1--食品生物技術緒論

1、v學時學時:36:36學時學時v學分學分:1:1學分學分v性質性質: :專業(yè)必修專業(yè)必修, ,考試課考試課v考核方式考核方式: :考試考試( (筆試筆試) )占占70%,70%,平時出勤占平時出勤占20%20%，實驗成績，實驗成績10%10%。v v 人類在人類在1 1萬年前就開始用牲畜耕種、萬年前就開始用牲畜耕種、飼養(yǎng)家畜，提供穩(wěn)定的糧食和肉類。飼養(yǎng)家畜，提供穩(wěn)定的糧食和肉類。v 6 6千年前利用發(fā)酵、釀造技術生千年前利用發(fā)酵、釀造技術生產酒類、面包。產酒類、面包。v均屬生物技術！均屬生物技術！v遠古人類發(fā)現，吃剩的米粥數日后變成了醇香可口的飲料人類最早發(fā)明的酒豐富多彩的遠古酒文化微生物發(fā)酵

2、微生物發(fā)酵我國古代的釀酒作坊（四川新都縣出土的漢代畫像）公元前公元前2300年左右，埃及人釀制啤酒的場面（某金字塔壁畫）年左右，埃及人釀制啤酒的場面（某金字塔壁畫）( Edward Jenner,17491823 )首創(chuàng)用牛痘預防天花，是免疫學的發(fā)展，開創(chuàng)了生物技術的先河。 16761676年荷蘭人年荷蘭人A.LeeuwenhoekA.Leeuwenhoek用自磨鏡片，創(chuàng)用自磨鏡片，創(chuàng)造了一架原始顯微鏡，生物工造了一架原始顯微鏡，生物工程進入微觀形態(tài)學發(fā)展階段。程進入微觀形態(tài)學發(fā)展階段。v 隨著人類對生命現象本質與規(guī)律隨著人類對生命現象本質與規(guī)律認識的不斷深化，對于生物技術作用認識的不斷深化，

3、對于生物技術作用的認識也不斷全面，感覺到這一技術的認識也不斷全面，感覺到這一技術非同凡響！非同凡響！v各個國家爭先投入，視為各個國家爭先投入，視為“高技術高技術”，將其大力發(fā)展。將其大力發(fā)展。v我國的我國的“863”863”計劃計劃v新病增加、老病抬頭新病增加、老病抬頭v艾滋病（艾滋病（獲得性免疫缺陷綜合癥，英文縮寫獲得性免疫缺陷綜合癥，英文縮寫AIDSAIDS的音譯，曾譯為的音譯，曾譯為“愛滋愛滋病病”、“愛死病愛死病”；至今年九月底，中國內地已發(fā)現艾滋病病毒感染者至今年九月底，中國內地已發(fā)現艾滋病病毒感染者24萬多人，萬多人，其中艾滋病病人為其中艾滋病病人為7.7萬人萬人 ）v瘋牛病瘋牛病

4、v結核病抬頭結核病抬頭v各種過敏性疾病各種過敏性疾病v高致病性禽流感高致病性禽流感v食品中人為添加違禁物質（三聚氰胺）食品中人為添加違禁物質（三聚氰胺）v醫(yī)藥生物技術醫(yī)藥生物技術(免疫制劑、干擾素免疫制劑、干擾素)v農業(yè)生物技術（高產品種、超級水稻）農業(yè)生物技術（高產品種、超級水稻）v動物生物技術（優(yōu)良品種、動物反應器）動物生物技術（優(yōu)良品種、動物反應器）v微生物生物技術（特殊性能菌株）微生物生物技術（特殊性能菌株）v環(huán)境生物技術（生物治理）環(huán)境生物技術（生物治理）v化工生物技術（可降解食品包裝材料）化工生物技術（可降解食品包裝材料）v食品生物技術（生產、加工、貯藏）食品生物技術（生產、加工、

