基因工程在食品科学中的应用课件

1、第三节 基因工程在食品产业中的应用 利用基因工程改善食品原料的品质 利用基因工程改进食品生产工艺 利用基因工程生产食品添加剂及功能性食品.第三节 基因工程在食品产业中的应用.一、利用基因工程改善食品原料的品质 （一）改良动物食品性状 （二）改造植物性食品原料 （三）改造食品微生物 （四）培育高抗的新品种.一、利用基因工程改善食品原料的品质 （一）改良动物食品性（一）改良动物食品性状为了提高乳牛的产奶量，可将利用大肠杆菌基因工程技术大量生产牛生长激素(BST)，之后注射到母牛体内，既可达到提高母牛产奶量的目的，又不影响奶的质量。.（一）改良动物食品性状为了提高乳牛的产奶量，可将利用大肠杆菌为了改

2、良牛奶品质：（1）提高牛奶中k-酪蛋白的含量：奶酪的产率与牛奶中k-酪蛋白的含量成正比，应用基因工程将k-酪蛋白基因在奶牛乳腺中表达。（2）生产无乳糖牛奶：乳糖是牛奶中的主要糖分。对牛奶过敏的人群就是由于体内缺乏能够消化乳糖的乳糖酶的缘故。将乳糖酶基因在牛乳腺细胞中表达能产生无乳糖牛奶。.为了改良牛奶品质：.为了提高抗病能力： 2004 年，日美联手利用基因工程手段培育出对疯牛病 ( 牛海绵状脑病， BSE) 具有免疫力的牛，这种牛不携带普里昂蛋白或其他传染蛋白。 将编码溶葡萄糖球菌酶的基因转入奶牛基因组中，可以有效预防由葡萄球菌引起的乳房炎。.为了提高抗病能力：.同样，为了提高猪的瘦肉含量或

3、降低猪脂肪含量，可将采用基因重组技术生产的猪生长激素，注射至猪体内，便可使猪瘦肉型化，有利于改善肉食品质。在猪的基因组中转入人的生长素基因，猪的生长速度增加了一倍，猪肉质量大大提高，现在这样的猪肉已在澳大利亚被请上了餐桌。.同样，为了提高猪的瘦肉含量或降低猪脂肪含量，可将采用基因重组将草鱼的生长激素基因注入鲤鱼的受精卵，培育出一种带有草鱼生长激素基因的鲤鱼和另一种具有草鱼生长激素基因的三倍体鲤鱼“吉鲤”。 带有草鱼生长激素基因的鲤鱼，它150天可长至1200克，最大可达2000克；两年可达5000克。它的生长速度比普通鲤鱼快140%以上。吉鲤具有草鱼的生长快优点，又具有鲫鱼的味道。由于它不能生

4、育，因而在推广过程中不存在与其它鱼类杂交引起生态危机之忧。 荧光斑马鱼.将草鱼的生长激素基因注入鲤鱼的受精卵，培育出一种带有草鱼生长（二）改造植物性食品原料1、提高植物性食品氨基酸含量 可以对赖氨酸代谢途径中的各种酶进行修饰或加工，从而使细胞积累更大量的Lys。Asp天冬氨酸激酶(AK)二氢吡啶二羧酸合成酶(DHDPS)Lys.（二）改造植物性食品原料1、提高植物性食品氨基酸含量Asp天 还可针对性地将富含某种特异性的氨基酸的蛋白基因转入目的植物，以提高相应植物中的特定氨基酸的含量。例如通过分析发现，玉米-phaseolin富含Met，将此蛋白基因转入豆科植物，就可以大大提高豆科植物种子贮存蛋

