食品生物技术绪论

1、v36个课时v考试成绩60%+平时成绩40%v平时成绩：考勤，课堂表现，课后作业，课堂演讲等组成v周老师 v 人类在人类在1 1万年前就开始用牲畜耕种、万年前就开始用牲畜耕种、饲养家畜，提供稳定的粮食和肉类。饲养家畜，提供稳定的粮食和肉类。v 6 6千年前利用发酵、酿造技术生千年前利用发酵、酿造技术生产酒类、面包。产酒类、面包。v均属生物技术！均属生物技术！v远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成了醇香可口的饮料人类最早发明的酒丰富多彩的远古酒文化微生物发酵微生物发酵我国古代的酿酒作坊（四川新都县出土的汉代画像）公元前公元前2300年左右，埃及人酿制啤酒的场面（某金字塔壁

2、画）年左右，埃及人酿制啤酒的场面（某金字塔壁画） 16761676年荷兰人年荷兰人A.LeeuwenhoekA.Leeuwenhoek用自磨镜片，创用自磨镜片，创造了一架原始显微镜，生物工造了一架原始显微镜，生物工程进入微观形态学发展阶段。程进入微观形态学发展阶段。( Edward Jenner,17491823 )首创用牛痘预防天花，是免疫学的发展，开创了生物技术的先河。v 随着人类对生命现象本质与规律随着人类对生命现象本质与规律认识的不断深化，对于生物技术作用认识的不断深化，对于生物技术作用的认识也不断全面，感觉到这一技术的认识也不断全面，感觉到这一技术非同凡响！非同凡响！v各个国家争先投

3、入，视为各个国家争先投入，视为“高技术高技术”，将其大力发展。将其大力发展。v新病增加、老病抬头新病增加、老病抬头v艾滋病（艾滋病（获得性免疫缺陷综合症，英文缩写获得性免疫缺陷综合症，英文缩写AIDSAIDS的音译，曾译为的音译，曾译为“爱滋爱滋病病”、“爱死病爱死病”；至今年九月底，中国内地已发现艾滋病病毒感染者至今年九月底，中国内地已发现艾滋病病毒感染者24万多人，万多人，其中艾滋病病人为其中艾滋病病人为7.7万人万人 ）v疯牛病疯牛病v结核病抬头结核病抬头v各种过敏性疾病各种过敏性疾病v高致病性禽流感高致病性禽流感v食品中人为添加违禁物质（三聚氰胺）食品中人为添加违禁物质（三聚氰胺）v医

4、药生物技术医药生物技术(免疫制剂、干扰素免疫制剂、干扰素)v农业生物技术（高产品种、超级水稻）农业生物技术（高产品种、超级水稻）v动物生物技术（优良品种、动物反应器）动物生物技术（优良品种、动物反应器）v微生物生物技术（特殊性能菌株）微生物生物技术（特殊性能菌株）v环境生物技术（生物治理）环境生物技术（生物治理）v化工生物技术（可降解食品包装材料）化工生物技术（可降解食品包装材料）v食品生物技术（生产、加工、贮藏）食品生物技术（生产、加工、贮藏）v一、生物技术的定义及其沿革一、生物技术的定义及其沿革v 生物技术是大家非常熟悉的概念。但生物技术是大家非常熟悉的概念。但是至今没有太确定的概念。随着

5、科技的发是至今没有太确定的概念。随着科技的发展，其内涵和外延也发生着变化。展，其内涵和外延也发生着变化。v 但是，不管如何表达均与但是，不管如何表达均与bio-bio-，technologytechnology分不开。分不开。v v 目前认可的现代生物技术概念：目前认可的现代生物技术概念：v 生物技术是利用生物体系，以及生物技术是利用生物体系，以及先进的生物学和工程技术手段，对物先进的生物学和工程技术手段，对物料进行生物与物理作用，以获取各种料进行生物与物理作用，以获取各种产品的一门综合性、应用性学科技术。产品的一门综合性、应用性学科技术。v这种高度概括的概念来之不易！这种高度概括的概念来之不

