因工程发展迅猛，已经成为生物科学领域最有生命力、最引人注目的前沿科学.
关键词:基因工程、食品、应用、发展
一、基因工程的定义
狭义：指用体外重组DNA技术去获得新的重组基因；
广义：
指按人们意愿设计,通过改造基因或基因组而改变生物的遗传特性。如用重组DNA技术，将外源基因转入大肠杆菌中表达，使大肠杆菌能够生产人所需要的产品；将外源基因转入动物,构建具有新遗传特性的转基因动物;用基因敲除手段，获得有遗传缺陷的动物等。
二、基因工程的发展史
基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于本世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学。一般来说，基因工程是指在基因水平上的遗传工程，它是用人为方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在其中”安家落户”,进行正常复制和表达,从而获得新物种的一种崭新的育种技术。
三、概述
生物工程包括:基因工程、微生物工程、蛋白质工程、酶工程、细胞工程。近年来生物技术在食品行业的应用迅速发展。食品生物技术包括基因工程（ genetic engineering）、蛋白质工程（ protein engineering)、酶工程（ enzymeengineering）、发酵技术( fermentation technology)、组织与细胞培养( tissue and cell culture） 、反义RNA（ antisense RNA） 技术等G 生物技术可用以改良食品的营养价值、风味、去除食品的不良特性、延长食品储存期限、节省能源、降低食品加工过程对环境的不利影响。
基因工程食品
基因工程食品是指利用生物技术改良的动植物或微生物所制造或生产的食品、食品原料及食品添加剂等。它是针对某一或某些特性以突变、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强此特性,进而降低生产成本,增加食品或食品原料的价值,例如增强抗病性、改变营养成分，加快生长速度、增强对环境的抗性等。
四、基因工程对食品原料的改良
食品主要的化学成分有碳水化合物、脂质、蛋白质。
（一)水化合物的改良
食品碳水化合物类食品方面利用基因工程来调节淀粉合成过程中特定酶的含量或几种酶之间的比例, 从而达到增加淀粉含量或获得独特性质、品质优良的新型淀粉。例如：通过反义基因抑制淀粉分枝酶可获得完全只含有直链淀粉的转基因马铃薯。这样油炸后的产品更具有马铃薯的风味,更好的构质，较低的吸油量和较少的油味。
（二）油脂的改良
目前，控制脂肪酸链长的几个酶的基因和控制饱和度的一些酶的基因已被克隆成功，并用于研究改善脂肪的品质。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％。而将硬脂酞 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（软脂酸、硬脂酸）的含量有所下降,而不饱和脂肪酸（油酸、亚油酸）的含量则明显增加，其中油酸的含量可增加 7 倍。除了改变油脂分子的不饱和度外,基因工程技术在改良脂肪酸的链长上也取得了实效。事实上，高油酸含量的转基因大豆及高月桂酸含量的转基因油料作物芥花菜 (Canola)在美国已经成为商品化生产的基因工程油料作物品种。
