生物無技術與食品工業(yè).2課件

第八章生物技術與食品工業(yè)第二小組江維庫從玲羅珊敖雪麗孟凡凡彭志帥楊科柳斌史展食品生物技術食品生物技術是指以現代生命科學的研究成果為基礎，結合現代工程技術手段和其他學科的研究成果，用全新的方法和手段設計新型的食品和食品原料。食品生物技術已經成為現代生物技術的重要組成部分食品生物技術研究的內容基因工程以分子遺傳學為基礎，以DNA重組技術為手段，通過一系列的技術操作過程，完成動物，職務，微生物等種之間的基因轉移，以達到獲得或改良食品原料以及食品微生物的目的。細胞工程運用細胞學的方法，以人們的需求為目標，設計改造細胞的遺傳基礎，通過細胞融合，細胞培養(yǎng)等技術，改良生物品種和創(chuàng)造新品種，生產各種新興飾品，食品添加劑以及保健食品的有效成分。蛋白質工程利用蛋白質工程生產出人類需要的具有更高生物活性或獨特性質的蛋白質以提高食品的營養(yǎng)價值滿足人們的需求。酶工程利用酶的催化作用將原料轉化為人們所需要的有用的物質視食品發(fā)酵工程將將優(yōu)選的細胞或經現代化技術改造的的菌株，利用現代發(fā)酵設備進行放大培養(yǎng)和控制性發(fā)酵，以獲得工業(yè)化生產預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狀1改良植物食品蛋白質的品質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，還可以有針對性的將富含某種特異性氨基酸的蛋白質利用基因工程轉入目的的植物，提高特定氨基酸的含量。通過基因工程還可以提高蛋白質的含量和質量。2改良油料作物的品質 改食品加工離不開油脂，植物性食用油由于較動物性脂肪含有更豐富的不飽和脂肪酸而具有較高的營養(yǎng)價值。利用反基因技術火攻移植技術能很好的解決植物油脂在體內或體外的氧化穩(wěn)定性，延長產品的貨架期。

3改良果樹采摘后的品質 利用轉基因技術在延緩果蔬產品成熟與老化，改良產品風味與品質，延長貯存期與貨架期

4改良植物性食品原料的加工品質

5利用基因工程生產帯疫苗的食品

把種屬關系十分遙遠有用植物基因（如馬鈴薯）導入需要改的玉米遺傳物質中

轉基因玉米并使其后代體現出人們所追求的具有穩(wěn)定的遺傳性狀的玉米。

）是利轉基因大豆可以抵抗殺草劑——草甘膦（毒滴混劑）。草甘膦會把普通大豆植株與雜草一起殺死。這種大豆被成為轉基因大豆。而這種轉基因技術終于走出實驗室和試驗田，進入像玉米、大豆和棉花作物的日常耕作