6、易！v经历了漫长的概念沿革经历了漫长的概念沿革v“生物技术生物技术”一词的提出：一词的提出：19191919年匈牙利学者为了表达一切利用生物年匈牙利学者为了表达一切利用生物转化手段进行生产的概念，同时也想转化手段进行生产的概念，同时也想表达生物学与工程技术之间的关系提表达生物学与工程技术之间的关系提出的出的“生物技术生物技术”一词。一词。v开始在学术刊物上频频出现，成开始在学术刊物上频频出现，成为为“点击率点击率”很高的名词。很高的名词。v二战期间得到快速发展。二战期间得到快速发展。v19821982年国际经合组织的概念：年国际经合组织的概念：v 生物技术是应用自然科学和工程生物技术是应用自然

7、科学和工程学原理，依靠生物酶的催化作用进行学原理，依靠生物酶的催化作用进行产品生产的技术。产品生产的技术。v 如美国国家科技委员会将生物技术定如美国国家科技委员会将生物技术定义为：义为：v “ “生物技术包括一系列的技术，它可生物技术包括一系列的技术，它可以利用以利用生物体或细胞生物体或细胞生产人类所需要的产生产人类所需要的产物，这些新技术包括物，这些新技术包括基因重组基因重组、细胞融合细胞融合、和一些生物制造程序和一些生物制造程序”。v 从定义的内涵来看并不神秘。其实就从定义的内涵来看并不神秘。其实就是指人类利用生物体或细胞生产产品。是指人类利用生物体或细胞生产产品。v我们掌握概念时以现代生

8、物技术的概念为准！我们掌握概念时以现代生物技术的概念为准！v-沿革性的概念有的是表示传统生物技术的沿革性的概念有的是表示传统生物技术的内涵。内涵。v从古代到从古代到2020世纪世纪6060年代之前的生物技术基本年代之前的生物技术基本属于传统生物技术。属于传统生物技术。v其特征是：酿造技术合发酵技术。其特征是：酿造技术合发酵技术。v2020世纪世纪7070年代，以年代，以DNADNA重组技术的诞生为标重组技术的诞生为标志，为现代生物技术的开始。志，为现代生物技术的开始。v从而从而2020世纪世纪8080年代造就了一个新兴产业年代造就了一个新兴产业生物科技产业。生物科技产业。v 为什么生物技术在近

9、几年如此为什么生物技术在近几年如此受到世人瞩目？受到世人瞩目？v 归功于科学技术的发展；归归功于科学技术的发展；归功于社会可持续发展的需要！功于社会可持续发展的需要！v Mendel 奥地利原天主教神父奥地利原天主教神父 不能忘记的人不能忘记的人在在18651865年他根据豌豆七对不同年他根据豌豆七对不同性状的杂交实验性状的杂交实验, ,发现生殖细胞发现生殖细胞成熟中同对因子分离成熟中同对因子分离, ,异对因子异对因子自由组合两条遗传规律自由组合两条遗传规律, ,即遗传即遗传学分离规律和自由组合规律学分离规律和自由组合规律. .为为遗传学提供了数学基础遗传学提供了数学基础, ,创立了创立了孟德

10、尔学派。孟德尔学派。 不能忘记的人不能忘记的人T H MorganT H Morgan（1866-19451866-1945） 美国遗传学家美国遗传学家 从从19101910年到年到3030年代他在果蝇遗传年代他在果蝇遗传实验中进一步证实了孟德尔分离定实验中进一步证实了孟德尔分离定律和自由组合定律。他的两大重要律和自由组合定律。他的两大重要发现：一是发现基因在染色体上，发现：一是发现基因在染色体上，二是发现遗传的基因链锁和互换定二是发现遗传的基因链锁和互换定律。建立了摩尔根基因学说。律。建立了摩尔根基因学说。 他的格言：他的格言：“实验方法的本质在实验方法的本质在于每一种见解和假说都必须通过实

