淀粉在食品工业中的应用

第一篇：淀粉在食品工业中的应用

淀粉在食品工业中的应用

淀粉在食品工业中的应用

高分子092 陈冰 200911024206 前言

淀粉是一种来源丰富的可再生资源。近年石油价格一路上扬，使得以石油为原料的高分子类产品价格也随之上涨。淀粉作为一种来源丰富的可再生资源，其改性产品在某些方而可以替代普通塑料，而有着优良的生物降解性，可以有效地解决白色污染问题。改性淀粉以人然淀粉为原料，在其原有性质基础上，经过特定的化学物理处理改良其原有性能被广泛应用于皮革、造纸、石汕、纺织、食品、医药等行业，并且有望以改性淀粉制备纤维，从而大大地扩大了改性淀粉的应用范围。

【摘要】：本文通过介绍淀粉的改性方法及应用，进一步讲述了当今淀粉改性在食品工业及食品包装上的应用。

【Abstract】：This paper introduces the method for modification of starch and its application, further describes the modified starch in food industry and food packaging applications.【关键词】：淀粉

改性

食品

环保

【Key words】: starch modified food environmental protection 天然淀粉资源十分丰富，如土豆、玉米、木薯、菱角、小麦等均有高含量的淀粉，据统计，自然界中含淀粉的天然碳水化合物年产量达5000亿，是人类可以取用的最丰富的有机资源。淀粉及其衍生物是一种多功能的天然高分子化合物，具有无毒、可生活降解等优点。它是一种六元环状天然高分子，含有许多羟基，通过这些羟基的化学反应生产改性淀粉，另外，淀

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粉还能与乙烯类单体如丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等通过接枝共聚反应生成共聚物。这些共聚物可用作絮凝剂、增稠剂、黏合剂、造纸助留剂等。

80年代初期，我国学者已开始对淀粉改性研制新型絮凝剂，近年来，又有人将木薯粉与烯类单体在催化剂作用下发生反应，制得了一种CS-1型离子絮凝剂。将这种网状长链高分子絮凝剂用于污水处理厂二级污水的处理，可缩短泥水分离的絮凝沉降过程，提高出水水质。专利产品——CRS高级阳离子淀粉，是用工业盐酸、三甲、环氧氯丙烷合成R型阳离子，再以CN作复合催化剂、氯化铵作保护剂与玉米淀粉反应而制得的。这种产品用于污水处理时凝絮性能好，且生产成本低。[1]近年来淀粉的接枝共聚制新型絮凝剂在国内也取得长足进展，有人用淀粉与二甲基二烯丙基氯化铵接枝共聚值得阳离子淀粉，实验对炼油废水、生活废水有较好的处理效果，COD去除率可达70%以上，色度残留率低于20%，是一种较好的絮凝剂。淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物作为有机高分子絮凝剂的研究早已受到人们的重视，并有不少成果问世。我国易华等以淀粉 为基本原料，假如丙烯酰胺、三乙胺、甲醛和适量的盐酸进行接枝共聚反应，合成出一种阳离子型高分子絮凝剂FNQE，改药剂具有独特的分子结构和较高的相对分子质量分布。FNQE对高岭土悬浊液有良好的絮凝除浊效果，对城市污水在投药量为10mg/L时即能达到理想的净化效果，浊度、色度的去除率均在90%以上。[2] 1.淀粉改性

淀粉的物理改性是指通过热、机械力、物理场等物理手段对淀粉进行改性。淀粉的物理改性主要有热液处理、微波处理、电离放射线处理、超声波处理、球磨处理、挤压处理等。通过物理改性，大然淀粉的很多物化性质都得到明显的改善，产品应用范围得到扩大。山于物理改性没有添加任何有害物质，所以通过物理改性的淀粉作为食品添加剂越来越受到消费者的关注。近年来，各种现代高新技术的应用，为淀粉的物理法改性开拓了新的发展方向。[3] 化学改性：淀粉分子上带有大量的轻基和糖苷键是化学反应的活性中心。淀粉的化学改性主要有酸改性、氧化改性、糊精化、交联改性和引入稳定取代基法。[4] 酸改性淀粉是在低于糊化温度时，用无机酸处理淀粉浆液而得到。使用这种

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改性方法时，A-葡聚糖的水解可以被很好地调控，可以得到比原淀粉:,.度史低的淀粉。因此也称之为/酸变稀淀粉，有着很好的流动性，随着处理程度的加深流动性加大。常见的酸处理方法有湿法、半干法和非水溶剂法。山于酸处理淀粉有相对低的孰度和分子质量等性质，因此可用于软糖、淀粉果冻等食品工业，造纸工业中的表而施胶、改善适应性等。[5] 氧化改性是淀粉分子在氧化剂作用下，葡萄糖单位上的C。位上的伯轻基，C2, C。上的仲轻基被氧化成醛基或羚基。常用氧化剂有次氯酸钠、过氧化物、高锰酸钾等。羚基的引入，使得分子之间的距离加大，阻止了分子中的氢键形成，从而使之有易糊化、黏度低、凝沉性弱、成膜性好、膜的透明度及强度高等特点。[6] 氧化淀粉用途广泛，可用作食品工业中的低孰度增稠剂、代替植物胶用于果胶、软糖、酱类制品生产加工中，在造纸工业中，可用作施胶剂和胶粘剂，改善印刷适应性、提高纸张强度和纸张生产效率。

2.淀粉改性传统包装用高分子材料

淀粉是从玉米、粮食谷物、稻米和土豆获得的多糖类，来源丰富。淀粉实质上是直链淀粉，其几乎是线性无水葡萄糖聚合物，以及支链淀粉，其几乎是支链无水葡萄糖聚合物混和物。采用的淀粉种类不同，两者的比例也不同，其结构如下图。填充型淀粉塑料是在一定条件下将淀粉与塑料中的羟基进行活化，或采用合适的增容技术形成高聚物共混体系。全淀粉热塑性塑料属于天然聚合物，其淀粉含量在90%以上，添加其他组分也是可降解的。其制备原理是使淀粉分子无序化，形成具有热塑性能的热塑性淀粉（TPS）。

