基因工程在食品科学中的应用说课材料.ppt

基因工程在食品科学中的应用一、利用基因工程改善食品原料的品质一、利用基因工程改善食品原料的品质 （一）改良动物食品性状（一）改良动物食品性状 （二）改造植物性食品原料（二）改造植物性食品原料 （三）改造食品微生物（三）改造食品微生物 （四）培育高抗的新品种（四）培育高抗的新品种l同样，为了提高猪的瘦肉含量或降低猪脂肪含量，可同样，为了提高猪的瘦肉含量或降低猪脂肪含量，可将采用基因重组技术生产的猪生长激素，注射至猪体将采用基因重组技术生产的猪生长激素，注射至猪体内，便可使猪瘦肉型化，有利于改善肉食品质。内，便可使猪瘦肉型化，有利于改善肉食品质。l在猪的基因组中转入人的生长素基因，猪的生长速度在猪的基因组中转入人的生长素基因，猪的生长速度增加了一倍，猪肉质量大大提高，现在这样的猪肉已增加了一倍，猪肉质量大大提高，现在这样的猪肉已在澳大利亚被请上了餐桌。在澳大利亚被请上了餐桌。l将草鱼的生长激素基因注入鲤鱼的受精卵，培育将草鱼的生长激素基因注入鲤鱼的受精卵，培育出一种带有草鱼生长激素基因的鲤鱼和另一种具出一种带有草鱼生长激素基因的鲤鱼和另一种具有草鱼生长激素基因的三倍体鲤鱼有草鱼生长激素基因的三倍体鲤鱼“吉鲤吉鲤”。l带有草鱼生长激素基因的鲤鱼，它带有草鱼生长激素基因的鲤鱼，它150150天可长至天可长至12001200克，克，最大可达最大可达20002000克；两年可达克；两年可达50005000克。它的生长速度比普通克。它的生长速度比普通鲤鱼快鲤鱼快140%140%以上。以上。l吉鲤具有草鱼的生长快优点，又具有鲫鱼的味道。由于它吉鲤具有草鱼的生长快优点，又具有鲫鱼的味道。由于它不能生育，因而在推广过程中不存在与其它鱼类杂交引起不能生育，因而在推广过程中不存在与其它鱼类杂交引起生态危机之忧。生态危机之忧。荧光斑马鱼（二）改造植物性食品原料（二）改造植物性食品原料1、提高植物性食品氨基酸含量、提高植物性食品氨基酸含量 可以对赖氨酸代谢途径中的各种酶进行修饰或加工，从而使细胞积累更大量的Lys。Asp天冬氨酸激酶(AK)二氢吡啶二羧酸合成酶(DHDPS)Lys.还可针对性地将富含某种特异性的氨基酸的蛋白基因转入目的植物，以提高相应植物中的特定氨基酸的含量。例如通过分析发现，玉米-phaseolin富含Met，将此蛋白基因转入豆科植物，就可以大大提高豆科植物种子贮存蛋白的Met含量，而Met正是豆科植物种子贮存蛋白所缺少的成分。2.增加食品的甜味增加食品的甜味传统的和替代的甜味剂的甜度比较产品相对甜度 蔗糖55%高果糖浆Cyclamate安赛蜜(Acesulfame K)阿斯巴甜(Aspartame)糖精天丙甲酯Thaumatin蛋白1.01.45015020030065020003000l天然应乐果蛋白咀嚼时比蔗糖大约甜天然应乐果蛋白咀嚼时比蔗糖大约甜1.01.0万倍，是有万倍，是有两条链通过弱的非共价键相互作用而形成的二聚体。两条链通过弱的非共价键相互作用而形成的二聚体。A A链由链由4545个氨基酸残基组成，个氨基酸残基组成，B B链由链由5050个氨基酸残基组个氨基酸残基组成。研究表明，天冬氨酸成。研究表明，天冬氨酸AspAspB7B7可能是其甜味活性中心。可能是其甜味活性中心。CysCys4141、CaCa2+2+等对其甜味也产生影响。等对其甜味也产生影响。l但由于是由两条多肽链组成，烹调过程中遇到的加热、但由于是由两条多肽链组成，烹调过程中遇到的加热、遇酸遇酸(例如醋酸、柠檬酸例如醋酸、柠檬酸)等情况很容易使之解离，失等情况很容易使之解离，失去甜味。