现代食品技术

1、生物技术：指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工 程技术手段，按照预先设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种 目的。生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提供产品来为社会服 务的技术。它主要包括发酵技术和现代生物技术。传统生物技术：酿造技术和发酵技术现代生物技术：以重组DNA技术为核心，其研究内容包括：重组DNA技术及其他转基因技术；细胞和原生质融合技术；酶和细胞固定化技术； 植物脱毒和快速繁殖技术；动物和植物细胞大量培养技术；动物胚胎工程技术；现 代微生物发酵技术（高密度发酵、连续发酵和其他新型发酵技术）；现代生物反应工程

2、和分 离工程；蛋白质工程；分子进化工程生物技术的构成：基因工程，酶工程，蛋白质工程，细胞工程，发酵工程生物技术研究和应用：现代生物制药与医药领域，农业领域，食品工业领域，环境工程领域食品生物技术的基本特征：食品生物技术（food biotechnology）是生物技术在食品原料生产、加工和制造中应用的一 个学科。它包括了食品发酵和酿造等最古老的生物技术加工过程，也包括了应用现代生物技 术来改良食品原料的加工品质的基因、生产高质量的农产品、制造食品添加剂、植物和动物 细胞的培养以及与食品加工和制造相关的其他生物技术，如酶工程、蛋白质工程和酶分子的 进化工程等。因此，现代食品生物技术是现代生物技术

3、与食品科学技术相互渗透而形成的一门交叉学 科。食品生物技术的研究内容：通过基因工程和细胞工程改善食品原料农产品的品质和提高产量利用基因工程、发酵工程生产用于农产品保鲜的“绿色”抗氧化剂、防腐剂等通过基因工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程和分子进化工程使食品加工工艺高效化， 提高食品的附加值，提高农产品的利用率，以及提高食品的保健功能利用基因工程、酶工程和发酵工程减少食品的损失、提高食品质量管理的效率和保证食品 质量和安全性通过发酵工程和酶工程处理废弃物，提高资源的利用率并减少环境污染现代食品生物技术的作用：（一）现代食品生物技术对人类健康和营养的影响营养水平；健康水平；提高水果和蔬菜的货架期；

4、预防疾病；增加农产品的附加值等（二）现代食品生物技术对经济发展和环境的影响缓解粮食短缺问题；提高农产品质量和产量；改进作物抗逆性特性；增加农产品的附加值， 促进经济发展；污水处理，改善环境等 基因工程：也就是DNA重组技术，是用人工的方法把不同生物的遗传物质（基因）分离出 来，在体外进行剪切、拼接、重组，形成重组体，然后再把重组体引入宿主细胞中得以高效 表达，最终获得人们所需要的基因产物。基因工程研究的理论依据：不同基因具有相同的物质基础:具有遗传功能的特定核苷酸序列的DNA片段基因是可切割的：大多数基因彼此之间存在着间隔序列基因是可以转移的：基因可在不同生物之间转移，或在染色体DNA上移动多

5、肽与基因之间存在对应关系：普遍认为，一种多肽就有一种相应的基因遗传密码是通用的：一系列三联密码子同氨基酸之间的对应关系，在所有生物中都是相 同的基因可通过复制把遗传信息传递给下一代：经重组的基因一般来说是能传代的限制性内切酶的定义是一类能识别双链DNA中特殊核苷酸序列，并在合适的反应条件下使每条链 一定位点上的磷酸二酯键断开，产生具有3 -OH基团和5 -P基团的DNA片段的内切脱 氧核糖核酸酶。至今发现的限制性内切酶有三种类型，各具特性，基因工程操作中真正有用 的是II型酶。限制性内切酶在双链DNA上能够识别的核苷酸序列被称为识别序列。II型限制性内切酶的主要用途在特异位点上切割DNA，产生