降解淀粉基塑料有三种方式：光、生物、光-生物降解。光降解是使大分子链断裂成小分子，然后微生物吞噬；生物降解是淀粉首先被微生物吞噬，塑料比表面积大大增加，同时微生物分泌出酶，酶进入聚合物的活性位置并发生作用，导致聚合物强度下降，另一方面添加的自氧化剂与土壤中的金属盐反应成过氧化物，其切断聚合物的分子链，增大的比表面积增加了链段断裂速度，低分子被微生物进一步降解为二氧化碳和水；光-生物降解塑料是指淀粉等生物降解剂首先被生物降解，这一过程削弱了高聚物基质，使高聚物母体变得疏松，增大了表面/体积比。同时，日光、热、氧、引发光敏剂、促氧剂等物质的光氧化和自氧化

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作用，导致高聚物的链被氧化断裂，分子量下降并被微生物消化。能与淀粉共混的合成树脂有:高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙(LLDPE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚(Polyester)等。其中低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚乙烯醇添加淀粉的降解塑料为主要的研究对象，常用的食品包装材料有聚乙烯和聚丙烯。[7] 2.1淀粉改性聚乙烯（PE）

聚乙烯为非极性聚合物，而淀粉是一种富含羟基的强极性天然高分子化合物。且两者链结构差异也较大，混溶性极差机械共混物降会形成完全相分离的体系，过去十几年寻找合适的增容技术提高聚乙烯和淀粉的相容性。一般采用接枝增容剂的添加增加增容性，当聚乙烯-接枝-1-烯-1-醇和聚乙烯-接枝-1-十一烯-1-醇作为增容剂，1当其含量到达3-5%时候，低密度聚乙烯（LDPE）和淀粉共混物拉伸强度和弹性模量得到了很大的提高，同时LDPE熔点也得到了提高。聚乙烯接枝马来酸酐增容低密度聚乙烯/西米淀粉热塑性增强红麻纤维复合材料，2结果表明提高了共混物的相容性，拉伸强度和杨氏模量得到了提高，水分吸收表明聚乙烯接枝马来酸酐的添加降低了体系的吸水性。也有对淀粉进行处理增加增容性，玉米淀粉采用环氧氯乙烷和增塑剂甘油作为交联剂改性，淀粉的酯化和醚化，偶联剂处理淀粉都能很好的解决相容性的问题。

早期，直接在LDPE中加入淀粉，通过熔融挤出制得部分可降解包装材料，但需要淀粉的含量超过10%，最好达到30%以上，但是极大影响了力学性能、气体阻隔性。4，5同时淀粉改性聚乙烯作为包装材料一般储存条件较苛刻，同时价格较贵，降解也不完全，因此目前不适合大规模降解高分子包装材料。2.2淀粉改性聚丙烯（PP）[8] 改性过的淀粉聚丙烯官能团具有很好的化学结合，6增强了共混物的物理力学性能，第4页，共11页

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改善了体系结构和吸水性。取向和非取向混和物的强度是PP的1.5-2.0倍，改型淀粉的引入提供了生产高强度新的安全生态材料。在引发剂过氧化二异丙苯(DCP)作用下，以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为相容剂，通过双螺杆挤出“一步法”实现了淀粉(ST)的热塑及其与聚丙烯(PP)共混增容，制备了PP/ ST 共混材料，7其含量为1 %(质量分数)时力学性能最佳,对于相容剂，GMA/St 体系GMA 含量2 %(质量分数)时达到最佳，相比于未加相容剂体系拉伸强度分别提高了约40 %和50 %，缺口冲击强度分别提高了51.4 %和79 %。

利用土壤包埋测试聚丙烯和淀粉生物降解材料的降解性，8利用热重分析包埋前后PP基材和其混和物的热稳定性，不同环境中（含氮气或者含氧气不同条件）降解性也不一样，利用UV光辐射生物可降解塑料发现，9淀粉改性PP塑料在生物降解前先光氧化，热分析PP结晶度降低，材料热稳定性也发生了改变，生物降解趋势是增加淀粉单元的热稳定性但不影响PP，光氧化虽然可能是淀粉更加稳定但趋势是降低混和物的热稳定性。这些分析得出了相关的降解速度理论公式，为实际生产可控生物降解包装材料提供了很好的依据。[9] 3.淀粉三大物理改性技术研究[10]

随着人们对健康、环保和食品安全的日益重视，开发绿色食品和绿色食品加工工艺已成为目前国内外的研究热点。淀粉是可再生和生物降解的绿色资源，对淀粉进一步加工可以得到许多性质优良的改性淀粉产品，在食品中有着广泛的应用。淀粉的物理改性是指借助热机、物理械力、场等物理手段对淀粉进行改性，通过这些方法处理的淀粉，且加工工艺及其产品的理化性不含化学试剂的残留，产品应用范围和附加值也大大提质得到明显改善，因此淀粉的物理改性备受人们的关注，研究也异常活跃。3.1湿热处理技术

将一定水分(14%}27%)的淀粉在100%相对湿度的条件下，于100℃或史高温度下加热较长时间(<5 h}18 h)，可以使淀粉的物理性质发生很大改变而不发生化学变化。湿热处理淀粉的晶形发生变化而泞致凝胶性质、糊化行为、膨胀行为、糊液透明度等性质变化。

湿热处理能保持淀粉颗粒的大小和形状。在湿热处理玉米、小麦、燕麦、小扁显和马铃薯淀粉后，外部形态、颗粒大小没有改变Hoover等人研究了马铃薯、第5页，共11页

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山药和扁显淀粉湿热处理后糊化温度的变化情况，结果发现糊化温度分别提高了约16℃和24℃。Perera等人考察湿热处理的淀粉发现95℃糊化的粘度一般比原淀粉低，但95℃保温30 min后糊的粘度变化较原淀粉小，说明其热糊稳定性高于原淀粉。

剧烈条件处理使淀粉凝胶的刚性变小，溶解性增大，可能是因为膨胀性减小及部分淀粉发生了降解，且处理的剧烈程度越大，冷藏时淀粉的老化越严重;而温和的湿热处理条件使马铃薯淀粉的刚性增强。

