生物无技术与食品工业.2课件

第八章生物技术与食品工业第二小组江维库从玲罗珊敖雪丽孟凡凡彭志帅杨科柳斌史展食品生物技术食品生物技术是指以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料。食品生物技术已经成为现代生物技术的重要组成部分食品生物技术研究的内容基因工程以分子遗传学为基础，以DNA重组技术为手段，通过一系列的技术操作过程，完成动物，职务，微生物等种之间的基因转移，以达到获得或改良食品原料以及食品微生物的目的。细胞工程运用细胞学的方法，以人们的需求为目标，设计改造细胞的遗传基础，通过细胞融合，细胞培养等技术，改良生物品种和创造新品种，生产各种新兴饰品，食品添加剂以及保健食品的有效成分。蛋白质工程利用蛋白质工程生产出人类需要的具有更高生物活性或独特性质的蛋白质以提高食品的营养价值满足人们的需求。酶工程利用酶的催化作用将原料转化为人们所需要的有用的物质视食品发酵工程将将优选的细胞或经现代化技术改造的的菌株，利用现代发酵设备进行放大培养和控制性发酵，以获得工业化生产预定的食品或保健食品的功能成分。利用基因基因工程改良植物性食品性状1改良植物食品蛋白质的品质采用基因工程首先可以使植物性食品原料中氨基酸的含量得以提高，还可以有针对性的将富含某种特异性氨基酸的蛋白质利用基因工程转入目的的植物，提高特定氨基酸的含量。通过基因工程还可以提高蛋白质的含量和质量。2改良油料作物的品质 改食品加工离不开油脂，植物性食用油由于较动物性脂肪含有更丰富的不饱和脂肪酸而具有较高的营养价值。利用反基因技术火攻移植技术能很好的解决植物油脂在体内或体外的氧化稳定性，延长产品的货架期。

3改良果树采摘后的品质 利用转基因技术在延缓果蔬产品成熟与老化，改良产品风味与品质，延长贮存期与货架期

4改良植物性食品原料的加工品质

5利用基因工程生产帯疫苗的食品

把种属关系十分遥远有用植物基因（如马铃薯）导入需要改的玉米遗传物质中

转基因玉米并使其后代体现出人们所追求的具有稳定的遗传性状的玉米。

）是利转基因大豆可以抵抗杀草剂——草甘膦（毒滴混剂）。草甘膦会把普通大豆植株与杂草一起杀死。这种大豆被成为转基因大豆。而这种转基因技术终于走出实验室和试验田，进入像玉米、大豆和棉花作物的日常耕作

