《生物技术概论》6生物技术与食品

第六章生物技术与食品【知识目标】①了解现代生物技术在食品领域中应用的主要方面；②理解生物技术与食品生产的关系；③掌握生物技术在食品生产和检测中的应用；④掌握转基因食品的概念和安全性；⑤了解消费者对食品生物技术的观点；⑥理解食品生物技术未来的发展方向。第六章生物技术与食品【技能目标】①能够把生物技术知识运用到食品领域中；②会处理生物技术与食品生产的关系；③会应用生物技术知识，处理食品生产和检测中的问题；④能够把握食品生物技术未来的发展方向。第一节生物技术与食品生产一、单细胞蛋白（一）SCP产生的背景微生物生产SCP的优点：①在适宜条件下微生物可快速生长，有些微生物的生物量倍增时间为0.5~1h；第一节生物技术与食品生产一、单细胞蛋白（一）SCP产生的背景②微生物比动植物更容易进行基因改良，更容易通过大规模筛选出高产菌株，改善酸含量等，更容易采用转基因技术；③微生物蛋白质含量较高，且蛋白质营养价值好；④微生物可采用连续发酵工艺生产，占地面积小，不受气候影响；⑤微生物可在众多原料，特别是低价值废物中生长，一些微生物还可利用植物纤维。第一节生物技术与食品生产一、单细胞蛋白（二）SCP的安全性及其被接纳程度SCP生产过程中所用的原材料是影响安全性的关键因素要想将SCP直接作为人类的食品，就必须具备高超的制作工艺和技能第一节生物技术与食品生产一、单细胞蛋白（三）SCP的生产1.用能源物质生产SCP2.用废弃物生产SCP3.用农作物生产SCP4.用藻类生产SCP（1）污水预处理（2）小球藻培养（3）收获及加工。第一节生物技术与食品生产一、单细胞蛋白（四）SCP的经济性SCP主要用途是作为动物饲料，可部分替代豆粉及鱼粉之类高蛋白原料SCP生产最终产物不受微生物，特别是人类致病菌的污染开发SCP生产工艺中，发现了其他与工艺相关的一些新的技术方法SCP未来的发展主要依靠降低生产成本和提高产品质量。第一节生物技术与食品生产二、食品和饮料的发酵生产（一）酒精饮料1.葡萄酒（1）白葡萄酒（2）红葡萄酒2.啤酒制麦工序、糖化工序、发酵工序、加工与成熟工序、过滤工序、装罐工序：

