隨著科學技術(shù)的進步、經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人民對食品的組成、營養(yǎng)價值和感官的要求也越來越高。食品工業(yè)已不再是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)食品的概念，工業(yè)食品將在人們的日常生活中占據(jù)重要的地位。在這一進程中，生物技術(shù)已顯露鋒芒。尤其是近30年來，細胞生物學和分子生物學等領(lǐng)域在理論與方法上的突飛猛進，以及當代較高水平的科學技術(shù)背景和社會的需求，推動、促進了生物技術(shù)從傳統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)化為高技術(shù)，并形成了現(xiàn)代生物技術(shù)這一高科技領(lǐng)域，由此為食品工業(yè)的技術(shù)進步注入了新的活力。
食品工業(yè)與生物技術(shù)
生物技術(shù)是“利用生物有機體（從微生物直至高等動物、植物）或其組成部分（包括器官、組織、細胞或細胞器等）發(fā)展新產(chǎn)品或新工藝的一種體系”，或“操縱生物（微生物、植物、動物）的細胞、組織或酶，進行生物合成、生物轉(zhuǎn)化或生物降解，大規(guī)模地生產(chǎn)預期產(chǎn)品或達到特殊目的的一門技術(shù)”。生物技術(shù)已經(jīng)被應用了幾個世紀，傳統(tǒng)上它曾被集中地用于生產(chǎn)多種食品，如面包、奶酪、啤酒、葡萄酒以及醬油、米酒和發(fā)酵的乳制品。在“八五”期間我國完成了180多個生物技術(shù)在食品領(lǐng)域中應用研究的攻關(guān)項目，并取得了重大成果。目前國際市場上以生物技術(shù)為基礎(chǔ)的食品工業(yè)產(chǎn)值占食品工業(yè)總產(chǎn)值15％以上。2002年5月，國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委和農(nóng)業(yè)部聯(lián)合頒布了《全國食品工業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃》，提出了食品工業(yè)發(fā)展的重點及主要方向，其中依賴于生物技術(shù)的領(lǐng)域有：
釀酒行業(yè) 21世紀釀酒工業(yè)的發(fā)展方向是：（1）產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)、低度和多品種，生產(chǎn)過程低消耗、少污染和高效益。（2）整個酒類行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要以節(jié)糧和滿足消費為目標，進行普通酒向優(yōu)質(zhì)酒、高度酒向低度酒、蒸餾酒向釀造酒以及糧食酒向水果酒的轉(zhuǎn)變。這些發(fā)展完全是以生物技術(shù)為基礎(chǔ)的。
發(fā)酵制品行業(yè) 采用現(xiàn)代生物技術(shù)可以調(diào)整發(fā)酵制品行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)因地制宜、經(jīng)濟合理地選用原料；可以改進發(fā)酵工藝，降低生產(chǎn)成本，提高質(zhì)量和得率；可以加強綜合利用，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
食品添加劑行業(yè) 生物技術(shù)是發(fā)展天然、營養(yǎng)、多功能且安全可靠的食品添加劑，以及提高食品添加劑質(zhì)量、擴大食品添加劑應用領(lǐng)域的根本保證。
與生物技術(shù)密切相關(guān)的內(nèi)容還有：
1．新興大豆食品的開發(fā)，大豆資源的綜合利用，具有特殊營養(yǎng)功能的大豆新產(chǎn)品的研制。
2．玉米深加工生產(chǎn)高質(zhì)量、高附加值、高效益的工業(yè)產(chǎn)品的研究。
3．優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗逆等專用馬鈴薯品種的選育和高淀粉型、油炸型、高蛋白型等專用品種的培育。
4．原料奶產(chǎn)量的提高和成分的改善，功能性乳制品的生產(chǎn)。
5．高檔、優(yōu)質(zhì)、方便、衛(wèi)生、營養(yǎng)的肉制品的生產(chǎn)，肉類加工副產(chǎn)品的綜合利用開發(fā)生物制品。