6、特异的限制酶切割的DNA片段。对于核苷酸序列已知的DNA分子，可利用此法直接分离目的基因。建立DNA分子的限制性内切酶物理图谱构建基因文库基因工程中，需要将某种生物的全部基因组的遗传信息，贮存在可以长期 保存的稳定的重组体中，以备需要时随时能够应用。这种保存基因组遗传信息的材料(受体 细胞)，就称为基因文库。用限制酶切出相同的黏性末端，以便重组DNA。DNA连接酶的定义能将两段DNA拼接起来的酶称为DNA连接酶。该酶催化DNA相邻的5 磷 酸基团和3羟基末端之间形成磷酸二酯键，将DNA单链缺口封合起来。DNA聚合酶的定义具有催化DNA体外合成反应作用的酶称为DNA聚合酶。这类酶的特点在于，能

7、够把脱氧核苷酸连续地加到双链DNA分子引物链的3 -OH末端，催化核苷酸的聚合作用。 DNA聚合酶作用时大多都需要模板，合成产物的序列与模板互补。理想的基因工程载体应具备的特征具有复制起点，能携带外源DNA片段进入受体细胞，进行稳定的DNA自我/同步复制具有标记基因具有若干限制酶的单一识别位点具有较高的外源DNA的载装能力获得目的基因的途径：酶切直接分离法、印迹法、PCR扩增法和化学合成法等。基因工程在食品产业中的应用：改造食品微生物，改善食品原料的品质，生产功能性食品（狭义）生物化学上发酵:指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式。（广义）工业上所称的发酵:泛指利用微生物细胞

8、制造某些产品或净化环境的过程，它包括 厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮、丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程， 如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。发酵工程的概念：指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用 的产品，或直接把微生物应用于生产过程的一种新技术。发酵工程的特点：1、发酵过程一般都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要 求条件比较简单。2、发酵所用的原料简单粗放。3、发酵过程反应的专一性强，可以得到较为单一的代谢产物。4、发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。5、能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化 学转化反应

9、，也可以产生比较复杂的高分子化合物。6、通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良微生物菌种，使生产设备得到充分利用，也 可以获得按常规方法难以生产的产品。7、工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，并可以取得显著的经济效益。发酵工程的内容：1、以菌体为产品的发酵；2、以微生物的酶为产品的发酵；3、以微生物的代谢产物为产品的发酵；4、产品的转化发酵发酵工业的发展史:天然发酵阶段（古代-1900年）纯培养技术的建立（1905年-）通气搅拌发酵技术的建立（1940年-）开拓发酵原料时期（1960年-）基因工程阶段（1979-）发酵工程的发展趋势：1）利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种，使微生物

10、细胞按照人类的需要合成某些产品；2）采用发酵技术进行高等动植物细胞培养；3）按照微生物生理和代谢特性以及产物的合成途径进行发酵条件调控；4）在工程方面，开发和采用大型节能高效的发酵装置，自动控制将成为发酵生产控制的主要手段，从而使发酵工业朝着模拟化、自动化、最优化方向发展；5）固定化技术广泛应用；6）将生物技术理论广泛地用于发酵工程。典型的发酵生产过程包括：1、菌种的选育：2、确定菌种繁殖和发酵生产所用的培养基；3、对培养基、发酵罐及其附属设备进行灭菌；4、菌种经逐级扩大培养后，作为生产种子接种于发酵罐中5、控制发酵罐中微生物的生长条件，最大程度地获得人们渴望的代谢产物6、产物分离提纯7、发酵

11、过程中废弃物的处理与回收根据生物反应过程中所使用的生物催化剂不同可将生物反应器分为:酶反应器和细胞生物反应器生物反应器应具备的条件：能维持一定的温度、pH、反应物(如营养物质、溶解氧等)浓度应具备良好的传质、传热和混合性能，以便为生物反应的顺利进行提供适宜的环境条件。细胞生物反应器除具备上述特性外，还要求有一定的除菌及密封设备，以防止生产过程中因 微生物侵入造成的杂菌污染。评价生物反应器的两个重要指标：生产能力；产品质量发酵罐设计原则(总结)：稳定性；控制性；操作性；安全性；可视性菌种的扩大培养目的：为工业发酵提供数量巨大、代谢旺盛的微生物种子(或发酵剂)。发酵工业上使用的种子必须具备的条件：

