论生物化学工程技术在绿色食品生产中的应用
韩新语
摘 要：食品生产加工是一个非常复杂的过程，生产加工过程中极易发生二次污染，造成食品质量降低，甚至引发食品败坏。食用发生败坏的食品有害人体健康。为确保食品安全，提高农产品的附加价值，近些年我国政府大力扶持绿色食品加工产业。生物化学工程技术在食品加工中的应用为绿色食品的生产提供了强有力的技术支撑。本文论述了我国绿色食品的发展现状，分析了生物化学工程技术在食品加工中的作用，探讨了绿色食品生产中生物化学工程关键技术及应用案例。旨在为生物化学工程技术在绿色食品生产中的推广应用提供一些参考。
关键词：生物化学工程技术;绿色食品;生产;应用
农业一直以来是我国的基础性产业，是关乎国计民生的基础性产业。党的十八大上，确立了我国全面建成小康社会的国家战略目标。全面建成小康社会不仅要体现在全民丰衣足食上，同时还要求提高全民的生活质量，包括物质和精神的质量。食品安全是衡量小康社会的重要指标之一。要实现全面建成小康社会这一目标，必须加快传统的食品生产向绿色食品生产的转型，来推动社会生态文明的发展。生物化学工程技术是食品加工中必不可少的技术。研究生物化学工程技术在绿色食品生产中的应用对促进我国食品加工产业向绿色生产转型有着重要的意义。
一、我国绿色食品的发展现状
随着我国经济水平的提升和人们消费观念的转变，绿色食品越来越受到人们的重视。目前，已经开发的绿色食品生产包括中国农业产品的7個大类29个分类的产品。其中初级农产品展30%，加工产品占70%。农产品绿色加工的比重较高。根据中国绿色食品发展中心调查数据，截至2018年年底国内的绿色食品销售额为4557亿元，截至2019年年底达到4556.6亿元，同比增长2.19%。从绿色食品的国内销售市场来看，绿色食品在国内市场的占有率呈增长趋势。国内的绿色食品生产企业数量在不断的增长。部分发达城市的绿色食品生产比重已经达到43.92%。这反映出中国绿色食品生产行业获得了较好的发展。从中国绿色产品生产的渗透率，绿色食品生产渗透率较高的产品主要为大米、大豆、鲜果等。其中大米绿色生产的渗透率最高。大豆、鲜果的绿色生产渗透率分别为5.76%、4.98%。相对于发达国家而言，中国的绿色食品生产的渗透率相对偏低。特别是大豆、鲜果等产品，还存在较大的绿色生产加工的发展空间。在技术方面，主要倾向于生物化学工程技术。在绿色食品生产中，应用最广泛的技术包括DNA重组技术、细胞融合大量培养技术、胚胎操作和抑制技术、酶的修饰和利用技术、微生物发酵技术、生化工程技术、生物灭菌技术等。生物灭菌技术在绿色食品加工中应用及其广泛，它为食品安全灭菌提供了技术条件。
二、生物化学工程技术在食品加工中的作用
（一）改善绿色食品营养价值的作用
1.增加果聚糖含量
果聚糖是一种对人体健康有益的碳水化合物，但它不能够直接被人体的消化道吸收利用。果聚糖可以通过人体许多肠胃菌的作用，转化为可溶性的碳水化合物，再被人体吸收。它广泛分布于植物的根、茎、叶、种子中，常用于食品加工的稳定剂、气泡稳定剂。一般的农产品中所含的果聚糖含量非常低。利用生物化学工程中的基因工程技术，将果聚糖的关键酶1-SST及相关基因分离出来，再利用转基因技术将基因转移到玉米、甜菜、水稻等农作物中，就可以提高相应的农作物的果聚糖含量，生产出果聚糖含量较高的绿色农产品。
2.增加蛋白质含量
优质蛋白也是人体所必需的营养物质。谷类的蛋白质含量为15%～20%，而优质蛋白的含量相对较少。主要是由于种子中所含的蛋氨酸和懒氨酸含量较少，影响蛋白质的合成。应用化学工程技术，将基因编码高的蛋氨酸和懒氨酸外源基因转移到谷类中，就可以提高谷类中的合成作用，从而增加谷类中的蛋白质含量和优质蛋白质的含量AG。
3.增加油脂含量
油脂中含量大量的单一不饱和脂肪酸。人体摄入过量的单一不饱和脂肪酸，会导致动脉官腔变窄或动脉硬化，从而增加心血管疾病的患病风险。应用化学工程技术中的基因重组技术来开发优质新的营养物质，从合成酵母中提取饱和脂肪酸的生物合成酶基因，在利用基因克隆技术将生物合成酶基因导入到农作物中，就会提升植物种子中相应的饱和脂肪酸的含量。利用这类农作物种子，就可以生产出相对健康的绿色植物油脂。
（二）提高绿色食品生产安全性的作用
在食品加工中，为了延长食品的保质期，往往会添加很多的防腐剂及其他添加剂。其中部分的添加剂对人体健康有害。当人体摄取量超过规定的标准时，容易诱发癌症等疾病。应用化学工程技术对食品进行微生物灭菌，或利用蛋白质工程定做新的蛋白质代替化学添加剂，来提高食品中酶的稳定性，就可以在减少了化学添加剂使用的基础上延长食品的保质期。从这个角度来讲，生物化学工程技术具有提高绿色食品生产安全性的作用。
