基因技术在食品领域的应用 (1)

 生物技术应用于食品有着悠久的历史，随着生物技术的蓬勃发展，对于促进食品的发展有着巨大的贡献。近年来基因工程技术的发展为食品提供了新的发展契机，也为世界所面临的粮食短缺以及品质要求找到了新的解决途径

基因技术在食品领域的应用

•  前言介绍： 生物技术应用于食品有着悠久的历史，随着生物技术的蓬勃发展，对于促进食品的发展有着巨大的贡献。近年来基因工程技术的发展为食品提供了新的发展契机，也为世界所面临的粮食短缺以及品质要求找到了新的解决途径
• 基因工程
  • 1.定义 基因工程（Geneticengineering）技术是指将外源的核酸分子（目的基因）导入到原来没有这类基因的宿主生物体内，并能持续稳定地繁殖，从而使宿主生物产生新的性状。基因工程的基本程序：①获取所需的目的基因；②把目的基因与选好的载体连接在一起，即重组；③把重组载体转入宿主细胞；④对重组分子进行选择；⑤表达成蛋白，采用合适条件，获得高表达的产品。
  • 2.发展 1973 年美国斯坦福大学和旧金山大学 Coken 和 Boyer2 位科学家成功地实现了 DNA 分子重组实验，揭开了基因工程发展的序幕，意味着人类有能力按照自己的意愿去操作不同的基因；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。1997 年 2 月 23日，克隆羊“ 多利” 在英国诞生，世界为之震动，这是基因工程技术上划时代的突破。利用基因工程技术将一些微生物、动物或植物的基因植入另一种微生物、动物或植物中，接受的一方面由此获得了一种它所不能自然拥有的品质。它可分为：植物性转基因食品、动物性转基因食品和基因工程菌。
  • 3. 应用利用基因工程对食品进行改良，以提高食品产量和质量，改善风味，使人们吃到更多、更好的食品。 2.1 食品品质的改善 2.1.1 营养品质的改良 （1）蛋白质蛋白质是人类不可缺少的营养素之一，虽然有许多食物中富含蛋白质，但真正高品质的蛋白质很少。如植物蛋白和动物蛋白各有利弊，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；而谷类作物中的蛋白质含量正相反，通过基因工程技术，可将谷类植物基因导入豆类植物，开发蛋氨酸含量高的转基因大豆。我国学者把玉米种子中克隆得到的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白基因导入马铃薯中，使转基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高了 10％以上，硫氨基酸尤为显著。美国 FloridaGainesville 大学的科学家将外来的高分子量面筋蛋白基因导入一普通小麦中，获得了含量更多的高分子量面筋蛋白质的小麦，这样的小麦面筋蛋白具有良好的延伸性和弹性。 （2）油脂食物中各种脂肪酸对人体起不同作用，可以通过对链长短的控制以及饱和度的调节来改变脂肪的含量，同时可以减少脂肪氧化和酸败，去除不好的气味，让人们可以接受一些原来有着不好气味的食品。食用油有 3 个重要的质量指标：营养价值、氧化稳定性和功能性。对油脂品质的改善主要集中在 2 个方面：控制脂肪酸的链长和控制脂肪酸的饱和度。油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因。目前已知豆类中的脂氧合酶在酸败过程中扮演重要角色。美国 DuPont 公司通过反义抑制或/和共同抑制油酸酯脱氢酶，开发成功高油酸含量的大豆油。这种新型油含有良好的氧化稳定性，很适合用作煎炸油和烹调油。导入硬脂酸-ACP 脱氢酶的反义基因，油菜种子中硬脂酸的含量从 2％增加到 40％；硬脂酸-COA 可使转基因作物中的饱和脂肪酸（软脂酸、硬脂酸）的含量下降，不饱和脂肪酸（油酸、亚油酸）的含量增加，其中油酸的含量可增加 7 倍。 （3）碳水化合物对碳水化合物的改进，只有通过对其酶的改变来调节其含量。