5、貯藏）v一、生物技術的定義及其沿革一、生物技術的定義及其沿革v 生物技術是大家非常熟悉的概念。但生物技術是大家非常熟悉的概念。但是至今沒有太確定的概念。隨著科技的發(fā)是至今沒有太確定的概念。隨著科技的發(fā)展，其內涵和外延也發(fā)生著變化。展，其內涵和外延也發(fā)生著變化。v 但是，不管如何表達均與但是，不管如何表達均與bio-bio-，technologytechnology分不開。分不開。v v 目前認可的現代生物技術概念：目前認可的現代生物技術概念：v 生物技術是利用生物體系，以及生物技術是利用生物體系，以及先進的生物學和工程技術手段，對物先進的生物學和工程技術手段，對物料進行生物與物理作用，以獲取各

6、種料進行生物與物理作用，以獲取各種產品的一門綜合性、應用性學科技術。產品的一門綜合性、應用性學科技術。v這種高度概括的概念來之不易！這種高度概括的概念來之不易！v經歷了漫長的概念沿革經歷了漫長的概念沿革v“生物技術生物技術”一詞的提出：一詞的提出：19191919年匈牙利學者為了表達一切利用生物年匈牙利學者為了表達一切利用生物轉化手段進行生產的概念，同時也想轉化手段進行生產的概念，同時也想表達生物學與工程技術之間的關系提表達生物學與工程技術之間的關系提出的出的“生物技術生物技術”一詞。一詞。v開始在學術刊物上頻頻出現，成開始在學術刊物上頻頻出現，成為為“點擊率點擊率”很高的名詞。很高的名詞。v

7、二戰(zhàn)期間得到快速發(fā)展。二戰(zhàn)期間得到快速發(fā)展。v19821982年國際經合組織的概念：年國際經合組織的概念：v 生物技術是應用自然科學和工程生物技術是應用自然科學和工程學原理，依靠生物酶的催化作用進行學原理，依靠生物酶的催化作用進行產品生產的技術。產品生產的技術。v 如美國國家科技委員會將生物技術定如美國國家科技委員會將生物技術定義為：義為：v “ “生物技術包括一系列的技術，它可生物技術包括一系列的技術，它可以利用生物體或細胞生產人類所需要的產以利用生物體或細胞生產人類所需要的產物，這些新技術包括基因重組、細胞融合、物，這些新技術包括基因重組、細胞融合、和一些生物制造程序和一些生物制造程序”。

8、v 從定義的內涵來看并不神秘。其實就從定義的內涵來看并不神秘。其實就是指人類利用生物體或細胞生產產品。是指人類利用生物體或細胞生產產品。v我們掌握概念時以現代生物技術的概念為準！我們掌握概念時以現代生物技術的概念為準！v-沿革性的概念有的是表示傳統生物技術的沿革性的概念有的是表示傳統生物技術的內涵。內涵。v從古代到從古代到2020世紀世紀6060年代之前的生物技術基本年代之前的生物技術基本屬于傳統生物技術。屬于傳統生物技術。v其特征是：釀造技術合發(fā)酵技術。其特征是：釀造技術合發(fā)酵技術。v2020世紀世紀7070年代，以年代，以DNADNA重組技術的誕生為標重組技術的誕生為標志，為現代生物技術的

9、開始。志，為現代生物技術的開始。v從而從而2020世紀世紀8080年代造就了一個新興產業(yè)年代造就了一個新興產業(yè)生物科技產業(yè)。生物科技產業(yè)。v現代生物技術的特征現代生物技術的特征; ;vP2, P2, 略略v 為什么生物技術在近幾年如此為什么生物技術在近幾年如此受到世人矚目？受到世人矚目？v 歸功于科學技術的發(fā)展；歸歸功于科學技術的發(fā)展；歸功于社會可持續(xù)發(fā)展的需要！功于社會可持續(xù)發(fā)展的需要！v v 該產業(yè)形成后其發(fā)展勢頭非常強勁！該產業(yè)形成后其發(fā)展勢頭非常強勁！改變了人類生活的許多方面。從此意義上，改變了人類生活的許多方面。從此意義上，就連大名鼎鼎的比爾蓋茨在就連大名鼎鼎的比爾蓋茨在199619