6．新糖品資源的開發(fā)。
7．果蔬加工業(yè)水平的提升和果蔬資源利用率的提高。
8．以我國具有資源優(yōu)勢的農(nóng)產(chǎn)品為主要原料的飲料產(chǎn)品的研制，產(chǎn)品的升級換代和附加值的提高。
9．功能因子明確、功能作用顯著的功能食品的開發(fā)，適應不同人群的特需保健品的生產(chǎn)。
10．產(chǎn)品加工比例和加工技術(shù)水平的提高，高營養(yǎng)，低脂肪、無公害水產(chǎn)食品的研制。 生物技術(shù)在食品工業(yè)發(fā)展中的應用
現(xiàn)代生物技術(shù)包括基因工程、細胞工程、酶工程和發(fā)酵工程等。到目前為止，生物技術(shù)在食品工業(yè)中的作用表現(xiàn)在4個方面：一是食品原料和微生物的改良，提高食品營養(yǎng)價值及加工性能；二是生產(chǎn)各種功能食品有效成分、新型食品和食品添加劑；三是可直接應用于食品生產(chǎn)過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化；四是工業(yè)化生產(chǎn)預定的食品或食品的功能成分。此外，在食品生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域，如食品包裝、食品檢測等方面，生物技術(shù)也得到越來越廣泛的應用。
?。ㄒ唬┦称焚Y源的改造
應用現(xiàn)代生物技術(shù)，特別是對DNA進行操作，將DNA從一個生物轉(zhuǎn)化至另一個生物（重組DNA技術(shù)），這樣可以將任何生物的性狀轉(zhuǎn)移到植物、動物和微生物中。這項技術(shù)現(xiàn)已用于改造或轉(zhuǎn)化當今用作食品的植物、動物和微生物。與此同時，人們采用細胞生物學方法，建立了細胞融合技術(shù)和動物、植物細胞大量控制性培養(yǎng)技術(shù)，按照預定的設(shè)計改造遺傳物質(zhì)和進行細胞培養(yǎng)。上述基因工程和細胞工程技術(shù)的應用，一方面提高了農(nóng)作物產(chǎn)量和改善農(nóng)作物的抗蟲、抗病、抗除草劑和抗寒等能力，另一方面使食品的營養(yǎng)價值、風味品質(zhì)得到改善，食品儲藏和保存時間有所延長。
從目前生物技術(shù)的應用現(xiàn)狀來看，經(jīng)過DNA重組技術(shù)和細胞融合技術(shù)改造的食品原料大致有以下特征：
1．抗病、抗蟲、抗除草劑和抗旱性等作物據(jù)統(tǒng)計，到1999年美國農(nóng)業(yè)部已經(jīng)批準生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物有七大類35種，其中僅兩種抗病番木瓜，就挽救了美國夏威夷番木瓜產(chǎn)業(yè)?？瓜x和推遲成熟的西紅柿，可減少化學農(nóng)藥的使用和對其依賴性，減少環(huán)境污染、運輸損失。我國已批準商業(yè)化生產(chǎn)有六項，涉及食品的有三項，包括北京大學培育的轉(zhuǎn)基因抗黃瓜花葉病毒甜椒、抗黃瓜花葉病毒番茄，目前累計種植3000多畝；我國第一個商品化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因耐儲藏番茄，在室溫下儲藏56天，好果率達70％以上。
2．速生高產(chǎn)生物如我國正在田間試驗中的超級水稻、轉(zhuǎn)基因鯉魚、高產(chǎn)奶量的轉(zhuǎn)基因試管牛等。
3．具有特殊品質(zhì)的基因工程生物如細胞工程技術(shù)已培養(yǎng)出含水量大大降低的西紅柿、洋蔥、馬鈴薯新品種，其特點是可節(jié)約單耗、加工能耗、延長貨架期；培養(yǎng)出了帶咸味和奶味的適宜膨化加工的玉米新品種，以適應低鹽、低脂肪的消費需要；獲得了出油率高、不飽和脂肪酸含量較高的油料作物等。
?。ǘ┦称芳庸み^程和食品品質(zhì)的改良
1．改良食品微生物的生產(chǎn)性能
由于微生物的遺傳變異性及生理代謝的可塑性是其他生物難以比擬的，因此微生物資源的開發(fā)具有很大潛力。目前的工作包括采用常規(guī)的誘變、雜交方法與細胞融合、基因工程技術(shù)結(jié)合進行菌種改造，和采用基因工程和蛋白質(zhì)工程技術(shù)構(gòu)建“基因工程菌”。這些研究工作的意義包括：