局限了它作为甜味剂的用途。去甜味。局限了它作为甜味剂的用途。l研究人员通过一段连接序列将研究人员通过一段连接序列将A A链和链和B B链连接起来，制链连接起来，制备了一条应乐果甜蛋白的单链类似物备了一条应乐果甜蛋白的单链类似物SCMSCM，并在大肠，并在大肠杆菌中表达成功，使通过基因重组技术来生产应乐果杆菌中表达成功，使通过基因重组技术来生产应乐果甜蛋白成为可能。甜蛋白成为可能。l人们采用化学方法合成出应乐果蛋白基因，它可以编人们采用化学方法合成出应乐果蛋白基因，它可以编码同时包括码同时包括A A、B B两条链的单链肽段。此融合蛋白在转两条链的单链肽段。此融合蛋白在转基因番茄和莴苣中进行了表达，得到了具甜味、稳定基因番茄和莴苣中进行了表达，得到了具甜味、稳定性和耐受力强的表达产物。性和耐受力强的表达产物。l还可用基因工程的方法获得新的糖类。例如环化糊精还可用基因工程的方法获得新的糖类。例如环化糊精(CD)就是一种新的糖类物质。这种物质有可能作为一就是一种新的糖类物质。这种物质有可能作为一种新型甜味剂用于食品工业，研究表明，环化糊精除种新型甜味剂用于食品工业，研究表明，环化糊精除了具有甜味外还有分解食物中的咖啡因和胆固醇等有了具有甜味外还有分解食物中的咖啡因和胆固醇等有害物质的功能。将环化糊精糖基转移酶害物质的功能。将环化糊精糖基转移酶(CGT)的基因的基因转入植物，可以在转基因植物中获得环化糊精。转入植物，可以在转基因植物中获得环化糊精。3 3、改造油料作物、改造油料作物 通过表达外源通过表达外源ACCACC基因，正向提高脂肪酸合成限速酶基因，正向提高脂肪酸合成限速酶ACCaseACCase（乙酰（乙酰-CoA-CoA羧化酶）的表达；羧化酶）的表达；通过导入酵母溶血磷脂酸酰基转移酶（通过导入酵母溶血磷脂酸酰基转移酶（SLC1-1SLC1-1）基因，）基因，提高脂肪酸合成脂类的速度，消除脂肪酸合成中的反馈抑制；提高脂肪酸合成脂类的速度，消除脂肪酸合成中的反馈抑制；EPA EPA、DHADHA、AAAA及亚麻酸在油料作物中不能合成或只能微及亚麻酸在油料作物中不能合成或只能微量合成，导入所缺乏的量合成，导入所缺乏的5-5-脂肪酸脱饱和酶、脂肪酸脱饱和酶、4-4-脂肪酸脱脂肪酸脱饱和酶和延伸酶等基因，以植物油脂中的脂肪酸为底物，合饱和酶和延伸酶等基因，以植物油脂中的脂肪酸为底物，合成成AAAA（C20C20：4 4）、）、EPAEPA（C20C20：5 5）、）、DHADHA（C22C22：6 6），实现生），实现生物合成。物合成。v相关知识：相关知识：格陵兰岛位于北冰洋，是一个冰天雪地的银色世界，岛上格陵兰岛位于北冰洋，是一个冰天雪地的银色世界，岛上居住的土著民族爱斯基摩人以捕鱼为生，他们极难吃到新鲜的居住的土著民族爱斯基摩人以捕鱼为生，他们极难吃到新鲜的蔬菜和水果。就医学常识来说，常吃动物脂肪而少食蔬菜水果蔬菜和水果。就医学常识来说，常吃动物脂肪而少食蔬菜水果易患心脑血管疾病。但事实上恰恰相反，爱斯基摩人不但身体易患心脑血管疾病。但事实上恰恰相反，爱斯基摩人不但身体非常健康，而且在他们当中很难发现高血压、冠心病、脑中风、非常健康，而且在他们当中很难发现高血压、冠心病、脑中风、糖尿病、风湿性关节炎、癌症等疾病。这种不可思议的现象，糖尿病、风湿性关节炎、癌症等疾病。这种不可思议的现象，同样出现在日本一个岛的渔民身上，这难道仅仅是巧合吗？其同样出现在日本一个岛的渔民身上，这难道仅仅是巧合吗？其中有没有必然的联系呢？科学家们对此产生了浓厚的兴趣，历中有没有必然的联系呢？