《轉(zhuǎn)基因食品與安全》課件第四章 基因工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1、第四章 基因工程在食品工業(yè)中 的應(yīng)用第一節(jié) 基礎(chǔ)性食品原料第二節(jié) 發(fā)酵食品第三節(jié) 食品添加劑轉(zhuǎn)基因食品主要有以下6大優(yōu)點(diǎn)： 1、解決糧食短缺問題。2、減少農(nóng)藥使用，避免環(huán)境污染。3、節(jié)省生產(chǎn)成本，降低食物售價(jià)。4、增加食物營(yíng)養(yǎng)，提高附加價(jià)值。5、增加食物種類，提升食物品質(zhì)。6、促進(jìn)生產(chǎn)效率，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用主要應(yīng)用在食品生物資源的改造、提高食品品質(zhì)和改善食品風(fēng)味、油脂生產(chǎn)以及食品衛(wèi)生檢測(cè)等。不是僅僅解決糧食問題，更重要的是，滿足人們對(duì)食物感官舒適、營(yíng)養(yǎng)豐富、功能全面的完美要求。食品級(jí)殼聚糖：用于功能性食品，保健品，膠粘劑，人體補(bǔ)鐵劑，可降解性食品包裝袋等應(yīng)用現(xiàn)狀主要技

2、術(shù)基因工程細(xì)胞工程 酶工程應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)酵工程食品添加劑: 用生物法代替化學(xué)合成，要大力開發(fā)功能性食品添加劑等。生物技術(shù)與食品業(yè)在食品加工過程的應(yīng)用工程菌改良食品微生物的生產(chǎn)性能 改變合成途徑，改善風(fēng)味 氨基酸生產(chǎn) 生產(chǎn)食品酶制劑，提高活性、穩(wěn)定性（淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶等，添加酶類進(jìn)行食品組分的改性）食品保鮮：乳酸菌肽防腐農(nóng)副產(chǎn)品深加工和綜合利用生物技術(shù)與食品業(yè)第一節(jié) 基礎(chǔ)性食品原料一、利用基因工程改造食品微生物（一）改良酵母菌種 1. 面包酵母：1990年英國(guó)允許使用，把具有優(yōu)良特性的酶基因轉(zhuǎn)至該酵母中，使其麥芽糖透性酶和麥芽糖酶大大提高。2. 啤酒酵母：將大麥中淀粉酶基因轉(zhuǎn)入啤酒酵母并表達(dá)

3、，它能利用淀粉發(fā)酵，無需麥芽產(chǎn)生該酶，縮短生產(chǎn)流程。3. 酵母：將霉菌的淀粉酶基因轉(zhuǎn)入酵母中，使之直接利用淀粉生產(chǎn)酒精。（二）改良乳酸菌的遺傳特性抗藥基因：利用基因工程技術(shù)可以選育無抗藥基因的菌株，也可除去已應(yīng)用菌株中含有的耐藥質(zhì)粒，從而保證食品中菌株的安全性。風(fēng)味物質(zhì)基因：通過基因工程選育風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)量高的菌株。此外，黏多糖對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味和硬度也起重要作用。3. 產(chǎn)酶基因 有些乳酸菌可產(chǎn)生特殊的酶，如產(chǎn)生有機(jī)酸的酶，產(chǎn)生多糖的酶等，將此基因?qū)肷a(chǎn)干酪、酸奶的乳酸菌中，會(huì)促進(jìn)這些產(chǎn)品的成熟。4. 耐氧基因 可轉(zhuǎn)入外源SOD基因和過氧化氫酶基因。5. 產(chǎn)細(xì)菌素基因 將產(chǎn)細(xì)菌素（如Nisin）的結(jié)構(gòu)基

4、因轉(zhuǎn)入生產(chǎn)菌株中。二、動(dòng)物性食品原料（一）轉(zhuǎn)基因家畜1. 轉(zhuǎn)基因牛：集中于研究轉(zhuǎn)基因奶牛，目的是改變牛奶的成分和提高產(chǎn)奶量。 研究項(xiàng)目有以下三項(xiàng)：（1）提高牛奶中k酪蛋白的含量，將k酪蛋白轉(zhuǎn)基因在奶牛中表達(dá)，可提高k酪蛋白的比率，從而有益于提高奶酪的產(chǎn)量。（2）無乳糖牛奶的生產(chǎn) 將乳糖酶基因在牛乳腺中表達(dá)能產(chǎn)生無乳糖牛奶，這種牛奶深受乳糖過敏或消化不良的人群歡迎（體內(nèi)缺乳糖酶）。 （3）提高牛的產(chǎn)奶量 將采用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的牛生長(zhǎng)激素注射到母牛體內(nèi)，可提高母牛產(chǎn)奶量。 2. 轉(zhuǎn)基因兔、豬和羊 可將人的生長(zhǎng)激素基因轉(zhuǎn)入動(dòng)物體內(nèi)。 2008年8月，全國(guó)首批轉(zhuǎn)基因保健豬在武漢培育成功，食用這些豬的

