認識基因改造食品

食科所 張鴻民教授

『基因改造』通常是指應用重組DNA（recombinant DNA, rDNA）技術改變生物之遺傳因子之意。自DNA雙螺旋結構於1953年被解析以來，分子生物學即成為生物學領域的主流，1973年基因重組技術開發成功更奠定生物技術突破發展的基礎。近年來，生物技術與高科技融合成為新生物技術，除用於人體基因解碼外，更廣泛地將此技術工業化，此工業化的對象包括全球四大經濟領域：糧食營養、農作物、工業產品與醫療保健。

糧食與作物向來是人類最基本的問題之一。世界衛生組織（WHO）估計世界人口逾2050年將達90億，在農地有限的情形下rDNA 是減少作物損失、減少環境污染、增加單位產量之所有技術中最可靠、新進且確實的方法。基因改造植物的好處：

1.增加生物抵抗力對特定病蟲害包括病毒之抗性增加、減少化學殺蟲劑之需要量、增加單位面積產量。例如非洲種植之甘藷以rDNA遺傳工程改變使其對彩羽病毒(Feathery mottle virus)具有抗性時，產量倍增。在美國將玉米以抗玉米川孔蟲(Corn borer pest) 基因做遺傳工程改變結果可增加產量。另在美國自1996年引進抗蟲害棉子，棉農減少使用200萬磅（12％）殺蟲劑。

2.耕作條件適應性遺傳工程可改變作物以適應特殊耕作條件，如乾旱、高鹽分土壤、特別高溫或低溫、防止寒害等，以增加耕作面積增產糧食或民生作物。

3.對環境安全~V殺蟲劑之耐性環境安全殺蟲劑可抑制野草生長而不影響作物，提升作物之殺蟲劑耐性使作物在較少耕耘成本下保持高作物產量，耐glyphosate大豆、耐 glyphosate玉米已分別於1994、1998年被培育出，為基因食品重要項目。

4.增加或改善~V食品功能特性此類功能特性如降低過敏原或毒性成分之生產、延緩蔬果後熟、增加食品某成分含量（如澱粉、亞麻油酸、β-胡蘿蔔素等）或儲存壽命。遺傳工程可改變蕃茄後熟程度，避免運銷過程毀損並保持較佳香味與色澤。

遺傳工程在食品生物技術上之應用

生物技術已廣泛用於食品產業，進行特殊品質食品加工原料的生產：1.穀類蛋白質離胺酸 (lysine)含量之提昇穀類蛋白質中離胺酸之含量較動物性蛋白質低，降低其營養價值。離胺酸含量低的原因在於植物體內合成離胺酸途徑上有二個關鍵性的調節控制酵素spartokinase 和dihydrodipicolinic acid synthetase。當植物體內已合成足量離胺酸時，會回饋控制此二酵素之活性，減低或抑制離胺酸之合成。由於大腸桿菌胞內aspartokinase及棒狀桿菌胞內 dihydrodipicolinic acid synthetase不受離胺酸回饋控制，因此轉殖此二微生物之酵素基因於穀類作物體內，植物體之合成離胺酸即不受濃度影響。此一新技術即可大大提昇米穀類食品之蛋白質營養價值。

2.澱粉性質之改變為因應不同加工條件（如冷凍、劇烈攪拌等）需要，澱粉分子常需經過不等程度的化學或物理方法處理以製得合乎食品加工條件之澱粉。若能降低澱粉中直鏈澱粉比例則可增加澱粉黏度、防止老化，使澱粉用途更廣泛，並減少化學藥劑之使用。利用基因工程技術抑制合成直鏈澱粉酵素基因，如此可提昇支鏈澱粉比例，改變澱粉用途。

3.油脂中單元不飽和脂肪酸含量提昇油脂作物中部飽和脂肪酸的形成是由脂肪酸去飽和?所催化完成。若在油脂作物轉殖入去飽和?基因的反基因，此反基因轉錄的m-RNA可以和去飽和?基因的m-RNA 互補結合，而阻隔去飽和?的合成。如此，油脂作物中所含有脂肪酸的不飽和鍵量就減少，而可育出含大量不飽和油酸的黃豆。更可將山竹果的硫酯化?基因轉殖入油菜子中，使硬脂酸含量提昇。

4.阿斯巴甜(aspartame)與氨基酸之合成合成aspartic acid 與phenylalanine的核酸序列，再將此序列重複聚成一段長的基因序列，再轉入大腸桿菌胞內，則此大腸桿菌可生合成此二氨基酸之長鏈胜(peptide)，再經適當酵素水解即可得阿斯巴甜。氨基酸之生產以往以傳統發酵法為主，生產菌株之改良全以人工突變再配合篩選，而基因轉殖技術可於最短期間內靠關鍵酵素基因之轉殖而獲得高產量菌株。例如在色胺酸生產菌株轉植入生合成關鍵酵素-鄰胺基苯甲酸合成?，轉形成功之菌株可提高色胺酸產量130％。其餘氨基酸如離胺酸和甲硫胺酸生產菌亦可利用類似方法提高產量。

5.有用酵素之合成食品業界以澱粉為原料經α-澱粉　水解生成之葡萄糖再經葡萄糖異構轉化成果糖，供糕餅、飲料業使用。α-澱粉　基因來自澱粉水解力強的芽胞桿菌，再轉殖入枯草桿菌以生成此酵素。而葡萄糖異構　基因則來自arthrobacter，經轉殖入大腸桿菌生產，再配合使用此二酵素的固定化酵素反應槽則可連續生產果糖。

基因轉殖技術之隱憂

1.由於基因轉殖可改變植物之抗蟲性、抗藥性，但由於基因改變生物genetically modified organism)對病蟲無專一性，因此其他無關之昆蟲有可能一樣被殺死，而造成可能之生態失衡。另外，亦可能引起昆蟲對抗蟲性植物的抗藥性，而造成昆蟲失控。或此基因因授粉而轉殖入其他作物中，產生難以控制的新品種。

2.食品新過敏原之生成過敏反應均可能發生於任一食品中，且大部分會引起過敏反應的食品均與免疫球蛋白E之反應有關，當免疫球蛋白E附著在某些細胞表面時會引起造成過敏反應化學物質的釋出，因此免疫球蛋白E的功能為確認外來過敏原，食品中僅有極少數蛋白質具過敏性，但基因改造食品可能會有新的過敏原出現。因此，對以生物技術改良出的食品進行安全性評估時，過敏誘發性是個相當重要考量因子。

結語：

利用基因工程改造食品為現代科技的一大發展，它是解決全球糧食危機的利器，但亦可能對生態環境造成衝擊。它對人體健康可能有莫大的好處，但也有潛在的危險。為了讓大家對基因改造食品有正確的認識，食品科技研究所於11月4日至11月10日期間在農業陳列館舉行之『新食品科技展』中，對此一議題有深入淺出的說明及展示，歡迎大家前往參觀並參與討論。