(三)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,让人们只需吃较少的食品，就可以满足营养需求。例如，豆类植物中蛋氨酸的含量很低,但赖氨酸的含量很高；而谷类作物中的对应氨基酸含量正好相反，通过基因工程技术，可将谷类植物慕冈导入豆类植物，开发蛋氨酸含量高的转基因人豆。
五、食品加工
随着食品工业的发展，对酶、蛋白质、氨基酸、香精、甜味剂等原辅料的需求量大增，而这些原辅料传统上靠动植物供应，由于受气候、季节、生长期等因素的影响，供应鼍往往不能满足需要。现在基因工程技术已能将许多酶、蛋白质、氨基酸和香精以及其他多种物质的基冈克隆入合适的微生物宿主细胞中利用细菌的快速繁殖来大量生产。例如将牛胃蛋白酶的基因克隆入微生物体内，由细菌生产这种动物来源的酶类,将解决奶酪工业受制于凝乳酶来源不足的问题;从西非发现的由植物果实中提取的甜味蛋自质（thaumatin）的DNA编码序列已经被克隆入细菌，以生产这种高效低热量新型甜味剂等。
下面重点介绍基因丁程在啤酒工业、乳品工业方面的应用。
（一）啤酒工业
1、大麦的选育：
（1）利用RF［,P（限制性片断长度多样性)技术对人麦进行抗病选育、Q一淀粉酶多基因族分析大麦醇溶蛋白的研究及品种鉴定。
（2)利用转基因技术将外源基因直接导入大麦，用于品种改良、抗虫和抗病选育，人们期待着基因重组技术能产生耐枯斑病等病害的大麦品种。
2、啤酒稻的选育：
大米是啤酒酿造中使用最广的辅料，但普通大米的用帚提高到30%以上
时，麦汁中Q一氨基氮含量会不足而影响酵母的正常生长和发酵.利用基因转移技术、细胞融合技术等选育高蛋白、低脂肪、低NSP（非淀粉多糖）的稻品种，专门用于啤酒酿造，进一步提高辅料比例,降低生产成本。
3、啤酒酵母的改造:
可降低啤酒双乙酰含量而改善啤酒风味；选育出分解B一葡聚糖和糊精的啤酒酵母，能够明显地提高麦汁的分解率并改善啤酒质量;构建具有优良嗜杀其他菌类活性的嗜杀啤酒酵母已成为实现纯种发酵的重要措施.利用粮食替代晶酿造啤酒的首选原料是纤维素因为纤维素自然界存量最多的有机物，某些真菌如平菇、香菇、灵芝、红曲霉等对纤维素有很强的分解能力，如果利用现代基因工程技术将这些真菌中控制纤维素酶，合成的基阗转移到啤酒酵母中去,那么啤酒酵母就能利用纤维素酿造啤酒,改变传统的啤酒生产中消耗大量的大麦和大米等粮食的局面。
（二）乳品工业
l、提高牛乳产量：
将采用基因工程技术生产的牛生长激素(BST)注射到母牛上,可提高母牛产奶量.目前
利用DNA的克隆繁殖技术，把人垂体激素（ST）重组体互）陋UBST的mRNA中，利用外源BST来注射乳牛，可提高15％左右的产奶量,BST现已进入商业化领域。现在英、美等国都已采用BST来提高乳牛的产奶量,具有极大的经济效益，且对人体无害.
2、改善牛乳的成分：
利用13一半乳糖苷酶水解乳中的乳糖，对众多乳糖不耐症者是一个难得的好产品。可将编码通过基因工程技术将B一半乳糖苷酶基因转入GRAS级的微生物细胞作为宿主，在宿主调节基因的调控下,在发酵罐规模上生产表达有优良特性的13一半乳糖营酶基因.此外，针对矿乳白蛋白的mRNA，用核酸编码的转基因，使与乳糖合成有关的a_乳白蛋白（是乳糖产生的催化物质)的基因被淘汰,以此达到降低乳中乳糖含量的目的。
六、基因工程对食品工业用菌种的改良
