生物工程和食品工业 [复制链接]

第5版()
专栏：科学知识

生物工程和食品工业
邓鼎年
如何将生物工程应用于食品工业，以制造更多、更符合人体营养需要的食品，向人们提供高营养、多品种的食品？这是全世界都十分关注的一个问题。
所谓生物工程在食品生产中的应用，是指应用遗传工程或细胞融合技术组建新的细胞（也称工程菌或工程细胞）。它具有生产人类所需要的营养物质（诸如蛋白质、各种维生素等）的特性。通过这些新细胞的大量培养，让其发酵，来生产各种所需要的物质。比方，把含有高蛋白的基因移入大肠杆菌，使它具有产生高蛋白的特性，通过培养、繁殖，最终可发酵生产大量蛋白质。细菌的繁殖极快，一个大肠杆菌在适宜的培养条件下经四天半就可增殖成1036个。因此，人们把一些可利用的微生物细胞比喻为给人类造福的“微型工厂”。
至今，人类的食品生产仍然要依靠农牧渔业，这总是受到时间（季节、生长期）和空间（产地、种植或养殖面积）因素的制约，在数量和质量方面难以满足人类社会日益增长的需要。为此，生物工程的应用引起各国的重视。苏联科学家正试图在近期内组建一种新的工程菌，它既能制造动物蛋白又富含维生素，然后将这种工程菌培养在固体培养基上，使其大量增殖，最终就用这固体培养物（包括已被部分转化的培养基和工程菌菌体）来制造人造香肠。1980年6月，日本的科学家将大豆球蛋白基因转移至大肠杆菌中，通过培养发酵已生产出大豆球蛋白。这样，本来种植大豆需要一个生长季，而应用生物工程只需三天就能生产出来。据悉，国外的科学家已成功地将鸡卵清蛋白基因植入大肠杆菌，经过培养发酵，每个工程菌能产生10万个动物蛋白分子。如果应用这种工程菌发酵生产蛋白质，那当然要比饲养母鸡下蛋的速度快许多倍。
单细胞蛋白是一种重要的饲料添加剂。它是某种细菌以石油或天然气中的甲醇为营养，转化生产出的蛋白质，故人们又称之为石油蛋白。英国的科学家应用遗传工程技术对单细胞蛋白产生菌——甲基养嗜甲基杆菌进行了改造。他们切除这种产生菌的谷氨酸合成酶基因，植入大肠杆菌的谷氨酸脱氢酶基因，最终可使这一产生菌的碳转化效率提高7％，提高了单细胞蛋白的产量。英国帝国化学工业公司年产单细胞蛋白六万吨，行销十二个国家，另有二十多个国家和单位正在洽购中。该公司还计划在今明两年内再建成第二座工厂，使产量增加五倍。这说明经营石油发酵产品是有利可图的。
氨基酸是一种重要的营养补充剂和饲料添加剂，已被广泛地应用于食品工业、农业等部门。1977年全世界氨基酸的年产量为三十八万吨，目前已超过五十万吨。
当前，氨基酸生产中的重大研究课题是如何大幅度地提高产量。日本的科学家在这一领域中已有了重大突破。他们应用细胞融合技术，使产量高但生长速度慢的菌与一种生长速度快的菌融合，结果组建成兼备二者优点的新的工程菌，大大提高了产量。
食品生产中还采用了酶工程技术。酶是一种蛋白质，它是一种高效生物催化剂。应用酶的固定化技术将酶制剂制成固相酶（固态），然后将其组装在特殊设计的器件（称为生物反应器）中，利用这种反应器将原料转化为人类需要的产品。目前，酶工程技术已广泛应用于生产啤酒、酱油和葡萄糖等。
1982年，日本一家公司将耐盐乳酸菌和酵母菌固定在海藻酸钙凝胶土上，然后组装在生物反应器中，连续生产酱油。这一新工艺使传统工艺需半年的发酵期缩短为三天，大大降低了成本。苏联科学家已成功地应用酶工程技术将棉花的下脚料转化为葡萄糖或果糖。
上述事例说明：生物工程学的崛起，已使农业和食品工业趋于汇合。随着食品工业的变革，人类的食品构成和饮食习惯也将会发生重大的改变。