生物技術是21世紀最具有發(fā)展前景和活力的學科,世界各國都將生物技術視為一項高新技術,生物技術在相關領域中的應用也成為應用技術研究中的熱點[1]。生物技術包括傳統(tǒng)生物技術和現(xiàn)代生物技術,現(xiàn)代生物技術是指以現(xiàn)代生物學研究成果為基礎,以基因工程為核心的新興學科?，F(xiàn)代生物技術主要包括:基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質工程?，F(xiàn)代食品工業(yè)的發(fā)展和人們生活和生產方式的改變,用已有的包裝技術很難滿足人們對包裝的要求。現(xiàn)代生物技術在食品包裝中的應用將促進食品包裝行業(yè)的創(chuàng)新,推動包裝行業(yè)的發(fā)展。
1在食品包裝中的應用
1. 1生物酶工程在食品包裝中的應用
生物酶是一種催化劑,它可用于食品包裝而產生特殊的保護作用。研究表明:食品(包括很多生鮮食品和農副產品)都是由于生物酶的作用而產生變質糜爛的。可用于食品包裝的酶的種類很多,這里重點介紹3種酶在食品包裝中的應用。
微生物的腐敗變質和氧化是食品腐變的二大重要因素,除氧是食品保藏中的必要手段,葡萄糖氧化酶具有對氧非常專一性的理想抗氧作用,是一種理想的除氧方法,對于已經發(fā)生的氧化變質作用,它可以阻止進一步發(fā)展,或者在未變質時,它能防止發(fā)生。國外已采用各種不同的方式應用于茶葉、冰淇淋、奶粉、罐頭等產品的除氧包裝,并設計出各種各樣的片劑、涂層、吸氧袋等用于不同的產品中除氧。每瓶啤酒只需加人10單位EFAD(葡萄糖氧化酶),可使總氧從2.5mg/L降為0.05mg/L,去氧達98%,去氧效果之佳為其它同類產品所無法比擬,增加保質期[2,3]。
細胞壁溶解酶最大的特點是消除某些微生物的繁殖,而讓某些有益細菌得以繁殖。在食品包裝上用作防腐劑,對人體無毒害,可以替代一些對人體有害的化學防腐劑。溶解酶用于清酒的防腐,研究發(fā)現(xiàn)[4,5]:15mg/kg溶菌酶防腐效果與250mg/kg的水楊酸相等,還可有效防止水楊酸對胃腸的刺激,是一種良好的防腐劑。溶解酶在含食鹽、糖等的溶液中穩(wěn)定,耐酸、耐熱性強,可用于水產、香腸、奶油、生面條的保藏,可有效延長保藏期。
將溶菌酶固定在食品包裝材料上,生產出有抗菌功效的食品包裝材料,以達到抗菌保鮮功能。肉制品軟包裝如果在產品真空包裝前添加一定量的溶菌酶(1%～3%),然后巴氏殺菌(80～100℃,25～30min),可獲得很好的保鮮效果,同時可以有效防止高溫滅菌處理后制品脆性變差甚至產生蒸煮味[5]。
鄭州工程學院的彭海萍[6]利用轉谷氨酰胺酶修飾小麥面筋蛋白制備食用包裝膜,研究發(fā)現(xiàn):轉谷氨酰胺酶聚合作用可增加蛋白質熱穩(wěn)定性等功能,酶的添加量控制在0.2%～0.3%之間,其機械性能和阻隔性能都可達到包裝要求,適宜作食品的內包裝紙。現(xiàn)代生物技術用于食品包裝也就是“以酶治酶,以酶攻酶”而實現(xiàn)其包裝作用的。
1. 2基因工程在食品包裝中的應用