淀粉物理性质的这些变化与淀粉颗粒内分子旋转使分子间的联接增加有关。X-射线衍射分析表明:湿热处理使马铃薯淀粉的结晶度增加，且晶形由原来的B形转变成A+C形，与玉米原淀粉相似，Banks等认为湿热处理产生两个效应:(1)脱水，使晶形山B形变成A形;(2)无定形的直链淀粉转化成2挤压技术 3.2挤压技术的原理

挤压技术是指物料经预处理(粉碎、调湿、混合)后，经机械作用强使其通过一个专门设计的孔口(模具)，以形成一定形状和组织状态的产品。该技术的优点有:可以把几个化学过程操作放在中一的设备中进行，时空产量高;化学反应在一个相对干的环境卜，短时间内与淀粉的糊化同时发生;设备配套简单、占地小、操作方便、适应性强;可大量连续生产;无污水产生。

挤压技术的主要设备是螺杆挤压机，一般分中-螺杆和双螺杆2种类型。双螺杆挤压机具有史高的混合效率、过程控制好、产品均一等优点，因此在工业生产中应用史为广泛。以双螺杆挤压机为例，干物料和水从加料斗均匀地进入机筒后，沿转动螺杆上螺槽轴向运动的方向向前输送，此后山于受到机头阻力和螺杆压缩比结构的作用，物料被逐渐压实二因吸收了来自机筒加热器的热量和螺杆与机筒间强烈的摩擦、搅拌和剪切等机械能所转化的热量

而升温，直到全部熔融。随着轴向运动的螺槽逐渐变浅，熔融的物料被继续加压加热形成了蒸煮过程，其间将发生脂肪和蛋白质变性、淀粉糊化及化学变性、微生物被悉数杀灭、酶被抑制或失活等一系列复杂的生化反应。熔融的物料组织被进一步均化，最终从机头末端的模头被定量、定压地挤出，山于温度和压力突然降至常温、常压状态，致使物料内水分急剧汽化蒸发，体积迅速膨胀，再经冷却成型。挤压过程中淀粉的降解主要是山于挤压过程中的高温、高压、高摩擦和高

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剪切所引起的。挤压过程中的膨化现象产生主要是山于物料从高温高压的机筒中挤出模具后，骤然降到常温常压，水分闪蒸所引起的，温度越高，压力越大，膨化度也越大[o}螺旋形。

3.3湿热处理技术在淀粉改性中的应用

湿热处理可以使淀粉的物理性能得到改善而开发了多种用途，最主要的应用是作为制备抗性淀粉的重要工艺。在抗性淀粉制备中，日本的食品化工公司利用高直链玉米淀粉为原料，经过湿热处理后，制成食物纤维高达60%的功能性食品材料，该产品添加在而包中，作为主食己经在市场上销售。抗性淀粉作为主要填充料添加于食品中，可改善食品质地，延长食品保质期，具有热量少、防止结肠癌、降血脂、预防胆结石、促进人体对矿物质的吸收等保健作用。此外，日木二和淀粉工业株式会社经过近十年的基础，利用减压蒸汽处理，己成功地生产出不同性质的湿热处理淀粉商品。3.4挤压技术在淀粉改性中的应用

挤压技术应用于淀粉的物理和化学改性有着广泛的应用前景，是近些年来新兴的一种淀粉改性技术。以挤压生产预糊化淀粉为例，将淀粉调到一定的含水量在挤压机套筒中，螺杆运离子、电子、或不饱和基团;高聚物空间结构发生改变。基于这些变化，微粒中内能的聚集和大量新表而的形成使其处于化学活跃状态，易于发生化学反应;物料因高度的表而活性而极易分散，吸附和溶解。[11]

式中:V为沉降速度;de为微粒有效径;d1为分散相的密度;dZ为分散介质的密度;g为重力加速度;为分散介质的粘度。由上式可看出，固体微粒直径越小，其溶液的稳定性越好。超微粉具有较小的颗粒半径，故其速溶的稳定性较好。

4.淀粉改性制备高吸水性树脂的合成

淀粉与MA配比的影响

淀粉中含有大量的经基可直接与顺配进行酷化反应形成顺丁烯二酸单酷(形成双醋且需加催化剂)即通过醋化反映直接在淀粉上引人不饱和键使其很容易和

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丙烯酸和交联剂进行共聚。

从[12] [13]可知，淀粉与顺醉的醋化率对吸水树脂的性能有很大的影响.当顺醉与淀粉的质量比太低时，其醋化率很低，即大部分淀粉链上未引人不饱和键，丙烯酸难于与淀粉形成高的共聚物，使得大部分高分子未形成三维网络结构，树脂可溶于水;反之，当MA与淀粉的混合比太高时，淀粉链上的经基大部分被醋化，形成的共聚物的交联度过大，反而使形成的三维网络结构的空间变小，致使产品的吸水能力变差.经实验得知，当MA与淀粉的质量比为0.4时，所得产品的吸水率最高.交联剂的选择及其浓度的影响。

从[14] [15] [16]可知，可用着高吸水性树脂交联剂的单体很多.例如，二乙二醇二甲基丙烯酸醋、N,N一二亚甲基一二甲基丙烯酸酞胺、甲基丙烯酸一2一经基乙酷等.本实验采用N.N一二亚甲基一二甲基丙烯酸酞胺作交联剂，其在单体中的浓度对树脂吸水率的影响见下表。

由上表可知，随着交联剂用量的增加树脂的吸盐水能力会逐渐增加，最后趋于恒定.而吸收去离子水的能力呈先增加后略下降的趋势.这是由于随着交联剂的浓度的增加，共聚物的交联度也增加，其中形成的网络结构的空间变小，故吸水率变小.实验发现交联剂的浓度以单体总量的0.3%为宜。引发剂的选择与浓度的影响。

由于该实验在溶剂中聚合，故应运用油溶性自由基作引发剂，常见的有过氧化苯甲酞(BPO)，偶氮二异丁睛(AIBN)两类.一般，引发剂的类型对树脂的性能影响不大，但它们的活性在不同的温度下有很大的差别.在90℃时，AIBN分解成自由基的速度非常快，仅几分种的时间，使得单体很容易发生暴聚。

