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现代生物技术在食品工业中应用前景展望
大力开发食品添加剂新品种。随着经济的迅速发展有关食品添加剂的研究也越来越多,目前主要集中在天然食品添加剂的研究、食品添加剂制备中的生物高新技术研究和食品添加剂的检测技术研究等。根据国际上对食品添加剂的要求,一是用生物法代替化学法合成的食品添加剂,迫切需要开发的有保鲜剂、香精香料、防腐剂、天然色素;二是大力开发功能性食品添加剂,如具有免疫调节,延缓衰老,抗疲劳,耐缺氧,抗辐射,调节血脂,调节肠胃功能性组分。
发展微生物的保健食品。保健食品开发的过程中微生物工程有着十分重要的作用,利用微生物生产食品具有独特的特点,繁殖过程快,在一定条件下可大规模生产,要求营养物质简单。如酱油、食醋、酒与双歧杆菌料、酵母片剂、发酵乳制品等微生物t疗保健品一样,有着巨大的发展潜力。食用菌不仅营养丰富,还含有许多保健品功能成分,应大力发展食用菌保健食品。
新生物资源的开发及利用。新生物资源包括一些未开发的植物、动物及微生物等,对中国而言,传统中药材是一个宝库,很多中药本身就是食品,这方面日本已十分先进,尤其是确定重要的品种规范,种植规范,成份的稳定性以及动物临床试验的验证,以制造出能够被世界广泛接受的功能食品。另外,海洋生物尤其是海洋藻类也是一个十分重要的生物资源。研究表明,大部分微藻含有生物活性物质,并且可安全食用。中国可使用的生物资源十分丰富,其中很多品种尚未开发,而其中一部分还具有十分优良的遗传特性,如果采用现代生物技术,相信中国食品工业尤其是功能食品工业会有长足的发展,并在世界食品工业占据重要地位。
未来的食品产业发展
昆虫食品。食用昆虫产品从营养滋补、药用需求、休闲需求以及保健需求四个方面对昆虫食品的市场潜力进行了深入细致的分析,提出了发挥食用昆虫产品内在价值优势,抓住行业竞争环境宽松的机遇,努力采取措施跨越发展制约因素是促进昆虫食品市场开发的有效措施。从现在的蚂蚁食品、蚕蛹食品、蚯蚓食品、蜜蜂食品、天蛾食品等功能来看,它已成为一座微型的营养宝库,具有抗风湿、抗癌、护肝、平喘、解痉、补肾、健脾、活血化瘀、祛风散寒等多种药理功效,在西方国家昆虫食品已成为贵宾席上的美味佳肴,中国在不久的将来也将会涌现出一些品种各异的昆虫食品。
变态食品。变态食品是指在形态上与常用食物发生了很大变化的食品。如由原来的固态食品,现在加工成液态食品,或者把食品制成日常用品等模样的形式。日本生产的粉沫酒,加入适量水即可饮用。其色泽、风味与液态酒一样。美国最新研制的一种“空气食品”它是含有人体必需营养的一种悬浮颗粒。将其按一定比例调配好,装入一种特制的容器中,食用时将嘴对准容器的喷口,用手轻轻一按开关,马上就会有一股“风”喷入人的口中,人吸食后饥饿感立即消失,同时产生一种进食美味佳肴的愉悦感受。目前,我国这种食品还很少,但变态食品必将是我国未来食品的一种更有创意、更新型的一种食品。
合成食品。合成食品是利用遗传变异微生物或固定基酶创造出来的食物,与天然食品没有什么区别,还可利用变异的真菌和酵母菌把人们不爱吃的食物变成美食家所乐道的食品。如人们可以像处理合成纤维一样,把真菌生产出的菌丝按照某种纹理结构纺织、编结、成型。这样就可以制成某种特殊的食品。
关键词:食品科学与工程;食品生物技术;教学现状
1 问题的提出
生物技术是“应用自然科学及工程学的原理,依靠生物催化剂(酶或活细胞)的作用将物料进行加工,以提品或为社会服务”的技术。
生物技术是一门实验学科,作为世界三大高新技术之一,其飞速发展使其日益渗透到各学科领域及人类生活的各个层面。随着生物技术在食品工业应用中的日益广泛和深入,它已逐渐成为提升我国食品工业技术含量、参与市场竞争的重要核心技术。因此,培养既掌握食品工程技术,又能将生物技术熟练应用于食品加工中的复合型高级专业人才,是食品工业发展对专业人才的基本要求。
然而,生物技术在食品科学与工程学科的教学领域中并不是传统的学科,关于它的教学,我们没有多少经验可循。因此,调查食品科学与工程学科生物技术教学现状对食品学科的发展具有重要的意义;对研究生物技术在食品科学与工程学科的渗透具有一定的学术价值;对了解兄弟院校的教学情况,相互取长补短以指导本专业的教学具有重要的实用价值。
2 食品科学与工程学科生物技术的教学现状
