食品生物技術(shù)導(dǎo)論-課件

食品生物技術(shù)導(dǎo)論食品生物技術(shù)導(dǎo)論目錄第一章緒論第二章食品與基因工程第三章食品與蛋白質(zhì)工程第四章食品與酶工程第五章食品與發(fā)酵工程第六章食品與細(xì)胞工程第七章食品生物工程中的下游過(guò)程第八章食品生物技術(shù)與食品安全檢測(cè)第九章生物技術(shù)與食品工業(yè)“三廢”治理食品生物技術(shù)導(dǎo)論第一章緒論第一節(jié)食品生物技術(shù)涵義第二節(jié)食品生物技術(shù)研究?jī)?nèi)容第三節(jié)食品生物技術(shù)特點(diǎn)第四節(jié)食品生物技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史第五節(jié)分子生物學(xué)的形成和發(fā)展食品生物技術(shù)導(dǎo)論第一節(jié)食品生物技術(shù)涵義

一、生物技術(shù)所謂生物工程是達(dá)到特殊目的生物過(guò)程的控制性工程“操縱生物（微生物、植物、動(dòng)物）的細(xì)胞、組織或酶，進(jìn)行生物合成及分解轉(zhuǎn)化”。二、食品生物技術(shù)食品生物技術(shù)（foodbiotechnology）是利用生物體及其細(xì)胞、亞細(xì)胞和分子組成部分，結(jié)合工程學(xué)、信息學(xué)等手段去研究及加工處理或制造食品產(chǎn)品的新技術(shù)。食品生物技術(shù)導(dǎo)論第二節(jié)食品生物技術(shù)研究?jī)?nèi)容一、食品與基因工程基因工程又稱遺傳工程，它是在體外將異源DNA（目的基因）與基因載體（質(zhì)粒、病毒等）重組成復(fù)制子并轉(zhuǎn)移至宿主細(xì)胞的過(guò)程。二、食品與酶工程酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具高度催化活性和高度專一性的生物催化劑。所謂酶工程是把酶或細(xì)胞或經(jīng)過(guò)修飾后直接應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)的生物催化工程，包括固定化酶、固定化細(xì)胞和固定化活細(xì)胞體系等。酶工程的應(yīng)用能有效地改造傳統(tǒng)的食品工業(yè)。食品生物技術(shù)導(dǎo)論三、食品與發(fā)酵工程發(fā)酵工程其涵義是采用現(xiàn)代發(fā)酵設(shè)備，使經(jīng)基因重組技術(shù)改良的細(xì)胞或經(jīng)其它現(xiàn)代技術(shù)改造的菌株進(jìn)行放大培養(yǎng)和控制發(fā)酵，獲得工業(yè)化生產(chǎn)預(yù)定的食品產(chǎn)品或食品的功能成分。四、食品與細(xì)胞工程應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)方法，按照人們預(yù)定的設(shè)計(jì)，有計(jì)劃地改造遺傳物質(zhì)和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，包括細(xì)胞融合技術(shù)、細(xì)胞拆合技術(shù)以及動(dòng)物、植物大量控制性培養(yǎng)技術(shù)，還包括染色體工程和細(xì)胞質(zhì)工程等內(nèi)容。細(xì)胞工程與微生物細(xì)胞培養(yǎng)一樣，在人工控制條件下在生物反應(yīng)器中大規(guī)模培養(yǎng)，獲得人類所需要的各種食品產(chǎn)品及保健產(chǎn)品食品生物技術(shù)導(dǎo)論五、食品與蛋白質(zhì)工程1983年美國(guó)Genex公司K·Utrner提出蛋白質(zhì)工程（proteinengineering）概念，其涵義是指從蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)入手，將待改進(jìn)的蛋白質(zhì)提純?yōu)榻Y(jié)晶，用x射線衍射等手段研究其空間構(gòu)象，確定其需要改變的氨基酸殘基，然后再用基因定位突變和體外定向進(jìn)化等方法達(dá)到修飾蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)的目的。六、食品與后基因組學(xué)2003年隨著人類基因組圖譜草圖繪制成功，為后基因組學(xué)（post-genomics）的誕生拉開了序幕。而現(xiàn)代研究認(rèn)為，一個(gè)基因可以編碼數(shù)個(gè)蛋白質(zhì)，隨之形成所謂基因組學(xué)（genomics）和蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics），近年來(lái)，在日本、美國(guó)和德國(guó)等國(guó)又啟動(dòng)了營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)（nutrigenomics）的研究。食品生物技術(shù)導(dǎo)論七、食品與食品安全

生物技術(shù)的發(fā)展為食品安全的檢測(cè)提供高速高效的PCR系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)。為加強(qiáng)食品安全在食品加工過(guò)程除必須嚴(yán)格執(zhí)行CAC、HACCP、GMP和ACP安全體系外。還必須制訂切實(shí)可行的食品安全監(jiān)督管理體系。食品生物技術(shù)導(dǎo)論第三節(jié)食品生物技術(shù)特點(diǎn)一、食品生物技術(shù)與食品產(chǎn)業(yè)化緊密相關(guān)食品生物技術(shù)對(duì)改造傳統(tǒng)食品工業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工，具有革命性意義和較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。食品生物技術(shù)即食品生物工程包括上游工程（upstreamprocess）和下游工程（downstreamprocess），整個(gè)過(guò)程有多個(gè)操作工序，一環(huán)扣一環(huán)，核心技術(shù)為生物技術(shù)和酶工程，形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，如圖1-1所示。圖1-1食品生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、食品生物技術(shù)屬邊緣性交叉學(xué)科生物技術(shù)是研究生命的科學(xué)技術(shù)，是生物科學(xué)和工程學(xué)綜合交叉的邊緣學(xué)科。三、食品生物技術(shù)具有“六高”基本特征食品生物技術(shù)與其他高新技術(shù)一樣，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和食品工業(yè)的革新具有“六高”的基本特征：即高效益，高智力、高投入、高競(jìng)爭(zhēng)、高風(fēng)險(xiǎn)和高潛力。四、食品生物技術(shù)屬高新技術(shù)范疇根據(jù)當(dāng)今世界科技發(fā)展對(duì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)情況。信息、能源、生物技術(shù)、航天、材料、汽車和環(huán)境等己被列為世界“七大”高科技領(lǐng)域。食品生物技術(shù)導(dǎo)論五、食品生物技術(shù)已成為食品科學(xué)發(fā)展的重要研究方向

食品生物技術(shù)作為生物技術(shù)的分支學(xué)科，在自然科學(xué)中涵蓋范圍廣為其特征。第四節(jié)食品生物技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史一、史前時(shí)期從出土文物發(fā)現(xiàn)，追溯至距今數(shù)千多年前的龍山文化時(shí)期。釀酒、制醋和制醬等發(fā)酵技藝已經(jīng)發(fā)展到世界一流水平。食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、近代時(shí)期從19世紀(jì)50年代開始，伴隨著歐洲的文藝復(fù)興帶來(lái)科學(xué)和工業(yè)的繁榮。由于法國(guó)科學(xué)家巴斯德（Pasteur）對(duì)微生物學(xué)創(chuàng)立的貢獻(xiàn)，德國(guó)科學(xué)家柯赫（Koch）發(fā)明了微生物的分離和純種培養(yǎng)技術(shù)和法國(guó)學(xué)者布合乃爾（Buchner）兄弟倆通過(guò)實(shí)驗(yàn)揭示了發(fā)酵本質(zhì)是細(xì)胞中酶的作用。標(biāo)志著傳統(tǒng)食品生物技術(shù)向近代食品生物技術(shù)的發(fā)展。從傳統(tǒng)發(fā)酵食品的生產(chǎn)靠天然微生物作用。三、現(xiàn)代的發(fā)展從20世紀(jì)50年代初開始，伴隨著生物化學(xué)，遺傳學(xué)和化學(xué)分析技術(shù)的發(fā)展。特別是1953年“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)”的發(fā)現(xiàn)、1969年酶固定化技術(shù)的應(yīng)用成果和1973年基因工程誕生等重大科技成就為標(biāo)志的劃時(shí)代發(fā)展食品生物技術(shù)導(dǎo)論第五節(jié)分子生物學(xué)的形成和發(fā)展一、細(xì)胞學(xué)說(shuō)在19世紀(jì)中時(shí)施萊登和施旺（Schwann）兩位學(xué)者經(jīng)過(guò)20年的研究繪出有關(guān)細(xì)胞結(jié)構(gòu)明顯圖象和細(xì)胞組成，從而創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說(shuō)。二、生物進(jìn)化論奧地利學(xué)者格里哥爾.孟德爾（GregorMendel）研究認(rèn)為，遺傳性狀是由一對(duì)遺傳因子決定的，食品生物技術(shù)導(dǎo)論四、摩爾根的基因?qū)W說(shuō)摩爾根提出：“物質(zhì)必須由某種獨(dú)立的要素組成，正是這些要素我們叫做遺傳因子，或者更簡(jiǎn)單地叫做基因”。五、基因本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)摩爾根提出：“物質(zhì)必須由某種獨(dú)立的要素組成，正是這些要素我們叫做遺傳因子，或者更簡(jiǎn)單地叫做基因”。多年來(lái)研究證實(shí)這種轉(zhuǎn)化物質(zhì)就是DNA，這是基因本質(zhì)的重大發(fā)現(xiàn)。