科学家们对此产生了浓厚的兴趣，历经十余年的潜心研究，谜底终于找到了，原来与他们每天吃的经十余年的潜心研究，谜底终于找到了，原来与他们每天吃的海鱼中所含的物质有关，那就是海鱼中所含的物质有关，那就是EPA、DHA。这两种物质的发。这两种物质的发现给医学和营养学带来了重大的突破。现给医学和营养学带来了重大的突破。用基因工程技术可以提高油脂中抗氧化剂的含量。用基因工程技术可以提高油脂中抗氧化剂的含量。已成功地从拟南芥中克隆已成功地从拟南芥中克隆甲基转移酶基因甲基转移酶基因并转并转导到了大豆中，甲基转移酶是导到了大豆中，甲基转移酶是-生育酚形成生育酚生育酚形成生育酚的关键酶。转这种酶基因的大豆能在不降低总生育的关键酶。转这种酶基因的大豆能在不降低总生育酚的前提下，使酚的前提下，使-生育酚的含量提高生育酚的含量提高80以上。以上。4 4、改良植物食品的蛋白质品质、改良植物食品的蛋白质品质（1）外源基因的直接转化与表达）外源基因的直接转化与表达 为了提高为了提高Lys缺乏作物的营养品质，构建了两个含高缺乏作物的营养品质，构建了两个含高Lys蛋白质基因蛋白质基因cDNA的表达载体，用基因枪法将其导入玉的表达载体，用基因枪法将其导入玉米不同杂交组合的胚性愈伤组织，经米不同杂交组合的胚性愈伤组织，经PCR 扩增、点杂交扩增、点杂交及及Southern 杂交表明该基因已整合进玉米基因组中。测定杂交表明该基因已整合进玉米基因组中。测定13 株株T1代种子中代种子中Lys的含量，其中有的含量，其中有3 株株Lys含量提高含量提高10%以上。以上。通过基因工程提高作物铁蛋白含量可改善饮食中铁含通过基因工程提高作物铁蛋白含量可改善饮食中铁含量的不足。量的不足。Goto 等将大豆铁蛋白基因与水稻贮藏蛋白谷等将大豆铁蛋白基因与水稻贮藏蛋白谷蛋白的启动子（蛋白的启动子（GluB-1）相连，通过农杆菌导入水稻。免）相连，通过农杆菌导入水稻。免疫组织印记法证实大豆铁蛋白在转基因植株中特异性积累，疫组织印记法证实大豆铁蛋白在转基因植株中特异性积累，其含量比对照提高了其含量比对照提高了3 倍。倍。（2）导入经修饰过的外源基因）导入经修饰过的外源基因 由于大多数作物种子都含有丰富的贮藏蛋白，如通过由于大多数作物种子都含有丰富的贮藏蛋白，如通过密码子修饰或插入相应的基因序列来改变特定蛋白的氨基密码子修饰或插入相应的基因序列来改变特定蛋白的氨基酸组成，也可以提高作物必需氨基酸的含量。酸组成，也可以提高作物必需氨基酸的含量。（3）导入人工合成基因）导入人工合成基因 DNA 合成技术的不断完善使合成能编码含有特定必合成技术的不断完善使合成能编码含有特定必需氨基酸组份蛋白的基因成为可能。需氨基酸组份蛋白的基因成为可能。l如秘鲁“国际马铃薯培育中心”培育出一种蛋白质含量与肉类相当的薯类；转移扁豆蛋白基因可获得具有较高贮存蛋白质的转基因向日葵。l我国在此方面也培育出了一批作物新品种，有的已经在生产上推广应用。如山东农业大学将小牛胸腺DNADNA导入小麦系814527814527，在第二代出现了蛋白质含量高达16.5116.51的小麦变异株；中国农业科学院作物研究所将大米草DNADNA引入水稻品种早丰，出现了籽粒蛋白质含量高达12.7412.74的受体变异类型。l如小麦、玉米等谷物种子缺乏赖氨酸，豆类作物种子如小麦、玉米等谷物种子缺乏赖氨酸，豆类作物种子缺乏蛋氨酸，将富含赖氨酸和蛋氨酸的种子基因进行缺乏蛋氨酸，将富含赖氨酸和蛋氨酸的种子基因进行分离鉴定，并转入相应的作物中，可得到营养品质较分离鉴定，并转入相应的作物中，可得到营养品质较为完全的蛋白质。为完全的蛋白质。