为了充分调查食品科学与工程学科生物技术的教学现状,并进一步为本学科课程的设置提供依据,我们以问卷调查的方式收集了全国多所院校本科教学和研究生教学两个层面的相关资料,进行了较深入的分析研究。
2.1 本科教学
在食品科学与工程学科本科教学课程设置方面,我们调查了江南大学、中国农业大学、中国海洋大学、浙江大学、福州大学、天津科技大学、河南农业大学、西北农林科技大学、常熟理工学院、暨南大学、广东海洋大学、山东农业大学、山东轻工业学院13所高等院校,统计发现,少数高校除生物化学和微生物学两门专业基础课外,没有设置相关的生物技术课程,如江南大学、山东农业大学等。多数高校设置了相关的生物技术课程,如食品生物技术、食品生物技术导论、食品酶学、发酵食品工艺学等,有的作为选修课,有的作为限选课或必选课。
2.2 研究生教学
在食品科学与工程学科研究生教学课程设置方面,我们调查了江南大学、中国农业大学、东北农业大学、华南理工大学、中国海洋大学、浙江大学、福州大学、天津科技大学、西北农林科技大学、暨南大学、广东海洋大学、陕西科技大学、山东师范大学、山东农业大学、山东轻工业学院15所高等院校,经调查发现,与本科教育相比,在研究生教育阶段,各高校不同程度地加强了学生生物技术知识的学习和技能培养。其中,中国农业大学尤为突出,它将食品生物技术作为一个专业设置在食品科学与工程的一级学科下,分设食品基因工程、食品蛋白质和酶工程、发酵工程、食品微生物学、果蔬生理与分子生物学、葡萄栽培与葡萄酒酿造6个研究方向,所设置的生物技术类课程主要有食品生物技术、高级生物化学、食品生物技术专业Seminar、分子生物学专题等学位课,以及基因工程专题、细胞工程进展、发酵工程专题、食品酶学、高级食品微生物学、发酵食品研究进展、高级葡萄生理与分子生物学(葡萄酒方向必选)、葡萄酒化学进展(葡萄酒方向必选)、果蔬采后生理研究进展(果蔬贮藏方向必选)、蛋白质化学、生化技术、活性酶蛋白凝胶电泳技术、食品微生物实验新技术等选修课。多数院校在食品科学专业设置了食品生物技术研究方向,如江南大学、华南理工大学、天津科技大学、福州大学、山东师范大学、山东轻工业学院等。多数高校的食品科学专业将食品酶学或食品生物技术(中国农业大学选择的是食品生物技术研究方法与进展)作为必修课,其他专业或必修或选修,也都设置了食品酶学或食品生物技术课程。也有部分学校设置了其他生物技术课程,如陕西科技大学食品科学专业将现代食品微生物学和现代分子生物学作为学位课。
从学分要求上看,各高校对硕士研究生总学分的要求在30~35分,其中生物技术类课程的学分为4~12分,占总学分的12%~35%。
2.3 理论学习与实验学时的分配
在同一门生物技术类课程理论学习与实验课时的学时分配上,各高校之间也存在着很大差别。在本科学习阶段,多数院校未设置实验内容,只有少数院校例外,如浙江大学和山东轻工业学院,两者都为本科生开设了食品生物技术选修课,共40学时,其中实验16学时。
在硕士研究生阶段,各院校的情况也不尽相同。有的学校只有理论课的学习,而没有设置实验环节,如山东农业大学,设置了食品酶学和生物技术在食品工业中的应用两门生物技术课程,作为专业选修课均为纯理论课,各40学时;天津科技大学的食品生物技术为纯理论课,共64学时。但多数院校设置了实验学时,如江南大学设置了4门相关课程,食品酶学学位课63学时,其中实验27学时;生化分离技术学位课44学时,无实验内容;食品生物技术选修课30学时,无实验;细胞与分子生物学实验技术选修课60学时,其中实验20学时。还有些院校设置了专门的生物技术实验课程,如中国海洋大学有专门的食品生物技术实验课程,34学时,暨南大学有高达72学时的食品生物技术综合实验课程。
2.4 实验内容的设计
各院校对实验内容的设计差别很大。有些院校在实验内容的设计上不考虑与食品专业的直接相关性,如中国海洋大学和西北农林科技大学的食品生物技术实验课,只涉及细胞工程和基因工程两大实验内容。有的院校只涉及与食品工程密切相关的生物技术实验内容,如山东轻工业学院设置与食品工业密切相关的酶工程与发酵工程核心技术作为主要的实验内容。也有些院校比较全面,如江南大学既涉及作为生物技术本身核心的基因工程实验内容,又涉及与食品工业密切相关的酶工程内容。而暨南大学食品生物技术综合实验则最为全面,既涉及基因工程、细胞工程等生物技术本身的核心实验内容,又涉及与食品工业密切相关的如α-淀粉酶、果胶酶、过氧化物酶的活力测定等酶工程的内容,以及如腐乳毛坯的制备等发酵工程的实验内容。