?。?）提高發(fā)酵食品質(zhì)量并使加工過程更合理化。啤酒是我國傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品之一，2001年我國啤酒年產(chǎn)量2300萬噸（世界第二），產(chǎn)值426億元人民幣。生物技術(shù)已用于啤酒酵母的改造，如將α－乙酰乳酸脫羧酶基因克隆到啤酒酵母中進行表達，可降低啤酒雙乙酰含量而改善啤酒風味；選育出分解β－葡聚糖和糊精的啤酒酵母，能夠明顯提高麥汁的分解率并改善啤酒質(zhì)量；構(gòu)建具有優(yōu)良嗜殺其他菌類活性的嗜殺啤酒酵母已成為實現(xiàn)純種發(fā)酵的重要措施。
（2）實現(xiàn)重要產(chǎn)品的高水平、低成本生產(chǎn)。氨基酸是我國新型的發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品之一，目前，國外已有5種氨基酸用重組菌實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，達到較高水平（如蘇氨酸60g／L、組氨酸42g／L、脯氨酸75g／L、絲氨酸40g／L和苯丙氨酸60g／L）。生物技術(shù)專家還將霉菌的淀粉酶基因轉(zhuǎn)入酵母中使其能直接利用淀粉生產(chǎn)酒精，省掉了高溫蒸煮工序，可節(jié)約60％的能源，生產(chǎn)周期大為縮短。這對我國年產(chǎn)量約350～400萬噸，產(chǎn)值達150～200億元的酒精工業(yè)將產(chǎn)生重大影響。
2．應用于食品酶制劑的生產(chǎn)
利用基因工程技術(shù)不但可以成倍地提高酶的活力，而且還可以將生物酶基因克隆到微生物中，構(gòu)建基因工程菌來生產(chǎn)酶。據(jù)1995年統(tǒng)計，已有50％的工業(yè)用酶是用轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)的。
轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)酶有許多優(yōu)點，如產(chǎn)量高、品質(zhì)均一、穩(wěn)定性好、價格低等。第一個應用于食品上的基因工程酶為凝乳酶（Chymosin），它是制造干酪過程中起凝乳作用的關(guān)鍵酶，傳統(tǒng)來源是從小牛皺胃液中提取，隨著干酪工業(yè)的發(fā)展，全世界每年要宰殺5000萬頭小牛，造成全球性小牛短缺，酶成本不斷提高。人們曾經(jīng)嘗試用微生物代用品或其他動物來源的凝乳酶，但效果均不理想。基因工程解決了這一難題。1981年科學家把小牛胃中凝乳酶基因轉(zhuǎn)移至細菌或真核微生物生產(chǎn)凝乳酶獲得成功，1990年美國FDA已批準使用。近20年來用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)的食品酶制劑主要有：凝乳酶、α－淀粉酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖異構(gòu)酶、轉(zhuǎn)化酶、普魯多糖酶（茁霉多糖酶）、脂肪酶、α－半乳糖苷酶、β－半乳糖苷酶、α－乙酰乳酸脫羧酶、溶菌酶、堿性蛋白酶等。
3．酶制劑應用于食品組分的改性和食品加工酶制劑可用于食品中的蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪的改性。例如，蛋白酶可以改善蛋白質(zhì)的溶解性；新型食品酶制劑轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶可以使蛋白質(zhì)分子間發(fā)生交聯(lián)，因而可用于增加大豆蛋白的膠凝性能，使肉制品等添加大豆蛋白后具有更好的品質(zhì)。
在食品加工過程中，通過添加一些酶類，可以改善產(chǎn)品的色澤、風味和質(zhì)構(gòu)。如用葡萄糖氧化酶可以去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色澤；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；木瓜蛋白酶可分解膠原蛋白，用于肉的嫩化。對于含有難消化成分的食品，可以通過添加一些酶類，改善這些食品的營養(yǎng)和消化利用性能。
4．食品添加劑的生產(chǎn)
由于從植物中萃取食品添加劑，來源有限、成本昂貴；化學合成食品添加劑雖成本較低，但?？赡芪：θ梭w健康。因此，生物技術(shù)，特別是發(fā)酵工程技術(shù)已成為食品添加劑生產(chǎn)的首選方法。