l如将巴西坚果或豌豆蛋白基因转入大豆中，获得含有如将巴西坚果或豌豆蛋白基因转入大豆中，获得含有较高含硫氨基酸的转基因大豆。较高含硫氨基酸的转基因大豆。5 5、改善园艺产品的采后品质、改善园艺产品的采后品质（1）多聚半乳糖醛酸酶（）多聚半乳糖醛酸酶（PG）lPG在果实成熟过程中合成。利用转基因技术得到的反在果实成熟过程中合成。利用转基因技术得到的反义义PG番茄，果实采后的贮藏期可延长番茄，果实采后的贮藏期可延长1倍，可以减少倍，可以减少因过熟和腐烂所造成的损失；果实抗裂、抗机械损伤、因过熟和腐烂所造成的损失；果实抗裂、抗机械损伤、便于运输；抗真菌感染；由于果胶水解受到抑制，用便于运输；抗真菌感染；由于果胶水解受到抑制，用其加工果酱可提高出品率。其加工果酱可提高出品率。l目前已经从桃、猕猴桃、苹果、西洋梨、砂梨、鳄梨、目前已经从桃、猕猴桃、苹果、西洋梨、砂梨、鳄梨、番茄、黄瓜、甜瓜、马铃薯、玉米、水稻、大豆、烟番茄、黄瓜、甜瓜、马铃薯、玉米、水稻、大豆、烟草、甜菜、油菜、拟南芥等植物中克隆得到草、甜菜、油菜、拟南芥等植物中克隆得到PG的编码的编码基因。基因。(2)乙烯合成相关酶基因乙烯合成相关酶基因l采用基因工程手段可控制乙烯生成，如导入反义采用基因工程手段可控制乙烯生成，如导入反义ACC（1-氨基环丙烷氨基环丙烷-1-羧酸）合成酶基因；导入反义羧酸）合成酶基因；导入反义ACC氧化酶基因。氧化酶基因。ACC合成酶合成酶(简称简称ACS)基因：基因：lACC合成酶是乙烯生物合成的关键酶，由一个多基因家族所合成酶是乙烯生物合成的关键酶，由一个多基因家族所编码。编码。l目前，已经从番茄、苹果、康乃馨、绿豆、夏南瓜、笋瓜等目前，已经从番茄、苹果、康乃馨、绿豆、夏南瓜、笋瓜等植物中得到了植物中得到了ACC合成酶基因。合成酶基因。1995年中国农大罗云波等培年中国农大罗云波等培育出转反义育出转反义ACS的转基因的番茄，在室温下可贮存的转基因的番茄，在室温下可贮存3个月。个月。ACCACC氧化酶基因：氧化酶基因：l又叫乙烯形成酶又叫乙烯形成酶(EFE)(EFE)，也是乙烯生物合成途径中的，也是乙烯生物合成途径中的关键酶。在细胞中的含量比关键酶。在细胞中的含量比ACCACC合成酶还少，也是由合成酶还少，也是由一个多基因家族编码。一个多基因家族编码。l目前已经从番茄、甜瓜、苹果、鳄梨、猕猴桃以及衰目前已经从番茄、甜瓜、苹果、鳄梨、猕猴桃以及衰老的麝香石竹花、豌豆、甜瓜等分离出老的麝香石竹花、豌豆、甜瓜等分离出ACCACC氧化酶基氧化酶基因。因。l利用基因工程方法延缓蔬果成熟衰老、控制果实软化，利用基因工程方法延缓蔬果成熟衰老、控制果实软化，提高抗病虫和抗冷害能力等方面均有广阔的应用前景。提高抗病虫和抗冷害能力等方面均有广阔的应用前景。（三）改造食品微生物（三）改造食品微生物1.改良微生物菌种改良微生物菌种2.改良乳酸菌遗传特性改良乳酸菌遗传特性3.酶制剂的生产酶制剂的生产1.改良微生物菌种改良微生物菌种 最早成功应用的基因工程菌最早成功应用的基因工程菌(采用基因工程改造的微采用基因工程改造的微生物生物)是是面包酵母菌。面包酵母菌。啤酒生产中要使用啤酒酵母，但由于普通啤酒酵母菌啤酒生产中要使用啤酒酵母，但由于普通啤酒酵母菌种中不含种中不含-淀粉酶，所以需要利用大麦芽产生的淀粉酶，所以需要利用大麦芽产生的-淀粉淀粉酶使谷物淀粉液化成糊精，生产过程比较复杂。酶使谷物淀粉液化成糊精，生产过程比较复杂。采用基因工程技术，将大麦中采用基因工程技术，将大麦中-淀粉酶基因转入啤淀粉酶基因转入啤酒酵母中并实现高速表达。这种酵母便可直接利用淀粉进酒酵母中并实现高速表达。