食品生物技術(shù)導(dǎo)論六、分子生物學(xué)的誕生1953年美國(guó)遺傳學(xué)家詹姆斯.沃森（JamesD.Watson）和英國(guó)生物物理學(xué)家弗朗西斯.克里克（Franciscrick）根據(jù)莫.休.弗.威爾金斯（M.H.F.wilkins）的x-射線衍射等系列圖譜結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上，用標(biāo)度分子模型在英國(guó)MaxPerutz教授分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究。其研究成果，在英國(guó)《自然》雜志上發(fā)表的《DNA結(jié)構(gòu)》一文，提出了“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”。首次闡明了DＮＡ結(jié)構(gòu)與功能，為遺傳信息的貯存、傳遞和利用提供了科學(xué)依據(jù)，創(chuàng)立了現(xiàn)代分子生物學(xué)。這是20世紀(jì)科學(xué)史上劃時(shí)代的里程碑。Watson和crick均為諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)分子模型如圖1-1、1-2所示其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)說(shuō)明如下：圖1-1DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型圖1-2DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)分子模型食品生物技術(shù)導(dǎo)論（1）DNA是由兩條極性相反并互補(bǔ)的多聚核苷酸鏈，圍繞中心軸的雙螺旋結(jié)構(gòu)。此螺旋為右螺旋，并存在大溝和小溝。（2）兩條鏈中堿基之間按照A配對(duì)T、G配對(duì)C的互補(bǔ)原則，DNA兩鏈間的維系主要靠氫鍵，其中A與T之間形成二個(gè)氫鍵，G與C之間形成三個(gè)氫鍵。（3）雙螺旋的直徑為2nm，兩個(gè)相鄰堿基的間距為0.34nm，每10個(gè)堿基的間距為3.4nm，構(gòu)成一段完整的螺旋結(jié)構(gòu)，其相鄰堿基的夾角為36°。（4）兩條多聚核苷酸鏈間堿基配對(duì)的互補(bǔ)規(guī)律為：A配對(duì)T或T配對(duì)A、G配對(duì)C或C配對(duì)G，而且其分子比率為1。食品生物技術(shù)導(dǎo)論（1）DNA分子能自我復(fù)制根據(jù)DNA雙螺結(jié)構(gòu)模型，在兩條多聚核苷酸鏈中，任何一條都可以作為另一條生物合成的模板，這一點(diǎn)明顯地不同于其它生物大分子。經(jīng)過(guò)自我復(fù)制出來(lái)的每一個(gè)DNA分子中的一條鏈被保留下來(lái)。這種復(fù)制，稱為半保留復(fù)制（Semiconservativereplication）（如圖1-3）。（2）DNA是遺傳基因的載體可以從分子水平上闡明其生物學(xué)功能：圖1-3半保留復(fù)制示意圖食品生物技術(shù)導(dǎo)論（3）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型為遺傳信息的保存、傳遞和利用提供了基礎(chǔ)。同時(shí)，根據(jù)1970年Crick等人提出的分子生物學(xué)中心法則，如圖1-4所示。（4）DNA的調(diào)節(jié)功能1961年，法國(guó)分子生物學(xué)家F.Jacob和J.Monod首次證實(shí)在大腸桿菌（）基因調(diào)節(jié)事實(shí)，提出了乳糖操縱子（LacOperon）假說(shuō)。圖1-4分子生物學(xué)中心法則[5]應(yīng)用乳糖操縱子假說(shuō)，從分子水平上闡明基因控制蛋白質(zhì)的誘導(dǎo)合成另一種酶合成調(diào)節(jié)與酶的誘導(dǎo)合成機(jī)制不同，稱為酶的反饋?zhàn)瓒?。食品生物技術(shù)導(dǎo)論第一節(jié)概述第二節(jié)工具酶第三節(jié)目的基因制備第四節(jié)基因載體第五節(jié)基因重組第六節(jié)轉(zhuǎn)化、增殖和表達(dá)第七節(jié)基因工程在食品工業(yè)中應(yīng)用第八節(jié)后基因組學(xué)及其應(yīng)用研究第二章食品與基因工程食品生物技術(shù)導(dǎo)論第一節(jié)概述一、基因工程的誕生1973年S.N.Cohen等在美國(guó)科學(xué)院學(xué)報(bào)（PNAS）上發(fā)表了題為“ConstructionofBiologicalFunctionalBacterialPlasmidinVitro”，闡明了體外構(gòu)建的細(xì)菌質(zhì)粒能夠在細(xì)胞中進(jìn)行表達(dá)，標(biāo)志著基因工程的誕生食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、基因工程涵義、特點(diǎn)及其操作步驟基因工程（geneengineering）又稱為分子克?。╩olecularcloning）或重組DNA技術(shù)（recombinantDNATechnology），其涵義為：用酶學(xué)方法，將異源基因與載體DNA在體外進(jìn)行重組，將形成的重組子DNA導(dǎo)入宿體細(xì)胞，使異源基因在宿體細(xì)胞中復(fù)制表達(dá)，從而達(dá)到改造生物品種或性狀，大量生產(chǎn)出人類所需要生物品種和產(chǎn)物。基因工程操作過(guò)程如圖2-1所示。圖2-1基因工程操作過(guò)程示意圖[2]食品生物技術(shù)導(dǎo)論三、基因工程的發(fā)展1977年英國(guó)分子生物學(xué)家F.Sanger發(fā)明了快速DNA測(cè)序技術(shù)并首先完成的全長(zhǎng)5387bp的φ×174噬菌體基因組全序列的測(cè)定。1982年第一個(gè)由基因工程菌生產(chǎn)的藥物胰島素已在美國(guó)和英國(guó)獲準(zhǔn)使用。1983年第一個(gè)轉(zhuǎn)基因植物培育成功，1992年第一個(gè)轉(zhuǎn)基因玉米及轉(zhuǎn)基因小麥植株誕生，1994年轉(zhuǎn)基因番茄上市。1996年完成了酵母基因組DNA（125×105bp）的全序列測(cè)定。2003年《人類基因組計(jì)劃》經(jīng)過(guò)20多年努力已宣布草圖描繪成功。為后基因組時(shí)代的誕生拉開了序幕。食品生物技術(shù)導(dǎo)論第二節(jié)工具酶在基因工程中應(yīng)用的酶統(tǒng)稱為工具酶（enzymeoftools）。一、限制性內(nèi)切酶種類限制性內(nèi)切酶有三種類型：I型酶、II型酶和III型酶。II型酶分子量較小，大約20-100kD，是一種簡(jiǎn)單的單功能酶，作用時(shí)無(wú)需輔助因子或只需Mg2+，能識(shí)別雙鏈DNA上特異的核苷酸序列，同時(shí)專一性強(qiáng)，而且其識(shí)別序列與切割序列相一致。這類酶特別適合于基因工程操作。二、限制性內(nèi)切酶命名1973年，H.O.Smith和Nathaus提出限制性內(nèi)切酶的命名原則一、限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶（restrictionendonuclease

簡(jiǎn)稱RE）是一類專一性很強(qiáng)的核酸內(nèi)切酶食品生物技術(shù)導(dǎo)論三、限制性內(nèi)切酶的作用機(jī)制和作用方式如圖2-2所示圖2-2限制性核酸內(nèi)切酶作用機(jī)制其作用方式及識(shí)別位點(diǎn)有如下幾種：1.識(shí)別不同的特異核苷酸序列EcoRI識(shí)別HaeI識(shí)別▲▲食品生物技術(shù)導(dǎo)論AsuI識(shí)別EcoRII識(shí)別MboI識(shí)別注：↑表示切割5’-磷酸二酯鍵位置。2.識(shí)別序列皆具有回文結(jié)構(gòu)3.切割后形成各種粘性末端或平整末端，按其切割雙鏈的方式可分兩種：粘性末端和平整末端?！嫛拗菩詢?nèi)切酶錯(cuò)位切割DNA雙鏈而形成彼此互補(bǔ)的單鏈末端，稱為粘性末端（Cohesionends）。食品生物技術(shù)導(dǎo)論另一種是在同一位點(diǎn)平齊切割DNA兩條鏈而形成的雙鏈末端，稱為平整末端（Flushends）。如AluI的識(shí)別序列為：4.切割后形成異源二聚體四、限制性內(nèi)切酶識(shí)別序列及反應(yīng)系統(tǒng)限制性核酸內(nèi)切酶在雙鏈DNA上能夠識(shí)別的特殊核苷酸序列稱為識(shí)別序列。稀切酶（rarecutingenzymes），如表2-1所示，同裂酶（isoschizomer）如表2-2所示。同尾酶（isocaudamer），如表2-3所示。食品生物技術(shù)導(dǎo)論表2-1部分限制性內(nèi)切稀切酶[2]稀切酶切割位點(diǎn)數(shù)識(shí)別序列λAd2SV40ΦX174M13mp7PBr322T7TPAA.DFseIGGCCGGCCO30000001NotIGCGGCCGC070000000RsrIICGGWCCG520000110SfiIGGCCN5CCGG031000112SgrICrCCGGyG760001000SwaIATTT/AAAT011010101表2-2具有相同切割位點(diǎn)的同裂酶限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別序列及切割位點(diǎn)限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別序列及切割位點(diǎn)AatI，StuIAAGG/CCTBamHI，BstIG/GATCCAccII，F(xiàn)nuDII，MunI，ThaICG/CGBbnIII，ClaIBbuI，SphIAT/CGATGCATG/CAccIII，BspII，MroIT/CCGGABbrPI，PmaCICAC/GTGAcyI，AhaII，AnsII，BbiIIGr/CgyCBcnI，NciIBspRI，HaeIII，PatICC/sGGGG/CCAflI，AuaII，Eco471G/GwCCBstYI，MflI，XhoIIR/GATCyAflII，BfrIC/AATTGCcrI，PaeR71，XhoI，SexIC/TCGAGAhaIII，DraITTT/AAACelII，EspIGC/TnAGCAocI，Bsu361，Crnl,Eco811CC/TnAGGCfoI，HhaICfrI，EaeIGCG/CY/GGCCr食品生物技術(shù)導(dǎo)論AocII，BmyI，Bsp1286，NspII，SduIGdGCh/CDarII，EcoO1091EagI，EclXI，Eco521rG/GnnCCyC/GGCCGAosI，AuiII，PspITGC/GCAEcoT141，