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生物技術(shù)在肉類生產(chǎn)加工中的應(yīng)用探析

2021-11-29 05:25:48孟慶君河南雙匯投資發(fā)展股份有限公司技術(shù)中心
食品安全導(dǎo)刊 2021年15期
關(guān)鍵詞:發(fā)酵劑基因工程谷氨酰胺

□ 孟慶君 河南雙匯投資發(fā)展股份有限公司技術(shù)中心

生物技術(shù)是肉類生產(chǎn)加工中不可或缺的組成部分,但在實踐過程中,生物技術(shù)的應(yīng)用仍面臨著多方面的阻礙,基于此,有必要對其展開深層次的探索,最終有效推動生物技術(shù)的可持續(xù)化以及商品化應(yīng)用。

1 研究背景

近年來,我國現(xiàn)代化科技水平逐漸提升,生物技術(shù)得到了大幅發(fā)展,其主要涉及到酶工程、細胞工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程以及基因工程等,在當(dāng)前農(nóng)業(yè)以及食品領(lǐng)域中得到了較為廣泛的應(yīng)用,尤其是在肉類生產(chǎn)加工領(lǐng)域中。而單從肉類生產(chǎn)加工領(lǐng)域著手,生物技術(shù)的應(yīng)用主要涉及到基因工程應(yīng)用、特定質(zhì)構(gòu)改善劑的制造以發(fā)酵工程應(yīng)用等方面的內(nèi)容。在上述領(lǐng)域中,生物技術(shù)實際應(yīng)用的質(zhì)量和成效存在較為明顯的差異性,與此同時在全世界范圍內(nèi)業(yè)界專家對該技術(shù)都有著極高的關(guān)注度。從目前來看,我國的的生物技術(shù)在肉類生產(chǎn)加工中的應(yīng)用方面相較于部分歐美發(fā)達國家來說仍存在一定差距。

2 生物技術(shù)在肉類生產(chǎn)加工中的應(yīng)用

2.1 基因工程的應(yīng)用

基因工程是生物技術(shù)的重要組成部分,主要是指將外源的核酸分子目的基因?qū)氲皆静淮嬖谠擃惢虻乃拗魃矬w內(nèi),并確保其能夠得到持續(xù)穩(wěn)定的繁殖,進而出現(xiàn)新的形狀?;蚬こ痰幕境绦虬ǎ韩@取需要的目的基因→將選好的載體同目的基因相連→在宿主細胞中實現(xiàn)對于重組載體的轉(zhuǎn)入,選擇重組分子→表達成蛋白質(zhì),在適當(dāng)?shù)臈l件下得到高表達的產(chǎn)品[1]。

動物細胞大量培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)逐漸形成規(guī)模,在無血清細胞體系方面已經(jīng)有所成果,其中涉及到淋巴細胞、神經(jīng)系統(tǒng)細胞、成纖維細胞、表皮細胞以及內(nèi)分泌細胞等。帶血清的各種因子涉及到必須補充因子以及特殊因子,其中必須補充因子包括無血清培養(yǎng)基生長過程中所必需的轉(zhuǎn)鐵蛋白以及胰島素,而特殊因子則會在不同細胞體系的基礎(chǔ)上補充不同的元素,進而得到所需要的功能因子。

基因工程同工程技術(shù)的方法相類似,主要指的是在設(shè)計方案的基礎(chǔ)上,在體外對不同生物或者是人工合成的DNA展開重新組合以及改造,接下來再導(dǎo)入真核細胞或者是微生物展開無性繁殖,進而在體內(nèi)讓基因得到表達,這樣能在原有的基礎(chǔ)上對生物遺傳特性進行改變,或創(chuàng)造出新的生物[2]。按照這一思路,在進行肉類加工生產(chǎn)的過程中便能通過上述手段,獲得更多人們所需要的生化肉制品。

2.2 質(zhì)構(gòu)改善劑——谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶

從本質(zhì)上來看,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶屬于一種催化轉(zhuǎn)酰胺基反應(yīng)的酶,由331個氨基所組成的,分子量是38 000。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶主要是對蛋白質(zhì)分子中的谷氨酸γ—酰胺基以及賴氨酸ε—氨基之間所產(chǎn)生的縮合反應(yīng)進行催化,進而形成多肽鏈或者是分子內(nèi)的共價交聯(lián),讓蛋白質(zhì)出現(xiàn)改性,極大提升蛋白質(zhì)本身的持水性和可塑性。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶經(jīng)常會作為保水劑和質(zhì)構(gòu)改善劑應(yīng)用在肉類產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程中。在微生物細胞以及動物細胞中廣泛存在著谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶,而其在工業(yè)生產(chǎn)的過程中將會采用鏈霉菌發(fā)酵的方式獲得,其本身在應(yīng)用的過程中有著多方面優(yōu)勢,包括不存在對于Ca2+的依賴性、pH范圍廣以及熱穩(wěn)定性強等[3]。

實踐研究表明,野生型鏈霉菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶在效率方面存在嚴(yán)重不足,但若采用基因重組的方式,在大腸桿菌或其他載體菌中對谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的基因進行表達便會有較高的生產(chǎn)效率。目前,在我國所開展的肉類生產(chǎn)加工中,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶在應(yīng)用的過程中存在一定的局限性,主要涉及到以下兩方面內(nèi)容。①當(dāng)前國內(nèi)在技術(shù)手段方面相對較為落后,所生產(chǎn)的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶活性欠缺,與此同時所應(yīng)用的野生菌株生產(chǎn)效率很差,這種現(xiàn)象使得生產(chǎn)成本得到了大幅增多,降低了其市場競爭力。②從國外進口谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶成本極高,導(dǎo)致其應(yīng)用實效性不強,即便是當(dāng)前我國部分科研單位能夠利用基因工程技術(shù)改造野生菌株,進而實現(xiàn)其產(chǎn)量的增加,但相比較西方發(fā)達國家來說仍有著一定的差距。