5、肉，可以預(yù)防心血管疾病。這批轉(zhuǎn)基因保健豬共有10頭，盡管與普通豬外表無異，但他們體內(nèi)被轉(zhuǎn)入了一種特殊基因-3脂肪酸去飽和酶基因，這種基因能在豬體內(nèi)合成大量的-3脂肪酸。-3脂肪酸是一種不飽和脂肪酸，是人們熟知的“深海魚油”的重要成分之一。這種脂肪酸，可降低膽固醇和血壓，有助于預(yù)防人類的心血管疾病。（二）轉(zhuǎn)基因家禽 提高肉雞和蛋雞的抗病能力和生產(chǎn)能力是其研究目標(biāo)。（三）轉(zhuǎn)基因魚 轉(zhuǎn)基因魚的研究主要集中在觀察各種動(dòng)物來源的生長(zhǎng)激素對(duì)其生長(zhǎng)速度的影響，可使轉(zhuǎn)基因魚的肌肉蛋白含量和飼料轉(zhuǎn)換效率明顯提高，此外，將抗病、耐環(huán)境壓力等基因引入溫?zé)釒~種體內(nèi)。三、植物性食品原料（一）抗蟲害的轉(zhuǎn)基因植物1. 對(duì)

6、蘇云金芽孢桿菌進(jìn)行改良，擴(kuò)大殺蟲譜，延長(zhǎng)有效期，預(yù)防害蟲產(chǎn)生抗藥性，對(duì)發(fā)揮Bt應(yīng)用潛力有重要意義。2. 蛋白酶抑制劑基因是僅次于Bt毒蛋白基因而廣泛使用的抗蟲基因。 如：絲氨酸蛋白酶抑制劑。（二）高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物1. 高蛋白品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因作物（1）利用基因工程提高農(nóng)作物蛋白質(zhì)品質(zhì)。（2）同源基因的過量表達(dá)。2. 提高植物性食品的氨基酸含量 提高種子中某種氨基酸的合成能力，從而提高相應(yīng)氨基酸在貯存蛋白中的含量。3. 高能量品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因作物 改變食品中碳水化合物、油脂的組成及含量。4. 富含維生素、微量元素5. 低過敏原或毒素的轉(zhuǎn)基因作物（三）改善產(chǎn)品的采后品質(zhì)乙烯合成酶相關(guān)基因 抑制乙烯合成

7、的兩個(gè)關(guān)鍵性酶的活性，可減少果實(shí)中乙烯的生成量。2. 多聚半乳糖醛酸酶基因（PG） 該酶是在果實(shí)成熟過程中特異表達(dá)的細(xì)胞壁水解酶，能水解果膠而溶解植物細(xì)胞壁，隨著果實(shí)的成熟而積累。 降低細(xì)胞中PG的合成速度能有效防止果實(shí)過早腐爛。（四）改造油料作物 構(gòu)建的大豆油酸含量多，飽和脂肪酸含量低，此外，可提高油脂中抗氧化劑的含量。（五）增加食品甜味 應(yīng)樂果蛋白，環(huán)化糊精。（六）抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物（七）抗除草劑的轉(zhuǎn)基因植物（八）抗環(huán)境壓力的轉(zhuǎn)基因植物四、利用基因工程改進(jìn)食品生產(chǎn)工藝1. 利用基因工程改進(jìn)果糖和乙醇的生產(chǎn)方法。（1）利用微生物培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)所需的酶。（2）利用-淀粉酶的高溫突變體，進(jìn)行高溫生

8、產(chǎn)。2. 改良啤酒大麥的加工工藝 降低大麥醇溶蛋白的含量，防止過高影響發(fā)酵。3. 改良小麥種子貯藏蛋白的烘烤特性。4. 改善牛乳加工特性。 提高牛乳的熱穩(wěn)定性。一、面包基因工程第一個(gè)改造的食品微生物是面包酵母。把優(yōu)良特性的酶基因轉(zhuǎn)至該菌中，使該酵母含有更多的麥芽糖透性酶及麥芽糖酶。1990年，英國(guó)批準(zhǔn)使用。第二節(jié) 發(fā)酵食品二、醬油 醬油的優(yōu)劣與釀造中生成氨基酸的數(shù)量密切相關(guān)，而氨基酸的生成與多種酶的活性有關(guān)。1. 羧肽酶和堿性蛋白酶的基因已克隆并成功轉(zhuǎn)化。2. 用高纖維素酶活力的轉(zhuǎn)基因米曲霉生產(chǎn)，使醬油產(chǎn)率明顯提高。3. 抑制米曲霉中木聚糖酶活性基因，可降低木糖生成，防止木糖和醬油中的氨基酸產(chǎn)