StyIC/CwwGGApaLI，SnoIG/TGCACEcoVIII，HindIIIA/AGCTTApyI，BstNI，MvaICC/wGGHapII，HpaII，MspIC/CGGAquI，AvaI，AvrI，NspIIIC/yCrGHincII，HindIIGty/rACAseI，AsnIAT/TAATKsPI，SacII，SstIICCGC/GGAsp7001，XmnIGAAnn/nnTTCNspHI，NsPIrCAtG/yAspHI，HgiAIGwGCw/GPvuI，XorIICGAT/CGAspI，Tth111GACn/nnGTCSacI，SstIGAGCT/CAspI，Cfr131，NspIV，Sau961G/GnCCTaqI，TthHB81XamI，XcyIT/CGAC/CCGGGAsuII，BstBI，NspV，SfuITT/CGAA表2-3部分限制性核酸內(nèi)切同尾酶[2]黏性末端限制性核酸內(nèi)切酶5′CATGAflIII，DsaI，NcoI，StyI，BspHI5′GATCSau3A，NdeII，BglII，XhoII，BamHI，MleI，BelI5′GGCCEclXI，EaeI5′CGCGMluI，AflIII，BssHII，DsaI5′CCGGCfr10，AgeI，XmaI，AvaI，MorI5′TCGASaeI，XhoI，AvaI5′GTACSap718，BanI，SphI5′CTAGSpeI，NheI，AvrII，StyI，XbaI5′CGMaeI，AcyI，HinPI，NarI，HpaII，MspI，TaqI，ClaI，AccI，SfuI5′TANdeI，MaeI，MseI，AsnICATG3′NlaIII，NspI，SphIAGCT3′SacI，BanII，BmyIGGCC3′ApaI，BanII，BmyI，AspHITGCA3′NsiI，AspHI，BmyI，PstIGCGC3′HaeII，BbeI食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、基因工程操作中的其他酶（一）、DNA連接酶（二）、DNA聚合酶I（三）、堿性磷酸酯酶（四）、T4多聚核核苷酸激酶（五）、S1核酸酶（六）、反向轉(zhuǎn)錄酶食品生物技術(shù)導(dǎo)論第三節(jié)目的基因制備原核生物基因的分離多采用前法，而真核細(xì)胞基因的分離則采用后兩種方法。一、生物學(xué)方法原核生物中常用鳥槍射擊法或滔彈散射法（shotguncloning）來(lái)克隆分離基因。此法優(yōu)點(diǎn)是：快速簡(jiǎn)便、產(chǎn)物純度高，是真正的天然基因，兼有外顯子和內(nèi)含子。另一種生物學(xué)方法是采用分子雜交手段。1973年，Shin和Martin用分子雜交技術(shù)分離目的基因獲得成功。食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、化學(xué)合成法化學(xué)合成一個(gè)循環(huán)有如下4個(gè)步驟：整個(gè)合成反應(yīng)歷程如圖2-3表示。圖2-3固定化亞磷酸三酯法合成寡聚核苷酸食品生物技術(shù)導(dǎo)論三、基因文庫(kù)法基因文庫(kù)（genelibrary）或稱為DNA文庫(kù)，它是指用克隆方法將一種生物全部基因組以重組體的方式長(zhǎng)期保持在適當(dāng)?shù)乃拗髦?。?dāng)需要重組體DNA某一片段時(shí)，便可以在此文庫(kù)中查找。基因文庫(kù)又稱為cDNA文庫(kù)[3][4]。cDNA文庫(kù)構(gòu)建的步驟：1.酶促合成法制取cDNA2.從組織或細(xì)胞中制備總RNA和mRNA3.合成cDNA第一條鏈?zhǔn)称飞锛夹g(shù)導(dǎo)論其反應(yīng)過(guò)程為圖2-5的所示。圖2-5合成cDNA第一鏈反應(yīng)過(guò)程食品生物技術(shù)導(dǎo)論4.cDNA第二條鏈的合成，其反應(yīng)歷程如圖2-6所示。圖2-6置換法合成cDNA反應(yīng)過(guò)程食品生物技術(shù)導(dǎo)論四、PCR擴(kuò)增法1985年，美國(guó)Cetus公司的Mullis等人開發(fā)成功的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerasechainreaction，PCR）技術(shù)，這一快速地?cái)U(kuò)增特異DNA片段系統(tǒng)在分子生物學(xué)領(lǐng)域中是一項(xiàng)重大的革新。其反應(yīng)歷程如圖2-7所示。圖2-7PCR擴(kuò)增技術(shù)基本原理食品生物技術(shù)導(dǎo)論第四節(jié)基因載體目前，在基因工程中應(yīng)用的基因載體主要是質(zhì)粒、病毒和噬菌體，它們都能擔(dān)當(dāng)無(wú)性繁殖載體。因?yàn)樗鼈兙献鳛檩d體應(yīng)具備的下列條件：（1）本身是一個(gè)復(fù)制子，能自我復(fù)制；（2）相對(duì)分子質(zhì)量較小，（3）能給宿主細(xì)胞（受體細(xì)胞）提供可選擇標(biāo)記（4）只有單一限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)一、質(zhì)粒質(zhì)粒（plasmid）存在于細(xì)菌、放線菌及酵母細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞質(zhì)中雙螺旋共價(jià)閉環(huán)的DNA（covalently,closedandcircularDNA,縮寫為cccDNA）。它能進(jìn)行獨(dú)立復(fù)制并保持恒定遺傳的復(fù)制子。食品生物技術(shù)導(dǎo)論（一）質(zhì)粒載體pBR322pBR322是目前應(yīng)用最廣泛的人工構(gòu)建的載體之一。如圖2-8所示[5]。用小寫英文字母P代表質(zhì)粒，BR表示該質(zhì)粒研究者Bolivar和Rogigerus，而322是具體研究編號(hào)。pBR322大小為4363bp，（1bp=1堿基對(duì)）含有2個(gè)抗生素抗性基因。pBR322質(zhì)粒具有抗菌素抗性基因，構(gòu)建的pBR325、pBR327如圖2-9、圖2-10所示。圖2-9pBR325衍生質(zhì)粒圖2-10pBR327衍生質(zhì)粒食品生物技術(shù)導(dǎo)論（二）質(zhì)粒載體PUCpUC質(zhì)粒是在pBR322的基礎(chǔ)上，在—未端加入一段多克隆位點(diǎn)（multiplecloningsites,MCS）的LacZ’基因。二、λ噬菌體噬菌體（Phage）是病毒的一種，形態(tài)微小，只能在電子顯微鏡下才能觀察到。三、M13噬菌體四、病毒食品生物技術(shù)導(dǎo)論第五節(jié)基因重組基因重組即將目的基因（或外源基因）與載體在體外結(jié)合構(gòu)建形成重組子。圖2-11DNA體外重組方式食品生物技術(shù)導(dǎo)論第六節(jié)轉(zhuǎn)化、增殖和表達(dá)一、轉(zhuǎn)化1、宿主細(xì)胞2、感受態(tài)3、擴(kuò)增檢篩R.K.Saiki和K.B.Mullis分別于1985年和1987年發(fā)展了一種“多聚酶鏈反應(yīng)（polymerasechainreaction,PCR）”。PCR技術(shù)操作步驟為：①反復(fù)將目的基因片段進(jìn)行熱變性處理，令其雙股鏈解開；②進(jìn)行反鏈雜交、退火、形成單鏈；③用TaqDNA多聚酶沿DNA鏈全程全成出兩股雙鏈DNA分子；④然后開始第二個(gè)反應(yīng)周期。食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、基因表達(dá)克隆DNA的最終目的是表達(dá)最終目的產(chǎn)物。因此，通過(guò)DNA重組技術(shù)使特定基因片段在受體細(xì)胞內(nèi)大量增殖，拷貝數(shù)目大大增加，就必須使特點(diǎn)基因進(jìn)一步轉(zhuǎn)錄、翻譯為相應(yīng)的蛋白質(zhì)（或酶），進(jìn)而獲得它們的代謝產(chǎn)物，這一過(guò)程稱為基因表達(dá)。第七節(jié)基因工程在食品工業(yè)中應(yīng)用一、轉(zhuǎn)基因微生物食品轉(zhuǎn)基因微生物菌株則稱為工程菌（engineeringstrain）。食品生物技術(shù)導(dǎo)論（一）應(yīng)用于提高食品產(chǎn)品的品質(zhì)第一個(gè)采用基因工程改造的食品微生物為面包酵母（saccharomycescerevisiae）。1991年，英國(guó)政府批準(zhǔn)通過(guò)了DNA重組面包酵母工程菌的商業(yè)化應(yīng)用[7]。在啤酒釀造中α一乙酰乳酸通過(guò)自發(fā)氧化作用形成雙乙酰，雙乙酰形成機(jī)理及其基因重組控制雙乙酰如圖2-12、圖2-13所示。圖2-12啤酒釀造中雙乙酰形成機(jī)理圖2-13啤酒酵母導(dǎo)入α-乙酰乳酸脫羧酶基因后雙乙酰酶促轉(zhuǎn)化食品生物技術(shù)導(dǎo)論（二）應(yīng)用于簡(jiǎn)化工藝，縮短生產(chǎn)周期近年來(lái)，在一個(gè)啤酒酵母菌株中表達(dá)了一個(gè)內(nèi)源性的PGUI基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個(gè)重組菌株能夠分泌有活性的內(nèi)聚半乳糖酸酶，可以大大縮短葡萄酒的過(guò)濾時(shí)間。（三）應(yīng)用于食品的抗菌和防腐保鮮現(xiàn)將工程菌在食品工業(yè)應(yīng)用較多的菌株如列表2-4所示。表2-4基因工程改良的微生物工程菌工程菌名稱改造的方式用途Lactobacillus修飾細(xì)菌素合成乳制品生產(chǎn)、無(wú)污染物質(zhì)生產(chǎn)Lactococcus修飾蛋白酶活性乳制品生產(chǎn)加速干酪熟化避免噬菌體感染提高菌種穩(wěn)定性修飾溶菌酶合成干酪生產(chǎn)，預(yù)防雜菌感染食品生物技術(shù)導(dǎo)論Saccharomyces葡聚糖酶基因?qū)奁【平湍钢斜磉_(dá)啤酒生產(chǎn)，縮短發(fā)酵時(shí)間Cerevisiae飾豌豆脂肪氧化酶增強(qiáng)面團(tuán)流變學(xué)物性及穩(wěn)定性SaccharomycesCarlsbergensis修飾來(lái)自Enterobacteraerogenes或Aceto-bacterpasteurianus的a-乙酸乳酸脫羧酶基因縮短釀造周期修飾來(lái)自Aspergieeusniger的葡萄糖淀粉酶基因應(yīng)用于淀粉降解和低熱量啤酒的生產(chǎn)修飾來(lái)自Schwanniomycesoccidentalis的淀粉酶和葡萄糖淀粉酶應(yīng)用于淀粉酒精和低熱量啤酒的生產(chǎn)葡聚糖酶應(yīng)用于葡聚糖降解和啤酒過(guò)濾澄清SaccharomycesCerevisiae-1,4-葡聚糖酶基因?qū)肫咸丫平湍钢斜磉_(dá)增加釀制酒的果香味萜類化合物形成（四）應(yīng)用于食品級(jí)酶制劑生產(chǎn)菌的改良凝乳酶（chymosin）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?