10、96年都說過：年都說過：“生物科技就象電腦軟件一樣改變了這個生物科技就象電腦軟件一樣改變了這個世界世界”！v 的確，生物科技在目前已經滲透到了的確，生物科技在目前已經滲透到了各個領域。包括生物醫(yī)藥、食品、農業(yè)、各個領域。包括生物醫(yī)藥、食品、農業(yè)、環(huán)境保護、特用化學品行業(yè)。環(huán)境保護、特用化學品行業(yè)。v 已經有已經有155155種藥品和疫苗被美國的食種藥品和疫苗被美國的食品藥品管理局批準上市。出現基因工程植品藥品管理局批準上市。出現基因工程植物物基因重組木瓜、番茄、玉米、大豆基因重組木瓜、番茄、玉米、大豆等。等。v 在食品方面，利用發(fā)酵工藝技在食品方面，利用發(fā)酵工藝技術生產乳酸菌、靈芝、冬蟲夏草術

11、生產乳酸菌、靈芝、冬蟲夏草等健康食品。等健康食品。v 可以說，人類生活的各個方可以說，人類生活的各個方面的問題都可以借助生物技術來面的問題都可以借助生物技術來解決，隨著其自身的發(fā)展，已形解決，隨著其自身的發(fā)展，已形成了真正意義上的現代生物技術。成了真正意義上的現代生物技術。v 基因基因工程工程細胞工程細胞工程酶工程酶工程發(fā)酵工程發(fā)酵工程蛋白質工蛋白質工程程二、生物技術的構成二、生物技術的構成（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 是現代生物技術的核心，它能按是現代生物技術的核心，它能按人類需要，把遺傳物質人類需要，把遺傳物質DNADNA分子從生分子從生物體中分離出來，進

12、行體外剪切、拼物體中分離出來，進行體外剪切、拼接重組形成新的接重組形成新的DNADNA分子。再將導入分子。再將導入某種細胞活生物體中，使遺傳信息在某種細胞活生物體中，使遺傳信息在新的宿主細胞或個體中得到表達，以新的宿主細胞或個體中得到表達，以達到定向改造或重建新物種目的的技達到定向改造或重建新物種目的的技術。術。基基因因克克隆隆操操作作 分、切、連、轉、篩分、切、連、轉、篩5 5步。步。v上堂講到這操作水平操作水平：DNADNA分子水平分子水平目目 的的：定向改變遺傳物質或獲得新的基：定向改變遺傳物質或獲得新的基因產物。因產物。2、基因工程的應用、基因工程的應用v 在基因工程領域中影響最大的應

13、算是在基因工程領域中影響最大的應算是人類基因組草圖繪制完成。人類基因組草圖繪制完成。v 3 3號染色體由中國測定，有號染色體由中國測定，有1445307 1445307 個堿基。從個堿基。從19991999年年9 9月開始，不到一年完月開始，不到一年完成。其中包括與肺癌、卵巢癌、鼻咽癌等成。其中包括與肺癌、卵巢癌、鼻咽癌等有關的基因。有關的基因。v美國：美國：WASHWASHMITMIT等等7 7家研究中心，貢獻率為家研究中心，貢獻率為5454。v英國：英國：SANGERSANGER一家研究中心，貢獻率為一家研究中心，貢獻率為3333。v日本：日本：RIKENRIKEN等兩家研究中心，貢獻率為