11、于每一种见解和假说都必须通过实验的检验，然后才被承认其科学地验的检验，然后才被承认其科学地位。位。 不能忘记的人不能忘记的人 J D Watson F H C Crick 19531953年年4 4月月2525日，英日，英国国自然自然杂志发表了沃杂志发表了沃森和克立克的文章森和克立克的文章“核酸核酸的分子结构的分子结构 DNA DNA的一的一个结构模型个结构模型”。标志着。标志着DNADNA双螺旋结构的建立，双螺旋结构的建立，从此，遗传学和生物学的从此，遗传学和生物学的历史从细胞阶段进入了分历史从细胞阶段进入了分子阶段。子阶段。 不能忘记的人不能忘记的人 F Sanger W Gilbert

12、桑格（英国化学家）最早桑格（英国化学家）最早测定胰岛素的氨基酸顺序获得测定胰岛素的氨基酸顺序获得19581958年诺贝尔化奖。年诺贝尔化奖。2222年后，年后，他因测定了一种噬菌体的一级他因测定了一种噬菌体的一级结构获结构获19801980年的诺贝尔化学奖。年的诺贝尔化学奖。 吉尔伯特在吉尔伯特在DNADNA测序领域，测序领域，因其卓越的工作获得因其卓越的工作获得19801980年诺年诺贝尔化学奖。贝尔化学奖。 不能忘记的人 Paul Berg 伯格（美国生物化学家）伯格（美国生物化学家）通过把两个不同来源的通过把两个不同来源的DNADNA连连结在一起并发挥其应有的生结在一起并发挥其应有的生物

13、学功能，证明了完全可以物学功能，证明了完全可以在体外对基因进行操作。他在体外对基因进行操作。他作为作为“重组重组DNADNA技术之父技术之父”于于19801980年获诺贝尔化奖。年获诺贝尔化奖。 不能忘记的人Kary B Mullis 1985年穆利斯发明了高效复年穆利斯发明了高效复制制DNA片段的片段的聚和酶链式聚和酶链式反应反应（PCR）技术，利用该技术可）技术，利用该技术可从极其微量的样品中大量生产从极其微量的样品中大量生产DNA分子，使基因工程获得了分子，使基因工程获得了革命性发展。革命性发展。v 该产业形成后其发展势头非常强劲！该产业形成后其发展势头非常强劲！改变了人类生活的许多方面

14、。从此意义上，改变了人类生活的许多方面。从此意义上，就连大名鼎鼎的比尔盖茨在就连大名鼎鼎的比尔盖茨在19961996年都说过：年都说过：“生物科技就象电脑软件一样改变了这个生物科技就象电脑软件一样改变了这个世界世界”！v 的确，生物科技在目前已经渗透到了的确，生物科技在目前已经渗透到了各个领域。包括生物医药、食品、农业、各个领域。包括生物医药、食品、农业、环境保护、特用化学品行业。环境保护、特用化学品行业。v 已经有已经有155155种药品和疫苗被美国的食种药品和疫苗被美国的食品药品管理局批准上市。出现基因工程植品药品管理局批准上市。出现基因工程植物物基因重组木瓜、番茄、玉米、大豆基因重组木瓜

15、、番茄、玉米、大豆等。等。v 在食品方面，利用发酵工艺技在食品方面，利用发酵工艺技术生产乳酸菌、灵芝、冬虫夏草术生产乳酸菌、灵芝、冬虫夏草等健康食品。等健康食品。v 可以说，人类生活的各个方可以说，人类生活的各个方面的问题都可以借助生物技术来面的问题都可以借助生物技术来解决，随着其自身的发展，已形解决，随着其自身的发展，已形成了真正意义上的现代生物技术。成了真正意义上的现代生物技术。v 基因基因工程工程细胞工程细胞工程酶工程酶工程发酵工程发酵工程蛋白质工蛋白质工程程二、生物技术的构成二、生物技术的构成（一）基因工程（一）基因工程1、基因工程的概念、基因工程的概念 是现代生物技术的核心，它能按是