5、白的Met含量，而Met正是豆科植物种子贮存蛋白所缺少的成分。.2.增加食品的甜味传统的和替代的甜味剂的甜度比较产品相对甜度 蔗糖55%高果糖浆Cyclamate安赛蜜(Acesulfame K)阿斯巴甜(Aspartame)糖精天丙甲酯Thaumatin蛋白1.01.45015020030065020003000.2.增加食品的甜味传统的和替代的甜味剂的甜度比较产品相对甜度天然应乐果蛋白咀嚼时比蔗糖大约甜1.0万倍，是有两条链通过弱的非共价键相互作用而形成的二聚体。A链由45个氨基酸残基组成，B链由50个氨基酸残基组成。研究表明，天冬氨酸AspB7可能是其甜味活性中心。Cys41、Ca2+等

6、对其甜味也产生影响。但由于是由两条多肽链组成，烹调过程中遇到的加热、遇酸(例如醋酸、柠檬酸)等情况很容易使之解离，失去甜味。局限了它作为甜味剂的用途。.天然应乐果蛋白咀嚼时比蔗糖大约甜1.0万倍，是有两条链通过弱.研究人员通过一段连接序列将A链和B链连接起来，制备了一条应乐果甜蛋白的单链类似物SCM，并在大肠杆菌中表达成功，使通过基因重组技术来生产应乐果甜蛋白成为可能。人们采用化学方法合成出应乐果蛋白基因，它可以编码同时包括A、B两条链的单链肽段。此融合蛋白在转基因番茄和莴苣中进行了表达，得到了具甜味、稳定性和耐受力强的表达产物。.还可用基因工程的方法获得新的糖类。例如环化糊精(CD)就是一种

7、新的糖类物质。这种物质有可能作为一种新型甜味剂用于食品工业，研究表明，环化糊精除了具有甜味外还有分解食物中的咖啡因和胆固醇等有害物质的功能。将环化糊精糖基转移酶(CGT)的基因转入植物，可以在转基因植物中获得环化糊精。.3、改造油料作物 通过表达外源ACC基因，正向提高脂肪酸合成限速酶ACCase（乙酰-CoA羧化酶）的表达； 通过导入酵母溶血磷脂酸酰基转移酶（SLC1-1）基因，提高脂肪酸合成脂类的速度，消除脂肪酸合成中的反馈抑制； EPA、DHA、AA及亚麻酸在油料作物中不能合成或只能微量合成，导入所缺乏的5-脂肪酸脱饱和酶、4-脂肪酸脱饱和酶和延伸酶等基因，以植物油脂中的脂肪酸为底物，合

8、成AA（C20：4）、EPA（C20：5）、DHA（C22：6），实现生物合成。.3、改造油料作物 通过表达外源ACC基因，正向提高相关知识： 格陵兰岛位于北冰洋，是一个冰天雪地的银色世界，岛上居住的土著民族爱斯基摩人以捕鱼为生，他们极难吃到新鲜的蔬菜和水果。就医学常识来说，常吃动物脂肪而少食蔬菜水果易患心脑血管疾病。但事实上恰恰相反，爱斯基摩人不但身体非常健康，而且在他们当中很难发现高血压、冠心病、脑中风、糖尿病、风湿性关节炎、癌症等疾病。这种不可思议的现象，同样出现在日本一个岛的渔民身上，这难道仅仅是巧合吗？其中有没有必然的联系呢？科学家们对此产生了浓厚的兴趣，历经十余年的潜心研究，谜底终

9、于找到了，原来与他们每天吃的海鱼中所含的物质有关，那就是EPA、DHA。这两种物质的发现给医学和营养学带来了重大的突破。.相关知识： . 用基因工程技术可以提高油脂中抗氧化剂的含量。 已成功地从拟南芥中克隆甲基转移酶基因并转导到了大豆中，甲基转移酶是-生育酚形成生育酚的关键酶。转这种酶基因的大豆能在不降低总生育酚的前提下，使-生育酚的含量提高80以上。. 用基因工程技术可以提高油脂中抗氧化剂的含量。.4、改良植物食品的蛋白质品质（1）外源基因的直接转化与表达 为了提高Lys缺乏作物的营养品质，构建了两个含高Lys蛋白质基因cDNA的表达载体，用基因枪法将其导入玉米不同杂交组合的胚性愈伤组织，经