14、等兩家研究中心，貢獻率為7 7。v法國法國：GENOSCOPEGENOSCOPE研究中心，貢獻率為研究中心，貢獻率為2.82.8。v德國：德國：IMBIMB等等3 3家研究中心，貢獻家研究中心，貢獻率為率為2.22.2。v中國：北京華大研究中心、國家南北方基因研究中國：北京華大研究中心、國家南北方基因研究v 中心等三家，貢獻率為中心等三家，貢獻率為1 1。 二二000000年六月二十六日克林頓宣布人類基因組草圖繪制完成年六月二十六日克林頓宣布人類基因組草圖繪制完成結果于結果于20012001年年2 2月月1212日公布日公布（二）細胞工程（二）細胞工程1、細胞工程的概念、細胞工程的概念利用細胞

15、融合技術把含有不同遺傳利用細胞融合技術把含有不同遺傳物質的細胞融合成雜種細胞。并使之分物質的細胞融合成雜種細胞。并使之分裂生長成為雜種生物，培育出人們所希裂生長成為雜種生物，培育出人們所希望的新物種的技術。望的新物種的技術。它包括體的技術：它包括體的技術：動植物細胞的大量培養(yǎng)、細胞融合、細動植物細胞的大量培養(yǎng)、細胞融合、細胞拆分、染色體工程、繁育生物學等。胞拆分、染色體工程、繁育生物學等。操作水平：操作水平：細胞整體水平或細胞器水平細胞整體水平或細胞器水平目的目的：定向改變遺傳物質或獲得細胞產品。：定向改變遺傳物質或獲得細胞產品。2、細胞工程的理論基礎、細胞工程的理論基礎細胞全能性細胞全能性依

16、據依據生物體的每一個干細胞都包含有生物體的每一個干細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質。該物種所特有的全套遺傳物質。3、主要技術、主要技術植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交植物體細胞雜交動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合動物細胞融合單克隆抗體技術單克隆抗體技術胚胎移植胚胎移植核移植核移植植物植物細胞細胞工程工程技術技術動物動物細胞細胞工程工程技術技術異種異種植物植物細胞細胞雜種細胞雜種細胞轉基因轉基因植物植物異種異種動物動物細胞細胞動物細動物細胞群胞群重組細胞重組細胞體細體細胞核胞核早期胚胎早期胚胎受精卵受精卵去核去核卵細卵細胞胞克隆動物克隆動物試管動物試管動物動物細動物細胞融合胞融合

17、植物體細植物體細胞雜交胞雜交植物組植物組織培養(yǎng)織培養(yǎng)動物細動物細胞培養(yǎng)胞培養(yǎng)核移植核移植胚胎移植胚胎移植體外體外受精受精 從一個綿羊普通的體細胞（如乳腺上從一個綿羊普通的體細胞（如乳腺上皮）中提取遺傳物質，和一個無皮）中提取遺傳物質，和一個無DNADNA遺傳物遺傳物質，但具有活性的另一只母綿羊的卵細胞質，但具有活性的另一只母綿羊的卵細胞進行電擊融合或顯微操作融合，然后將結進行電擊融合或顯微操作融合，然后將結合后的新細胞在體外培養(yǎng)，經試管分合后的新細胞在體外培養(yǎng)，經試管分裂。形成胚胎后再移植到第三只母綿羊子裂。形成胚胎后再移植到第三只母綿羊子宮內生長。然后產出與第一只綿羊一樣的宮內生長。然后產出

18、與第一只綿羊一樣的羊。羊。v1.1.避免了基因的分離、提純、剪切、拼避免了基因的分離、提純、剪切、拼接、重組、轉化等繁瑣的基因操作，只接、重組、轉化等繁瑣的基因操作，只是將遺傳物質轉入到受體細胞內就形成是將遺傳物質轉入到受體細胞內就形成雜交細胞。雜交細胞。v2.2.可以在不同種屬生物間進行雜交。可以在不同種屬生物間進行雜交。v細胞工程領域最具代表性的成果應該是細胞工程領域最具代表性的成果應該是單克隆抗體。單克隆抗體。（三）發(fā)酵工程（三）發(fā)酵工程1、發(fā)酵工程的概念、發(fā)酵工程的概念發(fā)酵工程是利用現代工程技術發(fā)酵工程是利用現代工程技術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點，生