16、现代生物技术的核心，它能按人类需要，把遗传物质人类需要，把遗传物质DNADNA分子从生分子从生物体中分离出来，进行体外物体中分离出来，进行体外剪切、拼剪切、拼接接重组形成新的重组形成新的DNADNA分子。再将导入分子。再将导入某种细胞活生物体中，使遗传信息在某种细胞活生物体中，使遗传信息在新的宿主细胞或个体中得到表达，以新的宿主细胞或个体中得到表达，以达到定向改造或重建新物种目的的技达到定向改造或重建新物种目的的技术。术。基基因因克克隆隆操操作作 分、切、连、转、筛分、切、连、转、筛5 5步。步。操作水平操作水平：DNADNA分子水平分子水平目目 的的：定向改变遗传物质或获得新的基：定向改变遗

17、传物质或获得新的基因产物。因产物。2、基因工程的应用、基因工程的应用v 在基因工程领域中影响最大的应算是在基因工程领域中影响最大的应算是人类基因组草图绘制完成。人类基因组草图绘制完成。v 3 3号染色体由中国测定，有号染色体由中国测定，有1445307 1445307 个碱基。从个碱基。从19991999年年9 9月开始，不到一年完月开始，不到一年完成。其中包括与肺癌、卵巢癌、鼻咽癌等成。其中包括与肺癌、卵巢癌、鼻咽癌等有关的基因。有关的基因。v美国：美国：WASHWASHMITMIT等等7 7家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为5454。v英国：英国：SANGERSANGER一家研究中心

18、，贡献率为一家研究中心，贡献率为3333。v日本：日本：RIKENRIKEN等两家研究中心，贡献率为等两家研究中心，贡献率为7 7。v法国：法国：GENOSCOPEGENOSCOPE研究中心，贡献率为研究中心，贡献率为2.82.8。v德国：德国：IMBIMB等等3 3家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为2.22.2。v中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究v 中心等三家，贡献率为中心等三家，贡献率为1 1。 二二000000年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成结果于结果于20012001年

19、年2 2月月1212日公布日公布（二）细胞工程（二）细胞工程1、细胞工程的概念、细胞工程的概念利用细胞融合技术把含有不同遗传利用细胞融合技术把含有不同遗传物质的细胞融合成杂种细胞。并使之分物质的细胞融合成杂种细胞。并使之分裂生长成为杂种生物，培育出人们所希裂生长成为杂种生物，培育出人们所希望的新物种的技术。望的新物种的技术。它包括的技术：它包括的技术：动植物细胞的大量培养、细胞融合、细动植物细胞的大量培养、细胞融合、细胞拆分、染色体工程、繁育生物学等。胞拆分、染色体工程、繁育生物学等。操作水平：操作水平：细胞整体水平或细胞器水平细胞整体水平或细胞器水平目的目的：定向改变遗传物质或获得细胞产品。

20、：定向改变遗传物质或获得细胞产品。2、细胞工程的理论基础、细胞工程的理论基础细胞全能性细胞全能性依据依据生物体的每一个干细胞都包含有生物体的每一个干细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。该物种所特有的全套遗传物质。3、主要技术、主要技术植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交植物体细胞杂交动物细胞培养动物细胞培养动物细胞融合动物细胞融合单克隆抗体技术单克隆抗体技术胚胎移植胚胎移植核移植核移植植物植物细胞细胞工程工程技术技术动物动物细胞细胞工程工程技术技术异种异种植物植物细胞细胞杂种细胞杂种细胞转基因转基因植物植物异种异种动物动物细胞细胞动物细动物细胞群胞群重组细胞重组细胞体细体细胞核胞核早期胚

21、胎早期胚胎受精卵受精卵去核去核卵细卵细胞胞克隆动物克隆动物试管动物试管动物动物细动物细胞融合胞融合植物体细植物体细胞杂交胞杂交植物组植物组织培养织培养动物细动物细胞培养胞培养核移植核移植胚胎移植胚胎移植体外体外受精受精 从一个绵羊普通的体细胞（如乳腺上从一个绵羊普通的体细胞（如乳腺上皮）中提取遗传物质，和一个无皮）中提取遗传物质，和一个无DNADNA遗传物遗传物质，但具有活性的另一只母绵羊的卵细胞质，但具有活性的另一只母绵羊的卵细胞进行电击融合或显微操作融合，然后将结进行电击融合或显微操作融合，然后将结合后的新细胞在体外培养，经试管分合后的新细胞在体外培养，经试管分裂。形成胚胎后再移植到第三只