，F(xiàn)將NovoNordisk、Gist-Brocades等公司采用基因工程改良霉菌種列于表2-5、表2-6、表2-7。食品生物技術(shù)導(dǎo)論表2-5丹麥NovoNordisk公司利用基因工程改良產(chǎn)酶微生物菌種[12]食品生物技術(shù)導(dǎo)論食品生物技術(shù)導(dǎo)論（5）應(yīng)用于生產(chǎn)保健食品的有效成分現(xiàn)在，可以采用轉(zhuǎn)基因手段，在動(dòng)、植物或其細(xì)胞中，得到基因表達(dá)而制造有益于人類健康的保健成分或有效因子。采用基因重組構(gòu)建軍一株高表達(dá)的單鏈蛋白2.5-DKG還原酶，以加速催化生成維生素C的前體2-KLG，便可有效地縮短生產(chǎn)維生素C的生產(chǎn)周期。超氧化物歧化酶（SOD）能有效消除氧自由基，Brehm等人將B·Stearothermophilus的Mn-SOD基因克隆入大腸桿菌中，其重組體Mn-SOD在大腸桿菌高效達(dá)，產(chǎn)生的SOD占可溶性蛋白49%。采用基因重組技術(shù)克隆破囊壺菌（Thraustochytriumroseum）DHA合成關(guān)鍵酶基因，進(jìn)而在酵母真核細(xì)胞中表達(dá)。Anammartet[14]克隆了畢氏酵母△9脂肪酸脫飽和酶基因及其調(diào)節(jié)機(jī)制。食品生物技術(shù)導(dǎo)論（6）應(yīng)用于食品微生物快速檢測(cè)隨著DNA分子檢測(cè)技術(shù)和PCR等技術(shù)的應(yīng)用，可使沙門氏菌、李斯特氏菌、致瀉性E.coli等食源性微生物的檢測(cè)已發(fā)展到一個(gè)新水平。二、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品是由轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)生的食物或利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物為原料生產(chǎn)的食品或食品添加劑。1985年，第一例轉(zhuǎn)基因家畜研制成功由于轉(zhuǎn)基因家禽及其生產(chǎn)的食品是人類較直接的食物，基因重組技術(shù)改進(jìn)牛奶成分如表2-8所示。食品生物技術(shù)導(dǎo)論表2-8基因重組技術(shù)改進(jìn)牛奶成分[18]食品生物技術(shù)導(dǎo)論三、轉(zhuǎn)基因植物食品所謂轉(zhuǎn)基因植物食品是指由轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)生的食物或利用轉(zhuǎn)基因植物為原料生產(chǎn)的食品或食品添加劑。1983年，世界上第一例轉(zhuǎn)基因植物即轉(zhuǎn)抗蟲基因的煙草問(wèn)世。1994年美國(guó)FDA批準(zhǔn)延熟保鮮的轉(zhuǎn)基因番茄上市。Ti質(zhì)粒是誘導(dǎo)植物腫瘤的質(zhì)粒。依據(jù)T區(qū)攜帶基因功能，可決定植物冠癭瘤的形成和控制冠癭堿的合成。Ti質(zhì)粒結(jié)構(gòu)中的可轉(zhuǎn)移DNA（T-DNA）復(fù)促進(jìn)Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)移至植物細(xì)胞Ch-DNA中。其基因重組和轉(zhuǎn)移過(guò)程如圖2-15所示。圖2-15利用Ti質(zhì)粒將外源基因轉(zhuǎn)導(dǎo)入植物組織示意圖[2]食品生物技術(shù)導(dǎo)論至目前為上，在歐洲根據(jù)相關(guān)法規(guī)（90/220EEC）已有10多種轉(zhuǎn)基因植物（作物）被批準(zhǔn)上市，如表2-9所示。在世界上有23個(gè)作物品系已準(zhǔn)許進(jìn)行種植和飼料使用，延遲成熟番茄（表2-10）以及改變脂肪含量的轉(zhuǎn)基因作物（如表2-11）也已在某些國(guó)家準(zhǔn)予種植。表2-9歐洲獲準(zhǔn)上市的轉(zhuǎn)基因作物及其產(chǎn)品[18]食品生物技術(shù)導(dǎo)論表2-10世界各地種植的延遲成熟番茄及其產(chǎn)品[18]注：MFA—改變脂肪酸含量（GmFad2-1為б-12-去飽和酶基因；BayTE為硫脂酶基因，源自海灣月桂樹Umbellaria

californica）；ABR—抗抗生素（bla為氨芐青霉素耐藥性基因，nptⅡ卡那霉素耐藥性基因）；RP—報(bào)告基因（gus為β-葡糖醛酸酶基因）。食品生物技術(shù)導(dǎo)論目前，我國(guó)獲得安全證書的轉(zhuǎn)基因作物（如表2-12）和已發(fā)放安全證書的進(jìn)口轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品見表2-13。表2-12我國(guó)獲得安全證書的轉(zhuǎn)基因作物[19]食品生物技術(shù)導(dǎo)論食品生物技術(shù)導(dǎo)論食品生物技術(shù)導(dǎo)論表2-13我國(guó)已發(fā)放安全證書的進(jìn)口轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品[19]食品生物技術(shù)導(dǎo)論四、食品與基因工程產(chǎn)業(yè)化工程菌皺胃酶應(yīng)用于干酪生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化干酪是用皺胃酶或胃蛋白酶將原料乳凝聚，然后將凝塊進(jìn)行加工、成型或發(fā)酵成熟而制成的富有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的乳制品干酪（cheese）。（一）干酪制造工藝流程食品生物技術(shù)導(dǎo)論第八節(jié)后基因組學(xué)及其應(yīng)用研究一、后基因組學(xué)涵義所謂后基因組學(xué)（post-genomics）是指包括基因組學(xué)（genomis）、蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）、代謝組學(xué)（metabotomics）和生物信息學(xué)（bio-informatics）等主要內(nèi)容。二、后基因組學(xué)的應(yīng)用研究1.腫瘤及癌癥的發(fā)生均與細(xì)胞中染色體DNA結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)。2.全面探索食品營(yíng)養(yǎng)功能[21][22]3.利用哺乳動(dòng)物及禽畜作為“生物工廠”提供人類優(yōu)質(zhì)食品食品生物技術(shù)導(dǎo)論課程論文：基因工程與食品1、概念清晰2、基因工程研究?jī)?nèi)容和作用3、基因工程在食品中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)方面。4、你對(duì)基因工程的認(rèn)識(shí)食品生物技術(shù)導(dǎo)論第三章食品與蛋白質(zhì)工程第一節(jié)概述第二節(jié)理性分子設(shè)計(jì)和定位突變技術(shù)第三節(jié)體外定向進(jìn)化第四節(jié)融合蛋白技術(shù)第五節(jié)食物蛋白質(zhì)改性技術(shù)食品生物技術(shù)導(dǎo)論第一節(jié)概述一、蛋白質(zhì)工程的涵義蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其功能關(guān)系為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾、蛋白質(zhì)修飾等分子設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)存蛋白質(zhì)加以改造，組建新型蛋白質(zhì)的現(xiàn)代生物技術(shù)。理性設(shè)計(jì)是在蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修飾改造，但是，產(chǎn)生一個(gè)結(jié)構(gòu)確定、具有新功能特性蛋白質(zhì)并不容易，無(wú)法滿足對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行分子改良的要求。食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、理性分子設(shè)計(jì)和非理性分子設(shè)計(jì)所謂非理性設(shè)計(jì)或定向進(jìn)化就是在不清楚蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)信息和作用機(jī)制的情況下，在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬自然進(jìn)化的過(guò)程（隨機(jī)突變、重組和選擇），在一定條件下使基因發(fā)生大量變異，然后通過(guò)多輪高通量的篩選方法定向選擇出所需要的特性突變物，在較短時(shí)間內(nèi)完成漫長(zhǎng)的自然進(jìn)化過(guò)程，得到具有特性預(yù)期的新蛋白質(zhì)的一種蛋白質(zhì)工程技術(shù)。非理性設(shè)計(jì)的主要技術(shù)包括定向進(jìn)化(directedevolution)、DNA改組(geneshuffling)及融合蛋白(fusionsofproteins)技術(shù)等。食品生物技術(shù)導(dǎo)論三、蛋白質(zhì)工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用蛋白質(zhì)工程在食品工業(yè)中應(yīng)用主要集中在食品工業(yè)專用酶制劑的改造方面。通過(guò)酶結(jié)構(gòu)或局部構(gòu)象的調(diào)整和改造，可大大提高食品專用酶制劑的耐高溫、抗氧化能力，增加酶的穩(wěn)定性和適用pH范圍，從而獲得性質(zhì)更穩(wěn)定、作用效率更高的酶。第二節(jié)理性分子設(shè)計(jì)和定位突變技術(shù)一、蛋白質(zhì)理性分子設(shè)計(jì)的基本步驟基于天然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的理性分子設(shè)計(jì)過(guò)程基本分為以下步驟，如圖3-1所示。