綜合考慮各方面影響因素,在肉類生產(chǎn)工加工領(lǐng)域中,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶生產(chǎn)和應(yīng)用將會呈現(xiàn)出以下幾種發(fā)展趨勢。①構(gòu)建新型基因工程菌株,新型的基因工程菌株能同時表達出谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶前體、激活蛋白酶及其抑制劑,最大限度提升合成后谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的活性,為有效達到這一效果,務(wù)必要優(yōu)化開展對菌株的選擇工作。②優(yōu)化選擇發(fā)酵液中谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶激活酶抑制劑,并合理控制其具體的添加量?;蛑亟M所表達的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶激活酶抑制劑無法表現(xiàn)出預(yù)期作用,絕大多數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加外源性表面活性劑,以此保障谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的活性。③拓寬谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶在肉制品生產(chǎn)加工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。相關(guān)調(diào)查表明,在肉類中增加0.01 U/g左右的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶能有效提升肉類的感官特性,基于此,可通過加強對谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的應(yīng)用實現(xiàn)對碎肉以及糜類肉制品質(zhì)構(gòu)的優(yōu)化重組,進而實現(xiàn)產(chǎn)品附加值的有效提升。

2.3 發(fā)酵工程的應(yīng)用

發(fā)酵工程是生物技術(shù)的重要組成部分,其主要是指采用現(xiàn)代化的工程技術(shù)手段,利用微生物本身自帶的特定功能,生產(chǎn)出相應(yīng)的產(chǎn)品或?qū)⑵鋺?yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的一種技術(shù),現(xiàn)如今發(fā)酵工程在肉類產(chǎn)品加工以及生產(chǎn)中的應(yīng)用主要涉及到發(fā)酵香腸以及生火腿兩種類型。我國在發(fā)酵肉制品領(lǐng)域有著較長的發(fā)展歷史,并且出現(xiàn)了諸多具有代表性的發(fā)酵型肉制品,包括宣威火腿、中式香腸以及金華火腿等,其憑借著特有的風(fēng)味廣受國內(nèi)外消費者的喜愛。在進行發(fā)酵肉制品的過程中往往涉及到較為復(fù)雜的理化以及微生物進程,這也是其特殊風(fēng)味的來源,在發(fā)酵劑的選擇上通常需要考慮產(chǎn)品本身以及菌種的特異性。

最初采用微球菌作為肉品發(fā)酵劑,直到1966年,一種由植物乳桿菌和微球菌所組成的混合發(fā)酵劑開始應(yīng)用于香腸的發(fā)酵。此后發(fā)現(xiàn),乳酸菌、球菌、酵母菌以及霉菌等都能應(yīng)用在發(fā)酵肉制品的生產(chǎn)和加工過程中。其中乳酸菌包括乳酸片球菌、干酪乳桿菌、植物乳桿菌以及彎曲乳桿菌等,該類微生物在發(fā)酵過程中產(chǎn)酸,會在一定程度上降低發(fā)酵肉制品的pH,對產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)進行改善,產(chǎn)生抗菌物質(zhì)[4]。而球菌大多數(shù)能分解蛋白質(zhì)和脂肪,以達到改善風(fēng)味和促進發(fā)色的效果,包括變異微球菌、木糖葡萄球菌以及肉葡萄球菌等等。

肉品發(fā)酵劑的應(yīng)用在未來呈現(xiàn)出如下的發(fā)展趨勢:①發(fā)酵劑菌種的選育和馴化應(yīng)立足于自然界,對新的微生物進行深層次的挖掘與篩選,挖掘出特定的功能基因,例如產(chǎn)細菌素基因以及產(chǎn)酸基因等,進而再應(yīng)用相應(yīng)的基因工程技術(shù)在原有的基礎(chǔ)上對功能基因展開充足、富集和表達形成新的菌株,在馴化過程中實現(xiàn)單位數(shù)量細菌功能特性的提升,以便減少肉類制品在生產(chǎn)和加工過程中所使用的發(fā)酵劑的數(shù)量和成本投入。②采用發(fā)酵劑高密度培養(yǎng)技術(shù),高密度培養(yǎng)是實現(xiàn)發(fā)酵劑商品化并保障產(chǎn)品實際效能發(fā)揮的重要組成部分,其主要是受到微生物擴繁的環(huán)境以及微生物本身的影響。最終是發(fā)酵劑制備技術(shù)的應(yīng)用,在完成高密度培養(yǎng)之后,應(yīng)采用相應(yīng)的工藝和媒介制備出能長時間保存并具有良好活力微生物制劑產(chǎn)品[5]。

3 結(jié)語

綜上所述,生物技術(shù)的靈活應(yīng)用能有效突破傳統(tǒng)肉類產(chǎn)業(yè)發(fā)展所受到的各種環(huán)境條件限制,對于我國肉類行業(yè)的持續(xù)平穩(wěn)發(fā)展有著積極的促進作用。因此,要深入研究生物技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用,在實踐過程中不斷積累經(jīng)驗,強化開展的各種資源和產(chǎn)品的挖掘與開發(fā),為我國肉類產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境條件。

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