3.白酒和黄酒啤酒工艺流程示意图第一节生物技术与食品生产二、食品和饮料的发酵生产（二）奶制品1.奶酪2.酸奶3.双歧杆菌乳（三）蔬菜发酵（腌制）第一节生物技术与食品生产二、食品和饮料的发酵生产（四）谷类发酵食品面包食醋（五）豆类发酵食品1.分子生态技术的应用2.激活酶减曲酿造酱油技术第一节生物技术与食品生产二、食品和饮料的发酵生产（六）植物蛋白饮料植物蛋白饮料是利用蛋白质含量较高的植物种子及各种核果类为主要原料，经加工制成的一种乳状饮料。在以大豆为代表的植物蛋白原料中，含较高的蛋白质、维生素、矿物质和其他营养成分。发酵型植物蛋白饮料兼有植物蛋白饮料和乳酸菌饮料的双重优点。豆奶饮料是一种理想的植物蛋白饮料，通过乳酸菌对其进行发酵作用，可进一步改善产品的品质。第一节生物技术与食品生产三、酶与食品加工第一节生物技术与食品生产四、新型甜味剂（一）功能性甜味剂1.功能性低聚糖2.糖醇第一节生物技术与食品生产四、新型甜味剂（二）高甜度新型甜昧剂1.阿斯巴甜2.甜蜜素3.甜菊甙4.甜蛋白5.二氢查尔酮6.其他第一节生物技术与食品生产五、其他食品添加剂（一）食用有机酸（二）氨基酸和维生素（三）调味剂或调味增强剂第一节生物技术与食品生产六、转基因食品（一）产生的背景（二）转基因食品的概念转基因食品（geneticallymodifiedfood）是指以转基因生物为原料加工生产的食品，转基因食品包括转基因动物性食品、转基因植物性食品和转基因微生物性食品。第一节生物技术与食品生产六、转基因食品（三）转基因食品的主要优点1.延长水果和蔬菜的货架期及感官特性2.提高食品的品质3.提高必需氨基酸的含量4.增加碳水化合物含量5.提高肉、奶和畜类产品的数量和质量6.增加农作物抗逆能力7.生产可食性疫苗或药物8.生产功能性食品第一节生物技术与食品生产六、转基因食品（四）转基因食品的检查转基因产品的检测实质就是检测转基因产品中是否存在外源DNA序列或重组蛋白产物。对植物性转基因食品的检测采用的技术路线有两条，一是检测表达的重组蛋白，主要采用ELISA法、蛋白杂交和生物学活性检测等；二是检测插入的外源基因，主要应用生物芯片技术、PCR技术和核酸杂交技术等。第一节生物技术与食品生产七、重组牛生长激素（rBST）牛生长激素（bovinegrowthhormone，bGH）是由脑垂体前叶嗜酸性细胞分泌的一种具有调节生长和催乳功能的内源性激素蛋白质。1993年，美国FDA允许在奶牛中使用rBST，作为bGH人工合成的替代品，给奶牛注射，可以人工增加奶牛产量，最高可增产15％－20％。研究证明，rBGH使用会增加牛奶中IGF-l的浓度。人和牛的IGF-l几乎完全相同，免疫学分析方法无法区别。可能会对消费者有害。第一节生物技术与食品生产八、转基因动物（一）促进动物生长，提高生产性能。（二）提高抗病力和适应性（三）利用动物生物反应器提取保健蛋白（四）提高动物性食品的相关特性第一节生物技术与食品生产九、转基因植物（一）改善食品营养品质1.改善食品营养成份2.改善食品风味3.增加食品的药用价值和保健功能（二）改善食品加工品质（三）改善食品贮藏品质第二节生物技术与食品包装一、酶工程在食品包装中的应用（一）葡萄糖氧化酶（二）细胞壁溶解酶（三）转谷氨酰胺酶第二节生物技术与食品包装二、基因工程在食品包装中的应用塑料作为四大包装材料之一，由于其质轻、强度好，用量逐年递增。聚β-羟基脂肪酸（PHA）是一类微生物合成的大分子聚合物，其结构简单，是可生物降解材料研究的热点。目前，PHB的生产成本依然太高。可向植物体内引入PHB生物合成途径，以植物为表达载体，利用CO2及光能合成。这是大规模廉价生产PHB的一种很有前景的方法，用转基因植物来生产PHB是降低生产成本的较好选择。第二节生物技术与食品包装三、包装检测指示剂在食品包装中的应用反映商品质量的信息型智能包装技术，主要是利用化学、微生物和动力学的方法，通过指示剂的颜色变化记录包装商品在生命周期内商品质量的改变，主要研究成果有包装渗漏指示剂和保鲜指示剂。保鲜指示剂通过对微生物生长期间新陈代谢的反应，直接指示出食品的微生物质量。第二节生物技术与食品包装四、生物信息技术在食品包装检测中的应用①酶技术将会在食品包装中发挥先驱性的作用，利用生物酶技术已经可以很好地实现保鲜和防腐功能。②开发新的环保型包装材料,减少白色污染。③致力于开发包装检测指示剂，及时发现包装中存在的问题,使检测更加及时准确。

④开展基因芯片技术在包装中的应用研究，将基因芯包装的安全性和促进包装的长足进步。第三节生物技术与食品检测一、核酸探针技术核酸探针（nucleicacidprobe）技术又名基因探针技术或核酸分子杂交技术，是在20世纪70年代基因工程学基础上发展起来的一项新技术。具有敏感性高和特异性强等优点。第三节生物技术与食品检测一、核酸探针技术（一）原理核酸探针技术原理是碱基配对（二）制备核酸探针的制备就是合成含有标记的核苷酸序列。常用的标记方法有2类：放射性同位素标记法和非放射性标记。探针的标记RNA探针的制备cDNA探针的合成第三节生物技术与食品检测一、核酸探针技术（三）在食品检测中的应用与操作核酸探针技术已被用于检验食品中一些常见的病原菌。如大肠杆菌和沙门氏菌等。核酸探针技术在检测食品中其他致病菌及产毒素菌等方面也有广泛的应用。

利用核酸探针检测食物中沙门氏菌病原体的过程

第三节生物技术与食品检测二、聚合酶链反应技术（PCR）（一）原理PCR的基本原理是在体外对特定的双链DNA片段（或称靶DNA）进行高效扩增，故又称基因体外扩增法。传统的PCR分析实时荧光PCR检测技术实时荧光PCR不仅具有传统PCR的高灵敏性和特异性，而且进行定量分析，具有光谱技术的高精确性，并且克服了传统PCR的许多缺点第三节生物技术与食品检测二、聚合酶链反应技术（PCR）（二）在食品检测中的应用