从[17] [18]可知，膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的勃土，它的化学式A1z0,•4Si0z•nHzO(n通常大于2)，它是一种三层结构的硅酸盐矿物，每个晶层

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淀粉在食品工业中的应用 的两端都是硅氧四面体，中同夹看一层铝氧八面体，晶层之间的氧原子联系力很小，水很容易进人晶层中间，引起膨胀，因此膨润土有很强的吸水性;而且晶格中的Al'`和S14+常易被M犷、Fe'` } ZnZ`等离子置换，吸附离子后，使得晶层之间的距离增加，更易吸收水.因此，膨润土是一很好的无机吸水性材料，其耐盐水性也很好.通过实验可知，当膨润土占体系总重量的12%时，吸水率最好，保水性能也很好，能够满足我们的应用要求。[19] 氢氧化钠的加人量对树脂的吸水性也有较大的影响.氢氧化钠的量太少时，树脂中还含有较多的拨酸，在水中形成足够多的三维网状结构，吸水性差;但氢氧化钠的加人量过多，树脂中的梭基大部分被中和，使得树脂的水溶性增加，吸水与保水能力变差.当加人氢氧化钠的物质的量为体系中总梭基的物质的量的一半时，树脂的吸水与保水性均较好。

5.环保塑料袋生产技术的成熟

目前，国际上可以用作环保型的塑料袋大致有光降解型、完全生物降解型、水降解型和淀粉改性型等4种。我国可降解塑料的技术发始于20世纪70年代，基木与世界同步。我国环保塑料袋技术较为成熟的是生物降解型和淀粉改性型两种。用这两种技术生产的可降解塑料袋产品己经出口美国、日木及欧洲发达国家。

据了解，可生物降解型的塑料袋是以聚乙烯塑料为主料，掺混淀粉等生物降解剂制成的。这种塑料袋丢弃在野外后，降解塑料袋中所含的淀粉，在短期内被上壤或垃圾中的微生物分泌的酶迅速降解而生成空洞，泞致制品力学性能卜降。伴随着空洞的生成，表而积扩大，增大了它与上壤的接触而，加快了塑料袋的降解速度。[20]

目前，在市而上使用的大多数可降解塑料袋的化学成分是锭粉改性聚烯烃聚乙烯”，淀粉含量在90%以上。这种塑料袋在结束其正常使用寿命后，再经过半年到1年的时间就可以完成所有降解过程。全淀粉塑料的生产原理是使淀粉分子变构而无序化，形成具有热塑性能的淀粉树脂，淀粉在各种环境中都具备完全的生物降解能力，塑料中的淀粉分子降解或灰化后，形成一氧化碳气体，不对上壤或空气产生毒害。同时，淀粉又是可再生资源，取之不竭，对节约资源也有很大的帮助。

据了解，目前我国大大小小规模不等的塑料包装企业共有6力一多家，其中

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一半以上的企业都处于亏损的困境。造成这种现象的原因是多方而的，如政策、标准、技术、市场等等。目前国家己经计划投资2亿元人民币，对可降解产业尤其是生物可降解产业给子资金上的扶持。这对经营困难、濒临破产的环保塑料企业来说，无疑是一个好消息。[21] 7.结论

我国幅员辽阔，淀粉作物品种多，产量大。山于淀粉改性技术落后，一方而国内淀粉产品过剩，销路不畅，另一方而又须从国外进口高质量的变性淀粉。这种矛盾只有通过提高淀粉改性技术才能解决。今后的发展趋势将趋于品种多样化、功能复合化，两性淀粉和多元改性淀粉具有比中一改性产品史优越的使用性能，将受到青睐。相信我国的淀粉改性技术将有巨大的发展新的变性淀粉产品将不断涌现。

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第二篇：基因工程在食品工业中的应用

基因工程在食品工业中的应用

摘要：生物技术发展日新月异，基因工程的应用已经渗透到工、农、衣、国防和环保等各个领域，深刻影响着人类的生活和社会的进程；当然，基因工程技术在食品中的应用也越来越广泛。它具有从本质上改变生物及食品性能的特性，因此越来越受到食品科技工作者的重视。本文阐述了基因工程的定义，详细介绍了基因工程食品的由来，并介绍了基因工程在食品原料改良中的应用；基因工程在食品发酵中的应用；基因工程在农副产品加工中的应用，同时，展望了基因工程技术在食品工业领域中的美好发展前景。

关键词：基因工程

食品工业

食品原料改良

食品发酵

农副产品

Application of genetic engineering in food industry Abstr act: Changing biotechnology and genetic engineering applications have penetrated into industry, agriculture, national defense, clothing, and the environmental protection and other fields, and deeply influenced the process of human life and society;Genetic engineering application in the food, of course, also more and more widely.It has essentially changed biological and food performance characteristics, so more and more brought to the attention of the food science and technology workers.This paper expounds the definition of genetic engineering, gene engineering was introduced in detail the origin of the food, and introduces the application of genetic engineering in food raw material improvement;The application of genetic engineering in food fermentation;Genetic engineering application in the agricultural and sideline products processing, at the same time, discussed in the field of genetic engineering in food industry good development prospects.Key word: Genetic engineering

food industry

food raw material improvement

food fermentation

agricultural and sideline products

一、基因工程的定义

狭义：指用体外重组DNA技术去获得新的重组基因；

广义：指按人们意愿设计，通过改造基因或基因组而改变生物的遗传特性。如用重组DNA技术，将外源基因转入大肠杆菌中表达，使大肠杆菌能够生产人所需要的产品；将外源基因转入动物，构建具有新遗传特性的转基因动物；用基因敲除手段，获得有遗传缺陷的动物等。

基因工程食品: 基因工程食品是指利用生物技术改良的动植物或微生物所制造或生产的食品、食品原料及食品添加剂等。它是针对某一或某些特性以突变、植入异源基因或改变基因表现等生物技术方式，进行遗传因子的修饰，使动植物或微生物具备或增强此特性，进而降低生产成本，增加食品或食品原料的价值，例如增强抗病性、改变营养成分，加快生长速度、增强对环境的抗性等