10、PCR 扩增、点杂交及Southern 杂交表明该基因已整合进玉米基因组中。测定13 株T1代种子中Lys的含量，其中有3 株Lys含量提高10%以上。 通过基因工程提高作物铁蛋白含量可改善饮食中铁含量的不足。Goto 等将大豆铁蛋白基因与水稻贮藏蛋白谷蛋白的启动子（GluB-1）相连，通过农杆菌导入水稻。免疫组织印记法证实大豆铁蛋白在转基因植株中特异性积累，其含量比对照提高了3 倍。.4、改良植物食品的蛋白质品质（1）外源基因的直接转化与表达.（2）导入经修饰过的外源基因 由于大多数作物种子都含有丰富的贮藏蛋白，如通过密码子修饰或插入相应的基因序列来改变特定蛋白的氨基酸组成，也可以提高作物必

11、需氨基酸的含量。（3）导入人工合成基因 DNA 合成技术的不断完善使合成能编码含有特定必需氨基酸组份蛋白的基因成为可能。.（2）导入经修饰过的外源基因.如秘鲁“国际马铃薯培育中心”培育出一种蛋白质含量与肉类相当的薯类；转移扁豆蛋白基因可获得具有较高贮存蛋白质的转基因向日葵。我国在此方面也培育出了一批作物新品种，有的已经在生产上推广应用。如山东农业大学将小牛胸腺DNA导入小麦系814527，在第二代出现了蛋白质含量高达16.51的小麦变异株；中国农业科学院作物研究所将大米草DNA引入水稻品种早丰，出现了籽粒蛋白质含量高达12.74的受体变异类型。.如秘鲁“国际马铃薯培育中心”培育出一种蛋白质含量

12、与肉类相当的如小麦、玉米等谷物种子缺乏赖氨酸，豆类作物种子缺乏蛋氨酸，将富含赖氨酸和蛋氨酸的种子基因进行分离鉴定，并转入相应的作物中，可得到营养品质较为完全的蛋白质。如将巴西坚果或豌豆蛋白基因转入大豆中，获得含有较高含硫氨基酸的转基因大豆。.5、改善园艺产品的采后品质（1）多聚半乳糖醛酸酶（PG）PG在果实成熟过程中合成。利用转基因技术得到的反义PG番茄，果实采后的贮藏期可延长1倍，可以减少因过熟和腐烂所造成的损失；果实抗裂、抗机械损伤、便于运输；抗真菌感染；由于果胶水解受到抑制，用其加工果酱可提高出品率。目前已经从桃、猕猴桃、苹果、西洋梨、砂梨、鳄梨、番茄、黄瓜、甜瓜、马铃薯、玉米、水稻、大

13、豆、烟草、甜菜、油菜、拟南芥等植物中克隆得到PG的编码基因。.5、改善园艺产品的采后品质（1）多聚半乳糖醛酸酶（PG）.(2)乙烯合成相关酶基因采用基因工程手段可控制乙烯生成，如导入反义ACC（1-氨基环丙烷-1-羧酸）合成酶基因；导入反义ACC氧化酶基因。ACC合成酶(简称ACS)基因：ACC合成酶是乙烯生物合成的关键酶，由一个多基因家族所编码。目前，已经从番茄、苹果、康乃馨、绿豆、夏南瓜、笋瓜等植物中得到了ACC合成酶基因。1995年中国农大罗云波等培育出转反义ACS的转基因的番茄，在室温下可贮存3个月。.(2)乙烯合成相关酶基因.ACC氧化酶基因：又叫乙烯形成酶(EFE)，也是乙烯生物合