3 结束语
通过对相关高校食品科学与工程学科生物技术教学现状进行分析和归纳总结,我们可得出以下结论和启示。
3.1 总体对生物技术重视
近些年来,由于生物技术的发展深刻影响着食品工业技术水平的提升,因此,各高校的食品科学与工程学科普遍重视生物技术的教学,无论在本科学习阶段还是在硕士研究生阶段都有除生物化学与微生物学两门专业基础课以外的生物技术相关课程,这与十几年前相比有着本质的区别。
3.2 各高校之间的严重不平衡性
各高校之间在生物技术课程的设置上,存在着严重的不平衡性,这包括所开设的课程、总学时数、实验学时数以及实验内容的设计等多个方面。
3.3 本硕学习内容之间的难衔接性
英文名称:Journal of Food Science and Biotechnology
主管单位:中华人民共和国教育部
主办单位:江南大学
出版周期:双月刊
出版地址:江苏省无锡市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1673-1689
国内刊号:32-1751/TS
邮发代号:28-79
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1982
期刊收录:
CA 化学文摘(美)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉:
中科双效期刊
Caj-cd规范获奖期刊
联系方式
关键词:生物工程技术;工农业;医药食品;环境保护;社会发展
中图分类号:Q819 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)12-0171-02
生物工程是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科,具有高附加值、低能耗、低公害与开发比重等特点。在人类解决生存与健康、食品短缺、资源和能源缺乏、环境污染重大问题的发展起到重要作用。
在工业生产中的应用:生物工程在工业方面的应用不仅提供大量廉价的原料和产品,同时引起传统化学工业的工艺改革。目前常用的化工原料除有乙醇、丁醇等传统产品外,利用固定化棒杆菌的生物反应器,由丙烯腈生产丙烯酞胺的工艺已获得成功,其产品回收率高,成本低。另外,如能将生物催化引入化工领域,其影响所及极为巨大,从而产生根本性的变革[1]。
一、在食品工业中的应用
食品与人们的生活相关,生物技术的应用提高了生产速率,从而提高了食品产量和质量,拓展食品的种类。通过基因工程技术,利用微生物发酵生产的真菌蛋白,具有蛋白质含量高和低脂肪的优点;国外以淀粉为原料生产果葡糖浆。用酶法或发酵法生产的新的甜味剂氯化砂糖是砂糖甜度的600倍;应用发酵法生产出对人体健康无害的食品添加剂,将逐步代替对人体有害的化学合成品[2];在食品安全检测中,常用的安全检测技术是生物传感器技术、免疫学方法和生物芯片等。这些技术具有分析速度快,专一性强,灵敏度高等优点,在生物安全性检测领域发挥十分重要的作用[3]。
二、在材料方面的应用
生物技术在纳米材料,仿生材料,医学材料多方面有重大应用。
(一)纳米材料
1.纳米金属材料。纳米金、纳米银和纳米铁为当前采用较多的纳米金属材料。纳米金是金的微小颗粒,在水溶液中通常以胶体金的形态存在。其最重要的应用之一是对细胞内部进行染色[4-5]。纳米银生物材料:美国科学家研究证实,银离子有分解生物细胞膜和干扰细菌呼吸功能的作用;银本身具有抑菌的作用,而纳米银因其可与细菌的DNA键合,抑制其繁殖,故而纳米银的抗菌性能远远优于传统的银离子杀菌剂。纳米铁生物材料:有研究显示,在癌症中引入超顺磁生物相容纳米氧化铁颗粒胶体悬浮液,然后施加外磁场,可以将坏死组织和携带粘附的纳米铁直接进行降解[6]。
2.纳米无机非金属材料。纳米无机生物材料在人工骨、人工齿以及牙种植体等领域有广阔的应用前景。目前国外已研制出含有ZrO2的纳米羟基磷灰石复合材料。这种材料可以用在人工齿上。它的性能可达到甚至超过致密骨骼,且生物相容性优。近年来的研究表明,炭纳米材料能促进骨组织修复生长,减少神经组织瘢痕产生,进神经再生。