二、基因工程的发展史 基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于本世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学。一般来说，基因工程是指在基因水平上的遗传工程，它是用人为方法将所需要的某一供体生物的遗传物质--DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在其中“安家落户”，进行正常复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。

三、基因工程在食品原料改良中的应用

（一)水化合物的改良

食品碳水化合物类食品方面利用基因工程来调节淀粉合成过程中特定酶的含量或几种酶之间的比例，从而达到增加淀粉含量或获得独特性质、品质优良的新型淀粉。例如：通过反义基因抑制淀粉分枝酶可获得完全只含有直链淀粉的转基因马铃薯。这样油炸后的产品更具有马铃薯的风味，更好的构质，较低的吸油量和较少的油味。

(二)油脂的改良

目前，控制脂肪酸链长的几个酶的基因和控制饱和度的一些酶的基因已被克隆成功，并用于研究改善脂肪的品质。如通过导入硬脂酸-ACP 脱氢酶的反义基因，可使转基因油菜 种子中硬脂酸的含量从 2%增加到 40%。而将硬脂酞 CoA 脱饱和酶基因导入作物后，可使转基因作物中的饱和脂肪酸(软脂酸、硬脂酸)的含量有所下降，而不饱和脂 肪酸(油酸、亚油酸)的含量则明显增加，其中油酸的含量可增加 7 倍。除了改变 油脂分子的不饱和度外，基因工程技术在改良脂肪酸的链长上也取得了实效。事实上，高油酸含量的转基因大豆及高月桂酸含量的转基因油料作物芥花菜(Canola)在美国已经成为商品化生产的基因工程油料作物品种。

(三)蛋白质的改良

食品中动植物蛋白由于其含量不高或比例不恰当，可能导致蛋白营养不良。采用转基因的方法，生产具有合理营养价值的食品，让人们只需吃较少的食品，就可以满足营养需求。例如，豆类植物中蛋氨酸的含量很低，但赖氨酸的含量很高；而谷类作物中的对应氨基酸含量正好相反，通过基因工程技术，可将谷类植物慕冈导入豆类植物，开发蛋氨酸含量高的转基因人豆。

（四）碳水化合物的改良

对碳水化合物的改进，只有通过对其酶的改变来调节其含量。高等植物体中涉及淀粉合成的酶类主要有: ADPP葡萄糖焦磷酸酶(ADP-GPP)、淀粉合成酶(SS)和分支酶(BE)。通过反义基因抑制淀粉分支酶，可获得完全只含直链淀粉的转基因马铃薯。Monsanto公司开发了淀粉含量平均提高了20%-30%的转基因马铃薯。油炸后的产品更具马铃薯风味、且吸油量较低。

四、基因工程在食品发酵中的应用

随着食品工业的发展，对酶、蛋白质、氨基酸、香精、甜味剂等原辅料的需求量大增，而这些原辅料传统上靠动植物供应，由于受气候、季节、生长期等因素的影响，供应鼍往往不能满足需要。现在基因工程技术已能将许多酶、蛋白质、氨基酸和香精以及其他多种物质的基冈克隆入合适的微生物宿主细胞中利用细菌的快速繁殖来大量生产。例如将牛胃蛋白酶的基因克隆入微生物体内，由细菌生产这种动物来源的酶类，将解决奶酪工业受制于凝乳酶来源不足的问题；从西非发现的由植物果实中提取的甜味蛋自质(thaumatin)的DNA编码序列已经被克隆入细菌，以生产这种高效低热量新型甜味剂等。下面重点介绍基因工程程在啤酒工业、乳品工业方面的应用。

(一)啤酒工业

1、大麦的选育：

利用RF[，P(限制性片断长度多样性)技术对人麦进行抗病选育、Q一淀粉酶多基因族分析大麦醇溶蛋白的研究及品种鉴定。利用转基因技术将外源基因直接导入大麦，用于品种改良、抗虫和抗病选育，人们期待着基因重组技术能产生耐枯斑病等病害的大麦品种。

2、啤酒稻的选育：

大米是啤酒酿造中使用最广的辅料，但普通大米的用帚提高到30％以上时，麦汁中Q一氨基氮含量会不足而影响酵母的正常生长和发酵。利用基因转移技术、细胞融合技术等选育高蛋白、低脂肪、低NSP(非淀粉多糖)的稻品种，专门用于啤酒酿造，进一步提高辅料比例，降低生产成本。

3、啤酒酵母的改造：

利用粮食替代晶酿造啤酒的首选原料是纤维素因为纤维素自然界存量最多的有机物，某些真菌如平菇、香菇、灵芝、红曲霉等对纤维素有很强的分解能力，如果利用现代基因工程技术将这些真菌中控制纤维素酶，合成的基阗转移到啤酒酵母中去，那么啤酒酵母就能利用纤维素酿造啤酒，改变传统的啤酒生产中消耗大量的大麦和大米等粮食的局面。

(二)乳品工业

l、提高牛乳产量：

将采用基因工程技术生产的牛生长激素(BST)注射到母牛上，可提高母牛产奶量。目前利用DNA的克隆繁殖技术，把人垂体激素(ST)重组体互)陋UBST的mRNA中，利用外源BST来注射乳牛，可提高15％左右的产奶量，BST现已进入商业化领域。现在英、美等国都已采用BST来提高乳牛的产奶量，具有极大的经济效益，且对人体无害。

2、改善牛乳的成分：

利用13一半乳糖苷酶水解乳中的乳糖，对众多乳糖不耐症者是一个难得的好产品。可将编码通过基因工程技术将B一半乳糖苷酶基因转入GRAS级的微生物细胞作为宿主，在宿主调节基因的调控下，在发酵罐规模上生产表达有优良特性的13一半乳糖营酶基因。此外，针对矿乳白蛋白的mRNA，用核酸编码的转基因，使与乳糖合成有关的a_乳白蛋白(是乳糖产生的催化物质)的基因被淘汰，以此达到降低乳中乳糖含量的目的。