将外源DNA导入草莓这一重要的经济作物，通过结合不同的参数来提高转化效率。利用农杆菌的环形DNA分子(T-DNA)将外源DNA导入植物体中。这种方法不但方便研究人员对大量的草莓基因功能进行研究，从长远来说，对于提高草莓的营养价值十分有用，而且对于草莓中富含对人体有益的抗氧化剂数量的提高也十分有益。为大多数消费者所熟悉的商业草莓都属于八倍体，也就是说草莓含有八组染色体。通过使用草莓的一种亲缘植物，研究人员发现有种特殊类型的高山野生草莓十分容易转化，这种特殊类型的草莓有两组染色体以及一组小的多基因组。达到这种转化率是技术革新以及对试验细节密切关注的结果。由于这种草莓的基因组较小，它的再生周期也比较短以及植物形状偏小，这种野生草莓的基因组对于商业草莓来说是比较理想的研究模型。它的根芽生长迅速、产生的种子量大以及栽种容易等特点，使得这种草莓成为一个大规模研究基因功能的理想候选植物.三、利用基因工程改进食品生产工艺1改善牛奶加工特性提高牛奶的热稳定性，从而防止消毒牛奶沉淀和炼乳凝结的作用，改善牛奶的加工特性。2改善啤酒大麦的加工特性采用基因工程技术是另一蛋白的基因至大麦中，可相应的降低醇溶蛋白含量，提高啤酒澄清度，适应产品的质量要求。3改进果糖和乙醇的生产方法利用基因工程对一些没进行改造可以减少生产步骤，节省明胶化过程中需要的能量，从而降低成本。4改进酒精生产工艺将霉菌的淀粉酶转入大肠杆菌再进一步转入单细胞酵母中，是之直接利用淀粉生产酒精。四、生产食品添加剂及功能性食品的有效成分1生产氨基酸利用基因工程，用DNA重组技术调控某一特定代谢途径中的某一特定成分，以提高氨基酸的产量。2生产黄原胶运用基因工程以奶酪生产过程中产生的副产品乳清为原料就可以高水平的生产黄原胶3生产功能性食品的有效成分采用转基因手段，在动植物或其细胞中是目的基因得到表达而制造有益于人类健康的功能因子或功效成分。面食的生产工艺流程,以乳制品为例乳制品的加工.flv转基因的利与弊利1过去改变植物的品种主要是通过育种，这种传统的育种方式需要的时间长，杂交出的品种不易控制，目的性差，其后代可能高产但不抗病，也可能抗病但不高产，也许是高产但品质差，所以必需一次一次地进行选育。而转基因技术就不同了，可以选择任何1个目的基因转进去，就可得到1个相应的新品种，不用再花那么长的时间筛选了。2．2传统的育种只能是水稻对水稻，玉米对玉米，进行杂交，不能水稻对玉米，水稻更不能和细菌进行杂交。而转基因技术不但可以把不同植物的基因进行组合，而且还可以把动物的基因，甚至人的基因组合到植物里去。比如：科学家看中了一种北极熊的基因，认为它有抵抗冷冻的作用，于是将其分离取出，再植入番茄之中，培育出耐寒番茄。2．3通过转基因技术可培育高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等特性的作物新品种，以减少对农药化肥和水的依赖，降低农业成本，大幅度地提高单位面积的产量，改善食品的质量，缓解世界粮食短缺的矛盾。例如：马铃薯植人天蚕素的基因后，抗清枯病、软腐病的能力大大提高，过去这两种病每年会带来近3成的减产，一种抗科罗拉多马铃薯甲虫的马铃薯，可使美国每年少用37万kg的杀虫剂；阿根廷播种转基因豆种后，大豆抗病和抗杂草能力大为增加，使用农药和除草剂的量减少，生产成本比原来下降了15％。2．4利用转基因技术生产有利于健康和抗疾病的食品。杜邦和孟山都公司即将推出多种可榨取有益心脏的食用油的大豆。两大公司还将联手推出味道更鲜美且更容易消化的强化大豆新品种。艾尔姆公司与其他公司合作，正在研究高含量抗癌物质的西红柿，以及可用于生产血红蛋白的玉米和大豆。此外，含疫苗的香蕉和马铃薯也正在加紧研究中；日本科学家利用转基因技术成功培育出可减少血清胆固醇含量、防止动脉硬化的水稻新品种；欧洲科学家新培育出了米粒中富含维生素A和铁的转基因稻，这一成果有可能帮助降低全球范围内、特别是以稻米为主食的发展中国家缺铁性贫血和维生素A缺乏症的发病率。2．5转基因食品可以摆脱季节、气候的影响，让人们一年四季都可吃到新鲜的瓜菜。同时，人们还发现转基因作物结出的果实，无论外形还是味道都别具风味。英国的科学家将一种可以破坏叶绿素变异的基因移植到草中，可以使之四季常青，除了具有绿化功能之外，还使畜牧业受益，因青草的营养比干草高，而使肉的质量提高。2．6利用转基因技术，把生长素基因、多产基因、促卵素基因、高泌乳量基因、瘦肉型基因、角蛋白基因、抗寄生虫基因、抗病毒基因等外源基因导入动物的精子、卵细胞或受精卵，可培育出生长周期短、产仔多、生蛋多、泌乳量高，生产的肉类、皮毛品质与加工性能好，并具有抗病性的动物，目前已在牛、羊、猪、鸡、鱼等家养动物中取得一定成果。不利任何一项新的科学技术的应用都有它的两面性。核能的开发利用，在为人类提供了巨大的核能同时也造出了对人类具有巨大破坏性的核武器；农药的应用对于防治农作物害虫发挥了巨大的作用，使农作物大幅度的增产，但同时也对人畜和环境造成极大的危害；工业革命为人类社会带来了巨大的财富，同时也为人类带来了灾难性的环境污染和生态平衡的破坏。转基因食品也同样具有两面性。3．1据报道，科学家研究发现，有些转基因生物产品可能含有有毒物质和过敏源，会对人体健康产生不利影响，严重的甚至可以致癌或导致某些遗传疾病。尽管到目前为止还没有有说服力的研究报告表明这些改良品种有毒，但一些研究学者认为，对于基因的人工提炼和添加，可能在达到某些人们想达到的效果的同时，也增加和积聚了食物中原有的微量毒素。这种毒素的积累是个相当长的过程，但它确实可能正在进行中，因此目前谁也不能确保这些改良品种没有毒。英国科学家普斯陶教授的研究报告说，经过基因改造的马铃薯对实验老鼠的肝、胃和免疫系统都会造成伤害。虽然他的实验结果有待于进一步证实，但仍可提示人们转基因食品可能有损于人类的健康。其次是过敏反应问题，对于1种食物过敏的人有时还会对1种以前他们不过敏的食物产生过敏，原因就在于这种食品中含有了导致过敏的蛋白质。例如科学家将玉米的某一段基因加入到核桃、小麦和贝类动物的基因中，那么，以前吃玉米过敏的人就可能对核桃、小麦和贝类食品过敏。3．2有研究者认为外来基因会以一种人们目前还不甚了解的方式破坏食物中的营养成分。美国伦理和毒性中心的实验报告则说，与一般大豆相比，耐除草剂的转基因大豆中，防癌的成分异黄酮减少了。3．3大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种杂交，造成基因污染，从而影响到生物多样性的保护和持续利用，这种污染对环境及生态系统造成的危害比其他任何因素对环境造成的污染都难以消除。例如：抵抗除莠剂的转基因油菜会使野生芥菜受到传染，从而使野生芥菜对除杂草措施不敏感。酶工程在食品工业中的应用酶的应用可以说是生物技术在食品工业中应用的典型代表你。酶制剂为食品工业带来了新的活力，开辟了新的发展途径，极大地推动了食品工业的发展。酶的应用不仅改善了食品的色、香、味，还可以提供一些富有营养的新食品。一、酶在制糖工业中的应用1酶法生产葡萄糖2生产果葡糖浆3生产超高麦芽糖浆此外，酶法在生产低聚果糖、帕拉金堂、异麦芽寡糖、低聚丰乳糖、大豆低聚糖等新型低聚糖方面起着重要作用。

