生物技术是21世纪最具有发展前景和活力的学科,世界各国都将生物技术视为一项高新技术,生物技术在相关领域中的应用也成为应用技术研究中的热点[1]。生物技术包括传统生物技术和现代生物技术,现代生物技术是指以现代生物学研究成果为基础,以基因工程为核心的新兴学科。现代生物技术主要包括:基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程。现代食品工业的发展和人们生活和生产方式的改变,用已有的包装技术很难满足人们对包装的要求。现代生物技术在食品包装中的应用将促进食品包装行业的创新,推动包装行业的发展。
1在食品包装中的应用
1. 1生物酶工程在食品包装中的应用
生物酶是一种催化剂,它可用于食品包装而产生特殊的保护作用。研究表明:食品(包括很多生鲜食品和农副产品)都是由于生物酶的作用而产生变质糜烂的。可用于食品包装的酶的种类很多,这里重点介绍3种酶在食品包装中的应用。
微生物的腐败变质和氧化是食品腐变的二大重要因素,除氧是食品保藏中的必要手段,葡萄糖氧化酶具有对氧非常专一性的理想抗氧作用,是一种理想的除氧方法,对于已经发生的氧化变质作用,它可以阻止进一步发展,或者在未变质时,它能防止发生。国外已采用各种不同的方式应用于茶叶、冰淇淋、奶粉、罐头等产品的除氧包装,并设计出各种各样的片剂、涂层、吸氧袋等用于不同的产品中除氧。每瓶啤酒只需加人10单位EFAD(葡萄糖氧化酶),可使总氧从2.5mg/L降为0.05mg/L,去氧达98%,去氧效果之佳为其它同类产品所无法比拟,增加保质期[2,3]。
细胞壁溶解酶最大的特点是消除某些微生物的繁殖,而让某些有益细菌得以繁殖。在食品包装上用作防腐剂,对人体无毒害,可以替代一些对人体有害的化学防腐剂。溶解酶用于清酒的防腐,研究发现[4,5]:15mg/kg溶菌酶防腐效果与250mg/kg的水杨酸相等,还可有效防止水杨酸对胃肠的刺激,是一种良好的防腐剂。溶解酶在含食盐、糖等的溶液中稳定,耐酸、耐热性强,可用于水产、香肠、奶油、生面条的保藏,可有效延长保藏期。
将溶菌酶固定在食品包装材料上,生产出有抗菌功效的食品包装材料,以达到抗菌保鲜功能。肉制品软包装如果在产品真空包装前添加一定量的溶菌酶(1%～3%),然后巴氏杀菌(80～100℃,25～30min),可获得很好的保鲜效果,同时可以有效防止高温灭菌处理后制品脆性变差甚至产生蒸煮味[5]。
郑州工程学院的彭海萍[6]利用转谷氨酰胺酶修饰小麦面筋蛋白制备食用包装膜,研究发现:转谷氨酰胺酶聚合作用可增加蛋白质热稳定性等功能,酶的添加量控制在0.2%～0.3%之间,其机械性能和阻隔性能都可达到包装要求,适宜作食品的内包装纸。现代生物技术用于食品包装也就是“以酶治酶,以酶攻酶”而实现其包装作用的。
1. 2基因工程在食品包装中的应用
塑料作为四大包装材料之一,由于其质轻、强度好,用量逐年递增。但由于用石油产品制成的传统塑料,其废弃物很难降解,造成白色污染,因此,可降解塑料成为当今的研究热点。可生物降解塑料是环境友好的,可替代石化聚合物的新型材料。聚β- 羟基脂肪酸(PHAs)是一类微生物合成的大分子聚合物,结构简单,是可生物降解材料研究的热点,而聚β2羟基丁酸PHB是PHAs中最典型的一种。从1926年发现PHB至今,人们对其生物降解性和应用做了大量研究,被认为是化学合成塑料的理想代替品,在工业、农业及医学领域中被广泛应用。目前PHB的生产成本依然太高,用细菌发酵生产PHB的成本至少是化学合成聚乙烯的5倍,这严重限制了PHB在商业上的应用。为降低PHB的生产成本,提高PHB与传统塑料的市场竞争力,可向植物体内引入PHB生物合成途径,以植物为表达载体,利用CO2及光能合成PHB,是大规模廉价生产PHB的一种很有前景的方法,用转基因植物来生产PHB是降低生产成本的较好选择[7,8]。我国中科院植物研究所宋艳茹研究小组[9]对转基因马铃薯生产PHB进行研究,他们利用聚合酶链式反应(PCR)技术,从真养产碱杆菌H16染色体DNA中扩增并克隆了调控PHB生物合成的phbB和phbC基因。
John等人[10]从纤维的改性出发,研究了PHB合成基因在棉花中的表达情况。另外,利用蓝细菌生产PHB也是很有研究前景的,它生长周期短,繁殖快,成本更低。
在食品保藏、贮运方式上,利用基因工程可延长食物的贮藏期,改变传统的贮运方式。如通过转基因技术生产的延熟番茄[11,12],主要通过乙烯合成途径调控,抑制乙烯合成,从而达到延迟成熟、耐贮藏的目的。主要对乙烯合成的ACC合成酶和ACC氧化酶的反义RNA来延迟成熟,可一直保持在绿熟期,在外源喷施乙烯后才能成熟,因此,这类番茄完全可以在常温下保藏、贮运,降低保藏成本,延长货架寿命。基因工程将使食品包装更加环保,同时降低成本,这还需要研究人员长期的努力。
1. 3在食品包装中的应用
1. 3. 1对包装功能的改进反映商品质量的信息型智能包装技术,主要是利用化学、微生物和动力学的方法,通过指示剂的颜色变化记录包装商品在生命周期内商品质量的