高等植物体中涉及淀粉合成的酶类主要有：ADPP 葡萄糖焦磷酸酶（ADP-GPP）、淀粉合成酶（SS）和分枝酶（BE）。通过反义基因抑制淀粉分枝酶可获得完全只含直链淀粉的转基因马铃薯。Monsanto 公司开发了淀粉含量平均提高了20％～30％的转基因马铃薯。油炸后的产品更具马铃薯风味、更好的构质、较低的吸油量和较少的油味。 2.1.2 保鲜性能 用基因工程的方法将 ACC 还原酶和 ACC 氧化酶的反义基因和外源的 ACC 脱氨酶基因导入正常植株中，获得乙烯缺陷型植株，达到控制果实成熟的目的，已在番茄中实现。把鱼中抗冻蛋白基因整合植入蔬菜和水果中时，可明显改善果蔬食品冷冻后的品质。 2.2 提高产量 1983 年美国将大白鼠的生长激素基因注射到小白鼠的受精卵内，成功地培育出“ 超级鼠”，体 重比一般小白鼠增加 2 倍。1999 年 2 月 19 日在我国诞生的首例转基因试管牛“ 陶陶”，产奶量可高达 10000kg。 2.3 改善工艺 一般牛乳的酪蛋白分子含丝氨酸，已被磷酸化从而使酪蛋白表面带有大量阴离子，易结合钙离子而沉淀。用丙氨酸代替丝氨酸，降低磷酸化，使蛋白不易与钙离子结合，从而提高牛奶的热稳定性，防止牛奶消毒中有沉淀现象。双乙酰是影响啤酒风味的重要物质，其含量超过一定阈值时，会产生锼酸味，严重破坏啤酒风味与品质。利用转基因技术将外源α-乙酰乳酸脱羧酶基因导入啤酒酵母细胞，并使其表达，是降低啤酒中双乙酰含量的有效途径。基因工程技术还可以将霉菌的淀粉酶基因转入，并将此基因进一步转入酵母细胞中，使之直接利用淀粉生产酒精，省掉高压蒸煮工序，可节省约 60％能源，生产周期大为缩短。 2.4 保健食品和食品疫苗 2002 年，中国农科院生物技术研究所已通过重组 DNA 技术选育出具有抗肝炎功能的西红柿。这种西红柿被人食用后，可以产生类似乙肝疫苗的预防效果。将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至牛或羊中，牛乳或羊乳中就含有这种酶。食品疫苗就是将致病微生物的有关蛋白（抗原）基因，通过转基因技术导入植物受体中，得以表达，成为具有抵抗相关疾病的疫苗。已获成功的有狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突变株表面蛋白等 10 多种转基因马铃薯、香蕉、番茄的食品疫苗。口服不耐热肠毒素转基因马铃薯后即可产生相应抗体。 在国外，成功克隆了“ 多莉” 羊的英国科学家则宣布，未来几年内，他们将培养一种新型生物鸡，这种鸡所产的鸡蛋里具有抗肿瘤因子，癌症患者食用鸡蛋后体内癌细胞的扩散就会受到抑制。 3 现状 自 1983 年世界上第一例转基因植物问世以来，植物基因工程研究进入了蓬勃发展阶段。全世界已分离目的基因几百个，获得转基因植物近 200 种。已有不少转基因植物被批准进入田间试验，涉及的植物有 50 多种。目前转基因食品种类主要有转基因玉米、转基因水稻、转基因西红柿、转基因大豆、转基因土豆、转基因油菜以及以它们为原料加工而成的各种食品。1999 年我国转基因水稻、玉米、小麦、番茄、白菜、甜菜、木瓜、花生等已进行田间试验。2001 年我国获准环境释放的转基因食品已达 58 种，其中水稻 9 项、马铃薯 8 项，番茄和玉米各 4 项，黄瓜 2 项，大豆和辣椒各 1 项。 4 安全性 转基因食品在体现诸多优势的同时，也有着其负面影响——安全性问题。因为转基因食品是在生物物种之间进行基因重组，有可能会引入不相容或毒性物质，这也是一些人对转基因食品采取保守态度的原因之一。据报道现有以下几种可能存在情况。 4.1 毒性 苏格兰 Rowett 研究所资深营养学家 ApradRusztai 博士研究表明：转雪花莲凝集素基因的马铃薯能够对大鼠的内脏器管和免疫系统损害，类似的情况，对人来说，可能导致癌症发病率升高和死亡率大幅度升高。1998 年，英国阿伯丁罗研究所普庇泰教授的研究报道，幼鼠食用转基因土豆后，会使内脏和免疫系统受损。