12、生长旺盛，活力较高，延迟期短，接种到发酵罐后能迅速生长；细胞浓度适宜，以保证在大型发酵罐中有适当的接种量；生理状态稳定；无杂菌污染；生产能力保持稳定单细胞蛋白(SCP )概念：指适用于食品和动物饲料应用的微生物细胞，包括酵母菌、细菌、 霉菌和高等真菌。应用微生物生产单细胞蛋白的优点：细胞蛋白质含量高达50%以上，含有多种氨基酸、维生素、矿物质、粗脂肪等营养成 分，易于消化吸收。微生物生长繁殖快，短时间可获得大量产品。微生物对营养要求适应性强，可利用多种廉价原料进行生产。微生物的生长条件可人为控制，可工厂化生产。黄原胶在食品工业中的应用：增稠剂；悬浮剂；乳化剂；稳定剂.化学酶工程：也可称为初级酶

13、工程，是指天然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶(模 拟酶)的研究与应用。天然酶:工业用酶制剂化学修饰酶:化学修饰的途径可通过对酶分子表面进行修饰，也可对酶分子的内 部修饰，以改善酶的性能。固定化酶：将水溶性酶用物理或化学方法处理，使之成为不溶于水的但仍具有 酶活性的一种酶的衍生物。人工模拟酶：在深入了解酶的结构和功能及催化作用机理的基础上，用化学方 法合成的催化剂。生物酶工程：是酶学和以DNA重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物，因而也 可称为高级酶工程。当前酶工程的主要任务是：研制分解纤维素和木质素的酶、使低分子有机物聚合的酶、检测用酶、能分解有毒物质的 酶及废物综合利用酶。利用

14、基因工程技术开发新酶品种和提高酶产量。固定化酶和细胞、固定化多酶体系及辅因子再生体系，特定生物反应的研究和应用。用微生物和动植物组织研究生物传感器。非水系统的反应技术，酶分子的修饰与改造以及酶型高效催化剂的人工合成研究。作为酶制剂的生产菌必须考虑以下要求：安全可靠；不易退化，不易感染噬菌体；产酶量高，而且最好产生胞外酶，以利于酶产品的分离纯化；能利用廉价的原料，发酵周期短，易培养。酶的发酵生产根据细胞培养方式的不同，可分为固体培养发酵、液体培养发酵、固定化细胞 等。固体发酵法：优点是设备简单，操作方便。缺点是缺点是劳动强度较大，原料利 用率较低，生产周期较长。液体发酵法：液体深层发酵是目前酶发

15、酵生产的主要方式。固定化细胞发酵：由于固定化细胞发酵的历史不长，技术要求较高，需要特殊的 固定化细胞反应器，只适用于胞外酶的生产。酶的分离纯化：酶的提取和分离纯化是指把酶从组织、细胞内或细胞外液中提取出来并使之达到与使用目的 相适应的纯度。采用何种提取制备方法，决定性的因素是产品的质量要求和制各方法的经济性。在符合质量 的前提下，还应符合步骤简短、收率高、成本低的要求。酶的分离提纯包括三个基本环节：抽提，即把酶从原材料转入溶剂中来制成酶溶液；纯化， 即把杂质从酶溶液中除掉或从酶溶液中把酶分离出来；制剂，即将酶制成各种剂型。酶工程在食品工业中的应用：制糖工业；改进果酒、果汁饮料的生产工艺；食品保

16、鲜；利 用固定化酶生产高果糖浆；酶法生产新型低聚糖；酶法生产环状糊精；酶法应用于干酪制品 的生产；啤酒发酵；改善食品的品质、风味和颜色细胞工程的概念及研究范畴概念：应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程学的试验方法或技术，在细胞水平上研 究改造生物遗传特性和生物学特性，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的有关理论和 技术方法的学科。研究范畴：广义的细胞工程包括所有的生物组织、器官及细胞离体操作和培养技术，狭义的 细胞工程则是指细胞融合和细胞培养技术。根据研究对象不同，细胞工程可分为动物细胞工 程、植物细胞工程和微生物细胞工程。细胞培养：是指在动物、植物和微生物细胞在体外无菌条件下的保存和生

