随着科学技术的进步、经济的发展和人民生活水平的不断提高，人民对食品的组成、营养价值和感官的要求也越来越高。食品工业已不再是传统雷竞技ap官网入口 食品的概念，工业食品将在人们的日常生活中占据重要的地位。在这一进程中，生物技术已显露锋芒。尤其是近30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学技术背景和社会的需求，推动、促进了生物技术从传统技术转化为高技术，并形成了现代生物技术这一高科技领域，由此为食品工业的技术进步注入了新的活力。
食品工业与生物技术
生物技术是“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、植物、动物）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”。生物技术已经被应用了几个世纪，传统上它曾被集中地用于生产多种食品，如面包、奶酪、啤酒、葡萄酒以及酱油、米酒和发酵的乳制品。在“八五”期间我国完成了180多个生物技术在食品领域中应用研究的攻关项目，并取得了重大成果。目前国际市场上以生物技术为基础的食品工业产值占食品工业总产值15％以上。2002年5月，国家计委、国家经贸委和雷竞技ap官网入口 部联合颁布了《全国食品工业“十五”发展规划》，提出了食品工业发展的重点及主要方向，其中依赖于生物技术的领域有：
酿酒行业 21世纪酿酒工业的发展方向是：（1）产品优质、低度和多品种，生产过程低消耗、少污染和高效益。（2）整个酒类行业的产品结构要以节粮和满足消费为目标，进行普通酒向优质酒、高度酒向低度酒、蒸馏酒向酿造酒以及粮食酒向水果酒的转变。这些发展完全是以生物技术为基础的。
发酵制品行业 采用现代生物技术可以调整发酵制品行业的产品结构，实现因地制宜、经济合理地选用原料；可以改进发酵工艺，降低生产成本，提高质量和得率；可以加强综合利用，实现清洁生产。
食品添加剂行业 生物技术是发展天然、营养、多功能且安全可靠的食品添加剂，以及提高食品添加剂质量、扩大食品添加剂应用领域的根本保证。
与生物技术密切相关的内容还有：
1．新兴大豆食品的开发，大豆资源的综合利用，具有特殊营养功能的大豆新产品的研制。
2．玉米深加工生产高质量、高附加值、高效益的工业产品的研究。
3．优质、高产、抗逆等专用马铃薯品种的选育和高淀粉型、油炸型、高蛋白型等专用品种的培育。
4．原料奶产量的提高和成分的改善，功能性乳制品的生产。
5．高档、优质、方便、卫生、营养的肉制品的生产，肉类加工副产品的综合利用开发生物制品。
6．新糖品资源的开发。
7．果蔬加工业水平的提升和果蔬资源利用率的提高。
8．以我国具有资源优势的农产品为主要原料的饮料产品的研制，产品的升级换代和附加值的提高。
9．功能因子明确、功能作用显著的功能食品的开发，适应不同人群的特需保健品的生产。
10．产品加工比例和加工技术水平的提高，高营养，低脂肪、无公害水产食品的研制。 生物技术在食品工业发展中的应用
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。到目前为止，生物技术在食品工业中的作用表现在4个方面：一是食品原料和微生物的改良，提高食品营养价值及加工性能；二是生产各种功能食品有效成分、新型食品和食品添加剂；三是可直接应用于食品生产过程中物质的转化；四是工业化生产预定的食品或食品的功能成分。此外，在食品生产相关领域，如食品包装、食品检测等方面，生物技术也得到越来越广泛的应用。
（一）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个生物（重组DNA技术），这样可以将任何生物的性状转移到植物、动物和微生物中。这项技术现已用于改造或转化当今用作食品的植物、动物和微生物。与此同时，人们采用细胞生物学方法，建立了细胞融合技术和动物、植物细胞大量控制性培养技术，按照预定的设计改造遗传物质和进行细胞培养。上述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和改善农作物的抗虫、抗病、抗除草剂和抗寒等能力，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。
从目前生物技术的应用现状来看，经过DNA重组技术和细胞融合技术改造的食品原料大致有以下特征：
1．抗病、抗虫、抗除草剂和抗旱性等作物据统计，到1999年美国雷竞技ap官网入口 部已经批准生产的转基因农作物有七大类35种，其中仅两种抗病番木瓜，就挽救了美国夏威夷番木瓜产业。抗虫和推迟成熟的西红柿，可减少化学农药的使用和对其依赖性，减少环境污染、运输损失。我国已批准商业化生产有六项，涉及食品的有三项，包括北京大学培育的转基因抗黄瓜花叶病毒甜椒、抗黄瓜花叶病毒番茄，目前累计种植3000多亩；我国第一个商品化生产的转基因耐储藏番茄，在室温下储藏56天，好果率达70％以上。