14、成途径中的关键酶。在细胞中的含量比ACC合成酶还少，也是由一个多基因家族编码。目前已经从番茄、甜瓜、苹果、鳄梨、猕猴桃以及衰老的麝香石竹花、豌豆、甜瓜等分离出ACC氧化酶基因。利用基因工程方法延缓蔬果成熟衰老、控制果实软化，提高抗病虫和抗冷害能力等方面均有广阔的应用前景。.ACC氧化酶基因：.（三）改造食品微生物1. 改良微生物菌种2. 改良乳酸菌遗传特性3. 酶制剂的生产.（三）改造食品微生物1. 改良微生物菌种.1. 改良微生物菌种 最早成功应用的基因工程菌(采用基因工程改造的微生物)是面包酵母菌。 啤酒生产中要使用啤酒酵母，但由于普通啤酒酵母菌种中不含-淀粉酶，所以需要利用大麦芽产生的-

15、淀粉酶使谷物淀粉液化成糊精，生产过程比较复杂。 采用基因工程技术，将大麦中-淀粉酶基因转入啤酒酵母中并实现高速表达。这种酵母便可直接利用淀粉进行发酵，无需麦芽生产-淀粉酶的过程，可缩短生产流程，简化工序，推动啤酒生产的技术革新。.1. 改良微生物菌种 最早成功应用的基因工程菌(采 利用基因工程技术还可将霉菌的淀粉酶基因转入大肠杆菌，并将此基因进一步转入单细胞酵母中，使之直接利用淀粉生产酒精。这样，可以省掉酒精生产中的高压蒸煮工序，可节约能源60，并且生产周期大大缩短。 此外，食品生产中所应用的食品添加剂或加工助剂，如氨基酸、有机酸、维生素、增稠剂、乳化剂、表面活性剂、食用色素，食用香精及调味料

16、等，也可以采用基因工程菌发酵生产而得到，基因工程对微生物菌种改良前景广阔。. 利用基因工程技术还可将霉菌的淀粉酶基因转入大肠杆基因工程应用于发酵菌种的改良 发酵食品菌种及其特性目的乳制品抗病毒的乳酸菌分泌蛋白酶的乳酸菌分泌胆固醇还原6的乳酸菌避免因病毒感染所造成的损失缩短乳酪熟成所需时间降低乳酪胆固醇含量肉类生产抗菌素的乳酸菌抑制致病菌或腐败菌的生长减低肉品中胆固醇含量改变肉中饱和与不饱和脂肪酸比啤酒生产-淀粉酶的酵母菌生产-葡聚糖酶的酵母菌生产双乙酰还原酶或乙酰乳酸脱羧酶的酵母菌生产低热量啤酒改良啤酒过滤效率缩短啤酒的熟成时间酒类耐高浓度酒精酒精的酵母菌生产高浓度乙酸异戊醇的酵母菌提高酒精产

17、量改良酒类风味麦面包耐冷冻的酵母菌改良冷冻面团品质.基因工程应用于发酵菌种的改良 发酵食品菌种及其特性目的2. 改良乳酸菌遗传特性（1）抗药基因 目前，利用乳酸菌发酵得到的产品很多，如酸奶、干酪、酸奶油、酸乳酒等，已应用的乳酸菌基本上为野生菌株。 有的野生菌株本身就抗多种抗生素，因而在其使用过程中，抗药基因将有可能以结合、转导和转化等形式在微生物菌群之间相互传递而发生扩散。.2. 改良乳酸菌遗传特性（1）抗药基因.利用基因工程技术可选育无耐药基因的菌株，当然也可去除生产中已应用菌株中含有的耐药质粒，从而保证食品用乳酸菌和活菌制剂中菌株的安全性。.（2）风味物质基因 乳酸菌发酵产物中与风味有关的