五、基因工程在农副产品加工中的应用

改良果蔬采收后品质增加其贮藏保鲜性能 随着对番茄、香蕉、苹果、菠菜等果蔬成熟及软化机理的深入研究和基因工程技术的迅 速发展，使通过基因工程的方法直接生产耐储藏果蔬成为可能。事实上，现在无论在国外还 是国内都已经有了商品化的转基因番茄。促进果实和器官衰老是乙烯最主要的生理功能。在 果实中乙烯生物合成的关键酶主要是乙烯的直接前体—l-氨基环丙烷一 1-梭酸合成酶(ACC 合成酶)和ACC 氧化酶。在果实成熟中这两种酶的活力明显增加，导致乙烯产生急剧上升，促进果实成熟。在对这两种酶基因克隆成功的基础上，可以利用反义基因技术抑制这两种基 因的表达，从而达到延缓果实成熟，延长保质期的目的。因此，利用反义基因技术可以成 功的培育耐储藏果蔬。目前，有关的研究正在继续进行，并已扩大到了草莓、梨、香蕉、芒 果、甜瓜、桃、西瓜、河套蜜瓜等，所用的目的基因还包括与细胞壁代谢有关的多聚半乳糖 醛酸酶(PG)、纤维素酶和果胶甲脂酶基因。反义PG 转基因番茄还具有更强的抗机械损伤和 真菌侵染能力，且有更高的果酱产率。

（六）、展望

目前，包括我国政府在内的各国政府对基因工程技术在农业和食品工业中的应用都制定了相关的管理条例，因此只要合理地使用，基因工程技术将是发展绿色食品产业的有效手段。基因工程技术是一门诞生不久的新兴技术，正如其它一些新技术的产生过程一样，由于人们一开始对新技术的了解程度不够，由此而产生的疑虑和争论是可以理解的，更何况基因工程技术研究的产品与人类健康息息相关。虽然现在对基因工程技术仍有许多争论，但目前科学界已基本上达成共识，即基因工程本身是一门中性技术，只要能正确地使用该项技术就可以造福于人类可以预言，在2l世纪，以基因工程为核心的生物技术必将给食品工业带来深刻的革命

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第三篇：DSC在淀粉中的应用

DSC在淀粉中的应用（Application of DSC in the research starch）

生化学院 食品101班

李玉娇 3100401119

摘要：介绍了DSC 热分析仪的原理与性能, 利用DSC研究淀粉糊化与老化过程的热力学性质，测定玻璃化转变温度,并对其在食品研究中的发展趋势进行了展望。关键词：DSC;淀粉；玻璃化；应用

A b st r a ct : This paper introduces the principle and performance of DSC.The method of differential scanning calorimetry(DSC)was used to study thermodynamic property of gelatinization.The prospect of its application in food research is also mentioned.K e y w o r d s: DSC;starch;glass state;application

前言

差示扫描量热技术(DSC)是一种使用最为普遍的热分析技术, 主要用来直接测量程序控制温度下物质的物理性质与温度的关系 热分析曲线, 特别适合于研究伴随有焓变或比热容变化的现象。淀粉作为大多数高等植物的主要储藏物,是由直链淀粉和支链淀粉构成, 它的许多性质如糊化、老化、玻璃化相变等都与热有关, 都伴随着热焓或比热容的变化。故而许多研究人员都采用DSC来检测淀粉在热相变过程中的热流变化,为深入研究淀粉颗粒在热相变过程中的结构变化提供有价值的参考资料[ 1]。

淀粉是绿色植物果实种子块根块茎的主分是空气中二氧化碳 和 水经光合作用合成的产物取之不尽用之不竭的天然资源目前广泛应用于造纸 纺织 精细化工 包装材料制造等工业类在 4000多年前就开始使用淀粉，但大规模工产和以应用淀粉及对其结构的研究，只有 100多年历史｡淀粉是人类主食，在营养方面起着重要作用。此外，经改修饰或化学处理的淀粉衍生物也可用于多种食品中｡近几十来，国内外对变性淀粉研究十分活跃，在变性淀粉科学研究市场开发方面取得一定进展｡变性淀粉产品开发和研制通常借助于DSC(Differential Scanning Calorimetry)即差示扫描量[2-4]。差示扫描量热仪(DSC, Differential Scan-ning Calorimetry)测定原理DSC 即差示扫描量热法[5]是在维持样品与参比物的温度相同的程序控制下, 测量输送给被测物质和参比物质的能量差值与温度之间关系的一种热分析技术方法。DSC 有两套独立的加热装置在

相同的温度条件下采用电补偿, 并测量样品对热量的吸收, 两个加热器在整个过程中保持在一定的温度范围之内, 可以精确、快速地控制温度并进行热容、热焓的测量。DSC 分为功率补偿型、热通量DSC 和热流型3 种类型, 具有易定量分析、分辨率高、灵敏度高等优点, 能定量测定多种热力学和动力学参数, 且可进行晶体微细结构分析等工作, 如样品的焓变, 比热容等的测定。DSC 的工作原理参见图1 【6】。样品与参照物的温差(ΔT)反映出热效应的大小。DSC 在操作时, 其样品量非常少, 通常固体样品在10~20 mg, 液体样品在10~20 μL 范围内。样品的制备与进样对测定结果均有很大的影响。

样品与参照物的温差(ΔT)反映出热效应的大小。DSC 在操作时, 其样品量非常少, 通常固体样品在10~20 mg, 液体样品在10~20 μL 范围内。样品的制备与进样对测定结果均有很大的影响。

2淀粉的糊化性质

淀粉与水混合后，淀粉颗粒就会吸水膨胀，当加热淀粉乳 时，淀粉分子开始剧烈震动，淀粉分子内和分子间氢键就被打 断，因此在原来氢键位置上就吸入大量水(水化作用)，淀粉结

晶区开始慢慢消失，当结晶区完全消失时即称为糊化，此时温 度为糊化温度｡ 因淀粉糊化过程代表淀粉分子从有序状态到无 序状态转变，同时也伴随着能量变化，因此可利用DSC 进行测 量｡ 淀粉糊化是食品加工过程中的一种重要现象,如面包和蛋糕的焙烤、谷物类品的挤压等都有赖于适度的淀粉糊一直以来学者们对淀粉糊化的工艺性都很关注,根据淀粉颗粒的性质, 采不同的方法研究了淀粉的糊化。这些法包括:粘度法、显微观察法、光透射、双折射法等, 但这些方法都受到一些数诸如淀粉/水比例、温度范围等的限而用DSC却不受这些因素的限制[8]。原因在于 DSC可以在较宽的淀粉/比例范围内研究淀粉糊化;DSC可测定100℃以上的糊化温度;根据C检测结果可以估算相变热焓值[ 7]。