將外源DNA導入草莓這一重要的經濟作物，通過結合不同的參數來提高轉化效率。利用農桿菌的環(huán)形DNA分子(T-DNA)將外源DNA導入植物體中。這種方法不但方便研究人員對大量的草莓基因功能進行研究，從長遠來說，對于提高草莓的營養(yǎng)價值十分有用，而且對于草莓中富含對人體有益的抗氧化劑數量的提高也十分有益。為大多數消費者所熟悉的商業(yè)草莓都屬于八倍體，也就是說草莓含有八組染色體。通過使用草莓的一種親緣植物，研究人員發(fā)現有種特殊類型的高山野生草莓十分容易轉化，這種特殊類型的草莓有兩組染色體以及一組小的多基因組。達到這種轉化率是技術革新以及對試驗細節(jié)密切關注的結果。由于這種草莓的基因組較小，它的再生周期也比較短以及植物形狀偏小，這種野生草莓的基因組對于商業(yè)草莓來說是比較理想的研究模型。它的根芽生長迅速、產生的種子量大以及栽種容易等特點，使得這種草莓成為一個大規(guī)模研究基因功能的理想候選植物.三、利用基因工程改進食品生產工藝1改善牛奶加工特性提高牛奶的熱穩(wěn)定性，從而防止消毒牛奶沉淀和煉乳凝結的作用，改善牛奶的加工特性。2改善啤酒大麥的加工特性采用基因工程技術是另一蛋白的基因至大麥中，可相應的降低醇溶蛋白含量，提高啤酒澄清度，適應產品的質量要求。3改進果糖和乙醇的生產方法利用基因工程對一些沒進行改造可以減少生產步驟，節(jié)省明膠化過程中需要的能量，從而降低成本。4改進酒精生產工藝將霉菌的淀粉酶轉入大腸桿菌再進一步轉入單細胞酵母中，是之直接利用淀粉生產酒精。四、生產食品添加劑及功能性食品的有效成分1生產氨基酸利用基因工程，用DNA重組技術調控某一特定代謝途徑中的某一特定成分，以提高氨基酸的產量。2生產黃原膠運用基因工程以奶酪生產過程中產生的副產品乳清為原料就可以高水平的生產黃原膠3生產功能性食品的有效成分采用轉基因手段，在動植物或其細胞中是目的基因得到表達而制造有益于人類健康的功能因子或功效成分。面食的生產工藝流程,以乳制品為例乳制品的加工.flv轉基因的利與弊利1過去改變植物的品種主要是通過育種，這種傳統的育種方式需要的時間長，雜交出的品種不易控制，目的性差，其后代可能高產但不抗病，也可能抗病但不高產，也許是高產但品質差，所以必需一次一次地進行選育。而轉基因技術就不同了，可以選擇任何1個目的基因轉進去，就可得到1個相應的新品種，不用再花那么長的時間篩選了。2．2傳統的育種只能是水稻對水稻，玉米對玉米，進行雜交，不能水稻對玉米，水稻更不能和細菌進行雜交。而轉基因技術不但可以把不同植物的基因進行組合，而且還可以把動物的基因，甚至人的基因組合到植物里去。比如：科學家看中了一種北極熊的基因，認為它有抵抗冷凍的作用，于是將其分離取出，再植入番茄之中，培育出耐寒番茄。2．3通過轉基因技術可培育高產、優(yōu)質、抗病毒、抗蟲、抗寒、抗旱、抗?jié)场⒖果}堿、抗除草劑等特性的作物新品種，以減少對農藥化肥和水的依賴，降低農業(yè)成本，大幅度地提高單位面積的產量，改善食品的質量，緩解世界糧食短缺的矛盾。例如：馬鈴薯植人天蠶素的基因后，抗清枯病、軟腐病的能力大大提高，過去這兩種病每年會帶來近3成的減產，一種抗科羅拉多馬鈴薯甲蟲的馬鈴薯，可使美國每年少用37萬kg的殺蟲劑；阿根廷播種轉基因豆種后，大豆抗病和抗雜草能力大為增加，使用農藥和除草劑的量減少，生產成本比原來下降了15％。2．4利用轉基因技術生產有利于健康和抗疾病的食品。杜邦和孟山都公司即將推出多種可榨取有益心臟的食用油的大豆。兩大公司還將聯手推出味道更鮮美且更容易消化的強化大豆新品種。艾爾姆公司與其他公司合作，正在研究高含量抗癌物質的西紅柿，以及可用于生產血紅蛋白的玉米和大豆。