表1食品工业中应用的酶制剂酶来

源主要用途α-淀粉酶枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉淀粉液化、生产葡萄糖、醇等β-淀粉酶麦芽、巨大芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌麦芽糖生产、啤酒生产、焙烤食品糖化酶根霉、黑曲霉、红曲霉、内孢酶糊精降解为葡萄糖蛋白酶胰脏、木瓜、菠萝、无花果、枯草杆菌、霉菌肉软化、奶酪生产、啤酒去浊、香肠和蛋白胨及鱼胨加工纤维素酶木霉、青霉食品加工、发酵果胶酶霉菌果汁、果酒的澄清葡萄糖异构酶放线菌、细菌高果糖浆生产葡萄糖氧化酶黑曲霉、青霉保持食品的风味和颜色橘苷酶黑曲霉水果加工、去除橘汁苦味脂肪氧化酶大豆焙烤中的漂白剂橙皮苷酶氨基酰化酶

黑曲霉霉菌、细菌防止柑橘罐头和橘汁浑浊DL-氨基酸生产L-氨基酸乳糖酶真菌、酵母水解乳清中的乳糖脂肪酶真菌、细菌、动物乳酪后熟、改良牛奶风味、香肠熟化溶菌酶

食品中的抗菌物质

3.各类商品酶的应用表2列出了生物催化生产的某些甜味剂。原料产品酶淀粉玉米糖浆α-淀粉酶、支链淀粉酶

葡萄糖α-淀粉酶、糖化酶

果

糖α-淀粉酶、糖化酶，葡萄糖异构酶淀粉+蔗糖蔗糖衍生物环状糊精葡萄糖基转移酶和支链淀粉酶(或异构酶)蔗糖葡萄糖+果糖转化酶蔗糖异麦芽寡糖β-葡萄糖基转移和异麦芽寡糖合成酶蔗糖+果糖明串珠菌二糖α-1,6-糖基转移酶乳糖葡萄糖+半乳糖β-半乳糖苷酶半乳糖半乳糖醛酸葡萄糖半乳糖氧化酶半乳糖表异构酶几种化合物L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯嗜热菌蛋白酶、青霉素酰基转移酶斯切维苷α-糖基化斯切维苷Ribandioside-Aα-葡萄糖苷酶β-糖基转移酶啤酒生产的麦汁制备过程中常用酶系的作用特性名称最适作用条件作用方式作用基质分解产物耐高温α-淀粉酶PH：5.7-7.0

温度：90-95℃作用于淀粉分子内部的α-1.4葡萄糖苷键直链淀粉短链糊精、麦芽糖、葡萄糖支链淀粉含α-1.6葡萄糖苷键的α-界限糊精、麦芽糖、葡萄糖β-淀粉酶PH：5.0-5.5

