生物技术与食品自制实用教案

1、涉及内容 一、生物技术(jsh)与食品生产 二、生物技术(jsh)与食品检测 三、生物技术(jsh)与未来的食品工业第1页/共29页第一页，共29页。 一、生物技术与食品生产1、单细胞蛋白 （SCP）生产1）目的： 解决(jiju)粮食危机；改善营养构成；提供饲料。2）概念： 又称微生物蛋白或菌体蛋白，一般是指通过发酵得到的酵母、霉菌，非致病性细菌、真菌（蘑菇）、单细胞藻类等单细胞生物体内所含蛋白质，存在于单细胞或丝状微生物个体中，与多细胞复杂结构的生物，如动物、植物等的蛋白质来源不同。 第2页/共29页第二页，共29页。3）简单分类： 按生产原料不同，可分为石油蛋白、甲醇蛋白、甲烷蛋白等；

2、按产生菌的种类不同，又可分为细菌蛋白、真菌蛋白等。 1967年在第一次全世界单细胞蛋白会议上，将微生物菌体蛋白统称为单细胞蛋白。4）生产SCP菌体的要求： 所生产的蛋白质等营养物质含量高，对人体无致病作用(zuyng)，味道好并且易消化吸收，对培养条件要求简单，生长繁殖迅速等。第3页/共29页第三页，共29页。5）生产过程（较简单(jindn)）： 配制培养液及灭菌菌种发酵，迅速繁殖离心、沉淀等方法收集菌体干燥单细胞蛋白成品。第4页/共29页第四页，共29页。7）生产现状 20世纪80年代中期，全世界的单细胞蛋白年产量已达2.0106 t，广泛用于食品加工和饲料中。单细胞蛋白不仅能制成“人造肉

3、”，供人们直接食用，还常作为食品添加剂，用以补充蛋白质或维生素、矿物质等。但由于人们往往对来自微生物的产品有安全顾虑（SCP核酸含量在4%18%，食用过多的核酸可能会引起痛风等疾病 ）及抵触心理（饮食习惯、社会和宗教的影响等），可暂不把SCP直接供给人们食用，而是先用它饲养家畜(jich)、家禽及鱼类等。 第5页/共29页第五页，共29页。2、食品和饮料的发酵生产1）酒精饮料 以糖类物质（水果汁、树汁、蜂蜜等）和淀粉类物质（谷类或块根类等），与适当(shdng)的微生物进行发酵得到的含醇饮料，酒精含量从百分之几到百分之二十或更高。 葡萄酒 以葡萄为原料发酵而成，种植葡萄的土质对葡萄酒的质量影响

4、很大。 啤酒 由淀粉性谷类为原料发酵而成，包括制麦芽、制浆、发酵、加工和成熟五个主要步骤。 第6页/共29页第六页，共29页。白葡萄酒红葡萄酒葡萄酒灌装生产线第7页/共29页第七页，共29页。 白葡萄酒的酿造(ningzo)发酵前低温浸皮制造法澄清酒槽培养装瓶前的澄清橡木桶培养橡木桶发酵酒槽发酵破皮榨汁采收第8页/共29页第八页，共29页。 红葡萄酒的酿造(ningzo)澄清装瓶橡木桶中的培养酒槽中的培养浸皮与发酵采收破皮去梗CO2浸皮法榨汁第9页/共29页第九页，共29页。啤酒(pji)的生产过程第10页/共29页第十页，共29页。2）奶制品的生产酸奶和奶酪 都是经过乳酸杆菌发酵的牛奶，营养

5、价值极其丰富。每公斤奶酪由10公斤牛奶浓缩而成，它包含(bohn)了牛奶中所有的天然营养成分，如丰富的蛋白质、脂肪以及钙、磷、镁等矿物质和维生素等。乳酸杆菌奶酪(nilo)第11页/共29页第十一页，共29页。 从牛奶生产奶酪本质上是一种脱水的过程，使牛奶蛋白（酪蛋白）和脂类浓缩612倍。制造(zhzo)奶酪时使用的粗制凝乳酶使牛奶中的蛋白质形成一种凝胶（固体凝乳），将其分离出来后，经切块、脱水、压成一定形状、熟化成奶酪。3）蔬菜发酵（泡菜腌制） 将蔬菜放盐封好，隔绝空气，盐可改变渗透压，使糖从菜叶中渗出。然后乳酸杆菌开始繁殖，产生乳酸，降低PH，阻止(zzh)有害菌的生长。精确控制温度、盐浓

