生物分离技术在食品工业中的应用？

【专家解说】：　　食品工业中用发酵和煮制的话，常常用离心技术。此外层析和膜分离也很常用。 　　下面介绍下生物分离技术和生物技术在食品工业中的应用进展。 　　生物分离技术最常见的分离纯化方法包括盐析和有机溶剂分级沉淀、超滤技术、层析技术、电泳技术、离心技术。 　　(1)盐析或有机溶剂分级沉淀：向反应产物溶液中加入大量易溶解的盐如氯化钠、硫酸铵，这些盐的离子能结合大量的水，产物因此被盐沉淀出来。产物溶液中加入能和水互溶的有机溶剂如乙醇、丙酮，常常能降低产物溶解度，而使产物沉淀。选择适当条件可使产物和杂质分开。 　　(2) 超滤技术：选择适当孔径的超滤膜或超滤中空纤维柱，通过抽滤加压使一定大小的分子能水一起穿过孔径，更大的分子则被挡住，以此将产物分离出来。 　　(3)层析技术：使用滤纸、纤维素、树脂、凝胶颗粒、多空玻璃珠等填充支持物或者不同于溶剂的另一种液相作为固定的介质对溶剂中的不同物质的结合力不一样，当溶剂向前推进时，溶剂中的不同溶质便可彼此分开。此外还有按分子大小分开的分子筛层析，按解离能力和离子性质分开的离子交换层析，按生物分子间亲和力大小分开的亲和层析，以及按两相溶液间分配系数差异而分开的逆流分溶。 　　(4)电泳技术：带有电荷的离子或颗粒在电场作用下向一个电击方向移动，离子或颗粒因其所带电荷和质量的不同，在电场中的移动速度不同，因而彼此被分开。被广泛使用的是凝胶电泳，而毛细管电泳具有最灵敏的分析效果。 　　(5)细胞、细胞碎片和生物大分子在离心力场作用下能被沉淀下来。离心机在每分钟旋转10000次以下的低速是就能使细胞沉淀，细胞碎片要在每分钟旋转20000到30000次的高速下才能被沉降，生物大分子则需要在每分钟旋转30000次以上的超速离心方能克服分子热运动而被沉降。 　　生物技术在食品工业中的应用进展 　　益生菌：随着益生菌多项保健功能的不断发现，如平衡肠道菌群，改善肠道功能、调节免疫、增强消化功能，促进营养物质吸收、抗诱变和防癌特性、抗氧化与延缓衰老以及改善心血管系统等。目前，国际上对益生菌的研究显得非常活跃，特别是在日本、法国、美国等国家已形成了系统化专业性科研队伍。 　　世界各国益生菌研究主要集中在益生菌促进人体健康的机理、益生菌的工业化与产业化应用技术、更高质量或带多功能性益生菌的高效筛选与定向设计等前沿领域，其研究成果应用于食品工业生产大大提高了人体健康水平并带来了客观的经济效益。在我国，特别是在奶 　　制品和一些功能性的食品中益生菌已广为运用。 　　在基础研究方面，我国科学家取得了丰硕的研究成果。2008年7月，内蒙古农业大学等单位承担的益生菌L．casei Zhang基因组学和蛋白质组学研究项目通过鉴定，项目完成了益生菌L．ca-sei Zhang染色体基因组和质粒基因组plca36序列的测定，从而能够准确地将该菌株的益生功能基因进行定位，为其益生机理进一步深入研究和相关产品的开发应用从基因水平上奠定了基础。该项目的完成标志着我国在乳酸菌基因组学方面的研究达到国际水平。同时，国内围绕乳制品、发酵肉制品工业发酵剂菌株筛选获得重要进展，建立了从多菌相肉品发酵体系中定向筛选特质菌株的高通量技术平台和我国第一个原创性、具有自主知识产权的乳酸菌菌种资源库，筛选得到了几十株具有优良生产性状及益生特性的乳酸菌菌株，为我国益生菌制品的开发奠定了强大的技术和菌源基础。 　　代谢工程：在代谢工程研究方面，随着研究应用的深入，代谢工程的定义也在不断更新，现在多将其定义为利用基因工程技术，有目的地对细胞代谢途径进行精确地修饰、改造或扩展、构建新的代谢途径，以改变微生物原有代谢特性，并与微生物基因调控、代谢调控及生化工程相结合，提高目的代谢产物活性或产量，合成新的代谢产物的工程技术科学。总体而言，代谢工程是在建立代谢网络理论的基础上，通过对代谢流的定性、定量分析，从而对代谢工程进行设计包括改变代谢流、扩展代谢途径和构建新的代谢途径等方法，其核心是在分子水平上对靶基因或基因簇进行遗传操作，所以又称为第三代基因工程。 　　代谢工程主要包括3个步骤：细胞途径的修饰(合成)，修饰后细胞表型的严格评价(表型表征)，根据评价结果设计进一步的修饰(优化设计)。其中，表现表征的评价即是在获得大量生化反应数据的基础上，采用化学、数学的研究方法并结合先进的信息技术进行高通量分析，进一步研究细胞代谢的动态特征和控制机理，并由此发展了各种数学系统模型用于辅助改善代谢工程设计。 　　随着后基因组学时代的到来，各种组学技术(基因组学、转录物组学、蛋白质组学、代谢物组学、代谢通量组学等)在代谢工程相关研究中被广泛使用，通过组学技术对细胞基因组以及细胞与微观和宏观环境条件关系等特性进行表型表征，代替传统表型表征的方法，使代谢工程的研究从局部通路水平上升到整体水平，从而可以更好地揭示生物复杂代谢网络及调控机理，进行代谢工程的研究。目前，以各层次功能基因组学研究为基础，借助高通量实验技术和生物信息学工具等，通过整合各层次组学研究数据，建立数学模型，或通过比较不同菌株或同一菌株在不同条件下各个层次组学差异以阐明生命活动规律，以此进行代谢工程设计的尺度多层次的系统生物学方法，成为了各国科学家研究的重点方向。 　　生物反应器：在生物反应器研究方面，自动化、多功能和高效率的新型生物反应器一直是近年来研究的热点。包括人工生物反应器和天然生物反应器，比如微生物、动物和植物表达系统等，研究主要集中在将分离技术和生物反应过程结合开发出高效率的生物反应器，比如超临界反应器和膜反应器等，以及研究生物反应机理、反应过程参数传感器的研制、自动化控制系统和数学模型的建立等，特别是参数控制方面的研究和固体发酵生物反应器的开发是研究的两个重点领域。 　　安全检测：此外，生物技术，如酶联免疫吸附测定(ELISA)、聚合酶链式反应(PCR)和DNA芯片技术等用于食品微生物、毒素以及残留药物等食品安全检测方面也显示出其灵敏度高、特异性强、简便快捷等优势，逐渐成为食品安全研究的重要方向。