赵晓燕，马  越
（国家蔬菜工程技术研究中心，北京  100089）

摘  要：本文综述未来新食品资源开发的几个主要方向，主要介绍了通过基因工程和细胞技术开发新的食品资源、挖掘野生植物资源开发新型食品及食品添加剂、开发藻类资源、开发食用昆虫、开发微生物食品资源以及开发海洋食品等方面，并提出资源开发应该注重可持续发展。
关键词：农业生物资源；食品

我国现有13亿人口，每年新增人口1500万。目前人均粮食370kg左右、肉类20kg、水产品10kg，都低于世界平均水平。我国这样的人口大国，如何能够扩大食品资源提高食品质量是一个永恒的课题，广泛利用农业生物资源及现代的科学技术开发新型食品是解决这个问题的根本途径。
什么是农业生物资源?农业生物资源是指与食物及农业生产相关的所有生物的总称，包括如下部分：高等植物、高等动物、节肢动物（大多数昆虫）、微生物等，农业生物资源的基本功能是提供食品和其他农产品。据统计，中国已记录的生物物种总数约83000余种。中国海域已记录的海洋生物物种超过13000种。众多物种中，能够被人类直接或间接作为食品的只是极少数，例如，在27000种高等植物中，大约有7000种在农业中应用，但只3种（小麦、水稻和玉米）就提供了人类热量来源的一半，而家养及牧场喂养获得肉食则提供了另一半热量。如果某种资源具有营养、安全、符合人们的饮食道德规范的特性，就可以被开发成为新的食品、食品物料、功能性食品或食品添加剂，因此利用现有的农业生物资源开发新型食品仍具有广泛的可能性。
1  开发植物资源
1.1  通过基因工程和细胞技术开发新的植物食品资源
通过基因工程和细胞技术可以在数量和质量上扩大现有的资源。由于优良品种的培育和耕作技术及优质化肥的应用，全球粮食产量大幅度增长，但至今尚有部分人口仍处于缺少粮食的状态，因此寻求更有效的提高产量的技术引起人们的普遍重视，转基因食品于是就应运而生。转基因作物由于可被赋予一些新的性能而呈现与传统作物不同的优点，因而被一些人称为“第二次绿色革命”。目前，利用基因工程技术已获得了许多具抗逆性，或特别风味和品质的农作物，例如：具有抗虫能力的西红柿、烟草、马铃薯，可抗病毒感染的水稻、甘薯，带咸味和奶味的适宜膨化加工的玉米新品种，不饱和脂肪酸含量较高的油料作物。通过转基因，控制小麦中一种谷蛋白亚基的数量和合成，改善了面粉的粘弹性。利用基因工程扩大现有资源属性，提高农作物品质，提高其食品价值，同时缩短传统育种的时间。
细胞工程最初称为细胞培养技术，系指用无菌方法使动、植物组织细胞在人为条件下生长和发育的培养技术，它避免了直接从动、植物整体提取产物所受到的资源限制及环境条件的影响，为某些珍稀植物的快速繁殖、植物的复壮等提供了可行的方法。细胞工程发展到今天，不再仅仅停留在细胞组织培养方面，而且包含了细胞融合、细胞改造等技术，通过不同植物或动物细胞之间的融合，可获得杂种细胞，从而培养出新的动植物杂交种。 有些珍稀动植物利用常规有性繁殖方法比较缓慢，可以利用其组织进行组织培养，通过培养培育出新的植株，从而实现大规模地快速无性繁殖。在发达国家，一些高价值的花卉、果树、蔬菜、油料、糖类作物及名贵中草药都在应用细胞工程，发展到今天，已不局限于组织培养和细胞融合，而且发展成为工业化的深层培养。深层培养是利用工业发酵设备，使生物组织细胞在培养液中大量增殖，得到大量的生物细胞，可从培养细胞或培养液中获得有用物质。深层培养主要用于某些资源量较少而用途比较广的物质，如紫草、紫杉醇、西洋参、某些香料、色素等功能性食品物料。
1.2  挖掘野生植物资源开发新型食品及食品添加剂
我国地域辽阔，野生植物资源丰富，蕴藏量大，例如菊芋就是这样一种宝贵的植物资源，开发利用前景广阔。菊芋产量高，抗逆性强，栽培粗放，块茎富含菊糖，占干物重的16％左右，经初步加工后，可得菊粉，再以菊粉为原料经菊粉酶水解可制成低聚果糖、超高果糖浆。菊粉、低聚果糖、超高果糖浆都是当今食品工业的一种全新的多功能配料，是全水溶性膳食纤维，同时还是双歧杆菌增殖因子，应用前景非常广阔。开发植物资源同时还有功能性食品的开发，如利用竹叶开发保健食品，竹叶中含有大量黄酮、酚酸类化合物、生物活性多糖、香豆素类、特种氨基酸、芳香成分和锰、锌、硒等微量元素，竹叶提取物具有抗活性氧自由基、抗脂质过氧化、抗衰老、抗应激和抗疲劳、调节血脂、阻断亚硝化反应、增强免疫能力、抗菌、抑菌等生物学功能。