2．速生高产生物如我国正在田间试验中的超级水稻、转基因鲤鱼、高产奶量的转基因试管牛等。
3．具有特殊品质的基因工程生物如细胞工程技术已培养出含水量大大降低的西红柿、洋葱、马铃薯新品种，其特点是可节约单耗、加工能耗、延长货架期；培养出了带咸味和奶味的适宜膨化加工的玉米新品种，以适应低盐、低脂肪的消费需要；获得了出油率高、不饱和脂肪酸含量较高的油料作物等。
（二）食品加工过程和食品品质的改良
1．改良食品微生物的生产性能
由于微生物的遗传变异性及生理代谢的可塑性是其他生物难以比拟的，因此微生物资源的开发具有很大潜力。目前的工作包括采用常规的诱变、杂交方法与细胞融合、基因工程技术结合进行菌种改造，和采用基因工程和蛋白质工程技术构建“基因工程菌”。这些研究工作的意义包括：
（1）提高发酵食品质量并使加工过程更合理化。啤酒是我国传统的发酵工业产品之一，2001年我国啤酒年产量2300万吨（世界第二），产值426亿元人民币。生物技术已用于啤酒酵母的改造，如将α－乙酰乳酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达，可降低啤酒双乙酰含量而改善啤酒风味；选育出分解β－葡聚糖和糊精的啤酒酵母，能够明显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。
（2）实现重要产品的高水平、低成本生产。氨基酸是我国新型的发酵工业产品之一，目前，国外已有5种氨基酸用重组菌实现了工业化生产，达到较高水平（如苏氨酸60g／L、组氨酸42g／L、脯氨酸75g／L、丝氨酸40g／L和苯丙氨酸60g／L）。生物技术专家还将霉菌的淀粉酶基因转入酵母中使其能直接利用淀粉生产酒精，省掉了高温蒸煮工序，可节约60％的能源，生产周期大为缩短。这对我国年产量约350～400万吨，产值达150～200亿元的酒精工业将产生重大影响。
2．应用于食品酶制剂的生产
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。据1995年统计，已有50％的工业用酶是用转基因微生物生产的。
转基因微生物生产酶有许多优点，如产量高、品质均一、稳定性好、价格低等。第一个应用于食品上的基因工程酶为凝乳酶（Chymosin），它是制造干酪过程中起凝乳作用的关键酶，传统来源是从小牛皱胃液中提取，随着干酪工业的发展，全世界每年要宰杀5000万头小牛，造成全球性小牛短缺，酶成本不断提高。人们曾经尝试用微生物代用品或其他动物来源的凝乳酶，但效果均不理想。基因工程解决了这一难题。1981年科学家把小牛胃中凝乳酶基因转移至细菌或真核微生物生产凝乳酶获得成功，1990年美国FDA已批准使用。近20年来用基因工程菌发酵生产的食品酶制剂主要有：凝乳酶、α－淀粉酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖异构酶、转化酶、普鲁多糖酶（茁霉多糖酶）、脂肪酶、α－半乳糖苷酶、β－半乳糖苷酶、α－乙酰乳酸脱羧酶、溶菌酶、碱性蛋白酶等。
3．酶制剂应用于食品组分的改性和食品加工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，使肉制品等添加大豆蛋白后具有更好的品质。
在食品加工过程中，通过添加一些酶类，可以改善产品的色泽、风味和质构。如用葡萄糖氧化酶可以去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色泽；用脂酶和蛋白酶可加速奶酪的成熟；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。
4．食品添加剂的生产
由于从植物中萃取食品添加剂，来源有限、成本昂贵；化学合成食品添加剂虽成本较低，但常可能危害人体健康。因此，生物技术，特别是发酵工程技术已成为食品添加剂生产的首选方法。
目前，国内外重点研究开发的食品添加剂有：甜味剂中的木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等；酸味剂中的L－苹果酸、L－琥珀酸等；氨基酸中的各种必需氨基酸；增稠剂中的黄原胶、普鲁兰、茁霉多糖、热凝性多糖等；风味剂中的多种核苷酸、琥珀酸钠、香茅醇、双乙酰等；芳香剂中的脂肪酸酯、异丁醇等；色素中的类胡萝卜素、红曲霉色素、虾青素、番茄红素等；维生素中的维生素C、维生素B12、核黄素、肉碱等；生物活性添加剂中的各种保健活菌、活性多肽等；以及一些天然食品防腐剂，如乳链菌肽、杀菌肽、瓜蟾抗菌肽、防御素等。
（三）食品工业的可持续发展