温度：60-65℃从淀粉分子的非还原性末端进行分解直链淀粉麦芽糖支链淀粉含β-1.6葡萄糖苷键的β-界限糊精、麦芽糖纤维素酶PH：5.7-7.0

温度：45-50℃从纤维素内部及非还原性末端进行分解纤维素小分子纤维聚糖、纤维二糖、葡萄糖β-葡聚糖酶PH：4.5-5.5

温度：40-65℃作用于β-葡聚糖的β-1.4糖苷键β-葡聚糖β-葡聚糖片断、小分子β-葡聚糖、葡萄糖中性蛋白酶PH：6.5-7.0

温度：45-50℃作用于蛋白质分子内的酰胺键蛋白质肽及氨基酸戊聚糖酶PH：4.5-5.2

温度：40-65℃从戊聚糖内部及非还原性末端进行分解戊聚糖戊聚糖片断、小分子戊聚糖、木糖、阿拉伯糖等糖化酶PH：4.0-4.5

温度：58-65℃作用于淀粉分子非还原性末端的α-1.4葡萄糖苷键，缓慢水解α-1.6葡萄糖苷键淀粉葡萄糖异淀粉酶PH：5.6-7.0

温度：50-55℃作用于淀粉分子的α-1.6键连接的麦芽三糖和麦芽四糖支链淀粉直链淀粉、麦芽三糖普鲁兰酶PH：5.6-7.2

温度：45-52℃作用于淀粉分子的α-1.6键连接的两分子麦芽糖支链糊精直链糊精、麦芽糖四、酶在果蔬加工中的应用在果蔬加工过程中，也经常需要借助酶制剂的处理，以提高产品的产率，保证产品的质量。主要应用于加工果蔬汁、果蔬汁饮料、果蔬罐头、干燥果蔬制品等过程中。五、酶在焙烤食品加工中的应用酶在焙烤食品中主要用于改良淀粉和蛋白质。在面包类食品中用的较多。发酵工程在食品工业中的应用数千年前，人类已经开始巧妙地利用自然发酵来获得食品及饮料。而目前，人们已从自然发酵步入纯种液体深层发酵技术新阶段，将单一的微生物菌种用于各种发酵工业，对提高产品生产效率，稳定产品质量及腐败等方面均起到了重要作用。一、发酵工程在单细胞蛋白生产中的应用单细胞蛋白的概念单细胞蛋白也称微生物蛋白，是指用细菌、真菌和某些低等藻类生物发酵生产的高营养价值的单细胞或丝状微生物个体而获得的菌体蛋白。发酵工程生产单细胞蛋白的优势(1)优点：

微生物菌体含较多蛋白质；

蛋白质中氨基酸组成齐全，富含维生素、生长促进物质；

SCP生产不受气候、季节地区影响，反应条件温和；

微生物生长速度快；

解决环境污染，作人类食品、畜禽饲料。生产单细胞蛋白的菌种酵母菌是进行商业化生产单细胞蛋白最好的材料二、发酵工程在食品添加剂生产中的应用从植物中萃取食品添加剂的成本高，且来源有限，化学合成法生产食品添加剂虽成本低，但化学合成率低，周期长且可能危害人体健康。因此，生物技术，尤其是发酵工程技术已成为食品添加剂生产的首选方法。目前，利用微生物技术发酵生产的食品添加剂主要有维生素(ＶＣ、ＶＢ１２、ＶＢ２)、甜味剂、增香剂和色素等产品。发酵工程生产的天然色素、天然新型香味剂，正在逐步取代人工合成的色素和香精，这也是现今食品添加剂研究的方向。