表3-1列出了蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的目標(biāo)及解決辦法食品生物技術(shù)導(dǎo)論蛋白質(zhì)幾何優(yōu)化結(jié)構(gòu)比對(duì)分析天然蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)晶體學(xué)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系突變體設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)合成定位突變從數(shù)據(jù)庫(kù)輸入分離純化與表征新蛋白質(zhì)圖3-1蛋白質(zhì)理性分子設(shè)計(jì)流程圖食品生物技術(shù)導(dǎo)論表3-1蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的目標(biāo)及解決辦法食品生物技術(shù)導(dǎo)論表3-2列出了目前蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)所涉及的計(jì)算工具及軟件。表3-2蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)的技術(shù)工具及網(wǎng)址食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、定位突變定位突變是在已知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)上，在已知DNA序列中取代、插入或刪除特定的核苷酸，從而產(chǎn)生具有新性狀的的突變蛋白質(zhì)（酶）分子的一種蛋白質(zhì)工程技術(shù)，表3-3列出了部分應(yīng)用定位突變技術(shù)取得成效的工業(yè)酶制劑。表3-3部分應(yīng)用定位突變技術(shù)取得成效的工業(yè)酶制劑食品生物技術(shù)導(dǎo)論（一）寡核苷酸引物介導(dǎo)的定位突變寡核苷酸引物介導(dǎo)的定位突變的原理是用含有突變堿基的寡核苷酸片段作引物，在聚合酶的作用下啟動(dòng)DNA分子進(jìn)行復(fù)制。主要的過(guò)程見圖3-2)：詳細(xì)步驟：

圖3-2寡核苷酸介導(dǎo)的定位突變方法食品生物技術(shù)導(dǎo)論（二）聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）介導(dǎo)的定位突變法，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）介導(dǎo)的定位突變法是重組PCR(recombinmentPCR)的一種，見圖3-3。PCR介導(dǎo)的定位突變法優(yōu)點(diǎn)是操作較簡(jiǎn)單，突變的成功率可達(dá)100%。（三）盒式突變，盒式突變（cassettemutagenesis）也稱片段取代法（DNAfragmentreplacement），是一種區(qū)域性定位突變方法。圖3-3PCR介導(dǎo)的定位突變方法食品生物技術(shù)導(dǎo)論三、定位突變技術(shù)在酶結(jié)構(gòu)改造中的應(yīng)用（一）淀粉酶，通過(guò)定位突變技術(shù)得到了一種α-淀粉酶的雙突變體A209V/H133T，該突變酶在90℃時(shí)的半衰期比正常酶增加了9倍。（二）蛋白酶，在枯草桿菌蛋白酶的活性位點(diǎn)內(nèi)有一個(gè)Met殘基，利用定位誘變用Cys代替Met可以增加枯草桿菌蛋白酶的活性。（三）脂肪酶，Yamaguchi等采用定位突變將Cys二硫鍵引入Humicolalanuginsa脂肪酶，使突變體的熱穩(wěn)定性提高了12℃，酶的最適溫度提高了10℃。Kampen等研究了Staphylococcushyicus脂肪酶的突變體對(duì)底物專一性的影響，發(fā)現(xiàn)將356位的Ser用Val替換，其脂酶活性降低了12倍。利用定位突變的方法將Trichodermareesei堿性纖維素酶的Glu137、Asn179和Asp194突變?yōu)長(zhǎng)ys，其熱穩(wěn)定性得到了提高。食品生物技術(shù)導(dǎo)論第三節(jié)體外定向進(jìn)化一、蛋白質(zhì)的體外定向進(jìn)化定向進(jìn)化與定位突變的不同點(diǎn)是它不需要已知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，所以該技術(shù)又稱為非理性設(shè)計(jì)。DNA體外進(jìn)化的模式見圖3-4。靶基因隨機(jī)DNA片段創(chuàng)造基因多樣性（隨機(jī)誘變和體外重組）基因產(chǎn)物分析選擇高通量篩選體外體內(nèi)數(shù)據(jù)分析（收集并確認(rèn)陽(yáng)性克?。┠繕?biāo)產(chǎn)物進(jìn)一步定向進(jìn)化隨機(jī)片段化重組PCR圖3-4DNA體外進(jìn)化模式圖食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、DNA改組DNA改組(DNAShuffling)又稱DNA“洗牌”，是DNA體外同源重組的一種重組PCR技術(shù)。見圖3-5。DNA改組技術(shù)已廣泛用于改進(jìn)和創(chuàng)制新酶一些特性，在提高酶的活性、熱穩(wěn)定性、底物特異性、對(duì)映體的選擇性及可溶性表達(dá)和表達(dá)水平等方面都已取得了不少成功結(jié)果。三、容錯(cuò)PCR容錯(cuò)PCR是指在利用Taq聚合酶進(jìn)行目的基因的PCR擴(kuò)增的同時(shí)引入堿基錯(cuò)配，導(dǎo)致目的基因隨機(jī)突變的一種DNA體外進(jìn)化技術(shù)。四、定向進(jìn)化技術(shù)在酶制劑改造中的應(yīng)用運(yùn)用定向進(jìn)化技術(shù)對(duì)現(xiàn)有酶制劑進(jìn)行改良，已獲得了許多滿意的結(jié)果。表3-4列出了通過(guò)定向進(jìn)化技術(shù)研究獲得成功的一些酶制劑。食品生物技術(shù)導(dǎo)論表3-4應(yīng)用定向進(jìn)化技術(shù)研究的生物酶制劑食品生物技術(shù)導(dǎo)論第四節(jié)融合蛋白技術(shù)一、融合蛋白概念和用途融合蛋白(fusionofproteins)技術(shù)是另一項(xiàng)蛋白質(zhì)工程技術(shù)。該技術(shù)是有目的地把兩段或多段編碼功能蛋白的基因編碼區(qū)首尾連接在一起，由同一調(diào)控序列控制所構(gòu)成的基因表達(dá)產(chǎn)物，進(jìn)而表達(dá)所需蛋白。利用基因融合表達(dá)外源蛋白主要有以下用途：其一，融合蛋白技術(shù)的出現(xiàn)為解決在大腸桿菌等原核生物中表達(dá)出具有生物活性、折疊正確的重組蛋白提供了可能。其二，外源基因與宿主本身的蛋白的部分序列構(gòu)成融合基因。其三，融合蛋白技術(shù)的出現(xiàn)為研究出更多、更好的基因工程靶向藥物提供了方便。食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、融合蛋白技術(shù)的方法（一）PCR介導(dǎo)的蛋白質(zhì)分子嵌合體形成，融合蛋白技術(shù)是利用DNA連接酶，將把兩段或多段編碼功能蛋白的基因編碼區(qū)首尾連接在一起，由同一調(diào)控序列控制構(gòu)成的基因表達(dá)產(chǎn)物，進(jìn)而表達(dá)所需蛋白，利用重組PCR方法（見圖3-3）。（二）內(nèi)含子介導(dǎo)的蛋白質(zhì)分子嵌合體形成，內(nèi)含子介導(dǎo)的蛋白質(zhì)分子嵌合體形成已經(jīng)發(fā)展成蛋白質(zhì)工程研究的通用方法。方法見圖3-6。該方法的原理是：將目標(biāo)蛋白質(zhì)用pCYB(bioLabs)作為表達(dá)載體進(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生目標(biāo)蛋白，即蛋白內(nèi)含子/甲殼素結(jié)合蛋白，圖3-6內(nèi)含子介導(dǎo)蛋白質(zhì)分子嵌合體形成食品生物技術(shù)導(dǎo)論三、融合蛋白技術(shù)的應(yīng)用（一）雙功能酶(多功能酶)對(duì)于催化連續(xù)反應(yīng)的兩種或幾種酶，可以利用基因融合的方法構(gòu)成的融合蛋白，以催化連續(xù)的反應(yīng)，將產(chǎn)生相互增效的協(xié)同效應(yīng)。例如將-半乳糖苷酶和半乳糖脫氫酶組成融合蛋白，在一定條件下，融合蛋白偶聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生NADH的速度是同時(shí)加入這兩種單酶的反應(yīng)速度的兩倍以上，同時(shí)反應(yīng)時(shí)間縮短了近四倍。（二）靶向藥物靶向藥物的“生物彈頭”常以綠膿桿菌外毒素和白喉毒素最多。國(guó)內(nèi)外已成功構(gòu)建了許多這類的融合蛋白，并在研究中顯示了較好的療效。（三）抗菌肽以融合的形式將抗菌肽B(CecropinB)和人溶菌酶(hLyso)連接至高效的大腸桿菌表達(dá)載體上可以得到具有更高活性的抗菌和抗病毒的重組蛋白。食品生物技術(shù)導(dǎo)論第五節(jié)食物蛋白質(zhì)改性技術(shù)一、蛋白質(zhì)的功能特性

蛋白質(zhì)的功能特性（functionality）是指蛋白質(zhì)賦予食品體系的系列物理化學(xué)性質(zhì)。不同的食品體系對(duì)食物蛋白的功能特性要求不同。(1)水合特性，也稱水動(dòng)力學(xué)特性（hydrodynamicproperties)，包括溶解性、分散性、持水性、溶脹性、增稠性、潤(rùn)濕性及脫水收縮作用等；(2)乳化特性，也稱表面相關(guān)特性（surface-relatedproperties），包括乳化性、發(fā)泡性、持水及持油性；(3)流變和質(zhì)構(gòu)性能，包括膠凝性、粘附性、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等。見表3-5。食品生物技術(shù)導(dǎo)論表3-5食品體系的蛋白質(zhì)所具有的功能特性二、食物蛋白的改性（一）化學(xué)改性，見表3-6食品生物技術(shù)導(dǎo)論表3-6蛋白質(zhì)化學(xué)改性與功能效果（二）酶法水解改性

食物蛋白的深度酶解，可產(chǎn)生具有一定生理活性的生物活性肽（bioactivepeptides）。蛋白肽具有許多優(yōu)良的加工特性和生理活性功能。