22、母绵羊子裂。形成胚胎后再移植到第三只母绵羊子宫内生长。然后产出与第一只绵羊一样的宫内生长。然后产出与第一只绵羊一样的羊。羊。v1.1.避免了基因的分离、提纯、剪切、拼避免了基因的分离、提纯、剪切、拼接、重组、转化等繁琐的基因操作，只接、重组、转化等繁琐的基因操作，只是将遗传物质转入到受体细胞内就形成是将遗传物质转入到受体细胞内就形成杂交细胞。杂交细胞。v2.2.可以在不同种属生物间进行杂交。可以在不同种属生物间进行杂交。v细胞工程领域最具代表性的成果应该是细胞工程领域最具代表性的成果应该是单克隆抗体。单克隆抗体。（三）发酵工程（三）发酵工程1、发酵工程的概念、发酵工程的概念发酵工程是利用现代工

23、程技术发酵工程是利用现代工程技术手段和微生物的快速大量繁殖等特手段和微生物的快速大量繁殖等特点，生产人类所需产品的技术。点，生产人类所需产品的技术。2 2、发酵工程的技术要点、发酵工程的技术要点目的目的定向地改造菌种定向地改造菌种, ,大量生产微生物大量生产微生物 菌体或代谢产物菌体或代谢产物菌种的选育菌种的选育 诱变育种、基因工程、诱变育种、基因工程、 细胞工程细胞工程环境条件控制环境条件控制营养、营养、PH、温度、溶氧、温度、溶氧等等3、流程、流程发酵工程发酵工程商品生产商品生产改造物种改造物种常规菌常规菌(或常规细胞株或常规细胞株) 遗传工程遗传工程 细胞工程细胞工程“工程菌工程菌”（或

24、（或“工程细胞工程细胞株株”） 微生物工程微生物工程 酶工程酶工程 生物反应器工程生物反应器工程 经济效益经济效益 大量产品大量产品 社会效益社会效益 生态效益生态效益 （四）酶工程（四）酶工程酶工程是利用天然与人工酶的特酶工程是利用天然与人工酶的特有催化功能和生物反应器，将一种物有催化功能和生物反应器，将一种物质转化为另一种物质，以获得产物的质转化为另一种物质，以获得产物的技术。技术。这里讲的酶，可以是纯化的酶，这里讲的酶，可以是纯化的酶，也可以是细胞器、细胞。也可以是细胞器、细胞。 另外，其含义还包括设计和改造酶另外，其含义还包括设计和改造酶的结构，以优化其功能。的结构，以优化其功能。 根

25、据上述解释，酶工程应包括的技术：根据上述解释，酶工程应包括的技术： 酶的固定化技术；酶的固定化技术； 细胞的固定化技术；细胞的固定化技术； 酶反应器设计；酶的化学修饰和改造酶反应器设计；酶的化学修饰和改造 酶工程广泛应用于食品工业。酶工程广泛应用于食品工业。啤酒、酱油、葡萄糖等都可用酶工程生产。啤酒、酱油、葡萄糖等都可用酶工程生产。v蛋白质工程蛋白质工程：是指应用基因工程、蛋白质：是指应用基因工程、蛋白质学、计算机模拟技术等，将蛋白质从基因学、计算机模拟技术等，将蛋白质从基因层次上进行定向改造，获得人们所需要的层次上进行定向改造，获得人们所需要的优化蛋白质或酶的技术。优化蛋白质或酶的技术。v分