6、度和保证不透气，即可做成能长期保存的泡菜。第12页/共29页第十二页，共29页。4）谷类食品(shpn)发酵面包 在面包发酵过程中，起主要作用的是面粉中的蛋白质（麦谷蛋白、麦胶蛋白等）和碳水化合物（淀粉）。酵母即可吸收面团中的养分（淀粉水解产生的葡萄糖）生长繁殖，并产生CO2气体，使面团形成(xngchng)膨大、松软、蜂窝状的组织结构。 麦谷（胶）蛋白吸水膨胀形成面筋(min jin)质，随面团发酵过程中CO2气体的膨胀而膨胀，并能阻止其溢出，提高面团的保气能力。发酵的最后，把酸面团放在炉中烘烤，使最后的产品不含活的微生物并可存放于货架上出售。第13页/共29页第十三页，共29页。5）豆类发

7、酵(f jio) 纳豆 以大豆为原料，经纳豆菌及关联细菌发酵而成。大豆的蛋白质具有不溶解性，而做成纳豆后，变得可溶并产生(chnshng)氨基酸，而且在米饭与同时食用时，纳豆菌及关联细菌产生(chnshng)各种酶，可帮助消化米饭，使其易于吸收。3、酶与食品加工 在食品加工过程中，通过适当、适量地添加(tin ji)一些酶类，可以改善产品的色泽，风味和质构，如用葡萄糖氧化酶可去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色泽；葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香；木瓜蛋白酶可分解胶原蛋白，用于肉制品的嫩化。第14页/共29页第十四页，共29页。4、新型甜味剂的生产 食品甜味剂是一个很通用和广泛的概念，种类繁多，

8、目前人工合成或天然产物提取非营养性、无热量的高强度甜味剂是我国食品添加剂的发展重点。1）糖精（钠） 传统的甜味剂品种，甜度是蔗糖的300650倍，其浓度稍大时会有苦味，有动物实验证明可致癌，安全性遭质疑，部分国家禁用。2）甜蜜素： 甜度是蔗糖的30倍，口味(kuwi)极似蔗糖，无余苦味。曾发现对动物有致癌的现象，被禁用过，尽管后来解禁，但其发展前景不太乐观。第15页/共29页第十五页，共29页。3）阿斯巴甜 二肽（L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯），它不升高血糖，适合于糖尿病、高血压、肥胖症、心血管疾病患者使用，广受欢迎。4） 甜蛋白Thaumatin 西非菊芋科植物浆果中提取的蛋白质，是目前已

9、知最甜的化合物，甜度是蔗糖(zhtng)的3000倍。5、其它食品添加剂 1）醋（酵母菌和醋酸杆发酵而成）2）食用有机酸（柠檬酸、醋酸等）3）氨基酸和维生素（谷氨酸和天冬氨酸的钠盐，甲硫氨 酸、赖氨酸等）4）低聚糖（二个到十个分子的单糖组成的低聚合度糖）5）调味剂和增味剂（味精）第16页/共29页第十六页，共29页。6、转基因食品 利用分子生物学手段，将某些生物的基因转移到其它生物物种上，使其出现原物种不具有的性状或产物，以转基因生物为原料加工生产的食品就是转基因食品。通过这种技术人类可以获得更符合要求的食品品质，它具有产量高、营养丰富、抗病力强的优势，但它可能造成的遗传基因污染也是它的明显缺

10、陷。 有关转基因食品的争论一直(yzh)都未停止，无论拥护者还是反对者，谁都没有拿出令人信服的证据来说服对方，但无论如何转基因食品已经在人们的日常生活中发挥着不可或缺的作用。 第17页/共29页第十七页，共29页。二、生物技术与食品检测1、免疫学技术的应用 食品中一些大分子或小分子可以直接或间接(jin ji)成为抗原，检测时加入特异性抗体，利用抗原抗体反应，将结果以酶促显色反应、荧光反应、放射性同位素等方法来显示，由此建立了一系列食品检测技术。 可测试许多含量极低的物质，例如微量残留物、真菌毒素、抗生素、激素、细菌毒素等。 常用方法有直接酶免疫分析（EIA）、酶联免疫分析（ELISA）等。

11、第18页/共29页第十八页，共29页。酶联免疫反应（ELISA）原理： ELISA的基础是抗原或抗体的固相化及抗原或抗体的酶标记。结合在固相载体表面的抗原或抗体仍保持其免疫学活性，酶标记的抗原或抗体既保留其免疫学活性，又保留酶的活性。在测定时，受检标本（测定其中的抗体或抗原）与固相载体表面的抗原或抗体起反应。用洗涤(xd)的方法使固相载体上形成的抗原抗体复合物与液体中的其他物质分开。再加入酶标记的抗原或抗体，也通过反应而结合在固相载体上。此时固相上的酶量与标本中受检物质的量呈一定的比例。加入酶反应的底物后，底物被酶催化成为有色产物，产物的量与标本中受检物质的量直接相关，故可根据呈色的深浅进行定