（三）酶法聚合改性食品生物技術(shù)導(dǎo)論MTGase是一種能催化多肽或蛋白質(zhì)的谷氨酰胺殘基的γ-羥胺基團(tuán)與伯胺化合物酰基受體之間的?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的酶，通過(guò)該反應(yīng)可共價(jià)導(dǎo)入蛋白質(zhì)、氨基酸、多肽至同種或異種蛋白，或?qū)被穷?、磷脂?dǎo)入蛋白質(zhì)形成多相共軛蛋白質(zhì)(conjugatedproteins)，如圖3-7所示。圖3-7轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(TGase)催化的反應(yīng)a)?；霓D(zhuǎn)移反應(yīng)；(b)蛋白或多肽的Gln和Lys之間的交聯(lián)反應(yīng)；(c)脫胺反應(yīng)食品生物技術(shù)導(dǎo)論更重要的是MTGase可在同種或異種蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間形成-(-Glu)-Lys鍵橋，形成同質(zhì)(homologous)和異質(zhì)(heterologous)的蛋白生物高聚物(biopolymer)，此反應(yīng)能顯著改變蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)。（四）物理改性高靜壓處理技術(shù)是通過(guò)500～1,000MPa高壓處理食品基料和產(chǎn)品，用于食品殺菌和修飾改性的一種現(xiàn)代食品加工技術(shù)。食品生物技術(shù)導(dǎo)論第四章食品與酶工程第一節(jié)酶工程的發(fā)展概況第二節(jié)酶的制備與發(fā)酵生產(chǎn)第三節(jié)酶的分子修飾第四節(jié)酶的非水相催化第五節(jié)酶的固定化第六節(jié)酶工程在食品工業(yè)中應(yīng)用食品生物技術(shù)導(dǎo)論酶的生產(chǎn)及其在生物反應(yīng)器中進(jìn)行催化應(yīng)用技術(shù)過(guò)程稱為酶工程（enzymeengineering）第一節(jié)酶工程的發(fā)展概況直到20世紀(jì)60年代，固定化技術(shù)迅速發(fā)展，標(biāo)志著酶工程產(chǎn)業(yè)化新的開端。1969年，日本千煙一郎首次在工業(yè)上應(yīng)用固定化氨基?；笍腄L-氨基酸生產(chǎn)L-氨基酸。70年代后期，出現(xiàn)了固定化細(xì)胞（固定化活細(xì)胞或固定化增殖細(xì)胞）技術(shù)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，酶分子修飾技術(shù)發(fā)展很快，修飾方法主要有：酶分子主鏈修飾、酶分子側(cè)鏈修飾、酶分子組成單位置換修飾、酶分子中金屬離子置換和物理修飾等。食品生物技術(shù)導(dǎo)論第二節(jié)酶的制備與發(fā)酵生產(chǎn)一、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶（一）植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶目前通過(guò)植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)的酶如表4-1。1.植物細(xì)胞的特性在動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)中，存在與微生物發(fā)酵顯著不同的地方，應(yīng)予以重視。這是由于動(dòng)植物細(xì)胞和微生物細(xì)胞特性不同造成的。它們的不同特性如表4-2所示。2.植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶的工藝流程外植體→細(xì)胞獲取→細(xì)胞培養(yǎng)→分離純化→產(chǎn)物3.植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶的工藝條件控制食品生物技術(shù)導(dǎo)論表4-1植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶表4-2微生物、植物和動(dòng)植細(xì)胞的特性比較食品生物技術(shù)導(dǎo)論（1）培養(yǎng)基植物細(xì)胞常用培養(yǎng)基有MS、B5、White和KM-8P培養(yǎng)基。（2）溫度和pH值溫度一般控制在室溫范圍（25℃左右）。植物細(xì)胞pH值一般控制在微酸性范圍，即pH5～6，培養(yǎng)基配置時(shí)，pH值控制在5.5左右。（3）溶氧量溶解氧的供給一般要通過(guò)通風(fēng)和攪拌。（4）光照（5）前體和刺激劑的添加食品生物技術(shù)導(dǎo)論（二）動(dòng)物細(xì)胞產(chǎn)酶動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是以20世紀(jì)50年代開始的病毒疫苗細(xì)胞培養(yǎng)為基礎(chǔ)，20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。1．動(dòng)物細(xì)胞的特性（1）動(dòng)物細(xì)胞與微生物細(xì)胞和植物細(xì)胞的最大區(qū)別在于沒(méi)有細(xì)胞壁，適應(yīng)環(huán)境的能力差。（2）動(dòng)物細(xì)胞的體積比微生物細(xì)胞大幾十倍，比植物細(xì)胞稍小。（3）動(dòng)物細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)要求比微生物細(xì)胞和植物細(xì)胞都復(fù)雜得多。（4）大部分動(dòng)物細(xì)胞在肌體內(nèi)相互粘連以集群形式存在，在細(xì)胞培養(yǎng)中大部分細(xì)胞具有群體效應(yīng)、錨地依賴性接觸抑制性以及功能全能性。（5）動(dòng)物細(xì)胞的生長(zhǎng)較慢，細(xì)胞倍增時(shí)間為15～100h，而且原代細(xì)胞繼代培養(yǎng)50代后，即會(huì)退化死亡，需要重新分離細(xì)胞。食品生物技術(shù)導(dǎo)論2、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的方式動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)方法可分成兩大類，一類是來(lái)自血液、淋巴組織的細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和雜交瘤細(xì)胞等，可以采用懸浮培養(yǎng)；另一類細(xì)胞來(lái)自于動(dòng)物復(fù)雜的器官，具有錨地依賴性，即與其周圍的細(xì)胞互相依存，有所謂“定位依存”關(guān)系。3、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶的工藝條件的控制（1）培養(yǎng)基動(dòng)物培養(yǎng)基的組分比較復(fù)雜，包括氨基酸、維生素、無(wú)機(jī)鹽、葡萄糖、激素、生長(zhǎng)因子等。（2）溫度不同種類的動(dòng)物細(xì)胞對(duì)溫度要求不同，（3）pH值動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的pH值一般控制在微堿性范圍內(nèi)（4）滲透壓動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液中滲透壓應(yīng)當(dāng)與細(xì)胞內(nèi)的滲透壓處于等滲狀態(tài)（5）溶氧量溶氧量對(duì)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)至關(guān)重要。供氧不足時(shí)，細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制；氧氣過(guò)量時(shí)，又會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害。食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、微生物發(fā)酵產(chǎn)酶微生物發(fā)酵產(chǎn)酶是工業(yè)生產(chǎn)酶中最主要的方法。（一）常用的產(chǎn)酶微生物產(chǎn)酶微生物包括細(xì)菌、放線菌、霉菌和酵母菌等。下面將常用的產(chǎn)酶微生物的特點(diǎn)和應(yīng)用以表4-3表示。表4-3常用產(chǎn)酶微生物特點(diǎn)及應(yīng)用[1]食品生物技術(shù)導(dǎo)論食品生物技術(shù)導(dǎo)論食品生物技術(shù)導(dǎo)論圖4-1枯草桿菌生產(chǎn)中性蛋白酶的工藝流程圖[12]食品生物技術(shù)導(dǎo)論（二）微生物產(chǎn)酶的典型生產(chǎn)工藝流程圖4-2微生物胞內(nèi)酶生產(chǎn)工藝流程[12]食品生物技術(shù)導(dǎo)論（三）發(fā)酵產(chǎn)酶工藝條件以及控制1、培養(yǎng)基（1）碳源不同微生物對(duì)碳源的利用有所不同，因而根據(jù)細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)需求而選擇碳源。（2）氮源在微生物細(xì)胞中，一般異養(yǎng)型細(xì)胞要求有機(jī)氮源，自養(yǎng)型細(xì)胞則要求無(wú)機(jī)氮源。（3）無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽的主要作用是提供細(xì)胞生命活動(dòng)不可缺少的無(wú)機(jī)元素，并對(duì)培養(yǎng)基的pH值、氧化還原電位和滲透壓起調(diào)節(jié)作用。（4）生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因素是指細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖所必須的微量有機(jī)化合物。2、pH值pH值調(diào)節(jié)方法可以采取改變培養(yǎng)基的組分或其比例，必要時(shí)可使用緩沖溶液，或添加適宜的酸、堿溶液，以調(diào)節(jié)控制培養(yǎng)基中pH值的變化。３、溫度必須經(jīng)常及時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使培養(yǎng)基的溫度維持在適宜的范圍內(nèi)。食品生物技術(shù)導(dǎo)論4、溶氧量溶氧量對(duì)于提高產(chǎn)酶量有重要作用。一般是無(wú)菌空氣通入發(fā)酵容器。調(diào)節(jié)溶氧量的主要方法是調(diào)節(jié)通氣量、調(diào)節(jié)氧分壓、攪拌轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)氣液接觸時(shí)間、調(diào)節(jié)氣液接觸面積和改變培養(yǎng)液的性質(zhì)等。