PCR技术在检测食品中致病微生物和追踪传染源方面已被广泛应用。该方法尤其适合于那些培养困难的细菌和抗原性复杂细菌的检测鉴定PCR技术不仅可以用于细菌、螺旋体等病原菌的检测，并且可用于病毒的检测。尤其是对那些难以进行病毒培养和血清学检验的病毒，用PCR法可快速检测与诊断。第三节生物技术与食品检测三、DNA芯片与微阵列技术（一）原理DNA微阵列或芯片“探针”可与用放射标记物如32P或荧光物如荧光素、丽丝胺等标记的目的材料中的DNA或cDNA

互补核酸序列相结合，通过放射自显影或激光共聚焦显微镜扫描后，对杂交结果进行计算机软件处理分析，获得杂交信号的强度及分布模式图，以此反映目的材料中有关基因表达强弱的表达谱第三节生物技术与食品检测三、DNA芯片与微阵列技术（二）操作过程

DNA芯片和微阵列技术二者本质上是传统核酸杂交技术小型化的延伸。（三）在食品检测中的应用生物芯片与微阵列技术已经在食物微生物技术中得到许多应用，例如，在病原体细菌中由酸性防腐剂接触而引发的基因表达，在作为检测手段方面上有很大的潜力，不过目前仍然处于研究和开发阶段。第三节生物技术与食品检测四、抗体检测系统（一）原理基本原理是抗原抗体反应，抗原抗体反应是指抗原与相应抗体之间所发生的特异性结合反应，不同的微生物有其特异的抗原，并能激发机体产生相应的特异性抗体。在免疫检测中，可利用单克隆抗体检测微生物的特异抗原，也可利用微生物抗原检测体内产生的特异抗体。两种方法均能判断机体的感染状况。第三节生物技术与食品检测四、抗体检测系统（二）方法及应用其应用范围包括：①食品成分的检测，包括食品中诸如蛋白质等营养成分、香气成分及某些不期望成分的检测等；②食品生产和加工过程中某些引起食品质量问题的成分的检测，如定性或定量检测腐败微生物及其酶等；③食品安全性的检测，如病原微生物或微生物毒素、杀虫剂、抗生素以及食品掺假物等检测。第三节生物技术与食品检测四、抗体检测系统1.酶免疫测定技术根据抗原抗体反应是否需要分离结合的和游离的酶标记物而分为均相和非均相两种类型。测定方法：①测定抗体的间接法；②测定抗原的双抗体夹心法；③测定抗原的竞争法；④测IgM抗体的捕获法；⑤ABS（avidinbiotinsystem）-ELISA法；⑥PCRELISA法；⑦斑点免疫酶结合试验（DIA）等。第三节生物技术与食品检测四、抗体检测系统2.免疫层析技术免疫层析（immunochromatography,IC）将免疫学原理和层析原理相结合，借助毛细管的作用,样品在条状纤维制成的膜上泳动，其中的待测物与膜上一定区域的配体结合，通过酶促显色反应或直接使用着色标记物，在短时间（20min内）便可得到直观的结果。免疫层析按其原理可分为两类：一类以酶促反应显色为基础，以显色高度来定量；另一类则使用着色标记物如乳胶颗粒、胶体硒、胶体金以及脂质体等。第三节生物技术与食品检测四、抗体检测系统3.免疫荧光技术（IFT）免疫荧光技术（immunofluorescenceTechnique,IFT）就是将不影响抗原抗体活性的荧光色素标记在抗体（或抗原）上，与其相应的抗原（或抗体）结合后，在荧光显微镜下呈现一种特异性荧光反应。免疫荧光技术在实际应用上主要有直接法和间接法。第三节生物技术与食品检测四、抗体检测系统4.酶联荧光免疫分析技术酶联荧光免疫分析技术（enzyme-linkedfluorescentimmunoassay,ELFIA）是在酶联免疫吸附分析的基础上发展起来的一种快速检测微生物的方法。该方法将酶系统与荧光免疫分析结合起来，在普通酶免疫分析的基础上用理想的荧光底物代替生色底物，可提高分析的灵敏度和增宽测量范围，减少试剂的用量。5.免疫印迹技术6.乳胶凝集试验第三节生物技术与食品检测五、荧光检测技术（一）卫生评测用检测ATP（三磷酸腺苷）的方法来指示设备上的微生物含量ATP的检测首先收集检测区域的物质并且溶解收集到的微生物细胞。如果有ATP存在，荧光酶会引起荧光反应，反应如下：产生光的量与ATP的量成比例。由于这种检测依赖于对低亮度光的感应性，所以用ATP法监测卫生需要特殊的设备（照度计）。