生物分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用？

【專家解說】：　　食品工業(yè)中用發(fā)酵和煮制的話，常常用離心技術(shù)。此外層析和膜分離也很常用。 　　下面介紹下生物分離技術(shù)和生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用進展。 　　生物分離技術(shù)最常見的分離純化方法包括鹽析和有機溶劑分級沉淀、超濾技術(shù)、層析技術(shù)、電泳技術(shù)、離心技術(shù)。 　　(1)鹽析或有機溶劑分級沉淀：向反應(yīng)產(chǎn)物溶液中加入大量易溶解的鹽如氯化鈉、硫酸銨，這些鹽的離子能結(jié)合大量的水，產(chǎn)物因此被鹽沉淀出來。產(chǎn)物溶液中加入能和水互溶的有機溶劑如乙醇、丙酮，常常能降低產(chǎn)物溶解度，而使產(chǎn)物沉淀。選擇適當條件可使產(chǎn)物和雜質(zhì)分開。 　　(2) 超濾技術(shù)：選擇適當孔徑的超濾膜或超濾中空纖維柱，通過抽濾加壓使一定大小的分子能水一起穿過孔徑，更大的分子則被擋住，以此將產(chǎn)物分離出來。 　　(3)層析技術(shù)：使用濾紙、纖維素、樹脂、凝膠顆粒、多空玻璃珠等填充支持物或者不同于溶劑的另一種液相作為固定的介質(zhì)對溶劑中的不同物質(zhì)的結(jié)合力不一樣，當溶劑向前推進時，溶劑中的不同溶質(zhì)便可彼此分開。此外還有按分子大小分開的分子篩層析，按解離能力和離子性質(zhì)分開的離子交換層析，按生物分子間親和力大小分開的親和層析，以及按兩相溶液間分配系數(shù)差異而分開的逆流分溶。 　　(4)電泳技術(shù)：帶有電荷的離子或顆粒在電場作用下向一個電擊方向移動，離子或顆粒因其所帶電荷和質(zhì)量的不同，在電場中的移動速度不同，因而彼此被分開。被廣泛使用的是凝膠電泳，而毛細管電泳具有最靈敏的分析效果。 　　(5)細胞、細胞碎片和生物大分子在離心力場作用下能被沉淀下來。離心機在每分鐘旋轉(zhuǎn)10000次以下的低速是就能使細胞沉淀，細胞碎片要在每分鐘旋轉(zhuǎn)20000到30000次的高速下才能被沉降，生物大分子則需要在每分鐘旋轉(zhuǎn)30000次以上的超速離心方能克服分子熱運動而被沉降。 　　生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用進展 　　益生菌：隨著益生菌多項保健功能的不斷發(fā)現(xiàn)，如平衡腸道菌群，改善腸道功能、調(diào)節(jié)免疫、增強消化功能，促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收、抗誘變和防癌特性、抗氧化與延緩衰老以及改善心血管系統(tǒng)等。目前，國際上對益生菌的研究顯得非?；钴S，特別是在日本、法國、美國等國家已形成了系統(tǒng)化專業(yè)性科研隊伍。 　　世界各國益生菌研究主要集中在益生菌促進人體健康的機理、益生菌的工業(yè)化與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)、更高質(zhì)量或帶多功能性益生菌的高效篩選與定向設(shè)計等前沿領(lǐng)域，其研究成果應(yīng)用于食品工業(yè)生產(chǎn)大大提高了人體健康水平并帶來了客觀的經(jīng)濟效益。在我國，特別是在奶 　　制品和一些功能性的食品中益生菌已廣為運用。 　　在基礎(chǔ)研究方面，我國科學(xué)家取得了豐碩的研究成果。2008年7月，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位承擔的益生菌L．casei Zhang基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究項目通過鑒定，項目完成了益生菌L．ca-sei Zhang染色體基因組和質(zhì)粒基因組plca36序列的測定，從而能夠準確地將該菌株的益生功能基因進行定位，為其益生機理進一步深入研究和相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用從基因水平上奠定了基礎(chǔ)。該項目的完成標志著我國在乳酸菌基因組學(xué)方面的研究達到國際水平。