1.3  开发藻类资源
1974年联合国世界粮农组织会议确认螺旋藻为重要的蛋白源。绿色细胞的人工培养对新的优质食物资源的开发有重要的意义，比再生资源经微生物加工所提供的食品更受欢迎。生物工程技术的发展为新的优质食物资源的开发提供了重要手段，近年来风行世界的螺旋藻就是最好的例证。在环境被严重污染，优质蛋白质食物资源日渐减少的当今，螺旋藻将会成为人类新的蛋白质资源重要的来源。螺旋藻中蛋白质含量高达60％～70%，而且绝大多数以游离态氨基酸和短肽链的形式存在，易被人体吸收，消化率高达78％左右。螺旋藻还含有丰富的维生素、矿物质、叶绿素、亚麻酸等不饱和脂肪酸及胡萝卜素。培养绿色细胞，在阳光下直接生产有机物物质，提供人类食物，最终实现农业生产的工厂化。
2  开发动物资源
2.1  野生动物驯养
野生动物驯养主要解决了人工条件下繁殖和大量生产问题，不但扩大了食物资源，同时在客观上人为地保存了物种，减少了因经济需要而滥肆捕杀的风险。中国在此方面进行了多种有益的工作，取得了显著成效，如东北虎、梅花鹿等的驯养和繁殖。1958年通过研究解决子“四大家鱼”的人工繁殖技术问题，20世纪70年代又解决了对虾的人工繁殖技术问题。近10年来，为了加强珍稀水生动物的保护工作，对扬子鳄、白暨豚等的人工繁殖研究也都取得了进展。为了保护水产资源，每年各水产所有计划地向海洋和江河释放大量人工培育的鱼、虾幼苗，起到补充资源的作用。
2.2  开发食用昆虫
昆虫是地球上种类最多且生物量巨大的生物类群，繁殖速度快，营养结构合理，含有许多功能因子，对其进行功能性食品的开发与研制，无疑具有广阔的开发前景。
营养分析是确定昆虫资源开发价值的有效途径，昆虫体内含有大量人体必需的蛋白质、氨基酸、脂肪、糖、维生素和丰富的矿物质，以及一些未知生物因子。据分析表明，昆虫蛋白质含量一般是其干重的31%～72%，如飞蝗为65％，蝉为72％。一般来说，昆虫体内都含有人体所必需的20种氨基酸。它们的碳水化合物中以葡聚糖、赤鲜糖、庚酮糖为多，有的还含有核酮和核酮糖。它们的脂肪中大部分为软脂肪和不饱和脂肪酸，消化性能好，约85％以上可被利用；而且昆虫食味鲜美，是一种营养丰富的动物产品。随着人们营养观念的转变，各国都开始研究昆虫的营养组成，美国还专门成立了昆虫蛋白质研究所、昆虫体利用研究机构。
3  开发微生物食品资源
微生物食品资源的开发利用包括3个方面，首先是直接从微生物的菌体获得食品物料，其次是利用微生物的代谢成分开发食品添加剂以及功能性食品配料，第三个方面是利用微生物的功能改善食品的品质。
微生物食品工程实质就是“发酵工程”和“酶工程”，可实现农产品工厂化生产，如单细胞蛋白。单细胞蛋白是指天然的或在某些培养基上培养的细菌、酵母菌和藻类等微生物而获得的，可以作为人类及动物食物的微生物细胞物质。它生长繁殖迅速，某些微生物生长时间只需20min～2h；具有相当高的蛋白质含量（含粗蛋白40％～80％），氨基酸配比优良，并含较多的维生素等营养成分。据报道，利用单细胞工程菌，每100kg蔗渣可产蛋白质13kg，相当于170kg大米的蛋白质；利用微生物发酵生产单细胞蛋白饲料已成为国际新兴产业，一座年产10万t单细胞蛋白的工厂，能生产相当于12万hm2耕地生产的大豆蛋白。
微生物可以改良和提高食品的品质，如南方早籼稻品质差、不入口，销路不好，每年均有大量稻谷积压在仓，江西农业大学曾利用几种有益菌共同对籼稻发酵，经发酵后的改良籼稻在品质与口感上都有较大提高，效果良好。
4  开发海洋生物资源