18、物质主要有乳酸、乙醛、丁二酮、3-羟基-2-丁酮、丙酮和丁酮等。可以通过基因工程选育风味物质含量高的乳酸菌菌株。.（2）风味物质基因.（3）产酶基因 乳酸菌不仅具有一般微生物所产生的酶系，而且还可以产生一些特殊的酶系，如产生有机酸的酶系、合成多糖的酶系、降低胆固醇的酶系、控制内毒素的酶系、分解脂肪的酶系、合成各种维生素的酶系和分解胆酸的酶系等，从而赋予乳酸菌特殊的生理功能。 若通过基因工程克隆这些酶系，然后导入到生产干酪、酸奶等发酵乳制品生产用乳酸菌菌株中，将会促进和加速这些产品的成熟。另外，把胆固醇氧化酶基因转到乳酸杆菌中，可降低乳中胆固醇含量。.（3）产酶基因.（4）耐氧相关基因 乳酸菌大

19、多数属于厌氧菌，这给实验和生产带来诸多不便。从遗传学和生化角度看，厌氧菌或兼性厌氧菌几乎没有超氧化物歧化酶基因和过氧化氢酶基因或者说其活性很小。 若通过生物工程改变超氧化物歧化酶的调控基因则有可能提高其耐氧活性。当然将外源SOD基因和过氧化氢酶基因转入厌氧菌中，也可以起到提高厌氧菌和兼性厌氧菌对氧的抵抗能力。.（4）耐氧相关基因.（5）产细菌素基因 乳酸菌代谢不仅可以产生有机酸等产物，还可以产生多种细菌素，然而并不是所有的乳酸菌都产生细菌素，若通过生物工程技术将细菌素的结构基因克隆到生产用菌株中，不仅可以使不产细菌素的菌株获得生产细菌素的能力，而且为人工合成大量的细菌素提供了可能。.（5）产细

20、菌素基因.3. 酶制剂的生产 利用基因工程技术不但可以成倍地提高酶的活力，而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中，构建基因工程菌来生产酶。据1995年统计，已有50的工业用酶是用转基因微生物生产的。转基因微生物生产酶的优点：产量高、品质均一、稳定性好、价格低等。.3. 酶制剂的生产 利用基因工程技术不但可以成倍地提高凝乳酶是第一个应用基因工程技术把小牛胃中的凝乳酶基因转移至细菌或真核微生物生产的一种酶。1990 年美国FDA已批准在干酪生产中使用。重组DNA技术生产小牛凝乳酶，首先从小牛胃中分离出对凝乳酶原专一的mRNA(内含子已被切除)，然后借助反转录酶、DNA聚合酶和St核苷酸酶的作用获得编

21、码该酶原的双链DNA。再以质粒或噬菌体为运载体导入大肠杆菌。. 近20年来用基因工程菌发酵生产的食品酶制剂主要有：凝乳酶、淀粉酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖异构酶、转化酶、脂肪酶、半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、乙酰乳酸脱羧酶、溶菌酶、碱性蛋白酶等。.在食品加工过程中，通过添加一些酶类，可以改善产品的色泽、风味和质构。如用葡萄糖氧化酶可以去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色泽；用脂酶和蛋白酶可加速奶酪的成熟；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，用于肉的嫩化。对于含有难消化成分的食品，可以通过添加一些酶类，改善这些食品的营养和消化利用性能。.（四）培育高抗的新品种1、抗虫基因工程迄今发现

22、并应用于提高植物抗虫性的基因主要有两类:一类是从微生物、细菌中分离出来的抗虫基因，如苏云金杆菌毒蛋白基因(Bt基因)、异戊烯基转移酶基因(ipt)；另一类是从植物中分离出来的抗虫基因，如蛋白酶抑制剂基因(PI基因)、淀粉酶抑制剂基因、外源凝集素基因等。其中Bt基因和PI基因在农业上利用最广。此外，昆虫特异性神经毒素基因等也在研究当中。.（四）培育高抗的新品种1、抗虫基因工程迄今发现并应用于提高玉米田里的虫害为害症状粘虫（又称行军虫或剃秆虫 ）.玉米田里的虫害为害症状粘虫.水稻田里的虫害稻蓟马危害状（受害叶叶尖枯黄，甚至枯死）稻蓟马成虫.水稻田里的虫害稻蓟马危害状稻蓟马成虫. 抗虫棉和普通棉对照