目前，國內(nèi)外重點研究開發(fā)的食品添加劑有：甜味劑中的木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等；酸味劑中的L－蘋果酸、L－琥珀酸等；氨基酸中的各種必需氨基酸；增稠劑中的黃原膠、普魯蘭、茁霉多糖、熱凝性多糖等；風味劑中的多種核苷酸、琥珀酸鈉、香茅醇、雙乙酰等；芳香劑中的脂肪酸酯、異丁醇等；色素中的類胡蘿卜素、紅曲霉色素、蝦青素、番茄紅素等；維生素中的維生素C、維生素B12、核黃素、肉堿等；生物活性添加劑中的各種保健活菌、活性多肽等；以及一些天然食品防腐劑，如乳鏈菌肽、殺菌肽、瓜蟾抗菌肽、防御素等。
?。ㄈ┦称饭I(yè)的可持續(xù)發(fā)展
生物技術(shù)已是保證食品工業(yè)可持續(xù)發(fā)展應用最廣、最為重要的單項技術(shù)，其在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質(zhì)的降解、清潔可再生能源的開發(fā)、廢物處置（資源化）、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境友好材料的合成、污染環(huán)境的修復和清潔生產(chǎn)等與食品工業(yè)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的各個方面，發(fā)揮著極為重要的作用。在過去的一個世紀中，生物技術(shù)在解決食品工業(yè)環(huán)境污染和可持續(xù)發(fā)展等問題上，表現(xiàn)出的特點有：
1．生物技術(shù)處理污染物時，最終產(chǎn)物大都是無毒無害的、穩(wěn)定的物質(zhì)，如二氧化碳、水、氮氣和甲烷等。利用生物方法處理食品工業(yè)污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次轉(zhuǎn)移，因此它是一種安全而徹底地消除污染的方法。特別是現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，大大強化了生物處理過程，使其具有更高的效率、更低的成本和更好的專一性。
2．由于大部分食品工業(yè)污染物有機物含量高，本身無毒性，適于作為生物過程反應的底物，其中一些有機污染物經(jīng)生物過程處理后可轉(zhuǎn)化成沼氣、酒精、生物蛋白等有用物質(zhì)。因此，生物處理方法也常常是食品工業(yè)有機廢物資源化的首選技術(shù)。
3．生物過程是以酶促反應為基礎(chǔ)的，作為催化劑的酶是一種活性蛋白，因此，生物反應過程通常是在常溫、常壓下進行的。另外，酶對底物有高度的特異性，因此，生物轉(zhuǎn)化的效率高，副產(chǎn)物少，這與常常需要高溫、高壓條件的化工過程相比，反應條件大大簡化，因而投資小、費用少、消耗低，而且效果好、過程穩(wěn)定、操作簡便。在多數(shù)情況下，生物技術(shù)還可與其他技術(shù)結(jié)合使用。
4．用生物過程代替化學過程可以降低生產(chǎn)活動的污染水平，有利于實現(xiàn)工藝過程生態(tài)化或無廢生產(chǎn)，真正實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標。
5．生物處理技術(shù)除易于大規(guī)模應用外，還可利用天然水體或土壤作為污染物的處理場所，從而大大節(jié)約處理過程的費用。另外，生物技術(shù)的產(chǎn)品或副產(chǎn)品基本上都是可以較快生物降解的。
6．用生物制品代替一切可以取代的化學藥物、化石能源、人工合成物等，有助于把人類活動產(chǎn)生的環(huán)境污染降至最低程度，使經(jīng)濟發(fā)展進入可持續(xù)發(fā)展的軌道。出于這一基本思想，環(huán)境友好材料的合成成為生物技術(shù)解決食品工業(yè)環(huán)境問題的又一個重要方面。當前其最主要的代表是生物可降解的食品包裝材料，還有一些食品加工過程中使用的環(huán)境友好的化學品、生物農(nóng)藥以及其他生物材料。
21世紀生物技術(shù)對食品工業(yè)的影響展望
?。ㄒ唬┺r(nóng)副產(chǎn)品的深加工和綜合利用
在21世紀，生物技術(shù)在農(nóng)副產(chǎn)品的深加工和綜合利用方面的應用主要有：
1．適宜貯藏加工品種的選育推廣 以便向食品、醫(yī)藥行業(yè)提供更多的易貯藏的工業(yè)原料。