海洋生物资源共有20多万种，其中动物18万种，植物2万多种，据测算，全球海洋每年的初级生产力约为1350亿t有机碳，整个地球生物生产力的88％来自海洋。海洋资源很重要的特点之一就是可再生性的能力很强，海洋植物约有2.5万多种，绝大多数为藻类，主要品种为褐藻和红藻，其中浅海区域约有4500种，可供食用和利用的约有50多种，如海带、紫菜、石花菜、鹅鸽菜。海洋里的浮游生物、藻类，每年可制造出1300亿t有机物，为鱼、贝、虾类提供食物。全球海洋总的渔获量，已经成为世界上动物蛋白的最大源泉，来自海洋的动物蛋白占人类所需动物蛋白的20％左右。值得注意的是，这些水产品的加工率（折合原料计），发达国家为70％，我国仅为30％。
在开发海洋动物资源方面，现在正把许多高技术用于鱼类品种的改良上。例如利用遗传基因工程技术，培育、改良鱼虾贝藻的种苗和幼仔，使其成长快、生命力强、肉质好。1984年美国通过基因重组技术，使贝类、鲍鱼的养殖产量提高了25％。根据所发现的几种鱼类的生长激素基因，进行了基因分离和转移实验，1986年成功地将虹鳟鱼生长激素基因转移到鲇鱼中，使鲇鱼养殖周期缩短一半以上。从南极鱼类中分离抗冻基因，将其转移到大西洋鲑鱼中，增加了鲑鱼的抗寒能力，扩大了其养殖地区。利用细胞工程进行鱼类性别控制研究，培养出全雌性鲑鱼和对虾、全雄性罗非鱼等，这对于进行大量人工繁育有重大意义。目前正在研究通过控制遗传基因使具有洄游习性的某种鱼，能对声波和光线作出反应，以便对其进行科学管理。
与海洋动物、植物一样，海洋微生物也是海洋生物的主要成员之一，它是一类重要的可再生海洋自然资源，尤其是它们所处的环境具有很大的特殊性，经过长期的适应，海洋微生物作为产酶资源就具有了突出的特点和优势，如：耐压、耐碱、耐盐、耐冷和多物种等特性，并由此赋予了海洋微生物酶独特的应用前景。因此从海洋微生物中提取有应用价值的低温酶类，成为海洋生物资源开发的重要途径之一。 海洋低温微生物生产的酶，超出了传统酶催化功能的临界范围，其优异的催化效果给众多的领域注入了新的活力。由于其具有广泛的适度性，因此在生物技术和工业应用中已充当了重要的角色。海洋微生物低温酶的研究和开发蕴藏着巨大的潜力，是21世纪海洋经济腾飞的希望。
5  开发农业生物资源更应注重可持续发展
过去开发农业生物资源，关注其利用价值，忽略了生物多样性保护的意义；从而导致对生物资源的过度利用，影响生物多样性的保护。为了提高生活水平和满足新增人口的需要，必须加快农业及食品工业的发展，农业的再发展以及工业、城市和人口的发展都对农业生态系统构成新的压力，处理不当会带来农业系统更深层的破坏，许多改变是不可避免的，唯一的出路是在发展经济的同时加强环境保护和生物多样性的持续利用，使发展与环境尽可能协调。石元春院士认为，现代农业是以资源节约和可持续发展为其最高理念，以新的农业科技革命为其技术基础而区别于高投入、高产出和高代价的近代农业的。对生物体及其系统所蕴含的巨大潜能的科学合理的挖掘是最大的资源节约。通过合理的科学的开发利用农业生物资源促进新型食品的开发，无疑可保证人类生存及发展的需求。◇

参考文献
［1］郑世英，王鹏.如何建立良好的生态农业系统.德州学院  学报，2003，19（6）：71-72.
［2］齐风生，程秀荣，张海莲.海洋功能食品的开发与利用. 水利渔业，2002，22（5）：28-30.
［3］刘高强，魏美才.昆虫功能因子及其功能食品的开发前  景.食品科技，2002，2（8）：1-23.
［4］ 黄相国，葛菊梅，沈裕虎，等.青海高原菊芋开发研究述  评.西北农业学报，2004.
［5］ 闰汝美，史炜.生物技术与食品.生物学杂志，2000，17  （3）：51.
［6］ 冉艳红，彭志英，于淑娟.生物技术在食品资源开发中应  用进展.广州食品工业科技，2003，18（2）：56-59.
［7］ 莫意平，娄永江，吴祖芳.海洋微生物低温酶特性及其在食  品工业中的应用.食品研究与开发，2004，25（4）：101-103.
［8］王墩，胡景江，刘铭汤.从臭蜕螂中提取甲壳素/壳聚糖  的研究.林业科学，2004，40（5）：180-185.
［9］王明福，佟艳丰，薛万琦.蝇类资源及其利用前景展望资  源科学.2004，26 （5）：153-159.
［10］石元春.现代农业.中国农业科技导报，2002，6（4）：7-10.