上海交通大学：《生物技术与人类》通识课程教学资源（小论文）舌尖上的生物技术.doc_大学文库

舌尖上的生物技术马丹萍（上海交通大学数学系 F1207103，上海 200240）摘要：舌尖上的生物技术即生物技术在食品原料生产、加工和制造中的应用。它包括了食品发酵和酿造等最古老的的生物技术加工过程，也包括了应用现代生物技术来改良食品原料的加工品质的基因、生产高质量的农产品、制造食品添加剂、植物和动物细胞的培养以及与食品加工和制造相关的其它生物技术，如酶工程、基因工程、胚胎工程和细胞工程等。关键词：生物技术发酵酶工程基因工程 Biotechnology On the Tongue Danping Ma （F1207103 Mathematics, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240） Abstract: The biotechnology on the tongue is the application of the biotechnology in the food raw materials production, processing and manufacturing. It includes food fermentation and brewing, the oldest of the biological technology processing process. It also includs the application of modern biotechnology to genetic improvement of quality of food raw materials, manufacturing production of high quality agricultural products, food additives, animal and plant cell culture, and the others related to food processing and manufacturing of biotechnology, such as enzyme engineering, genetic engineering, embryo engineering and cell engineering, etc. Keywords: biotechnology, fermentation, enzyme engineering, gene engineering 0 引言舌尖上的中国，让我们见识了中华民族的美食智慧，而蕴藏在平常饮食生活中的科学奥秘也和食物本身的美好一样吸引人。随着科学的发展，生物技术在食品之中的应用不断扩宽，给我们的生活增添更多的便利与新鲜。 1 舌尖上的生物技术的起源与发展生物技术在食品上的应用最早可追溯到几千年前，那时就已经有面包、奶酪、葡萄酒和啤酒等发酵食品。生物技术在食品上的应用的第二阶段大约是 100 年前

左右。在这一阶段，就可以对柠檬酸、多糖、氨基酸、维生素、乙醇等食品进行代谢控制发酵来生产。现在利用基因工程、细胞工程和酶工程等进行食品加工和处理。在基因工程领域，即以DNA重组技术或克隆技术为手段，实现动物、植物、微生物等的基因转移或DNA重组，以改良食品原料或食品微生物。在细胞工程领域，即以细胞生物学的方法，按照人们预定的设计，有计划地改造遗传物质和细胞培养技术，包括细胞融合技术及动植物大量控制性培养技术，以生产各种保健食品的有效成分、新型食品和食品添加剂。