第三节生物技术与食品检测五、荧光检测技术（二）荧光技术的新应用荧光技术在其他的食品安全应用方面也有巨大的潜力。荧光技术的另一个应用是带有细菌荧光酶基因的重组噬菌体的使用第三节生物技术与食品检测六、生物传感器检测技术生物传感器选用选择性良好的生物材料（例如酶、DNA和抗原等）作为分子识别元件，当待测物与分子识别元件特异性结合后，所产生的复合物（或光、热等）通过信号转换器变为可以输出的电信号、光信号等并予以放大输出，从而得到相应的检测结果。生物传感器具有较好的敏感性和特异性，其操作简便、反应速度快，正逐步挑战传统检测方法的主体地位。生物传感器可大大缩短检测时间，如对沙门氏菌的检测时间可缩短到24h以内。第四节转基因生物与食品安全一、转基因食品的PCR检测PCR技术是当前检测转基因食品的常用方法PCR技术已用于检测转基因大豆、马铃薯等产品中的CaMV35S启动子、T-NOS终止子和某些常用的目的基因，建立了PCR定性检测作为转基因产品的初步筛选方法。在初筛结果阳性的基础上再用酶切试验或Southern杂交进一步验证。第四节转基因生物与食品安全二、转基因食品的ELISA检测转基因食品也可以通过转基因的表达产物蛋白质进行检测，ELISA方法是检测转基因作物中的重组蛋白产物的常用方法。在美国和日本已经出现了定量检测转基因“新”蛋白质的试剂盒。主要应用于原料和半成品分析，在终产品分析方面灵敏度低于PCR法。另外，该项技术还需要特殊的抗体和“新”蛋白的表达，应用上受到了一定的限制。第四节转基因生物与食品安全三、转基因食品的生物芯片检测生物芯片是转基因食品检测的新方法。基因芯片具有高通量且能并行检测的优点，仅靠一个实验就能筛选出大量的各种转基因食品，被认为是最具潜力的检测手段之一。Rudi等研制出一种基于PCR的复合定性DNA阵列，并将其用于食物中转基因玉米的定量检测，第五节伦理、安全和规范一、消费者的观点和食品生物技术消费者对转基因技术及转基因食品了解的多寡有时成为是否接受转基因食品的一个重要因素。我国消费者对转基因食品的接受程度偏低，而且高校研究生对转基因食品的接受程度比普通消费者要低，这可能是因为学历越高对食品的安全性的关注也越高第五节伦理、安全和规范一、消费者的观点和食品生物技术接受转基因食品的主要原因购买意愿是指消费者根据自己对物品效用的价值估算来决定是否购买的愿望。对消费者购买意愿的研究成为近来学者们研究的热点。第五节伦理、安全和规范二、转基因作物的安全评估和规范（一）评估内容1.过敏原2.毒性3.营养成分4.标记基因的安全第五节伦理、安全和规范二、转基因作物的安全评估和规范（二）评估原则1.实质等同性原则及其争议2.预先防范的原则3.个案评估的原则4.逐步评估的原则5.风险效益平衡的原则6.熟悉性原则第五节伦理、安全和规范二、转基因作物的安全评估和规范（三）评估方法1.Monsanto公司的评价方法（1）插入基因所表达蛋白的安全性评价；（2）用选择性和特异性的分析检验来进行非预期（多效性的）影响（3）健康显示（Wholesomeness）测试的选择性应用2.数据库的应用3.活体（invivo）和离体（invitro）动物模型4.转基因食品致敏性的评价方法第五节伦理、安全和规范二、转基因作物的安全评估和规范（四）安全性评价法规及标准各国在转基因产品安全性评价法规和管理方面的差异较大。1990年FAO和WHO研究建立了有关生物技术食物安全评估程序1996年，FAO／WHO提出生物技术食物安全性问题国际统一的具体操作规程第五节伦理、安全和规范二、转基因作物的安全评估和规范（四）安全性评价法规及标准2000年，FAO／WHO在日内瓦召开了转基因食物联合专家顾问委员会会议，会后发布了《关于转基因植物食物的健康安全问题》联合国2000年制定的转基因产品贸易协定已由62个国家签署通过。《（生物多样性公约）卡塔赫纳生物安全议定书》规定第六节生物技术与未来食品工业一、新时代食品工业的特点首先，食品生产模式发生“绿色位移”。其次，食品加工“重心前移”。第三，“食品安全”的内涵发生变化最后，