发酵法在氨基酸和黄原胶的生产中应用比较多三、发酵法在调味品生产中的应用 调味品的种类很多，发酵性调味品产量最大的是酱油和食醋。酸味剂食醋是利用米、麦、高粱和酒糟等发酵酿造而成的含有乙酸、乳酸、柠檬酸、氨基酸、微量酒精及多种营养元素的一种水溶性液体。发酵菌通常是醋酸菌。四、发酵工程在功能性食品工业中的应用功能性食品是指含有某些有效成分的食品，它们具有对人体生理作用生产功能性影响及调节的功效，实现医食同源具有良好的营养性、保健性和治疗性，达到健康及延年益寿的目的。1应用发酵工程生产大型食用或药用真菌2应用发酵工程生产功能性油脂3应用发酵工程生产超氧化物歧化酶(SOD)五、发酵工程在饮料生产中的应用近年来，发酵饮料日益受到消费者的亲睐，发酵饮料主要包含两大类，一类是酒精饮料，一类是乳制品及植物蛋白饮料。1酒精饮料的生产原料主要是糖类和淀粉类2乳制品的生产原料主要是哺乳动物的乳3发酵性植物蛋白饮料的生产原料主要是蛋白质含量较高的植物种子和各种果。生物技术在食品检测中的应用1基因探针技术原理：基因探针技术或DNA探针技术检测微生物的依据是核酸杂交，其工作原理是两条碱基互补的DNA链在适当条件下可以按碱基配对原则形成杂交DNA分子。用DNA探针杂交技术检测食品微生物的关键是DNA探针的构建。①应是单链，若为双链，必须先行变性处理。②应带有容易被检测的标记。探查不同的目的基因和不同种类的基因缺陷，应当选择使用不同种类和长度的探针。根据杂交原理，作为探针的核酸序列至少必须具备以下两个条件二、PCR技术原理：该技术是在模板DNA、引物和四种脱氧核糖核苷酸存在下，依赖于DNA聚合酶的酶促合成反应。DNA聚合酶以单链DNA为模板，借助一小段双链DNA来启动合成，通过一个或两个人工合成的寡核苷酸引物与单链DNA模板中的一段互补序列结合，形成部分双链。在适宜的温度和环境下，DNA聚合酶将脱氧单核苷酸加到引物3´-OH末端，并以此为起始点，沿模板5´→3´方向延伸，合成一条新的DNA。应用：1用于食品中致病微生物的检测2用于食品中转基因成分的检测（核酸检测法、蛋白质检测法、酶活性检测法）实时荧光定量PCR技术（Real-timequantitativePolymeraseChainReaction简称RealTimePCR）是在定性PCR技术基础上发展起来的核酸定量技术。实时荧光定量PCR技术于1996年由美国Appliedbiosystems公司推出，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，使每一个循环变得“可见”，最后通过Ct值和标准曲线对样品中的DNA(orcDNA)的起始浓度进行定量的方法。实时荧光定量PCR是目前确定样品中DNA(或cDNA)拷贝数最敏感、最准确的方法。如果用于RNA检测，这被称为逆转录实时PCR即（Real-timeRT-PCR）是实时PCR法，它是指对DNA或经过反转入（RT-PCR）的RNA通过聚合酶链式反应并实时监测DNA的放大过程，在扩增的指数增长期就测量扩增产物，因为扩增指数增长期测量值与特异DNA（RNA）起始量存在相关性，从而实现定量检测。RealTimePCR的基本目标是精确测量和鉴别非常微量的特异性核酸，从而可通过监测CT值而实现对原始目标基因的含量定量。实时荧光定量PCR法最大的优点是克服了终点PCR法进入平台期或叫饱和期后定量的较大误差，实现DNA/RNA的精确定量。该技术不仅实现了对DNA/RNA模板的定量，而且具有灵敏度和特异性高、能实现多重反应、自动化程度高、无污染、实时和准确等特点，该技术在医学临床检验及临床医学研究方面有着重要的意义。应用DNA或RNA的绝对定量分析。包括病原微生物或病毒含量的检测，转基因动植物拷贝数的检测，RNAi基因失活率的检测等。基因表达差异分析。例如比较经过不同处理样本之间特定基因的表达差异(如药物处理、物理处理、化学处理等)，特定基因在不同时相的表达差异以及cDNA或差显结果的确证。基因分型。例如SNP检测，甲基化检测等。三、免疫学技术原理：将免疫反应与现代测试手段相结合而建立的超微量测定技术。酶联免疫分析法（ELISA)在食品检测中的优点：高度的准确性，特异性，适用范围宽，检测速度快、技术要求低、携带方便、操作简便经济等。完整的ELISA试剂盒包含7个组分：①包被了抗原或抗体的故乡载体②酶标记的抗原或抗体③酶的底物④隐形和阳性对照品、参考标准呵控制血清⑤饥饿和无机标本的稀释液⑥洗涤液⑦酶反应终止夜免疫学技术在食品工业的应用1食品中农药、首要残留的免疫学检测2食源性病原菌的免疫学检测3转基因食品的检测

免疫学方法是以抗原抗体的特异性反应为基础建立起来的，由此衍生出的检测方法种类繁多，几乎所有的免疫学方法都可以用作食品安全检测，而在食癖难全检测应用中有普及潜力的免疫学方法主要有以下几种：①酶联免疫吸附试验②免疫胶体金技术③免疫此珠法④免疫捕获PCR法⑤免疫传感器技术⑥免疫荧光技术⑦免疫芯片⑧化学发光免疫技术四、生物传感器定义：利用生物物质(如酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜、微生物、细胞