23、转基因耐贮藏番茄（左）和普通番茄（右）. 抗虫棉和普通棉对照转基因耐贮藏番茄（左）和普通番茄（右）.（1）ICP基因工程 ICP基因来自于苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis，Bt)。其营养体生长发育到一定阶段后，在其一端形成芽孢，在另一端形成伴胞晶体。伴胞晶体主要由蛋白质和糖类组成。当昆虫吞食伴胞晶体后，在昆虫肠道碱性条件和特定蛋白酶的作用下，伴胞晶体蛋白变成有活性的毒性分子。这种蛋白为-内毒素（-endotoxin），被称作杀毒结晶蛋白（insecticidal crystal protein, ICP） .（1）ICP基因工程 .（2）蛋白酶抑制剂基因工程 在自然界中

24、的所有生命体中，尤其在植物中，都含有蛋白酶抑制剂(proteinase inhibitor，PI)。 蛋白酶抑制剂与昆虫消化道内的蛋白消化酶相结合形成酶抑制剂复合物(EI)，导致蛋白质不能被正常消化；同时EI复合物能刺激昆虫过量分泌消化酶，使昆虫产生厌食反应，干扰昆虫的蜕皮过程和免疫功能 ，使昆虫不能正常发育或死亡。 .（2）蛋白酶抑制剂基因工程 .2、抗病毒病基因工程 外源的病毒外壳蛋白(coatprotein，CP)基因在导入植物细胞后，可能由于其RNA转录体与入侵病毒RNA间的相互作用使植物细胞获得保护。 研究人员分别将烟草抗TMV的N基因、CMV的CP基因、CMV卫星DNA的cDNA、

25、TYLCV的CP基因、AIMV的CP基因等转入番茄，所获得的转基因植株均对相应的病毒侵染表现抗性。.2、抗病毒病基因工程 .3、抗除草剂基因工程 抗除草剂基因工程的策略：将能降解除草剂的酶基因转入植物；修饰除草剂作用的靶蛋白；促使靶蛋白过量表达。aroA基因：沙门氏菌基因组中编码的EPSPS酶（烯醇式丙酮酰草莽酸-3-磷酸合成酶）的基因aroA发生点突变，使酶蛋白第101位的脯氨酸被丝氨酸取代，将克隆的突变基因aroA基因导入烟草，可获得对草甘膦的抗性。.3、抗除草剂基因工程 .bar基因： 从土壤细菌中分离得到的bar基因，编码PPT乙酰转移酶，导入烟草、番茄和马铃薯等作物后，使作物获得抗除

26、草剂PPT（膦化麦黄酮）的能力，至今bar基因已被用作遗传转化时的标记基因。.bar基因：.4、抗真菌病基因工程抗枯病菌的烟草 、抗真菌的甘蓝型油菜、抗立枯丝核菌的烟草、抗晚疫病的番茄等5、抗细菌病基因工程 抗青枯病的番茄等6、抗低温基因工程抗低温的转基因鱼类.4、抗真菌病基因工程.二、利用基因工程改进食品生产工艺（一）利用DNA重组技术改进果糖和乙醇生产方法（二）改良啤酒大麦的加工工艺（三）改良小麦种子贮藏蛋白的烘烤特性（四）改善牛乳加工特性.二、利用基因工程改进食品生产工艺（一）利用DNA重组技术改进（一）利用DNA重组技术改进果糖和乙醇生产方法1、利用微生物培养技术，大量生产所需的酶2、