生物技术已是保证食品工业可持续发展应用最广、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物处置（资源化）、环境监测、环境友好材料的合成、污染环境的修复和清洁生产等与食品工业可持续发展密切相关的各个方面，发挥着极为重要的作用。在过去的一个世纪中，生物技术在解决食品工业环境污染和可持续发展等问题上，表现出的特点有：
1．生物技术处理污染物时，最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷等。利用生物方法处理食品工业污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次转移，因此它是一种安全而彻底地消除污染的方法。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。
2．由于大部分食品工业污染物有机物含量高，本身无毒性，适于作为生物过程反应的底物，其中一些有机污染物经生物过程处理后可转化成沼气、酒精、生物蛋白等有用物质。因此，生物处理方法也常常是食品工业有机废物资源化的首选技术。
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，因此，生物反应过程通常是在常温、常压下进行的。另外，酶对底物有高度的特异性，因此，生物转化的效率高，副产物少，这与常常需要高温、高压条件的化工过程相比，反应条件大大简化，因而投资小、费用少、消耗低，而且效果好、过程稳定、操作简便。在多数情况下，生物技术还可与其他技术结合使用。
4．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标。
5．生物处理技术除易于大规模应用外，还可利用天然水体或土壤作为污染物的处理场所，从而大大节约处理过程的费用。另外，生物技术的产品或副产品基本上都是可以较快生物降解的。
6．用生物制品代替一切可以取代的化学药物、化石能源、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程度，使经济发展进入可持续发展的轨道。出于这一基本思想，环境友好材料的合成成为生物技术解决食品工业环境问题的又一个重要方面。当前其最主要的代表是生物可降解的食品包装材料，还有一些食品加工过程中使用的环境友好的化学品、生物农药以及其他生物材料。
21世纪生物技术对食品工业的影响展望
（一）农副产品的深加工和综合利用
在21世纪，生物技术在农副产品的深加工和综合利用方面的应用主要有：
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贮藏的工业原料。
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、淀粉塑料、环状糊精等现有或有待开发的产品，提供充足的原料。
3．肉、奶、水产品的加工利用 肉类保鲜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、双歧杆菌发酵乳等；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的成分，不断推出保健和药物制品。
4．绿色食品添加剂的研制与开发 重点在防腐、抗氧化、保鲜、强化、复合添加剂等方面，并将尽快采用国际标准。
5．麦穗、稻草、豆秸、木屑、枝叶、玉米秆、薯蔓等植物纤维素资源通过生物转化，生产一些重要的生物产品
6．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、利用和改善。
最近，科技部等部门设立了“十五”国家重大专项计划“农产品深加工技术与设备研究开发”，力图通过对大豆、玉米、双低油菜、苹果、蔬菜、肉制品深加工关键技术与设备，以及农产品加工全程质量控制与快速检测关键技术与设备等重大关键技术问题进行突破性研究与产业化开发，带动全国农产品转化能力由现在的20％～30％提高到40％，使我国农产品加工总产值与雷竞技ap官网入口 总产值之比由现在的0．40牶1提高到0．7牶1，直接增效500亿，转移雷竞技ap官网入口 剩余劳动力或创造就业机会300～500万人次，使我国农产品加工技术与设备在整体上实现跨越式发展，在一些重大关键技术领域达到世界先进水平。
（二）食品检测
1．食品微生物检测
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，DNAProbe）和多聚酶链反应（PolymeraseChainReaction牞PCR）技术检测食品中的致病菌，是21世纪的发展方向。
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。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）。
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。