这种酵母便可直接利用淀粉进行发酵，无需麦芽生产行发酵，无需麦芽生产-淀粉酶的过程，可缩短生产流淀粉酶的过程，可缩短生产流程，简化工序，推动啤酒生产的技术革新。程，简化工序，推动啤酒生产的技术革新。利用基因工程技术还可将霉菌的淀粉酶基因转入利用基因工程技术还可将霉菌的淀粉酶基因转入大肠杆菌，并将此基因进一步转入单细胞酵母中，使大肠杆菌，并将此基因进一步转入单细胞酵母中，使之直接利用淀粉生产酒精。这样，可以省掉酒精生产之直接利用淀粉生产酒精。这样，可以省掉酒精生产中的高压蒸煮工序，可节约能源中的高压蒸煮工序，可节约能源6060，并且生产周期，并且生产周期大大缩短。大大缩短。此外，食品生产中所应用的食品添加剂或加工此外，食品生产中所应用的食品添加剂或加工助剂，如氨基酸、有机酸、维生素、增稠剂、乳化助剂，如氨基酸、有机酸、维生素、增稠剂、乳化剂、表面活性剂、食用色素，食用香精及调味料等，剂、表面活性剂、食用色素，食用香精及调味料等，也可以采用基因工程菌发酵生产而得到，基因工程也可以采用基因工程菌发酵生产而得到，基因工程对微生物菌种改良前景广阔。对微生物菌种改良前景广阔。基因工程应用于发酵菌种的改良基因工程应用于发酵菌种的改良基因工程应用于发酵菌种的改良基因工程应用于发酵菌种的改良 发酵食品发酵食品菌种及其特性菌种及其特性目的目的乳制品乳制品抗病毒的乳酸菌抗病毒的乳酸菌分泌蛋白酶的乳酸菌分泌蛋白酶的乳酸菌分泌胆固醇还原分泌胆固醇还原6 6的乳酸菌的乳酸菌避免因病毒感染所造成的损失避免因病毒感染所造成的损失缩短乳酪熟成所需时间缩短乳酪熟成所需时间降低乳酪胆固醇含量降低乳酪胆固醇含量肉类肉类生产抗菌素的乳酸菌生产抗菌素的乳酸菌抑制致病菌或腐败菌的生长抑制致病菌或腐败菌的生长减低肉品中胆固醇含量减低肉品中胆固醇含量改变肉中饱和与不饱和脂肪酸比改变肉中饱和与不饱和脂肪酸比啤酒啤酒生产生产-淀粉酶的酵母菌淀粉酶的酵母菌生产生产-葡聚糖酶的酵母菌葡聚糖酶的酵母菌生产双乙酰还原酶或乙酰乳生产双乙酰还原酶或乙酰乳酸脱羧酶的酵母菌酸脱羧酶的酵母菌生产低热量啤酒生产低热量啤酒改良啤酒过滤效率改良啤酒过滤效率缩短啤酒的熟成时间缩短啤酒的熟成时间酒类酒类耐高浓度酒精酒精的酵母菌耐高浓度酒精酒精的酵母菌生产高浓度乙酸异戊醇的酵生产高浓度乙酸异戊醇的酵母菌母菌提高酒精产量提高酒精产量改良酒类风味改良酒类风味麦面包麦面包耐冷冻的酵母菌耐冷冻的酵母菌改良冷冻面团品质改良冷冻面团品质2.改良乳酸菌遗传特性改良乳酸菌遗传特性（1）抗药基因）抗药基因 目前，利用乳酸菌发酵得到的产品很多，如酸奶、目前，利用乳酸菌发酵得到的产品很多，如酸奶、干酪、酸奶油、酸乳酒等，已应用的乳酸菌基本上为干酪、酸奶油、酸乳酒等，已应用的乳酸菌基本上为野生菌株。野生菌株。有的野生菌株本身就抗多种抗生素，因而在其使有的野生菌株本身就抗多种抗生素，因而在其使用过程中，抗药基因将有可能以结合、转导和转化等用过程中，抗药基因将有可能以结合、转导和转化等形式在微生物菌群之间相互传递而发生扩散。形式在微生物菌群之间相互传递而发生扩散。l利用基因工程技术可选育无耐药基因的菌株，当利用基因工程技术可选育无耐药基因的菌株，当然也可去除生产中已应用菌株中含有的耐药质粒，然也可去除生产中已应用菌株中含有的耐药质粒，从而保证食品用乳酸菌和活菌制剂中菌株的安全从而保证食品用乳酸菌和活菌制剂中菌株的安全性。性。（2）风味物质基因）风味物质基因 乳酸菌发酵产物中与风味有关的物质主要有乳酸、乳酸菌发酵产物中与风味有关的物质主要有乳酸、乙醛、丁二酮、乙醛、丁二酮、3-羟基羟基-2-丁酮、丙酮和丁酮等。