（四）提高酶產(chǎn)量的措施1、添加誘導(dǎo)物2、控制阻遏物濃度3、添加表面活性劑4、添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑第三節(jié)酶的分子修飾通過(guò)各種方法改變酶分子的結(jié)構(gòu)，從而使酶的某些特性和功能發(fā)生改變的技術(shù)稱為酶分子修飾（molecularmodificationofenzyme）。食品生物技術(shù)導(dǎo)論一、酶的化學(xué)修飾（一）大分子結(jié)合修飾如超氧化物歧化酶（SOD）,經(jīng)過(guò)大分子結(jié)合修飾后，其穩(wěn)定性顯著提高，半衰期延長(zhǎng)70～350倍（見表4-4）表4-4天然及經(jīng)修飾的SOD在人血漿中的半衰期（二）肽鏈有限水解修飾肽鏈有限水解既可保持酶活力，又可降低其抗原性，對(duì)酶蛋白的應(yīng)用極為有用。（三）側(cè)鏈基團(tuán)修飾食品生物技術(shù)導(dǎo)論（四）分子內(nèi)或分子間交聯(lián)（五）氨基酸置換修飾（六）金屬離子置換修飾二、酶的物理修飾在物理因素作用下，次級(jí)鍵發(fā)生某些改變和重排，使酶分子的空間構(gòu)象發(fā)生某些改變。第四節(jié)酶的非水相催化一、非水相介質(zhì)中酶催化反應(yīng)特性20世紀(jì)80年代中期美國(guó)科學(xué)家Klibanov等人開創(chuàng)性的研究表明，許多酶在非水相中不僅不失活，而且在某些情況下其催化活力與水相中相當(dāng)，從而奠基了非水相酶學(xué)的基礎(chǔ)。食品生物技術(shù)導(dǎo)論（三）非水介質(zhì)中酶催化的特性（1）熱穩(wěn)定性許多酶在有機(jī)介質(zhì)中比在水溶液中具有更高的熱穩(wěn)定性。（2）改變底物的專一性在有機(jī)介質(zhì)中，由于酶分子活性中心的結(jié)合部位與底物之間的結(jié)合狀態(tài)發(fā)生某些變化，致使酶的底物特異性發(fā)生改變。（3）產(chǎn)生新的酶促反應(yīng)在有機(jī)介質(zhì)中酶可催化一些在水溶液中本不可以進(jìn)行的反應(yīng)（4）pH記憶在有機(jī)介質(zhì)中，酶所處的pH環(huán)境與酶在凍干與吸附到載體上之前所使用的緩沖液pH值相同，這種現(xiàn)象稱為pH記憶。食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、有機(jī)介質(zhì)中酶催化反應(yīng)條件及其控制（一）有機(jī)介質(zhì)反應(yīng)體系常見有機(jī)介質(zhì)反應(yīng)體系包括以下幾種：（1）微水介質(zhì)體系微水介質(zhì)體系是由有機(jī)溶劑和微量的水組成的反應(yīng)體系，（2）反膠束體系反膠束是指在大量與水不相混溶的有機(jī)溶劑中，含有少量的水溶液，加入表面活性劑后形成的油包水的微小液滴。（3）與水溶性有機(jī)溶劑組成的均一體系（4）與水不溶性有機(jī)溶劑組成的兩相或多相體系（二）有機(jī)介質(zhì)中酶催化反應(yīng)條件及控制（1）酶的選擇（2）水含量的控制（3）有機(jī)溶劑的選擇（4）底物的選擇和濃度控制（5）pH值的控制（6）溫度的控制食品生物技術(shù)導(dǎo)論第五節(jié)酶的固定化一、固定化酶制備方法（一）吸附法（1）物理吸附法（2）離子吸附法（二）包埋法1、凝膠包埋法2、半透膜包埋法（三）共價(jià)鍵結(jié)合法（四）交聯(lián)法上述各種固定化方法各其優(yōu)缺點(diǎn)（表4-5所示）。食品生物技術(shù)導(dǎo)論表4-5各種固定化方法的比較二、固定化酶的性質(zhì)與特點(diǎn)（一）固定化酶的形狀固定化酶的形狀依不同用途有顆粒、線條、薄膜和酶管等。顆粒狀占絕大多數(shù)食品生物技術(shù)導(dǎo)論（二）酶活力酶經(jīng)固定化后，其活力往往會(huì)下降。（三）固定化酶的穩(wěn)定性固定化酶的穩(wěn)定性一般都比游離酶提高得多，同時(shí)，提高其有效壽命，這對(duì)工業(yè)生產(chǎn)是有利的。（1）熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性對(duì)酶工業(yè)應(yīng)用是很重要的。（2）對(duì)蛋白酶的穩(wěn)定性游離酶經(jīng)過(guò)固定化后，它對(duì)蛋白酶的抵抗力提高了。（3）操作穩(wěn)定性固定化酶在操作中可以長(zhǎng)時(shí)間保留活力，半衰期在一個(gè)月以上即有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。不同固定化酶的操作穩(wěn)定性比較見表4-6。食品生物技術(shù)導(dǎo)論表4-6不同固定化酶的操作穩(wěn)定性比較固定化酶操作穩(wěn)定性在應(yīng)用中是一個(gè)關(guān)鍵因素，其操作穩(wěn)定性通常以半衰期表示，其含義是指固定化酶活力下降為初活力一半所經(jīng)歷的連續(xù)工作時(shí)間。其半衰期可用下式表示：食品生物技術(shù)導(dǎo)論其中KD為衰減常數(shù)，是在時(shí)間t后，酶活力的殘留分?jǐn)?shù)（4）儲(chǔ)藏穩(wěn)定性大部分酶經(jīng)固定化后，其儲(chǔ)藏穩(wěn)定性增強(qiáng)。（四）固定化酶的催化特性（1）底物專一性（2）最適溫度①載體性質(zhì)對(duì)最適pH值的影響②產(chǎn)物性質(zhì)對(duì)最適pH值的影響（4）米氏常數(shù)Km（5）最大反應(yīng)速度Vmax食品生物技術(shù)導(dǎo)論第六節(jié)酶工程在食品工業(yè)中應(yīng)用一、淀粉水解酶類的特性及其應(yīng)用（一）淀粉酶類淀粉酶類屬水解酶中一大類，此類酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、異淀粉酶等。1.α-淀粉酶（α-amylase）

α-淀粉酶（1,4-α-D-glucanglucanohydrolase，EC.1）廣泛應(yīng)用于淀粉質(zhì)原料制造葡萄糖、高濃度麥芽糖漿及高果糖漿等淀粉糖的工業(yè)生產(chǎn)。（2）淀粉酶的來(lái)源及性質(zhì)不同來(lái)源的α-淀粉酶性質(zhì)差異較大，如表4-7所示。食品生物技術(shù)導(dǎo)論表4-7各種α-淀酚酶的性質(zhì)各種耐熱性的α-淀粉酶特性見表4-8。表4-8各種耐熱性α-淀粉酶的特性[1]食品生物技術(shù)導(dǎo)論２．β-淀粉酶(β-amylase)β-淀粉酶（1,4-α-D-glucanmaltohydro1ase，EC）作用于淀粉分子，常見的植物β-淀粉酶的性質(zhì)如表4-9所示。表4-9植物β-淀粉酶的性質(zhì)不同來(lái)源的β-淀粉酶性質(zhì)比較如表4-10。食品生物技術(shù)導(dǎo)論表4-10不同來(lái)源的β-淀粉酶性質(zhì)比較食品生物技術(shù)導(dǎo)論３．葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶（α-D-glucosideglucohydrolase，EC）對(duì)淀粉的水解作用也是從淀粉分子非還原端開始，依次水解一個(gè)葡萄糖分子，能將淀粉分子降解生成葡萄糖，又稱為糖化酶(saccharogenicamylase)表4-11黑曲霉葡萄糖淀粉酶水解雙糖的速度食品生物技術(shù)導(dǎo)論４．脫支酶（debranchingenzymes，EC）脫支酶對(duì)支鏈淀粉、糖原等分支酶的α-1,6糖苷鍵有專一性。各種微生物脫支酶的性質(zhì)見表4-12。表4-12微生物脫支酶的性質(zhì)食品生物技術(shù)導(dǎo)論二、酶法生產(chǎn)淀粉糖的產(chǎn)業(yè)化（一）雙酶法生產(chǎn)葡萄糖雙酶法一次結(jié)晶生產(chǎn)注射葡萄糖工藝是可行的。以玉米淀粉乳為原料，采用а-淀粉酶和糖化酶的雙酶法生產(chǎn)淀粉葡萄糖漿的生產(chǎn)工藝流程為圖4-4所示。圖4-4雙酶法制糖工藝流程圖1.調(diào)漿配料槽2.8—過(guò)濾器3.9、14、17—泵4.—噴射加熱器5.緩沖器6.—液化層流罐7.—液化液貯槽11—滅酶罐12—板式換熱器13—糖化罐15—壓濾機(jī)16—糖化暫貯槽18—貯糖槽食品生物技術(shù)導(dǎo)論（二）酶法生產(chǎn)啤酒專用糖漿的產(chǎn)業(yè)化根據(jù)啤酒專用糖漿研究開發(fā)情況，可包括大麥糖漿、營(yíng)養(yǎng)型麥芽糖漿和功能性糖漿三大類；（1）大麥糖漿以大麥和麥芽為原料，經(jīng)高溫а—淀粉酶液化和復(fù)合糖化酶糖化。其生產(chǎn)工藝流程：食品生物技術(shù)導(dǎo)論（3）功能性糖漿目前用于啤酒生產(chǎn)的功能性糖漿主要為低聚異麥芽糖漿，其生產(chǎn)工藝流程如下：（三）酶法生產(chǎn)果葡糖漿產(chǎn)業(yè)化果葡糖漿的生產(chǎn)工藝如圖4-4，主要有以下幾個(gè)步驟：食品生物技術(shù)導(dǎo)論（四）酶法生產(chǎn)超高麥芽糖漿的產(chǎn)業(yè)化麥芽糖純度高達(dá)75%~85%以上的麥芽糖漿稱為超高麥芽糖漿，各種麥芽糖漿的主要組成成分如表4-13所示。表4-13各種麥芽糖漿的主要組成成分食品生物技術(shù)導(dǎo)論麥芽糖是由兩分子葡萄糖通過(guò)α-l,4-糖苷鍵構(gòu)成的雙糖，其甜度僅為蔗糖的30%~40%，入口不留后味，具有良好防腐性和熱穩(wěn)定性，吸濕性低、并且由于不參與胰島素調(diào)節(jié)的糖代謝，具有特殊生理功能，在食品和醫(yī)藥工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。圖4-5全酶法生產(chǎn)超高麥芽糖漿典型工藝１．液化２．糖化（１）利用糖化型淀粉酶糖化食品生物技術(shù)導(dǎo)論表4-14幾種鏈霉菌酶的性質(zhì)（2）雙酶糖化法雙酶糖化法是指利用β-淀粉酶和脫支酶協(xié)同作用進(jìn)行糖化。3．利用超高麥芽糖漿生產(chǎn)結(jié)晶麥芽糖（1）吸附分離法①活性炭柱精制法②陰離子交換樹脂法（2）有機(jī)溶劑沉淀法（3）膜分離法超濾、反滲透均可以分離麥芽糖，得到96%以上純度的麥芽糖。（4）結(jié)晶法食品生物技術(shù)導(dǎo)論三、酶法生產(chǎn)功能低聚糖的產(chǎn)業(yè)化低聚糖(oligosaccharide)是指2~10個(gè)單糖單位通過(guò)糖苷鍵聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成直鏈或分支鏈的一類寡糖的總稱。功能性低聚糖生產(chǎn)過(guò)程一般包括酶的發(fā)酵生產(chǎn)、低聚糖的酶法合成、分離精制等三個(gè)關(guān)鍵步驟。（一）低聚果糖酶法轉(zhuǎn)化1、低聚果糖的構(gòu)成及酶法合成原理低聚果糖（fructooligosaccharides）又稱為蔗果寡糖（fructosylsucrose），分子間果糖的轉(zhuǎn)移反應(yīng)分兩步進(jìn)行，見圖4-6。圖4-6分子間果糖轉(zhuǎn)移反應(yīng)的兩步機(jī)理注：Fru-OR：蔗糖E-H：酶Fru-E：果糖基-酶復(fù)合體RO-H：葡萄糖Fru-OH：果糖Fru-OR’：低聚果糖食品生物技術(shù)導(dǎo)論2、催化果糖基轉(zhuǎn)移的酶及其微生物來(lái)源低聚果糖生產(chǎn)中一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題是催化果糖轉(zhuǎn)移酶的選擇。這些生產(chǎn)菌及其酶的特性和合成低聚果糖的主要成分見表4-15。表4-15β-呋喃果糖苷酶和果糖轉(zhuǎn)移酶生產(chǎn)菌的特性3、低聚果糖的工業(yè)化生產(chǎn)低聚果糖生產(chǎn)工藝流程見圖4-7（1）果糖轉(zhuǎn)移酶的發(fā)酵培養(yǎng)（2）菌體或酶的固定化