9、生褐色物質(zhì)，從而影響風(fēng)味。三、啤酒將外源乙酰乳酸脫羧酶基因?qū)肫【平湍讣?xì)胞，可除去雙乙酰。將大麥中的淀粉酶基因轉(zhuǎn)入啤酒酵母中并表達(dá)，可使酵母利用淀粉進(jìn)行發(fā)酵，縮短生產(chǎn)流程。將糖化酶基因引入啤酒酵母中表達(dá)和分泌，生產(chǎn)干酒。四、乳制品乳酸菌對(duì)人體健康有促進(jìn)作用。食用乳桿菌的基因工程包括： （1）提高生產(chǎn)菌在食品發(fā)酵過程中的穩(wěn)定性。 （2）改善發(fā)酵食品的品質(zhì)。 控制蛋白酶基因的表達(dá)程度，可優(yōu)化發(fā)酵乳制品的組成。 （3）縮短生產(chǎn)周期。第三節(jié) 食品添加劑一、酶制劑的生產(chǎn)食品酶制劑：就是催化食品加工過程中的各種化學(xué)反應(yīng)，它可以提高生產(chǎn)效率、降低成本，并生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。 生物酶工程主要包括三方面的內(nèi)容：

10、 （1）用基因工程技術(shù)大量生產(chǎn)酶； （2）修飾酶基因，產(chǎn)生遺傳修飾； （3）設(shè)計(jì)出新酶基因，合成新酶。 近20年來用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)的食品酶制劑主要有：凝乳酶、淀粉酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖異構(gòu)酶、轉(zhuǎn)化酶、普魯藍(lán)多糖酶（茁霉多糖酶）、脂肪酶、半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、乙酰乳酸脫羧酶、溶菌酶、堿性蛋白酶等。在食品加工過程中，通過添加一些酶類，可以改善產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)。例如，蛋白酶可以改善蛋白質(zhì)的溶解性；轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶可以使蛋白質(zhì)分子間發(fā)生交聯(lián)，可用于增加大豆蛋白的膠凝性能，使肉制品等添加大豆蛋白后具有更好的品質(zhì)。如用葡萄糖氧化酶可以去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色澤；用脂酶和蛋白酶可加速奶酪

11、的成熟；葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香；木瓜蛋白酶可分解膠原蛋白，用于肉的嫩化。1. 凝乳酶 凝乳酶是第一個(gè)應(yīng)用基因工程技術(shù)把小牛胃中的凝乳酶基因轉(zhuǎn)移至細(xì)菌或真核微生物生產(chǎn)的一種酶。1990年美國(guó)FDA已批準(zhǔn)在干酪生產(chǎn)中使用。 轉(zhuǎn)基因凝乳酶成分單一，純度高，生產(chǎn)的乳酪在風(fēng)味上也與從小牛胃中提取的酶相同。重組DNA技術(shù)生產(chǎn)小牛凝乳酶，首先從小牛胃中分離出對(duì)凝乳酶原專一的mRNA（內(nèi)含子已被切除），然后借助反轉(zhuǎn)錄酶、DNA聚合酶和St核苷酸酶的作用獲得編碼該酶原的雙鏈DNA。再以質(zhì)?；蚴删w為運(yùn)載體導(dǎo)入大腸桿菌。2. 耐熱淀粉酶；3. 耐熱淀粉酶； 4. 糖化酶； 5. 環(huán)狀糊精葡基轉(zhuǎn)移酶；6.

12、 其他酶制劑二、氨基酸氨基酸工程菌的構(gòu)建集中在以下幾方面： 將氨基酸生物合成途徑中限速酶編碼基因?qū)肷a(chǎn)菌中，強(qiáng)化其在受體菌中的表達(dá)。強(qiáng)化表達(dá)氨基酸輸出系統(tǒng)的關(guān)鍵基因，或降低某些基因產(chǎn)物的表達(dá)速度，解除中間產(chǎn)物對(duì)合成途徑可能造成的反饋抑制。構(gòu)建能同時(shí)合成兩種甚至多種氨基酸的工程菌。（一）蘇氨酸 蘇氨酸是一種重要的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，可以強(qiáng)化谷物、糕點(diǎn)、乳制品，有恢復(fù)人體疲勞，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育的效果。 （二）異亮氨酸（三）芳香族氨基酸三、甜味劑1. 轉(zhuǎn)基因方法可提高糖的含量。2. 在植物體內(nèi)表達(dá)糖蛋白，是低熱量甜味劑。 因其甜味極高，只需少量蛋白質(zhì)即可，所以產(chǎn)生很少的熱量。如：應(yīng)樂果甜蛋白，奇異果甜蛋白，馬檳榔甜蛋白。3. 用基因工程的方法獲得新的糖類。 如：環(huán)化糊精。非洲有一種植物叫應(yīng)樂果，研究人員在其果實(shí)中發(fā)現(xiàn)了一種叫做應(yīng)樂果蛋白的蛋白質(zhì)，咀嚼時(shí)比蔗糖大約甜1萬倍，而它所含的蛋白質(zhì)卻又不會(huì)在新陳代謝中具有與蔗糖相同的作用，它的這種特性使之成為蔗糖的理想替代品。研究人員把應(yīng)樂果甜蛋白的單鏈類似物相繼轉(zhuǎn)入大腸桿菌、土豆、萵苣和酵母中,得到了具甜味、穩(wěn)定性和耐受力強(qiáng)的表達(dá)產(chǎn)物。四、香料 天然香料的萃取成本昂貴，產(chǎn)率低，所以生物法生產(chǎn)也逐漸成為香料開發(fā)的主流。