抗生素标记基因转基因食品可能影响人的抗病能力，由于转基因食品中 90％以上使用卡那霉素作为标志基因，转基因食品中的标志基因表达蛋白可能对人体肠道的正常菌群有不利影响，肠道中的有害菌可能吸收卡那霉素，使肠道内大量滋生具有抗性基因的有害菌。 4.2 过敏性所转基因编码为已知的过敏蛋白；基因源含有过敏蛋白；转入蛋白与已知过敏蛋白的氨基酸序列在免疫学上有明显的同源性；转入的蛋白属某类蛋白的成员，而这类蛋白家族中的有些成员是过敏蛋白。Nebraska 大学证明，表达巴西坚果 2S 清蛋白的大豆有过敏性，这是迄今为止转基因植物未被批准商业化的唯一例子。 4.3 抗药性 一些昆虫吃了抗病虫的转基因农作物也不死亡，因为它们已经对转基因作物产生的毒素具备了抵抗力。与一般的大豆相比，在耐除草剂的转基因大豆中，含有防癌成分的大豆异黄酮也减少了。另外，将耐除草剂的转基因菜籽和杂草一起培育，结果产生了耐除草剂的杂草。4.4 环境污染抗害虫病的基因转入作物一段时期后，可能使害虫产生免疫并遗传，使其携带免疫基因逃到相近的野生生物种群中去，以致改变自然的生物群系，使自然界的生态环境遭受破坏。 5 相关法规 国际食品生物技术委员会（IFBC）于 1988 年提出采用判定的原则与方法对该类食品进行安全性评价；1990 年，联合粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）召开第一次有关生物技术食品安全性分析会议，并制定生物技术食品安全性评价原则和相关政策；经济发展合作组织（OECD）1993 年提出了食品安全性分析原则——实质等同性原则，即生物技术生产的食品及食品成分与目前市场上销售的食品具有实质等同性。我国对转基因食品有严格的控制机制。1993 年国家科委颁布了《基因工程安全管理办法》，指导全国性的基因工程开发和研究；1996 年农业部颁布《农业生物基因工程安全管理实施办法》，并实施严格的安全管理和审批制度。 6 结语 21 世纪是生物技术蓬勃发展的时代，转基因食品的兴起是生物技术革命的必然结果，尽管转基因食品的安全性众说纷纭，但其给人带来的好处是显而易见的。希望随着生物技术的不断发展，使转基因食品的安全性得到保证，让人们吃到安全、丰富、营养的食品。 （参考文献来源于网络）

基因技术在食品领域的应用

•  前言介绍： 生物技术应用于食品有着悠久的历史，随着生物技术的蓬勃发展，对于促进食品的发展有着巨大的贡献。近年来基因工程技术的发展为食品提供了新的发展契机，也为世界所面临的粮食短缺以及品质要求找到了新的解决途径
• 基因工程
  • 1.定义 基因工程（Geneticengineering）技术是指将外源的核酸分子（目的基因）导入到原来没有这类基因的宿主生物体内，并能持续稳定地繁殖，从而使宿主生物产生新的性状。基因工程的基本程序：①获取所需的目的基因；②把目的基因与选好的载体连接在一起，即重组；③把重组载体转入宿主细胞；④对重组分子进行选择；⑤表达成蛋白，采用合适条件，获得高表达的产品。
  • 2.发展 1973 年美国斯坦福大学和旧金山大学 Coken 和 Boyer2 位科学家成功地实现了 DNA 分子重组实验，揭开了基因工程发展的序幕，意味着人类有能力按照自己的意愿去操作不同的基因；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。1997 年 2 月 23日，克隆羊“ 多利” 在英国诞生，世界为之震动，这是基因工程技术上划时代的突破。利用基因工程技术将一些微生物、动物或植物的基因植入另一种微生物、动物或植物中，接受的一方面由此获得了一种它所不能自然拥有的品质。它可分为：植物性转基因食品、动物性转基因食品和基因工程菌。