3.纳米高分子生物材料。纳米天然高分子生物材料主要来源于真核生物、细菌和病毒。常见的材料有:(1)多肽蛋白质酶等;(2)灭活病毒细菌质粒等;(3)多糖物质,如淀粉、明胶、纤维素、甲壳素等;(4)多聚磷酸酯、(脱氧)核糖核酸等。
(二)高分子仿生材料
随着科学技术的进步,人们从生物现象中发现了奇异的功能。如从荷叶表面的自清洁功能得到启示,研究出了超疏水材料;从鲨鱼皮等生物表面减阻性能的启示,研制出了表面减阻仿生材料;从壁虎脚垫的吸附原理得到启发,研究出了高强度吸附材料……仿生材料的研究为生活提供了无限可能[7]。
三、在能源方面的应用
大力发展生物能源,有助于为社会生产提供新的农业生产力。通过加工生物燃料,可以起到能源替代、环境保护等多重经济效应。第一,生物能源能替代传统的化石能源,其特点是“清洁能源”和“再生能源”。利用生物燃料可大幅度减少温室气体排放。比如在全国范围内使用广泛的沼气,其年总产量达到104亿多立方米,在我国使用用户已达3000多万个,沼气在生产生活中发挥重大作用[8]。第二,实现农业废弃物变废为宝。纤维素资源主要来源于各种农作物和农业加工的副产品。因此,如果充分发展生物工程技术手段大力发展纤维素燃料乙醇,可以将数量巨大的农业副产品或废弃物变废为宝[9]。
四、在农业方面的应用
现代生物工程技术应用在农业产业的运用尤其广阔。随着分子生物学、蛋白质工程、细胞生物学近些年的大力发展,基因工程与其他新兴学科相联结。各种生物技术手段在农业生产上培育出了优质、高产、抗病虫的农作物以及畜禽、林木、鱼类等新品种,扩大食物、饲料、药品来源,提高农业生产效率[10]。
五、在医药方面的应用
目前,医药卫生领域是现代生物技术应用得最广泛、成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。疾病预防:利用疫苗对人体进行主动免疫是预防传染性疾病的最有效手段之一。例如用基因工程制造乙肝疫苗用于乙肝的预防。同时由于生物技术的引入使得贵重药物的生产规模化,降低了药品价格,开辟了药物生产的新纪元。生物可降解材料因具有良好的生物相容性和安全性,降解产物对机体毒副作用小,能满足多种生物医学需要,具有良好的可加工性,可通过常规方法制成所需要的制品[11]。
六、在转基因的方面的应用
目前,基因组的研究将由“结构基因组”向“功能基因组”转变。关于农作物功能基因组研究进展迅速,具有广谱抗性的农产品产量和质量都将获得更大优势。生物性抗逆向非生物性抗逆的转移。通过转基因技术相栽培作物导入抗性外源目的基因,可以改良植物的耐胁迫性。利用转基因植物生产稀有蛋白等产品。目前已经成功转化口服疫苗的植物有烟草、番茄、马铃薯、莴苣、和苜蓿等。植物转化能为我们提供更为廉价的蛋白质,因此利用转基因植物,开发新型疫苗将可能成为一种既经济又有效的疫苗开发途径[12]。
七、在环境治理中的作用
由于工业的不断发展,人类对自然环境的不合理开发利用以及排放大量污染物,生态环境遭到了极大地破坏。生物技术除了应用在废水、废气和固体废弃物的处理、以及土壤、水体等的生物修复,还可以进行环境污染的快速监测、粘泥的控制、污泥脱水、油脂分解、农业环境保护等。
参考文献:
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英文名称:Pharmaceutical Biotechnology
主管单位:中华人民共和国教育部;国家食品药品监督管理局;中国科学技术协会
主办单位:中国药科大学;中国医药科技出版社;中国药学会
出版周期:双月刊
出版地址:江苏省南京市
语
种:中文
开
本:16开
国际刊号:1005-8915
国内刊号:32-1488/R
邮发代号:28-243
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1994
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CA 化学文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
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