食品工业如酒类、酱油、酱类、食醋、乳酸菌饮料等发展，关键是在于是否有优良的微生物菌种，应用基因工程、细胞融合及传统微生物突变育种技术从事发酵菌种的改良研究已为数不少.例如：乳酸菌（Lactic Acid Bacteria） 属于革兰氏阳性细菌，常被用于食品发酵加工上，不但富含营养且具整肠、降低胆固醇、低热量等优点，还能使发酵后的产品更具有特殊的风味及质感.Rugter 等人将噬菌体中US3的LytHa 基因和nisA 启动子连接后,转形至L. LacbiS9 得到一株安定的转性株。当乳链菌肽( nisin） 加入后，就会启动nisA 启动子,使之产生溶菌酶LytA 及holin 蛋白质LytH。LytH会使细胞形成孔洞，而LytA由这些孔洞渗透出来后即可进行使细胞壁分解的功能。最后导致细胞壁快速有效的分解.将此基因与风味剂形成的基因（ 如肽酶、脂酶及氨基酸转化酶)合用，在食品工业应用上具有很大的吸引力,其商业化指日可待。
（1）肠道中的双歧杆菌（ bifidobacteria） 代谢糖类后,产生大量乳酸及醋酸，降低pH，抑制致病菌及腐败菌生长，因而减少其代谢产生的有害物质,被认为具有抗癌、抗肿瘤作用，又有证明表明,双歧杆菌具有降胆固醇，提高免疫力的机能。在欧美日本等广泛将此菌应用于食品、医药及饲料中，许多学者致力于双歧杆菌生物技术研究，希望通过基因工程操作系统，使之更符合加工适应性( 如耐氧、耐酸等,以及易于菌种鉴定。
（2)抑菌素（ bcateriocin) 可抑制食品病原菌，其增加蛋白酶活性可缩短发酵时间；增加B—半乳糖甙酶活性可分解乳糖降低其含量;增加溶菌酶可分解病原菌的细胞壁.在酵母菌方面,具备生产葡萄糖淀粉酶能力的酵母菌可提高发酵率；大麦含β—葡聚糖( β-lucan） 常造成过滤设备的阻塞与啤酒的混浊,具β—葡聚糖酶活性的酵母菌可改良啤酒的过滤能力及澄清度;具α—乙酰乳酸脱羧酶活性的酵母菌可加速α—乙酰乳酸转化为乙酰乙醇，减少双乙酰的生成.工业用酵母菌的基因组虽较实验用S. Cereuisiae复杂，但因S. Cereuisie 具优良的遗传学与分子生物学研究体系，将其应用于工业用酵母菌的基因操作可得到事半功倍的效果，前已有基因重组酵母菌应用于试制啤酒、酒,菌方面可改良性状包括提高麦曲菌蛋白酶活性以加速发酵;真菌毒素基因的不活性化或去除可保证产品的安全性，利用葡萄糖氧化酶活性产生葡萄糖酸以提升卫生指标.发酵菌体的基因工程改良也为改变酶活性的另一途径,分泌真菌α—淀粉酶与聚木糖酶的酵母菌重组已经证实可增加30％的面包体积，并降低面包的坚实度.
七、展望
基因工程在食品工业中的应用使食品原料的来源更丰富，食品营养更丰富，更有利于健康，更方便，也能解决世界面临的粮食短缺、能源危机、环境保护等问题，因此基因工程被世界各国看作是二十一世纪经济和科技发展的关键技术。虽然现在转基因食品还没有被人们普遍接受，人们担心转基因食品会对人类健康带来危害，但转基因食品确实有多方面的好处，只要科学层面上控制好，做好检测，相信转基因食品将来也会造福人类.今后，基因工程也将更多地应用于食品工业中，使食品工业展现出崭新面貌。
八、结束语
基因工程技术是一门诞生不久的新兴技术,正如其它一些新技术的产生过程一样，由于人们一开始对新技术的了解程度不够,由此而产生的疑虑和争论是可以理解的。更何况基因工程技术研究的产品与人类健康息息相关。虽然现在对基因工程技术仍有许多争论，但目前科学界已基本上达成共识，即基因工程本身是一门中性技术，只要能正确地使用该项技术就可以造福于人类。
参考文献：
【1】冯志强 浅谈基因工程在食品中的应用 ［期刊论文］ -质量技术监督研究2010(2)
【2】邵学良。刘志伟 基因工程在食品工业中的应用 [期刊论文］ —生物技术通2009（7)
【3】孙建全.张倩.马建军.赵新华 基因工程技术在食品工业中的应用 [期刊论文] —山东农业科学2008(2
【4】汪秋安．基因工程食品［J］．广匿轻工业，2003，6：5-6．
【5】尹国,刘振华,曾姗姗等，基因工程在食品中的应用进展[J］．食品科技，2001,2：17～19．