27、利用-淀粉酶的高温突变体进行“高温”生产 这种突变体可在8090时起作用，在这种高温下进行液化淀粉，加速淀粉的水解，同时节约正常淀粉酶水解的冷却降温所消耗的能量。.（一）利用DNA重组技术改进果糖和乙醇生产方法.3、改变编码-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的基因使它们具有同样的最适温度和最适pH值，使液化、糖化在同一条件下进行，减少生产步骤，降低生产成本。4、利用DNA重组技术获得能够直接分解粗淀粉的酶可降低能量消耗，提高效率，降低成本。5、寻找或人工“创造”一种分泌葡萄糖淀粉酶、发酵微生物葡萄糖淀粉酶能将淀粉全部水解成葡萄糖。在发酵过程中可不再添加淀粉酶，直接生产果糖或乙醇。.3、改变编码-淀粉酶和葡

28、萄糖淀粉酶的基因使它们具有同样的最（二）改良啤酒大麦的加工工艺啤酒生产流程： 麦芽制备麦芽粉碎糊化处理过滤 煮沸回旋沉淀冷却发酵成熟过滤包装啤酒制造对大麦醇溶蛋白含量有一定要求，如果醇溶蛋白含量过高会影响发酵，使啤酒易产生混浊，也会增加过滤的难度。采用基因工程技术，使另一蛋白基因克隆至大麦中，便可相应地降低大麦中的醇溶蛋白含量，以适应生产的要求。.（二）改良啤酒大麦的加工工艺啤酒生产流程：.（三）改良小麦种子贮藏蛋白的烘烤特性小麦种子贮藏蛋白对面包烘烤质量有很大影响，特别是高分子谷蛋白5(x)和10(y)的亚基有助于面包质量的改善，同时谷蛋白的N端和C端含有Cys残基，可形成分子间的二硫键，产

29、生高分子量的聚合物，从而使面团具有较好的弹性。利用基因工程技术，通过增加谷物蛋白的5(x)和10(y)的亚基的拷贝数、引入Cys残基以及改变交联特性等手段，可使小麦具有更理想的加工特性。.（三）改良小麦种子贮藏蛋白的烘烤特性小麦种子贮藏蛋白对面包烘（四）改善牛乳加工特性在牛乳加工中如何提高其热稳定性是关键问题。牛乳中的酪蛋白分子含有丝氨酸磷酸，它能结合钙离子而使酪蛋白沉淀。采用基因操作，使酪蛋白分子中Ala-53被Ser所置换，但可提高其磷酸化，使酪蛋白分子间斥力增加，以提高牛奶的热稳定性，这对防止消毒奶沉淀和炼乳凝结起重要作用。.（四）改善牛乳加工特性.三、利用基因工程生产食品添加剂 及功能

30、性食品（一）生产氨基酸（二）生产黄原胶（三）超氧化物歧化酶(SOD)的基因工程（四）应用于生产保健食品的有效成分.三、利用基因工程生产食品添加剂 及功能性食品（目前，国内外重点研究开发的食品添加剂有：甜味剂：木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等；酸味剂：L苹果酸、L琥珀酸等；氨基酸：各种必需氨基酸；增稠剂：黄原胶、普鲁兰、茁霉多糖、热凝性多糖等；风味剂：多种核苷酸、琥珀酸钠、香茅醇、双乙酰等；芳香剂：脂肪酸酯、异丁醇等；色素：类胡萝卜素、红曲霉色素、虾青素、番茄红素等；维生素：维生素C、维生素B12、核黄素、肉碱等；生物活性剂：活性多肽等；天然食品防腐剂：如乳链菌肽、杀菌肽、瓜蟾抗菌肽、防

31、御素等。.目前，国内外重点研究开发的食品添加剂有：甜味剂：木糖醇、甘露（一）生产氨基酸氨基酸是我国新型的发酵工业产品之一，目前，国外已有5种氨基酸用重组菌实现了工业化生产，达到较高水平（如苏氨酸、组氨酸、脯氨酸、丝氨酸和苯丙氨酸）。生产色氨酸，在正常的色氨酸生物合成途径中，其关键酶是邻氨基苯甲酸合成酶。把编码这种酶的基因，转化到生产色氨酸的菌株中使之正确高效表达，就会达到增加色氨酸的产量的目的。.（一）生产氨基酸.（二）生产黄原胶 黄原胶是一种高分子的多糖，其物理化学性质非常稳定，常被作为稳定剂、乳化剂、加浓剂、悬浮剂使用，在食品加工中用途广泛。用途用量（%）作用液体饮料0.1-0.3增稠、混