在酶工程的应用，是利用酶作为具有高度催化活性和高度专一性的生物催化剂，将其应用于食品生产过程中物质的转化。此外还有在发酵工程中的应用等。 2舌尖上的微生物一一发酵食品 2.1酒的酿造酿酒是利用酵母菌发酵生产含一定浓度酒精饮料的过程。酿酒原料不同，所用微生物及酿造过程也不一样。常用的酵母菌有啤酒酵母，是啤酒生产上常用的典型的上面发酵酵母。卡尔斯伯酵母在啤酒酿造中最常用。汉逊氏酵母能产乙酸乙酯，用于食品增香。此外还有红酵母，假丝酵母等。下面简述几种酒类的酿造过程：白酒多以含淀粉物质为原料，如高粱、玉米、大麦、小麦、大米、碗豆等，其酿造过程大体分为两步：首先是用米曲霉、黑曲霉、黄曲霉等将淀粉分解成糖类，称为糖化过程；第2步由酵母菌再将葡萄糖发酵产生酒精。白酒中的香味浓，主要是在发酵过程中还产生较多的酯类、高级酯类、挥发性游离酸、乙醛和糠醛等。白酒的酒精含量一般在60度以上。啤酒以大麦为原料，啤酒花为香料，经过麦芽糖化和啤酒酵母酒精发酵制成。含有丰富的二氧化碳和少量酒精。由于发酵工艺与一般酒精生产不同，啤酒中保留了一部分未分解的营养物，从而增加了啤酒的香味。啤酒中酒精含量一般为15 度，或更低。 2.2酱油的酿造酱油是用豆、麦、麸皮酿造的液体调味品，色泽红褐色，有独特酱香，滋味鲜美，有助于促进食欲。它是用蛋白质原料（如豆饼、豆粕等）和淀粉质原料（如麸皮、面粉、小麦等)，利用曲霉及其他微生物的共同发酵作用酿制而成的。酱油的酿造方法一般可以分为三种：

左右。在这一阶段，就可以对柠檬酸、多糖、氨基酸、维生素、乙醇等食品进行代谢控制发酵来生产。现在利用基因工程、细胞工程和酶工程等进行食品加工和处理。在基因工程领域，即以 DNA 重组技术或克隆技术为手段，实现动物、植物、微生物等的基因转移或 DNA 重组，以改良食品原料或食品微生物。在细胞工程领域，即以细胞生物学的方法，按照人们预定的设计，有计划地改造遗传物质和细胞培养技术，包括细胞融合技术及动植物大量控制性培养技术，以生产各种保健食品的有效成分、新型食品和食品添加剂。在酶工程的应用，是利用酶作为具有高度催化活性和高度专一性的生物催化剂，将其应用于食品生产过程中物质的转化。此外还有在发酵工程中的应用等。 2 舌尖上的微生物——发酵食品 2.1 酒的酿造酿酒是利用酵母菌发酵生产含一定浓度酒精饮料的过程。酿酒原料不同，所用微生物及酿造过程也不一样。常用的酵母菌有啤酒酵母，是啤酒生产上常用的典型的上面发酵酵母。卡尔斯伯酵母在啤酒酿造中最常用。汉逊氏酵母能产乙酸乙酯，用于食品增香。此外还有红酵母，假丝酵母等。下面简述几种酒类的酿造过程：白酒多以含淀粉物质为原料，如高粱、玉米、大麦、小麦、大米、碗豆等，其酿造过程大体分为两步：首先是用米曲霉、黑曲霉、黄曲霉等将淀粉分解成糖类，称为糖化过程；第 2 步由酵母菌再将葡萄糖发酵产生酒精。白酒中的香味浓，主要是在发酵过程中还产生较多的酯类、高级酯类、挥发性游离酸、乙醛和糠醛等。白酒的酒精含量一般在 60 度以上。啤酒以大麦为原料，啤酒花为香料，经过麦芽糖化和啤酒酵母酒精发酵制成。含有丰富的二氧化碳和少量酒精。由于发酵工艺与一般酒精生产不同，啤酒中保留了一部分未分解的营养物，从而增加了啤酒的香味。啤酒中酒精含量一般为 15 度，或更低。 2.2 酱油的酿造酱油是用豆、麦、麸皮酿造的液体调味品，色泽红褐色，有独特酱香，滋味鲜美，有助于促进食欲。它是用蛋白质原料（如豆饼、豆粕等）和淀粉质原料（如麸皮、面粉、小麦等），利用曲霉及其他微生物的共同发酵作用酿制而成的。酱油的酿造方法一般可以分为三种：