12、性或定量分析。由于酶的催化效率很高，间接地放大了免疫反应的结果，使测定方法达到很高的敏感度。 第19页/共29页第十九页，共29页。 双抗体(kngt)夹心法 （最常用）1、将特异性抗体(kngt)与固相载体连接，形成固相抗体(kngt)。2、洗涤除去未结合的抗体(kngt)及杂质。3、加受检标本 ，抗原抗体(kngt)反应，洗去未结合物质。4、加酶标抗体(kngt)：使固相免疫复合物上的抗原与酶标抗体(kngt)结合 。5、洗去未结合酶标抗体(kngt)。6、加底物：夹心式复合物中的酶催化底物成为有色产物。7、根据颜色反应的程度进行该抗原的定性或定量。 第20页/共29页第二十页，共29页。

13、2、分子生物学技术的应用PCR 设计特异性引物扩增细菌、螺旋体、病毒基因的特征性条带，具有快速、特异、灵敏的特点。三、转基因食品的检测 检测转基因产品中是否存在外源DNA序列（PCR法、Northern杂交及Southem杂交、生物芯片技术）或重组蛋白产物（ELISA法、Western杂交）。1、外源DNA序列的检测1）PCR 可设计特异性引物初步检测大多数植物性转基因产品中含有的花椰菜花叶病毒(CaMV)的35S启动子和根癌农杆菌的NOS终止子(T-NOS) 序列，再进一步用酶切或Southem杂交验证。可检测出目的基因是否完整性，但可能(knng)有假阳性，假阴性出现。 第21页/共29页

14、第二十一页，共29页。 PCR技术常以定性检测为主，实时荧光定量PCR技术则可进行定量分析。在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。2）Southern杂交 将经酶切的待测DNA转移到杂交膜上与探针杂交的技术，可确定外源基因在植物中的组织结构、外源DNA整和的位置及拷贝数、转基因植株F1世代外源基因的稳定性。准确度高，但程序复杂，实验要求高。 3）Northern杂交将试材RNA变性后与探针（DNA）杂交的技术，用于检测基因在转录水平上的表达。更接近(jijn)于性状表现 ，更有意义。但RNA提取条件严格 ，且RNA

15、含量较少，不适合大量检测。第22页/共29页第二十二页，共29页。4）生物（基因）芯片检测 基因芯片是由大量DNA或寡核苷酸探针密集排列的矩阵，可将目前通用的报告基因、抗性基因、启动子和终止子的特异片段（靶片段）固定于玻片上制成检测芯片，将从待检样品中提取的DNA扩增、标记后与芯片进行(jnxng)杂交，杂交信号由芯片扫描仪检测，再经计算机软件进行(jnxng)分析判断。基因芯片(j yn xn pin)外观图第23页/共29页第二十三页，共29页。2、重组蛋白产物的检测1） Western杂交 将蛋白质从SDS-PAGE胶中电转移至固相支持体上，然后对固定化蛋白质进行免疫学测定（抗体杂交）的

16、方法。 检测目的基因在翻译水平的表达结果，能直接显示目的基因在转化体中是否经过转录、翻译最终合成蛋白而影响植株的性状表现。灵敏度极高 ，最具现实意义，但过程较麻烦。2）ELISA 酶与底物反应的颜色与样品中抗原的含量成正比。可同时对样品进行定性检测和定量分析。复杂(fz)基质对它的准确性和准确度有干扰，并且外源基因表达的蛋白质在较低水平或热处理变性时，免疫方法的检测能力就会下降。 第24页/共29页第二十四页，共29页。四、生物技术与未来食品工业1、基因工程的应用 1）油脂改良 增加植物油脂肪酸的饱和度，不会带来反式脂肪酸的问题；可降低脂肪酸的饱和度，提供对人体健康有益的植物油。2）蛋白质改良

17、 提高必需氨基酸的含量；改善蛋白质的加工性能(xngnng)。3）碳水化合物改良 通过反义基因抑制淀粉分支酶基因则可获得完全只含直链淀粉的转基因马铃薯，油炸后风味、质地更佳，吸油量减少。4）果蔬改良 利用反义基因技术获得的乙烯合成缺陷型植株，果实储藏及保鲜能力大大提高。 第25页/共29页第二十五页，共29页。5）食品微生物改良 将外源-乙酰乳酸脱羧酶基因导入啤酒酵母细胞，并使其表达，降低啤酒中双乙酰含量，保证啤酒风味。6）生产保健食品及特殊食品 食品疫苗： 将病原微生物的抗原编码基因导入植物，并在植物中表达出活性蛋白，人或动物(dngw)食用含有该种抗原的转基因植物，激发肠道免疫系统，从而产生对病毒、寄生虫等病原菌的免疫能力。含有狂犬病病毒、乙肝表面抗原的转基因马铃薯、香蕉等。第26页/共29页第二十六页，共29页。2、细胞工程的应用 利用细胞杂交和细胞培养技术(jsh)可生产独特的食品香味和风味的添加剂（菠萝风味剂）、天然色素（花色苷、辣椒红素）等。 用花药培养和染色体工程育种等技术(