同時，國內(nèi)圍繞乳制品、發(fā)酵肉制品工業(yè)發(fā)酵劑菌株篩選獲得重要進展，建立了從多菌相肉品發(fā)酵體系中定向篩選特質(zhì)菌株的高通量技術(shù)平臺和我國第一個原創(chuàng)性、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的乳酸菌菌種資源庫，篩選得到了幾十株具有優(yōu)良生產(chǎn)性狀及益生特性的乳酸菌菌株，為我國益生菌制品的開發(fā)奠定了強大的技術(shù)和菌源基礎(chǔ)。 　　代謝工程：在代謝工程研究方面，隨著研究應(yīng)用的深入，代謝工程的定義也在不斷更新，現(xiàn)在多將其定義為利用基因工程技術(shù)，有目的地對細胞代謝途徑進行精確地修飾、改造或擴展、構(gòu)建新的代謝途徑，以改變微生物原有代謝特性，并與微生物基因調(diào)控、代謝調(diào)控及生化工程相結(jié)合，提高目的代謝產(chǎn)物活性或產(chǎn)量，合成新的代謝產(chǎn)物的工程技術(shù)科學(xué)?？傮w而言，代謝工程是在建立代謝網(wǎng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)上，通過對代謝流的定性、定量分析，從而對代謝工程進行設(shè)計包括改變代謝流、擴展代謝途徑和構(gòu)建新的代謝途徑等方法，其核心是在分子水平上對靶基因或基因簇進行遺傳操作，所以又稱為第三代基因工程。 　　代謝工程主要包括3個步驟：細胞途徑的修飾(合成)，修飾后細胞表型的嚴格評價(表型表征)，根據(jù)評價結(jié)果設(shè)計進一步的修飾(優(yōu)化設(shè)計)。其中，表現(xiàn)表征的評價即是在獲得大量生化反應(yīng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用化學(xué)、數(shù)學(xué)的研究方法并結(jié)合先進的信息技術(shù)進行高通量分析，進一步研究細胞代謝的動態(tài)特征和控制機理，并由此發(fā)展了各種數(shù)學(xué)系統(tǒng)模型用于輔助改善代謝工程設(shè)計。 　　隨著后基因組學(xué)時代的到來，各種組學(xué)技術(shù)(基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄物組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝物組學(xué)、代謝通量組學(xué)等)在代謝工程相關(guān)研究中被廣泛使用，通過組學(xué)技術(shù)對細胞基因組以及細胞與微觀和宏觀環(huán)境條件關(guān)系等特性進行表型表征，代替?zhèn)鹘y(tǒng)表型表征的方法，使代謝工程的研究從局部通路水平上升到整體水平，從而可以更好地揭示生物復(fù)雜代謝網(wǎng)絡(luò)及調(diào)控機理，進行代謝工程的研究。目前，以各層次功能基因組學(xué)研究為基礎(chǔ)，借助高通量實驗技術(shù)和生物信息學(xué)工具等，通過整合各層次組學(xué)研究數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，或通過比較不同菌株或同一菌株在不同條件下各個層次組學(xué)差異以闡明生命活動規(guī)律，以此進行代謝工程設(shè)計的尺度多層次的系統(tǒng)生物學(xué)方法，成為了各國科學(xué)家研究的重點方向。 　　生物反應(yīng)器：在生物反應(yīng)器研究方面，自動化、多功能和高效率的新型生物反應(yīng)器一直是近年來研究的熱點。包括人工生物反應(yīng)器和天然生物反應(yīng)器，比如微生物、動物和植物表達系統(tǒng)等，研究主要集中在將分離技術(shù)和生物反應(yīng)過程結(jié)合開發(fā)出高效率的生物反應(yīng)器，比如超臨界反應(yīng)器和膜反應(yīng)器等，以及研究生物反應(yīng)機理、反應(yīng)過程參數(shù)傳感器的研制、自動化控制系統(tǒng)和數(shù)學(xué)模型的建立等，特別是參數(shù)控制方面的研究和固體發(fā)酵生物反應(yīng)器的開發(fā)是研究的兩個重點領(lǐng)域。 　　安全檢測：此外，生物技術(shù)，如酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)、聚合酶鏈式反應(yīng)(PCR)和DNA芯片技術(shù)等用于食品微生物、毒素以及殘留藥物等食品安全檢測方面也顯示出其靈敏度高、特異性強、簡便快捷等優(yōu)勢，逐漸成為食品安全研究的重要方向。