19、產人類所需產品的技術。點，生產人類所需產品的技術。2 2、發(fā)酵工程的技術要點、發(fā)酵工程的技術要點目的目的定向地改造菌種定向地改造菌種, ,大量生產微生物大量生產微生物 菌體或代謝產物菌體或代謝產物菌種的選育菌種的選育 誘變育種、基因工程、誘變育種、基因工程、 細胞工程細胞工程環(huán)境條件控制環(huán)境條件控制營養(yǎng)、營養(yǎng)、PH、溫度、溶氧溫度、溶氧等等3、流程、流程發(fā)酵工程發(fā)酵工程商品生產商品生產改造物種改造物種常規(guī)菌常規(guī)菌(或常規(guī)細胞株或常規(guī)細胞株) 遺傳工程遺傳工程 細胞工程細胞工程“工程菌工程菌”（或（或“工程細胞工程細胞株株”） 微生物工程微生物工程 酶工程酶工程 生物反應器工程生物反應器工程 經

20、濟效益經濟效益 大量產品大量產品 社會效益社會效益 生態(tài)效益生態(tài)效益 （四）酶工程（四）酶工程酶工程是利用天然與人工酶的特酶工程是利用天然與人工酶的特有催化功能和生物反應器，將一種物有催化功能和生物反應器，將一種物質轉化為另一種物質，以獲得產物的質轉化為另一種物質，以獲得產物的技術。技術。這里講的酶，可以是純化的酶，這里講的酶，可以是純化的酶，也可以是細胞器、細胞。也可以是細胞器、細胞。 另外，其含義還包括設計和改造酶另外，其含義還包括設計和改造酶的結構，以優(yōu)化其功能。的結構，以優(yōu)化其功能。 根據上述解釋，酶工程應包括的技術：根據上述解釋，酶工程應包括的技術： 酶的固定化技術；酶的固定化技術；

21、 細胞的固定化技術；細胞的固定化技術； 酶反應器設計；酶的化學修飾和改造酶反應器設計；酶的化學修飾和改造 酶工程廣泛應用于食品工業(yè)。酶工程廣泛應用于食品工業(yè)。啤酒、醬油、葡萄糖等都可用酶工程生產。啤酒、醬油、葡萄糖等都可用酶工程生產。v蛋白質工程蛋白質工程：是指應用基因工程、蛋白質：是指應用基因工程、蛋白質學、計算機模擬技術等，將蛋白質從基因學、計算機模擬技術等，將蛋白質從基因層次上進行定向改造，獲得人們所需要的層次上進行定向改造，獲得人們所需要的優(yōu)化蛋白質或酶的技術。優(yōu)化蛋白質或酶的技術。v分子進化工程分子進化工程：是指在實驗條件下將生物：是指在實驗條件下將生物大分子的漫長進化過程在實驗室進

22、行短期大分子的漫長進化過程在實驗室進行短期模擬的技術。主要觀察基因突變情況。模擬的技術。主要觀察基因突變情況。 通常，把生物技術主要分為發(fā)酵工程通常，把生物技術主要分為發(fā)酵工程(微生物工程微生物工程)、酶工程、基因工程和細胞、酶工程、基因工程和細胞工程四個分科。它們相互依存，相互促進。工程四個分科。它們相互依存，相互促進。其中，基因工程是生物工程的重要組成部其中，基因工程是生物工程的重要組成部分。分。v一、一、食品生物技術的定義食品生物技術的定義v根據生物技術的定義可以看出，其內涵極根據生物技術的定義可以看出，其內涵極其豐富，相關的學科也多。因此是涉及多其豐富，相關的學科也多。因此是涉及多學科