  • 3. 应用利用基因工程对食品进行改良，以提高食品产量和质量，改善风味，使人们吃到更多、更好的食品。 2.1 食品品质的改善 2.1.1 营养品质的改良 （1）蛋白质蛋白质是人类不可缺少的营养素之一，虽然有许多食物中富含蛋白质，但真正高品质的蛋白质很少。如植物蛋白和动物蛋白各有利弊，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；而谷类作物中的蛋白质含量正相反，通过基因工程技术，可将谷类植物基因导入豆类植物，开发蛋氨酸含量高的转基因大豆。我国学者把玉米种子中克隆得到的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白基因导入马铃薯中，使转基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高了 10％以上，硫氨基酸尤为显著。美国 FloridaGainesville 大学的科学家将外来的高分子量面筋蛋白基因导入一普通小麦中，获得了含量更多的高分子量面筋蛋白质的小麦，这样的小麦面筋蛋白具有良好的延伸性和弹性。 （2）油脂食物中各种脂肪酸对人体起不同作用，可以通过对链长短的控制以及饱和度的调节来改变脂肪的含量，同时可以减少脂肪氧化和酸败，去除不好的气味，让人们可以接受一些原来有着不好气味的食品。食用油有 3 个重要的质量指标：营养价值、氧化稳定性和功能性。对油脂品质的改善主要集中在 2 个方面：控制脂肪酸的链长和控制脂肪酸的饱和度。油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因。目前已知豆类中的脂氧合酶在酸败过程中扮演重要角色。美国 DuPont 公司通过反义抑制或/和共同抑制油酸酯脱氢酶，开发成功高油酸含量的大豆油。这种新型油含有良好的氧化稳定性，很适合用作煎炸油和烹调油。导入硬脂酸-ACP 脱氢酶的反义基因，油菜种子中硬脂酸的含量从 2％增加到 40％；硬脂酸-COA 可使转基因作物中的饱和脂肪酸（软脂酸、硬脂酸）的含量下降，不饱和脂肪酸（油酸、亚油酸）的含量增加，其中油酸的含量可增加 7 倍。 （3）碳水化合物对碳水化合物的改进，只有通过对其酶的改变来调节其含量。高等植物体中涉及淀粉合成的酶类主要有：ADPP 葡萄糖焦磷酸酶（ADP-GPP）、淀粉合成酶（SS）和分枝酶（BE）。通过反义基因抑制淀粉分枝酶可获得完全只含直链淀粉的转基因马铃薯。Monsanto 公司开发了淀粉含量平均提高了20％～30％的转基因马铃薯。油炸后的产品更具马铃薯风味、更好的构质、较低的吸油量和较少的油味。 2.1.2 保鲜性能 用基因工程的方法将 ACC 还原酶和 ACC 氧化酶的反义基因和外源的 ACC 脱氨酶基因导入正常植株中，获得乙烯缺陷型植株，达到控制果实成熟的目的，已在番茄中实现。把鱼中抗冻蛋白基因整合植入蔬菜和水果中时，可明显改善果蔬食品冷冻后的品质。 2.2 提高产量 1983 年美国将大白鼠的生长激素基因注射到小白鼠的受精卵内，成功地培育出“ 超级鼠”，体 重比一般小白鼠增加 2 倍。1999 年 2 月 19 日在我国诞生的首例转基因试管牛“ 陶陶”，产奶量可高达 10000kg。 2.3 改善工艺 一般牛乳的酪蛋白分子含丝氨酸，已被磷酸化从而使酪蛋白表面带有大量阴离子，易结合钙离子而沉淀。用丙氨酸代替丝氨酸，降低磷酸化，使蛋白不易与钙离子结合，从而提高牛奶的热稳定性，防止牛奶消毒中有沉淀现象。双乙酰是影响啤酒风味的重要物质，其含量超过一定阈值时，会产生锼酸味，严重破坏啤酒风味与品质。利用转基因技术将外源α-乙酰乳酸脱羧酶基因导入啤酒酵母细胞，并使其表达，是降低啤酒中双乙酰含量的有效途径。基因工程技术还可以将霉菌的淀粉酶基因转入，并将此基因进一步转入酵母细胞中，使之直接利用淀粉生产酒精，省掉高压蒸煮工序，可节省约 60％能源，生产周期大为缩短。 2.4 保健食品和食品疫苗 2002 年，中国农科院生物技术研究所已通过重组 DNA 技术选育出具有抗肝炎功能的西红柿。这种西红柿被人食用后，可以产生类似乙肝疫苗的预防效果。将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至牛或羊中，牛乳或羊乳中就含有这种酶。食品疫苗就是将致病微生物的有关蛋白（抗原）基因，通过转基因技术导入植物受体中，得以表达，成为具有抵抗相关疾病的疫苗。