此外，含疫苗的香蕉和馬鈴薯也正在加緊研究中；日本科學家利用轉基因技術成功培育出可減少血清膽固醇含量、防止動脈硬化的水稻新品種；歐洲科學家新培育出了米粒中富含維生素A和鐵的轉基因稻，這一成果有可能幫助降低全球范圍內、特別是以稻米為主食的發(fā)展中國家缺鐵性貧血和維生素A缺乏癥的發(fā)病率。2．5轉基因食品可以擺脫季節(jié)、氣候的影響，讓人們一年四季都可吃到新鮮的瓜菜。同時，人們還發(fā)現轉基因作物結出的果實，無論外形還是味道都別具風味。英國的科學家將一種可以破壞葉綠素變異的基因移植到草中，可以使之四季常青，除了具有綠化功能之外，還使畜牧業(yè)受益，因青草的營養(yǎng)比干草高，而使肉的質量提高。2．6利用轉基因技術，把生長素基因、多產基因、促卵素基因、高泌乳量基因、瘦肉型基因、角蛋白基因、抗寄生蟲基因、抗病毒基因等外源基因導入動物的精子、卵細胞或受精卵，可培育出生長周期短、產仔多、生蛋多、泌乳量高，生產的肉類、皮毛品質與加工性能好，并具有抗病性的動物，目前已在牛、羊、豬、雞、魚等家養(yǎng)動物中取得一定成果。不利任何一項新的科學技術的應用都有它的兩面性。核能的開發(fā)利用，在為人類提供了巨大的核能同時也造出了對人類具有巨大破壞性的核武器；農藥的應用對于防治農作物害蟲發(fā)揮了巨大的作用，使農作物大幅度的增產，但同時也對人畜和環(huán)境造成極大的危害；工業(yè)革命為人類社會帶來了巨大的財富，同時也為人類帶來了災難性的環(huán)境污染和生態(tài)平衡的破壞。轉基因食品也同樣具有兩面性。3．1據報道，科學家研究發(fā)現，有些轉基因生物產品可能含有有毒物質和過敏源，會對人體健康產生不利影響，嚴重的甚至可以致癌或導致某些遺傳疾病。盡管到目前為止還沒有有說服力的研究報告表明這些改良品種有毒，但一些研究學者認為，對于基因的人工提煉和添加，可能在達到某些人們想達到的效果的同時，也增加和積聚了食物中原有的微量毒素。這種毒素的積累是個相當長的過程，但它確實可能正在進行中，因此目前誰也不能確保這些改良品種沒有毒。英國科學家普斯陶教授的研究報告說，經過基因改造的馬鈴薯對實驗老鼠的肝、胃和免疫系統都會造成傷害。雖然他的實驗結果有待于進一步證實，但仍可提示人們轉基因食品可能有損于人類的健康。其次是過敏反應問題，對于1種食物過敏的人有時還會對1種以前他們不過敏的食物產生過敏，原因就在于這種食品中含有了導致過敏的蛋白質。例如科學家將玉米的某一段基因加入到核桃、小麥和貝類動物的基因中，那么，以前吃玉米過敏的人就可能對核桃、小麥和貝類食品過敏。3．2有研究者認為外來基因會以一種人們目前還不甚了解的方式破壞食物中的營養(yǎng)成分。美國倫理和毒性中心的實驗報告則說，與一般大豆相比，耐除草劑的轉基因大豆中，防癌的成分異黃酮減少了。3．3大量的轉基因生物進入自然界后很可能會與野生物種雜交，造成基因污染，從而影響到生物多樣性的保護和持續(xù)利用，這種污染對環(huán)境及生態(tài)系統造成的危害比其他任何因素對環(huán)境造成的污染都難以消除。例如：抵抗除莠劑的轉基因油菜會使野生芥菜受到傳染，從而使野生芥菜對除雜草措施不敏感。酶工程在食品工業(yè)中的應用酶的應用可以說是生物技術在食品工業(yè)中應用的典型代表你。酶制劑為食品工業(yè)帶來了新的活力，開辟了新的發(fā)展途徑，極大地推動了食品工業(yè)的發(fā)展。酶的應用不僅改善了食品的色、香、味，還可以提供一些富有營養(yǎng)的新食品。一、酶在制糖工業(yè)中的應用1酶法生產葡萄糖2生產果葡糖漿3生產超高麥芽糖漿此外，酶法在生產低聚果糖、帕拉金堂、異麥芽寡糖、低聚豐乳糖、大豆低聚糖等新型低聚糖方面起著重要作用。