刘京生等[9]利用DSC 研究了脱脂米粉与未脱脂米粉淀粉 的糊化过程，结果见图2。淀粉的老化现象

通过冷却糊化后的浓缩淀粉水悬浮液可以得到淀粉凝胶。在凝胶陈化

过程中,其流变学性质、结晶度和持水能力发生显著变化, 这一变化过程就是淀粉老化。它是影响淀粉食品质构的主要因素。一般认为, 淀粉老化包括两个相互独立的过程,(a)糊化过程中可溶性直链淀粉凝胶化。(b)糊化后的淀粉颗粒内支链淀粉的重结晶。通常用定量DSC技术来研究淀粉老化过程中支链淀粉重结晶的速率和程度, 也就是说,DSC技术是一种检测重结晶凝胶网络结构形成过程的可行方法。根据DSC曲线中融化吸热峰的大小, 可以计算出老化淀粉结晶的量, 从而判断淀粉的老化程度[ 10-11]。

丁文平等[12]利用DSC 对糯小麦淀粉老化(回生)特性进行 研究，测试条件为将糊化后的样品分别在4 ℃下储藏1、3、5、和14 d 后重新用DSC 进行回生测定。扫描范围为20 ～100 ℃，温速率为10 ℃/min，结果见表4。

由表4可知，糊化淀粉在DSC 分析过程中不再有热力学过 程发生，而在冷却时，随着糊化淀粉在低温下放置时间不同，

老化程度也不同。时间越长，回生程度越大，从而导致回生后 淀粉的分析结果相差很大，这与淀粉回生理论相一致。因此，可以用DSC 分析手段来检测淀粉回生程度。淀粉的玻璃化相变

玻璃化相变是影响大分子聚合物物理性质的一种重要相变特性。它是无定形聚合物的特征, 是一个二级相变过程[ 13]。在低温下, 聚合物长链中的分子是以随机的方式呈 冻结状态的。如果给聚合物以热量即加热, 则长链中的分子开始运动,当能量足够大时, 分子间发相对滑动,致使聚合物变得有粘性、柔韧,呈橡胶态。这一变化过程即称为玻璃化相变[ 14]。淀粉作为一种半结晶半无定形的聚合物,也具有璃化相变, 在相变过程中,其热学性质如比热、比容等都发生了明显的变化, 用DSC能快速而又准确地检测这些量的变化, 并研究结晶度、分含量等因素对玻璃化转变温度(Tg)的影响。与其它方法相比, DSC是测定淀粉的玻璃化转变温度的更有效方法。对高水分含量体系,玻璃化相变温度可能低于室温, 用普通DSC无法检测[15]。另淀粉结晶度越大,Tg 值越大。结晶度增大和水分含量下降使Tg 值增大的效果相同, 并且水分含量下降产生的效果随着结晶度的增大而加[16] 3 展 望

各种具 有 特 殊 用 途 的 差 示 扫 描 量 热 法—— —调制DSC、调 温 DSC、交 变 DSC、压 力 DSC 等 方 法 层出 不 穷[17]。如 美 国(R & DMagazine)主 要 是 针 对DSC 的 高 灵 敏 传 感 器 的 研 发。2006年

出现 的DSC823, 比市场上仪器的灵敏度提高5 倍。低温显微镜DSC 系统(有究其在测定冻结食品Tg中的应 用): 把 低 温 显 微 技 术 与DSC 技 术 结 合, 可 在 观察 样 品 形 态 的 图 象 信 息 变 化 的 同 时, 获 得 物 理 化学 方面的参数信息, 得到更精确的结论。Wolanczyk(1996)指出, 对 于DSC 曲 线 上 有 玻璃化转变迹象的点, 应该用另一种仪器加以证实。Reid 等(1998)也认为, 仅仅靠一种仪器来确定Tg′是不精确的, 最有力的工具是几种仪器的 组合。Hegenbart(1999)建 议, 从 食 品 技 术 和 产 品 发 展 的观 点 来 看, 最 好 能 找 到 一 种 简 单、快 捷、便 宜 且 能准确测量实际食品Tg′的方法。

对于DSC 测定食品玻璃化转变的研究一直是大家关注的热点。发展和改进检测技术, 深入研究食 品 体 系 的 玻 璃 化 转 变 动 力 学、热 力 学 及 其 对 食品品质的影响是今后研究的重点。随着DSC 热分析 技 术 的 成 熟 与 发 展, 会 使 其 对 食 品 中 某 些 成 分的性质研究更加方便、快捷, 并指导食品加工和 贮藏。人们采用 DSC 对食品的研究在不断深入, 它作为 一 种 热 分 析 手 段 可 以 对 食 品 的 质 量 进 行 控 制,在食品领域中将得到更广泛的应用。参考文献

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第四篇：GMP在食品工业中的应用现状

摘 要GMP是良好操作规范（Good Manufacturing Practice）的简称。食品GMP的主要内容是要求企业从原料、人员、设施设备、生产过程、包装运输、质量控制等方面进行规范性卫生要求，并严格执行和操作的规范性文件，是HACCP建立实施的基础。文中介绍了GMP的历史背景、特点，综述了在国内食品行业应用的现状，对GMP在食品工业中需要提高和改进的方面提出建议。

关 键 词GMP食品应用

前 言随着社会生产的不断发展，人民生活水平的逐渐提高，人们对生活质量的要求也与日俱增，现代人不再仅仅满足于吃饱，更注重安全、健康和营养，因此对于食品工业来说GMP是十分必要的。作为未来食品行业工作的成员之一，了解现阶段我国GMP在食品工业中的应用更是必不可少的专业素养，