食品生物技術(shù)導(dǎo)論圖4-7低聚果糖生產(chǎn)工藝流程①種子斜面培養(yǎng)②種子擴(kuò)大培養(yǎng)③酶的發(fā)酵生產(chǎn)④酶或菌體分離器⑤真空攪拌混合器⑥造粒機(jī)⑦分離器⑧固定化的果糖轉(zhuǎn)移酶或固定化細(xì)胞⑨暫貯罐⑩加熱器食品生物技術(shù)導(dǎo)論（3）酶催化合成低聚果糖（4）純化工序（二）低聚異麥芽糖酶法轉(zhuǎn)化低聚異麥芽糖（Isomaltooligosaccharide）具有適口的甜味，甜度約為蔗糖的50%，粘度和蔗糖相近，具有良好的保濕性和抗結(jié)晶性，可防止淀粉老化，具有低熱值、抗齲齒、促進(jìn)腸道內(nèi)有益菌雙歧桿菌增殖、改善腸功能、增強(qiáng)機(jī)體免疫力等功效，生產(chǎn)低聚異麥芽糖的工藝流程如圖4-18示。圖4-8低聚異麥芽糖生產(chǎn)工藝流程食品生物技術(shù)導(dǎo)論（三）低聚半乳糖酶法轉(zhuǎn)化低聚半乳糖是以高濃度的乳糖為底物，在具有半乳糖基轉(zhuǎn)移活性的半乳糖苷酶的作用下，首先將乳糖水解成半乳糖和葡萄糖，然后再將半乳糖轉(zhuǎn)移到乳糖的半乳糖基上而得。（四）低聚乳果糖酶法轉(zhuǎn)化低聚乳果糖（Lactosucrose）是在乳糖分子的葡萄糖基端以α-1,2鍵結(jié)合一個(gè)果糖分子，因此又稱為半乳糖基蔗糖。四、酶法降解纖維素及其應(yīng)用（一）纖維素酶特性纖維素酶（cellulase）是指能水解纖維素β-1,4葡萄糖苷鍵，使纖維素變成纖維二糖和葡萄糖的一組酶總稱一般將纖維素酶分為三類水解酶：食品生物技術(shù)導(dǎo)論1.葡萄糖內(nèi)切酶（endo-l,4-β-g1ucanase，EC．簡(jiǎn)稱EG）2.葡萄糖外切酶（exo-1,4-β-D-glucanase）3.β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase，EC1，簡(jiǎn)稱BG酶）（二）纖維素酶在食品加工中的應(yīng)用1.飲料生產(chǎn)2.果蔬生產(chǎn)3.種子蛋白利用4.速溶茶生產(chǎn)5.瓊脂生產(chǎn)（三）纖維素酶在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用1.醬油釀造2.制酒工業(yè)3.纖維素渣的轉(zhuǎn)化應(yīng)用食品生物技術(shù)導(dǎo)論四、酶法降解甲殼素及其利用甲殼素，又稱為幾丁質(zhì)（chitin），甲殼素和殼聚糖的結(jié)構(gòu)式見圖4-19圖4-9甲殼素和殼聚糖的結(jié)構(gòu)式食品生物技術(shù)導(dǎo)論酶在殼聚糖制備中的應(yīng)用主要包括三個(gè)方面：酶法脫蛋白、酶法脫乙酰、酶法降解[15]。采用酶法脫蛋白可降低有機(jī)試劑的用量，縮短提取時(shí)間，效果比常規(guī)方法好。（1）直接用酶水解脫蛋白（2）利用微生物發(fā)酵脫蛋白（二）酶法脫乙酰甲殼素脫乙酰酶廣泛存在于自然界，尤其是一些真菌和昆蟲中（表4-16）。表4-16不同來(lái)源甲殼素脫乙酰酶的特性比較食品生物技術(shù)導(dǎo)論（三）酶法制備低聚殼聚糖與殼聚糖相比，低聚殼聚糖顯示出更好的功能特性。低聚殼聚糖的吸濕性、保濕性、抑菌防腐作用、生理活性均優(yōu)于殼聚糖。（1）非專一性酶水解法（2）專一性酶降解法專一性水解殼聚糖的酶包括溶菌酶、甲殼素酶、殼聚糖酶等。七、酶法應(yīng)用于啤酒的生產(chǎn)在啤酒釀造中利用從黑曲霉ASP枯草桿菌具耐熱性的а-淀粉酶，米曲霉中的糖化酶以及Aniger中提取的葡聚糖化酶，可用于糖化過(guò)程中促進(jìn)淀粉的水解以及生產(chǎn)酒精含量高、熱量低的啤酒。傳統(tǒng)的啤酒后熟工藝需要三周左右的時(shí)間，采用固定化酵母技術(shù)后可大大縮短后熟時(shí)間，只需數(shù)天即可生產(chǎn)出符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的啤酒。食品生物技術(shù)導(dǎo)論葡萄糖氧化酶能催化葡萄糖生成葡萄糖酸，是阻止啤酒氧化變質(zhì)、防止老化、保持啤酒原有風(fēng)味、延長(zhǎng)保質(zhì)期的一項(xiàng)有效措施。在啤酒生產(chǎn)中，雙乙酰的形成與消除對(duì)促進(jìn)啤酒成熟和縮短發(fā)酵周期起著重要的作用。雙乙酰的口味界限值很低，僅為0.1~0.15mg/L，超過(guò)此閾值會(huì)使啤酒帶有不愉快的餿飯味。一般認(rèn)為雙乙酰是由前體物質(zhì)а-乙酰乳酸經(jīng)非酶氧化脫羧形成。加入а-乙酰乳酸脫羧酶（EC），利用支路代謝途徑可使а-乙酰乳酸轉(zhuǎn)化為3-羥基丙酮（乙偶姻）（圖4-10）。圖4-10а-乙酰乳酸脫羧酶作用機(jī)理食品生物技術(shù)導(dǎo)論八、酶法應(yīng)用于肉類加工肉類可以在動(dòng)物肉解僵成熟過(guò)程中以肌肉釋放出來(lái)的蛋白酶酶解達(dá)到嫩化的效果九、酶法應(yīng)用于海洋資源的開發(fā)、利用海洋低值魚（鯊魚）、貝等蛋白質(zhì)資源十分豐富，又尚未直接利用，利用這些海洋蛋白資源采用生物酶解技術(shù)，便可制備出各種具有保健功能的肽。低值魚生產(chǎn)呈味基料工藝流程如圖4-11所示。圖4-11小雜魚生產(chǎn)呈味基料工藝流程食品生物技術(shù)導(dǎo)論十、酶法應(yīng)用于食品保鮮（一）葡萄糖氧化酶應(yīng)用于食品保鮮在氧存在下，葡萄糖氧化酶（EC，glucoseoxidase，GOD）能專一性地將β-葡萄糖催化氧化成β-D-葡萄糖酸，并釋放過(guò)氧化氫。1.氧化作用應(yīng)用于食品的除氧保鮮2.氧化作用應(yīng)用于高蛋白制品的脫糖保鮮 （二）溶菌酶在食品保鮮的應(yīng)用溶菌酶（Lysozyme，EC7），即N-乙酰胞壁質(zhì)酶（N-acetylmuramidase）。溶菌酶根據(jù)其作用的微生物不同可以分為兩大類：細(xì)菌細(xì)胞壁溶菌酶和真菌細(xì)胞壁溶菌酶。食品生物技術(shù)導(dǎo)論十一、酶法應(yīng)用于食品添加劑的生產(chǎn)（一）β-環(huán)糊精的酶法生產(chǎn)環(huán)狀糊精（Cyclodextrin，簡(jiǎn)稱CD，分子式C42H70O35）也稱為環(huán)糊精，β-環(huán)糊精的生產(chǎn)通常采用環(huán)狀糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶（CGTase）催化淀粉水解生產(chǎn)，各種來(lái)源的β-CGTase性質(zhì)比較見表4-17。表4-17各種來(lái)源的β-CGTase性質(zhì)食品生物技術(shù)導(dǎo)論工業(yè)上生產(chǎn)β-環(huán)糊精主要有三個(gè)階段（圖4-12）圖4-12β-環(huán)糊精生產(chǎn)工藝流程食品生物技術(shù)導(dǎo)論（二）應(yīng)用于乳化劑生產(chǎn)食品乳化劑是食品加工過(guò)程中使互不相溶的液體（如油和水）形成穩(wěn)定乳濁液的添加劑。1.脂肪酸單甘油酯的酶法合成脂肪酶催化合成單甘酯的工藝路線包括天然油脂或合成三甘酯(TG)的水解、醇解及甘油解，脂肪酸（酯）與甘油的酯化或轉(zhuǎn)酯化，天然油脂或合成三甘酯的保護(hù)基團(tuán)反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下：①水解法②甘油解法食品生物技術(shù)導(dǎo)論③酯化或轉(zhuǎn)酯化法④保護(hù)基團(tuán)法食品生物技術(shù)導(dǎo)論2.蔗糖脂肪酸酯的酶法合成蔗糖脂肪酸酯簡(jiǎn)稱蔗糖酯（sucrosefattyacidesters，SE），是蔗糖與正羥酸反應(yīng)生成的一大類有機(jī)化合物的總稱3.磷脂的酶法改性從大豆油中提取的豆磷脂是多種磷脂的混合物，其主要成分是卵磷脂、腦磷脂及磷酸肌醇等。由于未經(jīng)改性的大豆磷脂水分散性不好，人們致力于對(duì)大豆磷脂進(jìn)行精制與改性，以獲得具有特定功能和用途的磷脂。磷脂改性包括物理改性、化學(xué)改性和酶改性。（三）應(yīng)用于食品鮮味劑生產(chǎn)呈味核苷酸是5’-核苷酸，包括以5’-肌苷酸（5’-InosineMonophosphate，IMP）和5’-鳥苷酸（5’-GuanosineMonophosphate，GMP）等。核糖核酸酶解法利用核糖核酸RNA水解酶對(duì)酵母菌體分離出來(lái)的RNA進(jìn)行水解，從得到5’-肌苷酸和5’-鳥苷酸（圖4-14）。食品生物技術(shù)導(dǎo)論圖4-14酶法水解RNA基本原理酶法水解RNA所采用的5’-磷酸二酯酶，過(guò)去來(lái)自牛的小腸粘膜和蛇毒等特殊材料。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，在橘青霉和金色鏈霉菌等中也有這種酶。食品生物技術(shù)導(dǎo)論第五章食品與發(fā)酵工程第一節(jié)概述第二節(jié)固體發(fā)酵及其特點(diǎn)第三節(jié)液體深層發(fā)酵及其發(fā)酵動(dòng)力學(xué)第四節(jié)發(fā)酵工程的工藝、技術(shù)第五節(jié)發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用食品生物技術(shù)導(dǎo)論第一節(jié)概述一、發(fā)酵工程涵義而現(xiàn)代工業(yè)微生物學(xué)家，認(rèn)為發(fā)酵是在有氧或無(wú)氧條件下通過(guò)微生物的生長(zhǎng)繁殖和代謝活動(dòng)產(chǎn)生和積累人們所需產(chǎn)品的生物反應(yīng)過(guò)程。發(fā)酵工程也稱為微生物工程，是指利用微生物的生長(zhǎng)繁殖和代謝活動(dòng)，并通過(guò)現(xiàn)代化工技術(shù)，大量生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品過(guò)程的理論和工程技術(shù)。二、發(fā)