1)酿造法：以黑豆经蒸煮、制麴、下缸日曝发酵调煮而成，此即本省早期以缸为槽的制品。黑豆油膏及清油即为此酿造法，是为本省古老口味的甲級品，不含防腐剂。另一则为以黄豆、脱脂黃豆片、小麦芽经蒸煮或炒：再制麴.混入水槽接种酵母及乳酸菌发酵而成。 2)速酿法（化学法、酸水解法）：以植物性蛋白质经盐酸分解、中和而成的胺基酸液调制而成，此次引起关切的单氯丙二醇皆是本制法所产生，不过本省除及低价位的产品外，皆不会是本法的单一产品。但因其含有刺激性的味道，无法酿造出酱油所特有的香味。 3)混合法：是以上述二种方法以不同比例混合调制的产品。其香味不如纯酿造。 2.3醋的酿造醋是一种发酵的酸味液态调味品，以含淀粉类的粮食（高粱、黄米、糯米、籼米等)为主料，谷糠、稻皮等为辅料，经过发酵酿造而成。醋在烹调中为主要的调味品之一，以酸味为主，且有芳香味，用途较广，是糖醋味的主要原料。它能去腥解腻，增加鲜味和香味，能在食物加热过程中使维生素C减少损失，还可使烹饪原料中钙质溶解而利于人体吸收。食醋因原料和制作方法的不同，可分为发酵醋和人工合成醋两种，其品种主要有米醋、熏醋、白醋等。米醋主要原料为高粱、黄米、麸皮、米糠、盐，经醋曲发酵后制成，呈浅棕色，香味浓郁，质量较好，适合于蘸食和炒菜：熏醋原料除无黄米外，基本与米醋原料相同，发酵后略加花椒、桂皮等熏制而成，颜色较深，以存放时间长者为好，适合于蘸食和炒菜；白醋（又称醋精）为冰醋酸加水稀释而成，醋酸的含量高于米醋等，酸味大，无香味。浓醋酸有一定的腐蚀作用，使用时应根据需要稀释和控制用量。 3舌尖上的速度一一酶工程酶是具有生物催化能力的蛋白质，其催化反应具有高效性和专一性。酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。 3.1果蔬加工中的应用

1）酿造法：以黑豆经蒸煮、制麴、下缸日曝发酵调煮而成，此即本省早期以缸为槽的制品。黑豆油膏及清油即为此酿造法，是为本省古老口味的甲級品，不含防腐剂。另一则为以黃豆、脱脂黃豆片、小麦芽经蒸煮或炒;再制麴.混入水槽接种酵母及乳酸菌发酵而成。 2）速酿法（化学法、酸水解法）：以植物性蛋白质经盐酸分解、中和而成的胺基酸液调制而成，此次引起关切的单氯丙二醇皆是本制法所产生，不过本省除及低价位的产品外，皆不会是本法的单一产品。但因其含有刺激性的味道，无法酿造出酱油所特有的香味。 3）混合法：是以上述二种方法以不同比例混合调制的产品。其香味不如纯酿造。 2.3 醋的酿造醋是一种发酵的酸味液态调味品，以含淀粉类的粮食(高粱、黄米、糯米、籼米等)为主料，谷糠、稻皮等为辅料，经过发酵酿造而成。醋在烹调中为主要的调味品之一,以酸味为主,且有芳香味,用途较广，是糖醋味的主要原料。它能去腥解腻，增加鲜味和香味，能在食物加热过程中使维生素 C 减少损失，还可使烹饪原料中钙质溶解而利于人体吸收。食醋因原料和制作方法的不同，可分为发酵醋和人工合成醋两种，其品种主要有米醋、熏醋、白醋等。米醋主要原料为高粱、黄米、麸皮、米糠、盐，经醋曲发酵后制成，呈浅棕色，香味浓郁，质量较好，适合于蘸食和炒菜；熏醋原料除无黄米外，基本与米醋原料相同，发酵后略加花椒、桂皮等熏制而成，颜色较深，以存放时间长者为好，适合于蘸食和炒菜；白醋(又称醋精)为冰醋酸加水稀释而成，醋酸的含量高于米醋等，酸味大，无香味。浓醋酸有一定的腐蚀作用，使用时应根据需要稀释和控制用量。 3 舌尖上的速度——酶工程酶是具有生物催化能力的蛋白质，其催化反应具有高效性和专一性。酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。 3.1 果蔬加工中的应用