表1食品工業(yè)中應用的酶制劑酶來

源主要用途α-淀粉酶枯草桿菌、米曲霉、黑曲霉淀粉液化、生產葡萄糖、醇等β-淀粉酶麥芽、巨大芽孢桿菌、多黏芽孢桿菌麥芽糖生產、啤酒生產、焙烤食品糖化酶根霉、黑曲霉、紅曲霉、內孢酶糊精降解為葡萄糖蛋白酶胰臟、木瓜、菠蘿、無花果、枯草桿菌、霉菌肉軟化、奶酪生產、啤酒去濁、香腸和蛋白胨及魚胨加工纖維素酶木霉、青霉食品加工、發(fā)酵果膠酶霉菌果汁、果酒的澄清葡萄糖異構酶放線菌、細菌高果糖漿生產葡萄糖氧化酶黑曲霉、青霉保持食品的風味和顏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劑橙皮苷酶氨基酰化酶

黑曲霉霉菌、細菌防止柑橘罐頭和橘汁渾濁DL-氨基酸生產L-氨基酸乳糖酶真菌、酵母水解乳清中的乳糖脂肪酶真菌、細菌、動物乳酪后熟、改良牛奶風味、香腸熟化溶菌酶

食品中的抗菌物質

3.各類商品酶的應用表2列出了生物催化生產的某些甜味劑。原料產品酶淀粉玉米糖漿α-淀粉酶、支鏈淀粉酶

葡萄糖α-淀粉酶、糖化酶

果

糖α-淀粉酶、糖化酶，葡萄糖異構酶淀粉+蔗糖蔗糖衍生物環(huán)狀糊精葡萄糖基轉移酶和支鏈淀粉酶(或異構酶)蔗糖葡萄糖+果糖轉化酶蔗糖異麥芽寡糖β-葡萄糖基轉移和異麥芽寡糖合成酶蔗糖+果糖明串珠菌二糖α-1,6-糖基轉移酶乳糖葡萄糖+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異構酶幾種化合物L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯嗜熱菌蛋白酶、青霉素酰基轉移酶斯切維苷α-糖基化斯切維苷Ribandioside-Aα-葡萄糖苷酶β-糖基轉移酶啤酒生產的麥汁制備過程中常用酶系的作用特性名稱最適作用條件作用方式作用基質分解產物耐高溫α-淀粉酶PH：5.7-7.0

溫度：90-95℃作用于淀粉分子內部的α-1.4葡萄糖苷鍵直鏈淀粉短鏈糊精、麥芽糖、葡萄糖支鏈淀粉含α-1.6葡萄糖苷鍵的α-界限糊精、麥芽糖、葡萄糖β-淀粉酶PH：5.0-5.5