塑料作為四大包裝材料之一,由于其質輕、強度好,用量逐年遞增。但由于用石油產品制成的傳統(tǒng)塑料,其廢棄物很難降解,造成白色污染,因此,可降解塑料成為當今的研究熱點?？缮锝到馑芰鲜黔h(huán)境友好的,可替代石化聚合物的新型材料。聚β- 羥基脂肪酸(PHAs)是一類微生物合成的大分子聚合物,結構簡單,是可生物降解材料研究的熱點,而聚β2羥基丁酸PHB是PHAs中最典型的一種。從1926年發(fā)現(xiàn)PHB至今,人們對其生物降解性和應用做了大量研究,被認為是化學合成塑料的理想代替品,在工業(yè)、農業(yè)及醫(yī)學領域中被廣泛應用。目前PHB的生產成本依然太高,用細菌發(fā)酵生產PHB的成本至少是化學合成聚乙烯的5倍,這嚴重限制了PHB在商業(yè)上的應用。為降低PHB的生產成本,提高PHB與傳統(tǒng)塑料的市場競爭力,可向植物體內引入PHB生物合成途徑,以植物為表達載體,利用CO2及光能合成PHB,是大規(guī)模廉價生產PHB的一種很有前景的方法,用轉基因植物來生產PHB是降低生產成本的較好選擇[7,8]。我國中科院植物研究所宋艷茹研究小組[9]對轉基因馬鈴薯生產PHB進行研究,他們利用聚合酶鏈式反應(PCR)技術,從真養(yǎng)產堿桿菌H16染色體DNA中擴增并克隆了調控PHB生物合成的phbB和phbC基因。
John等人[10]從纖維的改性出發(fā),研究了PHB合成基因在棉花中的表達情況。另外,利用藍細菌生產PHB也是很有研究前景的,它生長周期短,繁殖快,成本更低。
在食品保藏、貯運方式上,利用基因工程可延長食物的貯藏期,改變傳統(tǒng)的貯運方式。如通過轉基因技術生產的延熟番茄[11,12],主要通過乙烯合成途徑調控,抑制乙烯合成,從而達到延遲成熟、耐貯藏的目的。主要對乙烯合成的ACC合成酶和ACC氧化酶的反義RNA來延遲成熟,可一直保持在綠熟期,在外源噴施乙烯后才能成熟,因此,這類番茄完全可以在常溫下保藏、貯運,降低保藏成本,延長貨架壽命。基因工程將使食品包裝更加環(huán)保,同時降低成本,這還需要研究人員長期的努力。
1. 3在食品包裝中的應用
1. 3. 1對包裝功能的改進反映商品質量的信息型智能包裝技術,主要是利用化學、微生物和動力學的方法,通過指示劑的顏色變化記錄包裝商品在生命周期內商品質量的
1在食品包裝中的應用
1. 1生物酶工程在食品包裝中的應用
生物酶是一種催化劑,它可用于食品包裝而產生特殊的保護作用。研究表明:食品(包括很多生鮮食品和農副產品)都是由于生物酶的作用而產生變質糜爛的。可用于食品包裝的酶的種類很多,這里重點介紹3種酶在食品包裝中的應用。
微生物的腐敗變質和氧化是食品腐變的二大重要因素,除氧是食品保藏中的必要手段,葡萄糖氧化酶具有對氧非常專一性的理想抗氧作用,是一種理想的除氧方法,對于已經發(fā)生的氧化變質作用,它可以阻止進一步發(fā)展,或者在未變質時,它能防止發(fā)生。國外已采用各種不同的方式應用于茶葉、冰淇淋、奶粉、罐頭等產品的除氧包裝,并設計出各種各樣的片劑、涂層、吸氧袋等用于不同的產品中除氧。每瓶啤酒只需加人10單位EFAD(葡萄糖氧化酶),可使總氧從2.5mg/L降為0.05mg/L,去氧達98%,去氧效果之佳為其它同類產品所無法比擬,增加保質期[2,3]。
細胞壁溶解酶最大的特點是消除某些微生物的繁殖,而讓某些有益細菌得以繁殖。在食品包裝上用作防腐劑,對人體無毒害,可以替代一些對人體有害的化學防腐劑。溶解酶用于清酒的防腐,研究發(fā)現(xiàn)[4,5]:15mg/kg溶菌酶防腐效果與250mg/kg的水楊酸相等,還可有效防止水楊酸對胃腸的刺激,是一種良好的防腐劑。溶解酶在含食鹽、糖等的溶液中穩(wěn)定,耐酸、耐熱性強,可用于水產、香腸、奶油、生面條的保藏,可有效延長保藏期。