（三）降低农药残留的作用
化学农药是农作物病虫害防治的重要手段之一。全球环境污染调查报告显示，化学农药的污染是造成环境污染的重要原因之一，也是造成农产品污染的重要原因之一。如果将传统的化学农药更换为生物化学技术，不仅可以有效抵御病虫害对农作物的侵害，还能降低农药残留对环境的污染率。如在水稻中添加Bt蛋白基因。当Bt蛋白基因进入害虫体内，就会对害虫的蛋白功能造成障碍，从而阻碍其正常生长发育，实现绿色杀虫的目的。使用该技术控制水稻虫害，可防御的虫害类型较多，效果好。有研究表明，Bt蛋白在水稻虫害防治中的应用，可以使水稻增产约11%。可见生物化学技术在低于农作物病虫害中的重要作用。
三、绿色食品生产中生物化学工程关键技术
（一）固氨转化技术
固氨转化技术指一种能够把单质状态的氮气转化为氨基氮或硝基氮的技术。氮元素是农作物生产必不可少的养分，然而空气中的单质氮是不能够被农作物直接吸收的。要使农作物在生长的过程中，获得更多的氮元素来促生长，就必须采用一种具有将单质氮固化并转化为可吸收的氨基氮或硝基氮。固氨转化技术是通过在植物根据接种具有固化氮气功能的细菌，是农作物根部形成固氮菌，再由固氮菌来孤单和转化单质氮，实现农作物促生长的作用。王嘉祥研究表明，虽然许多细菌具有固化氮气的作用，但大部分种作物具有排斥固氮菌的作用。生物化学工程技术应用于固氨转化技术，就可以有效地解决农作物对固氮菌的排斥作用，使二者和谐共生，共同促进农作物生长。
（二）生物灭菌技术
食品加工生产的各个环节，受环境因素影响难免会发生二次污染。二次污染的根源主要为食品中的微生物。存在于食品中的微生物随着时间的推移，数量不断增多，最终导致食品发生败坏。为了防止食品败坏，在食品加工环节可以引入化学工程技术对微生物进行灭菌。绿色食品生产中常用到的微生物灭菌方法包括火焰灭菌、干热灭菌、湿热灭菌、过滤除菌等。生物化学工程灭菌主要利用微生物的死亡动力学原理，通过采取多种手段，使蛋白质发生变形，致使微生物死亡的过程。一般灭菌死亡速率与残存的微生物数量成正比。灭菌速率与微生物的种类、大小、温度及微生物的耐热性有关。因此，同等温度的灭菌条件下，灭菌时间越长，灭菌效果越好。耐热性的微生物芽孢除外。耐热性的微生物芽孢的死亡速率是渐进性的。只有超过一级反应规律，才能达到工业无菌的标准。
在农作物生产环节，还可以采用空气灭菌技术来控制病虫害，降低化学农药的使用率。根据微生物好氧发酵的作用，选择微生物相对集中的位置设置无氧除菌设施，可以有效的控制一定空间内的细菌、霉菌包子等微生物数量，预防农作物病虫害。除菌设施还需要根据当地气候，研究地面空气微生物的种类、微生物的含量及其与环境温度、环境湿度之间的关系，针对性地设计灭菌条件。
四、生物化学工程技术在绿色食品生产中的应用案例——发酵工程
发酵工程是生物化学工程的重要组成部分。它是指利用微生物生长动力学，通过对发酵条件的优化和控制，以及对升华反应器的针对性设计，来实现产品安全分、提取和精制的过程。发酵工程在乳制品生产加工中应用极其广泛。
从生物化学的角度上讲，发酵是无氧条件下有机化合物同时作为电子的供体和最终受体并生产能量的过程。微生物在有氧或无氧条件下的生命活动的过程就是植被微生物菌体、初级代谢产物、次级代谢产物的过程。
如乳酸球菌作为发酵剂应用于黄油、酸奶油、硬质及软质奶酪生产，可以直接作为发酵剂投放。按照市场上70—150ml通用发酵剂包装量，细菌细胞数为5×109～50×109cfu/ml，用360ml浓缩型的乳脂球菌发酵剂可接种到2273kg原料乳中，发酵生产出硬质契达奶酪。如果采用传统的发酵剂生产，同等产量的硬质契达奶酪需要至少21kg乳制品生产发酵剂。将乳酸球菌应用于乳制品发酵工程，不仅可以提高乳制品发酵的质量，而且有利于降低乳制品生产的成本，提高综合效益。这也反映了生物化学工程技术应用与绿色食品生产重点重要地位。
五、结语
国以民为本，民以食为天，食以安为先。食品安全作为影响百姓健康与生命的重要因素，在我国已经上升为国家战略。党的十八大以来，将绿色食品生产作为农业现代化发展的重要目标。为确保绿色食品的质量安全，建议企业在绿色食品生产中多采用生物化学工程技术来替代传统的化学技术，降低食品生产中的化学残留，来确保绿色食品生产的安全性。
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