可以丁酮、丙酮和丁酮等。可以通过基因工程选育风味物质含量高的乳酸菌菌株。通过基因工程选育风味物质含量高的乳酸菌菌株。（3 3）产酶基因）产酶基因 乳酸菌不仅具有一般微生物所产生的酶系，而且还可乳酸菌不仅具有一般微生物所产生的酶系，而且还可以产生一些特殊的酶系，如产生有机酸的酶系、合成多糖以产生一些特殊的酶系，如产生有机酸的酶系、合成多糖的酶系、降低胆固醇的酶系、控制内毒素的酶系、分解脂的酶系、降低胆固醇的酶系、控制内毒素的酶系、分解脂肪的酶系、合成各种维生素的酶系和分解胆酸的酶系等，肪的酶系、合成各种维生素的酶系和分解胆酸的酶系等，从而赋予乳酸菌特殊的生理功能。从而赋予乳酸菌特殊的生理功能。若通过基因工程克隆这些酶系，然后导入到生产干酪、若通过基因工程克隆这些酶系，然后导入到生产干酪、酸奶等发酵乳制品生产用乳酸菌菌株中，将会促进和加速酸奶等发酵乳制品生产用乳酸菌菌株中，将会促进和加速这些产品的成熟。另外，把胆固醇氧化酶基因转到乳酸杆这些产品的成熟。另外，把胆固醇氧化酶基因转到乳酸杆菌中，可降低乳中胆固醇含量。菌中，可降低乳中胆固醇含量。（4）耐氧相关基因）耐氧相关基因 乳酸菌大多数属于厌氧菌，这给实验和生产带来诸多不乳酸菌大多数属于厌氧菌，这给实验和生产带来诸多不便。从遗传学和生化角度看，厌氧菌或兼性厌氧菌几乎没有便。从遗传学和生化角度看，厌氧菌或兼性厌氧菌几乎没有超氧化物歧化酶基因和过氧化氢酶基因或者说其活性很小。超氧化物歧化酶基因和过氧化氢酶基因或者说其活性很小。若通过生物工程改变超氧化物歧化酶的调控基因则有可若通过生物工程改变超氧化物歧化酶的调控基因则有可能提高其耐氧活性。当然将外源能提高其耐氧活性。当然将外源SODSOD基因和过氧化氢酶基因基因和过氧化氢酶基因转入厌氧菌中，也可以起到提高厌氧菌和兼性厌氧菌对氧的转入厌氧菌中，也可以起到提高厌氧菌和兼性厌氧菌对氧的抵抗能力。抵抗能力。（5）产细菌素基因）产细菌素基因 乳酸菌代谢不仅可以产生有机酸等产物，还可以产生乳酸菌代谢不仅可以产生有机酸等产物，还可以产生多种细菌素，然而并不是所有的乳酸菌都产生细菌素，若多种细菌素，然而并不是所有的乳酸菌都产生细菌素，若通过生物工程技术将细菌素的结构基因克隆到生产用菌株通过生物工程技术将细菌素的结构基因克隆到生产用菌株中，不仅可以使不产细菌素的菌株获得生产细菌素的能力，中，不仅可以使不产细菌素的菌株获得生产细菌素的能力，而且为人工合成大量的细菌素提供了可能。而且为人工合成大量的细菌素提供了可能。3.酶制剂的生产酶制剂的生产 利用基因工程技术不但可以成倍地提高酶的活力，利用基因工程技术不但可以成倍地提高酶的活力，而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中，构建基因工而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中，构建基因工程菌来生产酶。据程菌来生产酶。据19951995年统计，已有年统计，已有5050的工业用酶是的工业用酶是用转基因微生物生产的。用转基因微生物生产的。转基因微生物生产酶的优点：转基因微生物生产酶的优点：产量高、品质均一、稳定性好、价格低等。产量高、品质均一、稳定性好、价格低等。l凝乳酶是第一个应用基因工程技术把小牛胃中的凝乳凝乳酶是第一个应用基因工程技术把小牛胃中的凝乳酶基因转移至细菌或真核微生物生产的一种酶。酶基因转移至细菌或真核微生物生产的一种酶。1990 年美国年美国FDA已批准在干酪生产中使用。已批准在干酪生产中使用。