將溶菌酶固定在食品包裝材料上,生產出有抗菌功效的食品包裝材料,以達到抗菌保鮮功能。肉制品軟包裝如果在產品真空包裝前添加一定量的溶菌酶(1%～3%),然后巴氏殺菌(80～100℃,25～30min),可獲得很好的保鮮效果,同時可以有效防止高溫滅菌處理后制品脆性變差甚至產生蒸煮味[5]。
鄭州工程學院的彭海萍[6]利用轉谷氨酰胺酶修飾小麥面筋蛋白制備食用包裝膜,研究發(fā)現(xiàn):轉谷氨酰胺酶聚合作用可增加蛋白質熱穩(wěn)定性等功能,酶的添加量控制在0.2%～0.3%之間,其機械性能和阻隔性能都可達到包裝要求,適宜作食品的內包裝紙。現(xiàn)代生物技術用于食品包裝也就是“以酶治酶,以酶攻酶”而實現(xiàn)其包裝作用的。
1. 2基因工程在食品包裝中的應用
塑料作為四大包裝材料之一,由于其質輕、強度好,用量逐年遞增。但由于用石油產品制成的傳統(tǒng)塑料,其廢棄物很難降解,造成白色污染,因此,可降解塑料成為當今的研究熱點?？缮锝到馑芰鲜黔h(huán)境友好的,可替代石化聚合物的新型材料。聚β- 羥基脂肪酸(PHAs)是一類微生物合成的大分子聚合物,結構簡單,是可生物降解材料研究的熱點,而聚β2羥基丁酸PHB是PHAs中最典型的一種。從1926年發(fā)現(xiàn)PHB至今,人們對其生物降解性和應用做了大量研究,被認為是化學合成塑料的理想代替品,在工業(yè)、農業(yè)及醫(yī)學領域中被廣泛應用。目前PHB的生產成本依然太高,用細菌發(fā)酵生產PHB的成本至少是化學合成聚乙烯的5倍,這嚴重限制了PHB在商業(yè)上的應用。為降低PHB的生產成本,提高PHB與傳統(tǒng)塑料的市場競爭力,可向植物體內引入PHB生物合成途徑,以植物為表達載體,利用CO2及光能合成PHB,是大規(guī)模廉價生產PHB的一種很有前景的方法,用轉基因植物來生產PHB是降低生產成本的較好選擇[7,8]。我國中科院植物研究所宋艷茹研究小組[9]對轉基因馬鈴薯生產PHB進行研究,他們利用聚合酶鏈式反應(PCR)技術,從真養(yǎng)產堿桿菌H16染色體DNA中擴增并克隆了調控PHB生物合成的phbB和phbC基因。
John等人[10]從纖維的改性出發(fā),研究了PHB合成基因在棉花中的表達情況。另外,利用藍細菌生產PHB也是很有研究前景的,它生長周期短,繁殖快,成本更低。
在食品保藏、貯運方式上,利用基因工程可延長食物的貯藏期,改變傳統(tǒng)的貯運方式。如通過轉基因技術生產的延熟番茄[11,12],主要通過乙烯合成途徑調控,抑制乙烯合成,從而達到延遲成熟、耐貯藏的目的。主要對乙烯合成的ACC合成酶和ACC氧化酶的反義RNA來延遲成熟,可一直保持在綠熟期,在外源噴施乙烯后才能成熟,因此,這類番茄完全可以在常溫下保藏、貯運,降低保藏成本,延長貨架壽命。基因工程將使食品包裝更加環(huán)保,同時降低成本,這還需要研究人員長期的努力。
1. 3在食品包裝中的應用
1. 3. 1對包裝功能的改進反映商品質量的信息型智能包裝技術,主要是利用化學、微生物和動力學的方法,通過指示劑的顏色變化記錄包裝商品在生命周期內商品質量的