26、子进化工程分子进化工程：是指在实验条件下将生物：是指在实验条件下将生物大分子的漫长进化过程在实验室进行短期大分子的漫长进化过程在实验室进行短期模拟的技术。主要观察基因突变情况。模拟的技术。主要观察基因突变情况。 通常，把生物技术主要分为发酵工程通常，把生物技术主要分为发酵工程(微生物工程微生物工程)、酶工程、基因工程和细胞、酶工程、基因工程和细胞工程四个分科。它们相互依存，相互促进。工程四个分科。它们相互依存，相互促进。其中，基因工程是生物工程的重要组成部其中，基因工程是生物工程的重要组成部分。分。v一、一、食品生物技术的定义食品生物技术的定义v根据生物技术的定义可以看出，其内涵极根据生物技术

27、的定义可以看出，其内涵极其丰富，相关的学科也多。因此是涉及多其丰富，相关的学科也多。因此是涉及多学科的交叉学科。学科的交叉学科。v 食品生物技术食品生物技术是生物技术的一个分支，是生物技术的一个分支，也是生物技术在食品科学中的应用，是一也是生物技术在食品科学中的应用，是一门现代生物技术与食品科学技术相互渗透门现代生物技术与食品科学技术相互渗透而形成的综合性、应用性交叉学科。而形成的综合性、应用性交叉学科。v1.1.改善食品原料的品质改善食品原料的品质（酶（酶- -高蛋白食品）高蛋白食品）v2.2.提高食品产量；（主要为基因工程）提高食品产量；（主要为基因工程）v3.3.食品保鲜技术研究；（酶、

28、基因工程）食品保鲜技术研究；（酶、基因工程）v4.4.改善食品加工工艺，提高产品价值；改善食品加工工艺，提高产品价值；（酶）（酶）v5.5.有效处理废弃物、提高资源利用率；有效处理废弃物、提高资源利用率；v6.6.提高食品的安全性：安全、有机、绿色提高食品的安全性：安全、有机、绿色（发酵法生产防腐剂）（发酵法生产防腐剂）v有机食品：有机食品： 这一词是从英文这一词是从英文Organic FoodOrganic Food直译过直译过来的。有机食品指来自有机农业生产体系，来的。有机食品指来自有机农业生产体系，根据有机农业生产要求和相应标准生产加根据有机农业生产要求和相应标准生产加工，并且通过合法的

29、、独立的有机食品认工，并且通过合法的、独立的有机食品认证机构认证的农副产品及其加工品。证机构认证的农副产品及其加工品。v绿色食品：绿色食品：v 是中国政府推出的一个认证农产品，是中国政府推出的一个认证农产品，他有绿色他有绿色AAAA级，和级，和A A级之分，而其级之分，而其AAAA级的级的生产标准基本上等同于有机农业标准。生产标准基本上等同于有机农业标准。 v“民以食为天民以食为天”，任何国家要想取得进步，任何国家要想取得进步和发展，首要前提是必须让国民填饱肚子。和发展，首要前提是必须让国民填饱肚子。 v 所以，食品工业始终是国民经济的主所以，食品工业始终是国民经济的主要组成部分。食品工业的发

30、展水平直接代要组成部分。食品工业的发展水平直接代表一个国家民众的生活水平与健康水平。表一个国家民众的生活水平与健康水平。v1.1.现代食品生物技术对人类健康和营养的现代食品生物技术对人类健康和营养的 v 影响影响v（1 1）是解决人类食物短缺的主要途径：）是解决人类食物短缺的主要途径：v 超级杂交稻分三个阶段：超级杂交稻分三个阶段：v第一个阶段，亩产第一个阶段，亩产700kg700kg，在，在20002000年就实年就实现了。现了。v第二个阶段是第二个阶段是20012001年到年到20052005年，亩产要年，亩产要800kg800kg，这个我们提前一年实现了。，这个我们提前一年实现了。v现在我们要现在我们要20062006年到年到20102010年实现年实现900kg900kgv再下一个就是再下一个就是10001000公斤了。公斤了。 v20012001年年2 2月月1919日，中国工程院院士袁隆平日，中国工程院院士袁隆平获获20002000年度年度“国家最高科学技术奖国家最高科学技术奖”。 v 20072007年年4 4月月2929日，世界杂交水稻之父、中日，世界杂