第五篇：PCR技术在食品工业中的应用

PCR技术在食品工业中的应用

姓名

专业

翟扬威 学号 11042106

食品科学与工程 班级 11-1

[摘要]: 如今食品营养、安全问题备受关注，是关系到人们健康和国家发展的重大课题，有关食品安全检测的技术受到重视,其中 PCR技术以其灵敏度高、特异性强以及快速准确等优势在食品检测领域得到广泛的认可.现主要介绍一下PCR技术检测食品微生物的优点，且分析了PCR技术在食品检测中的应用及一些新的PCR检测技术，并说明了这些技术在食品微生物检测中的发展。

[关键词]: 多聚酶链式反应 PCR 食品检测 微生物

近年来，PCR技术在食品工业中倍受重视，例如：基因克隆、转基因食品检测、微生物检测、食品成分及产地的检测等，推进了基因工程在食品产业的发展。

首先，我们得了解PCR技术是什么？作用原理是什么？

PCR即聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction ,PCR)，是80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术。它具有特异、敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易自动化等突出优点；能在一个试管内将所要研究 的目的基因或某一DNA片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍,使肉眼能直接观察和判断；可从一根毛发、一滴血、甚至一个细胞中扩增出足量的DNA供分析研 究和检测鉴定。过去几天几星期才能做到的事情，用PCR几小时便可完成。PCR技术是生物医学领域中的一项革命性创举和里程碑。

PCR技术的基本原理：该技术是在模板DNA、引物和四种脱氧核糖核苷酸存在下，依赖于DNA聚合酶的酶促合成反应。DNA聚合酶以单链DNA为模板，借助一小段双链DNA来启动合成，通过一个或两个人工合成的寡核苷酸引物与单链DNA模板中的一段互补序列结合，形成部分双链。在适宜的温度和环境下，DNA聚合酶将脱氧单核苷酸加到引物3´-OH末端，并以此为起始点，沿模板5´→3´方向延伸，合成一条新的DNA互补链。

参加pcr反应的物质主要有五种即引物、酶、D-NTP、模板和Mg2+ 引物：引物是PCR特异性反应的关键，PCR 产物的特异性取决于引物与模板DNA互补的程度。理论上，只要知道任何一段模板DNA序列，就能按其设计互补的寡核苷酸链做引物，利用PCR就可将模板DNA在体外大量扩增。设计引物应遵循以下原则： ①引物长度：15-30bp，常用为20bp左右。

②引物扩增跨度：以200-500bp为宜，特定条件下可扩增长至10kb的片段。

③引物碱基：G+C含量以40-60%为宜，G+C太少扩增效果不佳，G+C过多易出现非特异条带。ATGC最好随机分布，避免5个以上的嘌呤或嘧啶核苷酸的成串排列。

④避免引物内部出现二级结构，避免两条引物间互补，特别是3'端的互补，否则会形成引物二聚体，产生非特异的扩增条带。⑤引物3'端的碱基，特别是最末及倒数第二个碱基，应严格要求配对，以避免因末端碱基不配对而导致PCR失败。

⑥引物中有或能加上合适的酶切位点，被扩增的靶序列最好有适宜的酶切位点，这对酶切分析或分子克隆很有好处。

⑦引物的特异性：引物应与核酸序列数据库的其它序列无明显同源性。引物量：每条引物的浓度0.1～1umol或10～100pmol，以最低引物量产生所需要的结果为好，引物浓度偏高会引起错配和非特异性扩增，且可增加引物之间形成二聚体的机会。

PCR 技术检测微生物的基本原理是在被检测微生物核酸序列, 在PCR 体系下经高温变性、低温退火、适温延伸三步循环将单个核酸分子序列以2的指数进行大量复制扩增的过程。即在检测时, 被检测微生物双链DNA 序列在94℃变性解链成双链, 55℃特异性引物与单链DNA 结合, 72℃在引物的引导延伸复制检测微生物DNA 序列。以上三步进行循环扩增得到大量的被检测微生物DNA 序列, 最后一般在凝胶电泳下检测目的DNA。理论上只要样品中有一个分子的微生物就可以在短时间内用PCR 技术检测到。食品中污染微生物种类很多, 即使是同一种食品中微生物种类也有很多, 用传统的方法检测食品中微生物要分离出所有的微生物很困难。特别是在检测食品中的弱势菌时, 可能很难用传统的方法检测出来, 特别是有些微生物很难培养, 而用PCR 技术检测这些微生物可以避免这些问题, 因此, 利用PCR 技术能够比较准确地检测食品中微生物。

PCR技术在食品成分测定方面的应用也倍受关注，如动物源性成分的测定等。

近年来，疯牛病、羊痒病及禽流感等疾病通过食品的传播，由于食品安全性与质量监督的需要及宗教信仰等问题，有必要对食品中的动物源成分进行检测，仅靠传统的外观鉴别，无法准确判定其实际成分。PCR 技术已被广泛应用于动物肉类的物种检测与饲料中的动物成分检测。陈文炳[20]等，应用了PCR技术检测12种加工食品中猪、牛、羊、鸡等动物源性成分，并开发了真核生物所共有的18S核糖体DNA(18S R-DNA)与食品中多种动物物种特异性基因片段之间的二重PCR检测方法，以提高检测效率与准确性，节约检测成本。王丽媛[21]等，利用单重PCR和多重PCR对部分市售肉制品进行检测，以确定食品中是否含有动物源性成分及其含量。此方法操作简便，快速准确，节省费用。植物源性成分的测定

我国是一个农产品出口大国，加入WTO后，随着农产品出口量的增加，国外对出口食品质量的要求也随之提高。为确保食品的品质和安全，为我国食品的进出口贸易严格把关，保证我国人民日常生活的食品安全和生命健康。因此，开发出准确方便的鉴定食品有效成分的方法，具有重大意义。陈文炳[22]等本研究以豆粉与豆奶粉中的大豆成分(内源Lectin基因)、食品中的玉米(IVR 基因)、马铃薯(PATA基因)、番茄(PG基因)等成分以及真核生物中普遍存在的核糖体DNA(18S R-DNA)片段为研究对象，进行单一与二重PCR扩增，以扩增产物作为分子标记，建立加工食品中植物源性有效成分的分子生物学鉴定技术，为食品质量与安全管理提供技术支持。

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