水果蔬菜加工用酶中最常用的有果胶酶，纤维素酶，半纤维素酶，淀粉酶，阿拉伯糖酶等。其中果胶酶已成为许多国家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。利用果胶酶可以明显提高果汁澄清度，增加果汁出汁率，降低果汁相对粘度，提高果汁过滤效果。果胶酶主要由滋生物来生产，人们通过一系列诱变育种技术，可以筛选优良菌种。随着人们对天然健康食品的不断需求，近年来，采用果胶酶和其他的酶（如纤维素酶等）处理可以大大提高出汁率，简化工艺步骤，并且可制得透明澄清的蔬菜汁。再经过种种调配就可以制成品种繁多的饮料食品，如胡萝卜汁，南瓜汁，番茄汁，洋葱汁饮料等。葡萄糖氧化酶可用于果汁脱氧化，国内外对其生产及固定化方法进行了深人的研究。特别是近年来，随着葡萄糖酸钙，酸锌，酸铁等葡萄糖酸系列产品的兴起，需求日益增加，因而开发性能优良的固定化葡萄糖氧化酶用以氧化葡萄糖生产葡萄糖酸具有实际意义。 3.2蛋白质加工中的应用蛋白酶能将蛋白质水解为肤和氨基酸，提高和改善蛋白质的溶解性，乳化胜，起泡性，粘度、风味等。利用蛋白酶制剂可以避免酸水解，碱水解对氨基酸的破坏作用，保证蛋白质营养价值不受影响。在豆乳的生产中，传统工艺中存在着原材料利用率低、稳定性差、复溶性不好等缺点。利用蛋白酶的作用，豆乳中的蛋白质和碳水化合物被降解，这样就可以提高原材料利用率，增加产品稳定性，改进产品的营养价值。从大豆发酵食品中可提取一种枯草杆菌蛋白酶，其最适反应 PH值和温度分别为9.0和48℃，它可以在碱性和受热环境下水解纤维蛋白。 4舌尖上的“上帝”一一基因工程近二十年来，基因工程技术，尤其是基因克隆和基因重组技术的诞生和发展，为定向改变生物性状提供了理论和技术基础。1982年转基因“超级鼠”的构建成功，1985年转基因鱼的出现，揭开了基因工程技术在食品领域中应用的序幕，基因工程食品也从此诞生，并在人们的日常生活中占有越来越大的比重。基因工程技术在食品领域中的作用目前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。 4.1食品生物资源的改造 4.1.1对植物资源的改造基因工程技术的应用使食品行业在原料选择及供应方面更加自由，应用克隆技术、DNA重组技术、转基因技术，以高产、优质、抗虫、抗病、高蛋白含量为主要目标改造植物性食品资源。蛋白酶抑制基因、淀粉酶抑制基因、外源凝集素基

水果蔬菜加工用酶中最常用的有果胶酶，纤维素酶，半纤维素酶，淀粉酶，阿拉伯糖酶等。其中果胶酶已成为许多国家果汁、蔬菜汁加工的常用酶之一。利用果胶酶可以明显提高果汁澄清度，增加果汁出汁率，降低果汁相对粘度，提高果汁过滤效果。果胶酶主要由滋生物来生产，人们通过一系列诱变育种技术，可以筛选优良菌种。随着人们对天然健康食品的不断需求，近年来，采用果胶酶和其他的酶(如纤维素酶等)处理可以大大提高出汁率，简化工艺步骤，并且可制得透明澄清的蔬菜汁。再经过种种调配就可以制成品种繁多的饮料食品，如胡萝卜汁，南瓜汁，番茄汁，洋葱汁饮料等。葡萄糖氧化酶可用于果汁脱氧化，国内外对其生产及固定化方法进行了深人的研究。特别是近年来，随着葡萄糖酸钙，酸锌，酸铁等葡萄糖酸系列产品的兴起，需求日益增加，因而开发性能优良的固定化葡萄糖氧化酶用以氧化葡萄糖生产葡萄糖酸具有实际意义。 3.2 蛋白质加工中的应用蛋白酶能将蛋白质水解为肤和氨基酸，提高和改善蛋白质的溶解性，乳化胜，起泡性，粘度、风味等。利用蛋白酶制剂可以避免酸水解，碱水解对氨基酸的破坏作用，保证蛋白质营养价值不受影响。在豆乳的生产中，传统工艺中存在着原材料利用率低、稳定性差、复溶性不好等缺点。利用蛋白酶的作用，豆乳中的蛋白质和碳水化合物被降解，这样就可以提高原材料利用率，增加产品稳定性，改进产品的营养价值。