17、长。细胞培养一般步骤：首先，要取材和除菌。用一定的化学试剂对材料进行严格的表面清洗、消毒。 有时还要借助某些特定的酶，对材料进行预处理，以期得到分散生长的细胞。其次，根据各类细胞的特点，配制细胞培养基，对培养基进行灭菌或除菌。采用无菌操作技术，将生物材料接种于培养基中。最后，将接种后的培养基放入培养室或培养箱中，提供各类细胞生长所需的最 佳培养条件。当细胞达到一定生物量时应及时收获或传代。动物细胞工程在食品相关领域中的应用:有害物质快速检测；植物细胞工程主要包括原生质体的培养技术、植物细胞杂交技术、植物单倍体的培养技术 等。植物细胞工程在食品工业中的应用：利用植物细胞工程生产香料;生产食品添加

18、剂;生产天然 食品生物反应器：是利用生物催化剂进行化学反应的设备。是固定化细胞生物反应器。蛋白质工程是指基于蛋白质结构功能的研究结果，通过基因工程技术，改造现有蛋白质和设 计制造新蛋白质，因而也称为第二代基因工程。内容主要有两个方面：根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系；在此基础之上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能，设计合成具有特定生 物功能的全新的蛋白质，这也是蛋白质工程最根本的目标之一。生物理论和技术在下列九方面的发展促进了蛋白质工程的诞生：新的克隆技术，特别是完整的cDNA的克隆技术；快速测定DNA序列的方法；

19、从DNA序列推算蛋白质序列的较好的计算机程序系统；蛋白质序列数据库的建立，使一级结构相似的蛋白质能被很快地鉴定出来，并由此研 究其功能上的相似性；对原核生物和真核生物基因表达调控的进一步深入了解；用于基因体外诱变的化学、酶学和合成技术的进展；X-光晶体学的进展，包括较好的长晶体策略、同步辐射的应用、电子区域检测器的出现，以及计算机辅助数据分析；用计算机图像系统为工具直接观察晶体数据；核磁共振技术的改进，使溶液中的原子分布能得到直接检测。蛋白质工程研究的基本步骤：分离纯化目的蛋白，使之结晶，并作X晶体衍射分析，结合核磁共振等其他方法的分 析结果，得到其空间结构的尽可能多的信息；对目的蛋白的功能作

20、详尽的研究，确定它的功能域；通过对蛋白质的一级结构、空间结构和功能之间的相互关系的分析，找出关键的基团和 结构；在蛋白质结构与功能研究的基础上，借助于计算机图像显示和分子辅助设计，提出对目 的蛋白分子的改建或构建方案，并用基因工程的方法去实施；对经过改造的蛋白质进行功能性测定，看看改造的效果如何。蛋白质工程在食品产业中的应用：在实际生产中，可以应用蛋白质工程对一些生产中重要酶或蛋白质性质加以改造，提 高现有酶或蛋白质的工业实用性：提高酶的热稳定性（引入二硫键，改善酶热稳定性）。改变酶的最适pH值条件；提高酶的催化活性；提高蛋白的稳定性包括以下几个方面：延长酶的半衰期；提高酶的热稳定性；延长药用蛋白的保存期；抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失.现代食品生物技术在食品工业中的作用及意义：食品工业是生物技术应用的重要领域，利用物技术可将农副产品加工成 食品并产业化，同时借助生物技术还可以改造传统工艺，提高产品质量。因此，食品生物技 术产业已逐渐成为食品工业的支柱，生物技术本身也将为全球性的食物、蛋白质、环保和健 康等问题的有效解决提供有力支撑。生物技术的发展可以归纳为以工程为主和以生物为主两 个方面，其