23、的交叉學科。學科的交叉學科。v 食品生物技術食品生物技術是生物技術的一個分支，是生物技術的一個分支，也是生物技術在食品科學中的應用，是一也是生物技術在食品科學中的應用，是一門現代生物技術與食品科學技術相互滲透門現代生物技術與食品科學技術相互滲透而形成的綜合性、應用性交叉學科。而形成的綜合性、應用性交叉學科。v1.1.改善食品原料的品質改善食品原料的品質（酶（酶- -高蛋白食品）高蛋白食品）v2.2.提高食品產量；（主要為基因工程）提高食品產量；（主要為基因工程）v3.3.食品保鮮技術研究；（酶、基因工程）食品保鮮技術研究；（酶、基因工程）v4.4.改善食品加工工藝，提高產品價值；改善食品加工工

24、藝，提高產品價值；（酶）（酶）v5.5.有效處理廢棄物、提高資源利用率；有效處理廢棄物、提高資源利用率；v6.6.提高食品的安全性：安全、有機、綠色提高食品的安全性：安全、有機、綠色（發(fā)酵法生產防腐劑）（發(fā)酵法生產防腐劑）v有機食品：有機食品： 這一詞是從英文這一詞是從英文Organic FoodOrganic Food直譯過直譯過來的。有機食品指來自有機農業(yè)生產體系，來的。有機食品指來自有機農業(yè)生產體系，根據有機農業(yè)生產要求和相應標準生產加根據有機農業(yè)生產要求和相應標準生產加工，并且通過合法的、獨立的有機食品認工，并且通過合法的、獨立的有機食品認證機構認證的農副產品及其加工品。證機構認證的農

25、副產品及其加工品。v綠色食品：綠色食品：v 是中國政府推出的一個認證農產品，是中國政府推出的一個認證農產品，他有綠色他有綠色AAAA級，和級，和A A級之分，而其級之分，而其AAAA級的級的生產標準基本上等同于有機農業(yè)標準。生產標準基本上等同于有機農業(yè)標準。 v“民以食為天民以食為天”，任何國家要想取得進步，任何國家要想取得進步和發(fā)展，首要前提是必須讓國民填飽肚子。和發(fā)展，首要前提是必須讓國民填飽肚子。 v 所以，食品工業(yè)始終是國民經濟的主所以，食品工業(yè)始終是國民經濟的主要組成部分。食品工業(yè)的發(fā)展水平直接代要組成部分。食品工業(yè)的發(fā)展水平直接代表一個國家民眾的生活水平與健康水平。表一個國家民眾的

26、生活水平與健康水平。v1.1.現代食品生物技術對人類健康和營養(yǎng)的現代食品生物技術對人類健康和營養(yǎng)的 v 影響影響v（1 1）是解決人類食物短缺的主要途徑：）是解決人類食物短缺的主要途徑：v 超級雜交稻分三個階段：超級雜交稻分三個階段：v第一個階段，畝產第一個階段，畝產700kg700kg，在，在20002000年就實年就實現了?，F了。v第二個階段是第二個階段是20012001年到年到20052005年，畝產要年，畝產要800kg800kg，這個我們提前一年實現了。，這個我們提前一年實現了。v現在我們要現在我們要20062006年到年到20102010年實現年實現900kg900kgv再下一個就是再下一個就是10001000公斤了。公斤了。 v20012001年年2 2月月1919日，中國工程院院士袁隆平日，中國工程院院士袁隆平獲獲20002000年度年度“國家最高科學技術獎國家最高科學技術獎”。 v 20072007年年4 4月月2929日，世界雜交水稻之父、中日，世界雜交水稻之父、中國工程院院士袁隆平在美國首都華盛頓正國工程院院士袁隆平在美國首都華盛頓正式就任美國科學院外籍院士，是中國工程式就任美國科學院外籍院士，是中國工程院院士中的惟一當選者。院院士中的惟一當選者。 v超級水v稻之父v（2 2）提高民眾的營養(yǎng)和健