溫度：60-65℃從淀粉分子的非還原性末端進行分解直鏈淀粉麥芽糖支鏈淀粉含β-1.6葡萄糖苷鍵的β-界限糊精、麥芽糖纖維素酶PH：5.7-7.0

溫度：45-50℃從纖維素內部及非還原性末端進行分解纖維素小分子纖維聚糖、纖維二糖、葡萄糖β-葡聚糖酶PH：4.5-5.5

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

溫度：45-50℃作用于蛋白質分子內的酰胺鍵蛋白質肽及氨基酸戊聚糖酶PH：4.5-5.2

溫度：40-65℃從戊聚糖內部及非還原性末端進行分解戊聚糖戊聚糖片斷、小分子戊聚糖、木糖、阿拉伯糖等糖化酶PH：4.0-4.5

溫度：58-65℃作用于淀粉分子非還原性末端的α-1.4葡萄糖苷鍵，緩慢水解α-1.6葡萄糖苷鍵淀粉葡萄糖異淀粉酶PH：5.6-7.0

溫度：50-55℃作用于淀粉分子的α-1.6鍵連接的麥芽三糖和麥芽四糖支鏈淀粉直鏈淀粉、麥芽三糖普魯蘭酶PH：5.6-7.2

溫度：45-52℃作用于淀粉分子的α-1.6鍵連接的兩分子麥芽糖支鏈糊精直鏈糊精、麥芽糖四、酶在果蔬加工中的應用在果蔬加工過程中，也經常需要借助酶制劑的處理，以提高產品的產率，保證產品的質量。主要應用于加工果蔬汁、果蔬汁飲料、果蔬罐頭、干燥果蔬制品等過程中。五、酶在焙烤食品加工中的應用酶在焙烤食品中主要用于改良淀粉和蛋白質。在面包類食品中用的較多。發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應用數千年前，人類已經開始巧妙地利用自然發(fā)酵來獲得食品及飲料。而目前，人們已從自然發(fā)酵步入純種液體深層發(fā)酵技術新階段，將單一的微生物菌種用于各種發(fā)酵工業(yè)，對提高產品生產效率，穩(wěn)定產品質量及腐敗等方面均起到了重要作用。一、發(fā)酵工程在單細胞蛋白生產中的應用單細胞蛋白的概念單細胞蛋白也稱微生物蛋白，是指用細菌、真菌和某些低等藻類生物發(fā)酵生產的高營養(yǎng)價值的單細胞或絲狀微生物個體而獲得的菌體蛋白。發(fā)酵工程生產單細胞蛋白的優(yōu)勢(1)優(yōu)點：

微生物菌體含較多蛋白質；

蛋白質中氨基酸組成齊全，富含維生素、生長促進物質；

SCP生產不受氣候、季節(jié)地區(qū)影響，反應條件溫和；

微生物生長速度快；

解決環(huán)境污染，作人類食品、畜禽飼料。生產單細胞蛋白的菌種酵母菌是進行商業(yè)化生產單細胞蛋白最好的材料二、發(fā)酵工程在食品添加劑生產中的應用從植物中萃取食品添加劑的成本高，且來源有限，化學合成法生產食品添加劑雖成本低，但化學合成率低，周期長且可能危害人體健康。因此，生物技術，尤其是發(fā)酵工程技術已成為食品添加劑生產的首選方法。目前，利用微生物技術發(fā)酵生產的食品添加劑主要有維生素(ＶＣ、ＶＢ１２、ＶＢ２)、甜味劑、增香劑和色素等產品。發(fā)酵工程生產的天然色素、天然新型香味劑，正在逐步取代人工合成的色素和香精，這也是現今食品添加劑研究的方向。