从大豆发酵食品中可提取一种枯草杆菌蛋白酶，其最适反应 PH 值和温度分别为 9.0 和 48℃，它可以在碱性和受热环境下水解纤维蛋白。 4 舌尖上的“上帝”——基因工程近二十年来，基因工程技术，尤其是基因克隆和基因重组技术的诞生和发展，为定向改变生物性状提供了理论和技术基础。1982 年转基因“超级鼠”的构建成功，1985 年转基因鱼的出现，揭开了基因工程技术在食品领域中应用的序幕，基因工程食品也从此诞生，并在人们的日常生活中占有越来越大的比重。基因工程技术在食品领域中的作用目前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。 4.1 食品生物资源的改造 4.1.1 对植物资源的改造基因工程技术的应用使食品行业在原料选择及供应方面更加自由，应用克隆技术、DNA 重组技术、转基因技术，以高产、优质、抗虫、抗病、高蛋白含量为主要目标改造植物性食品资源。蛋白酶抑制基因、淀粉酶抑制基因、外源凝集素基

因、昆虫毒素基因均己被克隆和转入相应的植物中。1982年美国一家公司成功地把细菌抗卡那霉素的基因转入向日葵、烟草中是基因技术改造农作物性状的一个里程碑，随后获得了多种抗逆性的农作物。如今，通过转基因技术培养的具有抗虫能力的西红柿、烟草、马铃薯，可抗病毒感染的稻米和番茄、甘薯都已成功，有的已被批准种植生产。利用基因技术可以改善和提高农作物的品质，增加其食用和营养价值。通过转基因技术使甜味蛋白已在马铃薯中成功表达，而通过转基因小麦控制一种谷蛋白亚基的数量和合成，改善了面粉的粘弹性，高蛋白含量及高不饱和脂肪酸含量的油料作物及粮食作物也已培育完成并形成商品。 4.1.2对动物资源的改造通过转基因技术改良新的动物品种是一项发展迅速的生物技术。其主要技术是：从目的供体物种体内获得带有特定优良遗传性状的DNA片段，即目的基因，直接或通过载体导入被改造物种即受体物种的胚胎内，从而培养出优良的新品种。如今，生长速度快，抗病力强、肉质好的转基因鸡、兔、猪等已经培育成功，生长快、个体大的“超级鲤”、产奶量高的试管牛已经诞生。乳汁中含有疫苗及人的凝血因子的转基因羊也获得了成功，生产的羊奶既可食用又可药用，为通过动物廉价大量生产人类的珍贵药物迈出了重大的一步。 4.2提高食品品质和改善食品风味 4.2.1食品添加剂食品添加剂主要有防腐剂、抗氧化剂、增鲜剂、酸味剂和甜味剂、食品强化剂等。国外采用基因工程和细胞融合技术，培育出生产谷氨酸、苏氨酸、精氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸等的优良菌种，在提高产量和缩短发酵周期方面已取得显著成就。利用基因技术和细胞工程技术还可以生产独特的食品香味剂和风味剂，如香草素、可可香素、菠萝风味剂，以及高级的天然色素，如类胡萝卜素、花色苷素、咖喱黄、紫色素、辣椒素和靛蓝等，并且通过这杂种选育的色素含量高、色调和稳定性好。 4.2.2用于食品工业中的酶工业化酶制剂的品质改良及新品种开发是现代生物技术介入最多的一个领域，并己取得令人瞩目的成果。国际上工业用酶超过50.种之多，如a-淀粉酶、葡萄糖异构酶、蛋白酶、胆固醇合成酶抑制剂等。酶制剂主要用于酒类、饮料、乳制品、甜味剂、糖果、面包、风味剂、淀粉加工等生产领域。DNA重组技术对酶