32、悬、提高感官质量固体饮料0.1-0.3更易成型、增强口感肉制品0.1-0.2嫩化、持水、增强稳定性冷冻食品0.1-0.2增稠、增加细腻度、稳定食品结构调味品0.1-0.3乳化、增稠、稳定馅类食品0.5-1.5便于成型、增强口感面制品0.03-0.08增强韧性、持水、延长保质期.（二）生产黄原胶 黄原胶是一种高分子的多糖，其物理 在奶酪的制作过程中，会产生一种叫做乳清的副产品。这种副产品乳糖含量高达3.54，还有少量的蛋白质、矿物质和小分子有机物，但牛奶场却很难处理这种乳清。研究发现，大肠杆菌的1acZ操纵子包含了半乳糖苷酶和乳糖渗透酶的基因，这两个基因置于XCampestris(野油菜黄单胞菌

33、)启动子的驱动下，转入宿主的质粒载体中，导入大肠杆菌，然后通过三亲交配转入Xcampestris。本来，野生型的Xcampestris不能利用乳糖，只能在以葡萄糖为碳源的环境中生产黄原胶，而用这两个基因转化后，Xcampestris菌可利用乳清高水平地生产黄原胶。. 在奶酪的制作过程中，会产生一种叫做乳清的副产品。（三）超氧化物歧化酶(SOD)的基因工程采用基因工程手段改良产酶菌株，近年来应用于超氧化物歧化酶(SOD)。Hallewell等报道了人的SOD的cDNA的核苷酸序列、分子克隆和用Tacl启动子在大肠杆菌中的高效表达。利用酵母甘油醛磷酸脱氢酶启动子指导人的SOD基因在酵母菌中高效表达

34、，产生的人的SOD是可溶的，酶比活正常。酵母产生的人的SOD在其N末端乙酰化，它与人红细胞的SOD物化特性相同。可见，用酵母表达生产人的SOD，具有广泛的应用前景。.（三）超氧化物歧化酶(SOD)的基因工程.（四）应用于生产保健食品的有效成分当今，保健食品的发展有赖于基因工程这门新技术。现在，可以采用转基因手段，在动植物或其细胞中使目的基因得到表达而制造有益于人类健康的保健成分或有效因子。例如，将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至牛或羊，便可以在牛乳或羊乳中产生这种酶。又如，把人的血红素基因克隆至猪中，那么，猪血可以用做人类血液的代用品。这些都是转基因动物生产特殊成分的例子。.

35、（四）应用于生产保健食品的有效成分当今，保健食品的发展有赖于.思考题1. 什么是基因工程？基因工程的操作步骤有哪些？2. 基因工程常用的工具酶有哪些？什么是限制性内切酶？3. 什么是基因工程的载体？理想载体应具有哪些特征？常用的载体有哪些？4. 什么叫目的基因？ 获得目的基因的方法有哪些？目的基因与载体的连接方式有哪些？.思考题1. 什么是基因工程？基因工程的操作步骤有哪些？.5.说明重组DNA分子导入受体细胞的方法。6.基因工程中常用的分子生物学方法有哪些？ 7. 试述基因工程在食品工业上的应用。.5.说明重组DNA分子导入受体细胞的方法。.1.什么是基因工程？基因工程的操作步骤有哪些？从狭义上讲：基因工程又称DNA重组技术，是指将一种或多种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入到另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿遗传并表达出新的性状。 从广义上讲：基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括上游技术和下游技术两大组成部分。 上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）。 下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。.1.什么是基因工程？基因工程的操作步骤有哪些？ 从广义上讲：基因工程的实现主要分为五个步骤：制备