2．玉米深加工綜合利用 為新型糖源、變性淀粉、玉米油、發(fā)酵酒精、淀粉塑料、環(huán)狀糊精等現(xiàn)有或有待開發(fā)的產(chǎn)品，提供充足的原料。
3．肉、奶、水產(chǎn)品的加工利用 肉類保鮮方面重點是提高綜合品質(zhì)以及瘦肉、嫩肉和肥肉的綜合利用；奶制品的研究重點是發(fā)酵乳制品、雙歧桿菌發(fā)酵乳等；魚類產(chǎn)品的研究主要是從淡水魚內(nèi)臟、魚眼、精卵巢中分離提取有效的成分，不斷推出保健和藥物制品。
4．綠色食品添加劑的研制與開發(fā) 重點在防腐、抗氧化、保鮮、強化、復合添加劑等方面，并將盡快采用國際標準。
5．麥穗、稻草、豆秸、木屑、枝葉、玉米稈、薯蔓等植物纖維素資源通過生物轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)一些重要的生物產(chǎn)品
6．優(yōu)質(zhì)植物蛋白加工利用及新植物蛋白資源的開發(fā) 主要是植物蛋白的營養(yǎng)健康功能的開發(fā)、利用和改善。
最近，科技部等部門設(shè)立了“十五”國家重大專項計劃“農(nóng)產(chǎn)品深加工技術(shù)與設(shè)備研究開發(fā)”，力圖通過對大豆、玉米、雙低油菜、蘋果、蔬菜、肉制品深加工關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備，以及農(nóng)產(chǎn)品加工全程質(zhì)量控制與快速檢測關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備等重大關(guān)鍵技術(shù)問題進行突破性研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，帶動全國農(nóng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化能力由現(xiàn)在的20％～30％提高到40％，使我國農(nóng)產(chǎn)品加工總產(chǎn)值與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值之比由現(xiàn)在的0．40牶1提高到0．7牶1，直接增效500億，轉(zhuǎn)移農(nóng)業(yè)剩余勞動力或創(chuàng)造就業(yè)機會300～500萬人次，使我國農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)與設(shè)備在整體上實現(xiàn)跨越式發(fā)展，在一些重大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域達到世界先進水平。
（二）食品檢測
1．食品微生物檢測
目前，我國食品中致病菌的檢測普遍采用傳統(tǒng)的細菌學檢驗方法（如細菌分離培養(yǎng)等）和血清學方法（如凝集反應、沉淀反應、瓊脂擴散試驗等）。這些常規(guī)方法進行食品檢測不僅操作繁瑣、費時費力，需要4～5天時間，而且檢測的準確性不高，已越來越不能滿足日益發(fā)展的社會需求。因此，建立一些快速、準確的食品中微生物的檢測方法已成為當務之急。
采用核酸探針（基因探針，DNAProbe）和多聚酶鏈反應（PolymeraseChainReaction牞PCR）技術(shù)檢測食品中的致病菌，是21世紀的發(fā)展方向。
2．食品中轉(zhuǎn)基因成分的檢測
研究開發(fā)檢測鑒定食品和原料中重組DNA及其表達產(chǎn)物的實際應用方法，是各國對轉(zhuǎn)基因食品進行標簽管理的基礎(chǔ)。歐盟于1996年聯(lián)合20多個實驗室成立了Bgw研究轉(zhuǎn)基因作物的檢測方法，德國和Bgw合作檢測香腸中的轉(zhuǎn)基因成分，許多國家由政府相關(guān)部門或委托學術(shù)機構(gòu)進行這一工作。目前實驗室研究的檢測技術(shù)可分為三大類：免疫學方法、核酸探針法和分子標記法，主要是檢測食品或原料中重組DNA或其表達產(chǎn)物（如蛋白質(zhì)）。
ELISA分析法有其特點，尤其適用于無須加工的原料性食品，但對于加工品則有局限性，因為重組基因產(chǎn)物會因加工處理而失活、分解或消失，使檢測的不確定性增加。DNA在加工中穩(wěn)定性較好，因此加工性轉(zhuǎn)基因食品的檢測方法常常針對DNA設(shè)計。適用于重組DNA的檢測方法有DNA雜交、AFLP和PCR等等。與ELISA相比，PCR靈敏度高，可用于微量分析和較多的加工品。