已获成功的有狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突变株表面蛋白等 10 多种转基因马铃薯、香蕉、番茄的食品疫苗。口服不耐热肠毒素转基因马铃薯后即可产生相应抗体。 在国外，成功克隆了“ 多莉” 羊的英国科学家则宣布，未来几年内，他们将培养一种新型生物鸡，这种鸡所产的鸡蛋里具有抗肿瘤因子，癌症患者食用鸡蛋后体内癌细胞的扩散就会受到抑制。 3 现状 自 1983 年世界上第一例转基因植物问世以来，植物基因工程研究进入了蓬勃发展阶段。全世界已分离目的基因几百个，获得转基因植物近 200 种。已有不少转基因植物被批准进入田间试验，涉及的植物有 50 多种。目前转基因食品种类主要有转基因玉米、转基因水稻、转基因西红柿、转基因大豆、转基因土豆、转基因油菜以及以它们为原料加工而成的各种食品。1999 年我国转基因水稻、玉米、小麦、番茄、白菜、甜菜、木瓜、花生等已进行田间试验。2001 年我国获准环境释放的转基因食品已达 58 种，其中水稻 9 项、马铃薯 8 项，番茄和玉米各 4 项，黄瓜 2 项，大豆和辣椒各 1 项。 4 安全性 转基因食品在体现诸多优势的同时，也有着其负面影响——安全性问题。因为转基因食品是在生物物种之间进行基因重组，有可能会引入不相容或毒性物质，这也是一些人对转基因食品采取保守态度的原因之一。据报道现有以下几种可能存在情况。 4.1 毒性 苏格兰 Rowett 研究所资深营养学家 ApradRusztai 博士研究表明：转雪花莲凝集素基因的马铃薯能够对大鼠的内脏器管和免疫系统损害，类似的情况，对人来说，可能导致癌症发病率升高和死亡率大幅度升高。1998 年，英国阿伯丁罗研究所普庇泰教授的研究报道，幼鼠食用转基因土豆后，会使内脏和免疫系统受损。抗生素标记基因转基因食品可能影响人的抗病能力，由于转基因食品中 90％以上使用卡那霉素作为标志基因，转基因食品中的标志基因表达蛋白可能对人体肠道的正常菌群有不利影响，肠道中的有害菌可能吸收卡那霉素，使肠道内大量滋生具有抗性基因的有害菌。 4.2 过敏性所转基因编码为已知的过敏蛋白；基因源含有过敏蛋白；转入蛋白与已知过敏蛋白的氨基酸序列在免疫学上有明显的同源性；转入的蛋白属某类蛋白的成员，而这类蛋白家族中的有些成员是过敏蛋白。Nebraska 大学证明，表达巴西坚果 2S 清蛋白的大豆有过敏性，这是迄今为止转基因植物未被批准商业化的唯一例子。 4.3 抗药性 一些昆虫吃了抗病虫的转基因农作物也不死亡，因为它们已经对转基因作物产生的毒素具备了抵抗力。与一般的大豆相比，在耐除草剂的转基因大豆中，含有防癌成分的大豆异黄酮也减少了。另外，将耐除草剂的转基因菜籽和杂草一起培育，结果产生了耐除草剂的杂草。4.4 环境污染抗害虫病的基因转入作物一段时期后，可能使害虫产生免疫并遗传，使其携带免疫基因逃到相近的野生生物种群中去，以致改变自然的生物群系，使自然界的生态环境遭受破坏。 5 相关法规 国际食品生物技术委员会（IFBC）于 1988 年提出采用判定的原则与方法对该类食品进行安全性评价；1990 年，联合粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）召开第一次有关生物技术食品安全性分析会议，并制定生物技术食品安全性评价原则和相关政策；经济发展合作组织（OECD）1993 年提出了食品安全性分析原则——实质等同性原则，即生物技术生产的食品及食品成分与目前市场上销售的食品具有实质等同性。我国对转基因食品有严格的控制机制。1993 年国家科委颁布了《基因工程安全管理办法》，指导全国性的基因工程开发和研究；1996 年农业部颁布《农业生物基因工程安全管理实施办法》，并实施严格的安全管理和审批制度。 6 结语 21 世纪是生物技术蓬勃发展的时代，转基因食品的兴起是生物技术革命的必然结果，尽管转基因食品的安全性众说纷纭，但其给人带来的好处是显而易见的。希望随着生物技术的不断发展，使转基因食品的安全性得到保证，让人们吃到安全、丰富、营养的食品。 （参考文献来源于网络）