因、昆虫毒素基因均已被克隆和转入相应的植物中。1982 年美国一家公司成功地把细菌抗卡那霉素的基因转入向日葵、烟草中是基因技术改造农作物性状的一个里程碑，随后获得了多种抗逆性的农作物。如今，通过转基因技术培养的具有抗虫能力的西红柿、烟草、马铃薯，可抗病毒感染的稻米和番茄、甘薯都已成功，有的已被批准种植生产。利用基因技术可以改善和提高农作物的品质，增加其食用和营养价值。通过转基因技术使甜味蛋白已在马铃薯中成功表达，而通过转基因小麦控制一种谷蛋白亚基的数量和合成，改善了面粉的粘弹性，高蛋白含量及高不饱和脂肪酸含量的油料作物及粮食作物也已培育完成并形成商品。 4.1.2 对动物资源的改造通过转基因技术改良新的动物品种是一项发展迅速的生物技术。其主要技术是：从目的供体物种体内获得带有特定优良遗传性状的 DNA 片段，即目的基因，直接或通过载体导入被改造物种即受体物种的胚胎内，从而培养出优良的新品种。如今，生长速度快，抗病力强、肉质好的转基因鸡、兔、猪等已经培育成功，生长快、个体大的“超级鲤”、产奶量高的试管牛已经诞生。乳汁中含有疫苗及人的凝血因子的转基因羊也获得了成功，生产的羊奶既可食用又可药用，为通过动物廉价大量生产人类的珍贵药物迈出了重大的一步。 4.2 提高食品品质和改善食品风味 4.2.1 食品添加剂食品添加剂主要有防腐剂、抗氧化剂、增鲜剂、酸味剂和甜味剂、食品强化剂等。国外采用基因工程和细胞融合技术，培育出生产谷氨酸、苏氨酸、精氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸等的优良菌种，在提高产量和缩短发酵周期方面已取得显著成就。利用基因技术和细胞工程技术还可以生产独特的食品香味剂和风味剂，如香草素、可可香素、菠萝风味剂，以及高级的天然色素，如类胡萝卜素、花色苷素、咖喱黄、紫色素、辣椒素和靛蓝等，并且通过这杂种选育的色素含量高、色调和稳定性好。 4.2.2 用于食品工业中的酶工业化酶制剂的品质改良及新品种开发是现代生物技术介入最多的一个领域，并已取得令人瞩目的成果。国际上工业用酶超过 50.种之多，如α-淀粉酶、葡萄糖异构酶、蛋白酶、胆固醇合成酶抑制剂等。酶制剂主要用于酒类、饮料、乳制品、甜味剂、糖果、面包、风味剂、淀粉加工等生产领域。DNA 重组技术对酶

工业的渗透，导致了酶工业质的飞跃，已有多个国家实现了α-淀粉酶的克隆化，日本则利用基因技术，使α-淀粉酶发酵产率提高近 200 倍，而且有极强的热稳定性。目前，已经商品化的基因工程酶还有枯草杆菌蛋白酶、水解酶、脂酶、凝乳酶等。 4.2.3 食品卫生检测利用生物技术开发出来的快速准确检测方法有酶免疫分析法、放射免疫分析法、单克隆抗体法、DNA 探针法。DNA 探针检测食品中病源微生物的一般程序是，首先对样品中的目标 DNA 进行 PCR 特异性扩增，然后用相应的各种 DNA 探针检测 PCR 扩增产物。 5 结语 21 世纪的食品工业将是一个继续快速发展的行业，随着现代生物技术的进一步发展和应用，食品行业发生变革是必然的趋势。21 世纪将是生物技术的光辉世纪，食品工业将成为现代生物技术应用最广阔、最活跃、最富有挑战性的领域，随着现代生物技术在食品领域的广泛应用，食品工业将不再是传统农业食品的概念，工业食品将在人们日常生活中占据重要的地位。我们要充分利用世界生物技术迅猛的锲机，重视食品生物技术的研究，利用现代生物技术，促进我国食品工业的改革，实现我国食品工业的健康有序地发展。【参考文献】【1】范伟平，欧阳平凯. 酶工程技术在食品添加剂生产中的应用[J]. 食品工业科技，1997（6）：81~83 【2】金其荣，徐云. 高温根霉低聚糖酶制备淀粉原料低聚直链葡萄糖浆[J]. 食品科学，1991（7）—8—12 【3】易自力，刘选明，等. 植物抗虫基因的研究与应用. 高新技术通讯，1999， 60（9）：53~57 【4】阿尔贝萨松. 生物技术——挑战与希望. 北京：科学文献出版社，1989 【5】徐茂军. 基因探针技术及其在食品卫生检测中的应用. 食品与发酵工业， 2001,27（2）：66~71