發(fā)酵法在氨基酸和黃原膠的生產中應用比較多三、發(fā)酵法在調味品生產中的應用 調味品的種類很多，發(fā)酵性調味品產量最大的是醬油和食醋。酸味劑食醋是利用米、麥、高粱和酒糟等發(fā)酵釀造而成的含有乙酸、乳酸、檸檬酸、氨基酸、微量酒精及多種營養(yǎng)元素的一種水溶性液體。發(fā)酵菌通常是醋酸菌。四、發(fā)酵工程在功能性食品工業(yè)中的應用功能性食品是指含有某些有效成分的食品，它們具有對人體生理作用生產功能性影響及調節(jié)的功效，實現醫(yī)食同源具有良好的營養(yǎng)性、保健性和治療性，達到健康及延年益壽的目的。1應用發(fā)酵工程生產大型食用或藥用真菌2應用發(fā)酵工程生產功能性油脂3應用發(fā)酵工程生產超氧化物歧化酶(SOD)五、發(fā)酵工程在飲料生產中的應用近年來，發(fā)酵飲料日益受到消費者的親睞，發(fā)酵飲料主要包含兩大類，一類是酒精飲料，一類是乳制品及植物蛋白飲料。1酒精飲料的生產原料主要是糖類和淀粉類2乳制品的生產原料主要是哺乳動物的乳3發(fā)酵性植物蛋白飲料的生產原料主要是蛋白質含量較高的植物種子和各種果。生物技術在食品檢測中的應用1基因探針技術原理：基因探針技術或DNA探針技術檢測微生物的依據是核酸雜交，其工作原理是兩條堿基互補的DNA鏈在適當條件下可以按堿基配對原則形成雜交DNA分子。用DNA探針雜交技術檢測食品微生物的關鍵是DNA探針的構建。①應是單鏈，若為雙鏈，必須先行變性處理。②應帶有容易被檢測的標記。探查不同的目的基因和不同種類的基因缺陷，應當選擇使用不同種類和長度的探針。根據雜交原理，作為探針的核酸序列至少必須具備以下兩個條件二、PCR技術原理：該技術是在模板DNA、引物和四種脫氧核糖核苷酸存在下，依賴于DNA聚合酶的酶促合成反應。DNA聚合酶以單鏈DNA為模板，借助一小段雙鏈DNA來啟動合成，通過一個或兩個人工合成的寡核苷酸引物與單鏈DNA模板中的一段互補序列結合，形成部分雙鏈。在適宜的溫度和環(huán)境下，DNA聚合酶將脫氧單核苷酸加到引物3′-OH末端，并以此為起始點，沿模板5′→3′方向延伸，合成一條新的DNA。應用：1用于食品中致病微生物的檢測2用于食品中轉基因成分的檢測（核酸檢測法、蛋白質檢測法、酶活性檢測法）實時熒光定量PCR技術（Real-timequantitativePolymeraseChainReaction簡稱RealTimePCR）是在定性PCR技術基礎上發(fā)展起來的核酸定量技術。實時熒光定量PCR技術于1996年由美國Appliedbiosystems公司推出，在PCR反應體系中加入熒光基團，利用熒光信號積累實時監(jiān)測整個PCR進程，使每一個循環(huán)變得“可見”，最后通過Ct值和標準曲線對樣品中的DNA(orcDNA)的起始濃度進行定量的方法。實時熒光定量PCR是目前確定樣品中DNA(或cDNA)拷貝數最敏感、最準確的方法。如果用于RNA檢測，這被稱為逆轉錄實時PCR即（Real-timeRT-PCR）是實時PCR法，它是指對DNA或經過反轉入（RT-PCR）的RNA通過聚合酶鏈式反應并實時監(jiān)測DNA的放大過程，在擴增的指數增長期就測量擴增產物，因為擴增指數增長期測量值與特異DNA（RNA）起始量存在相關性，從而實現定量檢測。RealTimePCR的基本目標是精確測量和鑒別非常微量的特異性核酸，從而可通過監(jiān)測CT值而實現對原始目標基因的含量定量。實時熒光定量PCR法最大的優(yōu)點是克服了終點PCR法進入平臺期或叫飽和期后定量的較大誤差，實現DNA/RNA的精確定量。該技術不僅實現了對DNA/RNA模板的定量，而且具有靈敏度和特異性高、能實現多重反應、自動化程度高、無污染、實時和準確等特點，該技術在醫(yī)學臨床檢驗及臨床醫(yī)學研究方面有著重要的意義。應用DNA或RNA的絕對定量分析。包括病原微生物或病毒含量的檢測，轉基因動植物拷貝數的檢測，RNAi基因失活率的檢測等?；虮磉_差異分析。例如比較經過不同處理樣本之間特定基因的表達差異(如藥物處理、物理處理、化學處理等)，特定基因在不同時相的表達差異以及cDNA或差顯結果的確證。基因分型。例如SNP檢測，甲基化檢測等。三、免疫學技術原理：將免疫反應與現代測試手段相結合而建立的超微量測定技術。酶聯免疫分析法（ELISA)在食品檢測中的優(yōu)點：高度的準確性，特異性，適用范圍寬，檢測速度快、技術要求低、攜帶方便、操作簡便經濟等。完整的ELISA試劑盒包含7個組分：①包被了抗原或抗體的故鄉(xiāng)載體②酶標記的抗原或抗體③酶的底物④隱形和陽性對照品、參考標準呵控制血清⑤饑餓和無機標本的稀釋液⑥洗滌液⑦酶反應終止夜免疫學技術在食品工業(yè)的應用1食品中農藥、首要殘留的免疫學檢測2食源性病原菌的免疫學檢測3轉基因食品的檢測

免疫學方法是以抗原抗體的特異性反應為基礎建立起來的，由此衍生出的檢測方法種類繁多，幾乎所有的免疫學方法都可以用作食品安全檢測，而在食癖難全檢測應用中有普及潛力的免疫學方法主要有以下幾種：①酶聯免疫吸附試驗②免疫膠體金技術③免疫此珠法④免疫捕獲PCR法⑤免疫傳感器技術⑥免疫熒光技術⑦免疫芯片⑧化學發(fā)光免疫技術四、生物傳感器定義：利用生物物質(如酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜、微生物、細胞