l重组重组DNA技术生产小牛凝乳酶，首先从小牛胃中分离技术生产小牛凝乳酶，首先从小牛胃中分离出对凝乳酶原专一的出对凝乳酶原专一的mRNA(内含子已被切除内含子已被切除)，然后借，然后借助反转录酶、助反转录酶、DNA聚合酶和聚合酶和St核苷酸酶的作用获得编核苷酸酶的作用获得编码该酶原的双链码该酶原的双链DNA。再以质粒或噬菌体为运载体导。再以质粒或噬菌体为运载体导入大肠杆菌。入大肠杆菌。近近2020年来用基因工程菌发酵生产的食品酶制剂主年来用基因工程菌发酵生产的食品酶制剂主要有：凝乳酶、要有：凝乳酶、淀粉酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖淀粉酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖异构酶、转化酶、脂肪酶、异构酶、转化酶、脂肪酶、半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、半半乳糖苷酶、乳糖苷酶、乙酰乳酸脱羧酶、溶菌酶、碱性蛋白乙酰乳酸脱羧酶、溶菌酶、碱性蛋白酶等。酶等。l在食品加工过程中，通过添加一些酶类，可以改善产在食品加工过程中，通过添加一些酶类，可以改善产品的色泽、风味和质构。品的色泽、风味和质构。l如用葡萄糖氧化酶可以去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋如用葡萄糖氧化酶可以去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色泽；用脂酶和蛋白酶可加速奶酪的成熟；葡制品的色泽；用脂酶和蛋白酶可加速奶酪的成熟；葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香；木瓜蛋白酶可分萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香；木瓜蛋白酶可分解胶原蛋白，用于肉的嫩化。对于含有难消化成分的解胶原蛋白，用于肉的嫩化。对于含有难消化成分的食品，可以通过添加一些酶类，改善这些食品的营养食品，可以通过添加一些酶类，改善这些食品的营养和消化利用性能。和消化利用性能。（四）培育高抗的新品种（四）培育高抗的新品种1、抗虫基因工程、抗虫基因工程迄今发现并应用于提高植物抗虫性的基因主要有两类迄今发现并应用于提高植物抗虫性的基因主要有两类:一类是一类是从微生物、细菌中从微生物、细菌中分离出来的抗虫基因，如苏云金杆分离出来的抗虫基因，如苏云金杆菌毒蛋白基因菌毒蛋白基因(Bt基因基因)、异戊烯基转移酶基因、异戊烯基转移酶基因(ipt)；另一类是另一类是从植物中从植物中分离出来的抗虫基因，如蛋白酶抑制剂基分离出来的抗虫基因，如蛋白酶抑制剂基因因(PI基因基因)、淀粉酶抑制剂基因、外源凝集素基因等。其中、淀粉酶抑制剂基因、外源凝集素基因等。其中Bt基因和基因和PI基因在农业上利用最广。此外，昆虫特异性神经毒基因在农业上利用最广。此外，昆虫特异性神经毒素基因等也在研究当中。素基因等也在研究当中。玉米田里的虫害为害症状粘虫粘虫（又称行军虫或剃秆虫）水稻田里的虫害稻蓟马危害状（受害叶叶尖枯黄，甚至枯死）稻蓟马成虫 抗虫棉和普通棉对照抗虫棉和普通棉对照转基因耐贮藏番茄（左）转基因耐贮藏番茄（左）和普通番茄（右）和普通番茄（右）（1）ICP基因工程基因工程 ICP基因来自于苏云金杆菌基因来自于苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis，Bt)。其营养体生长发育到一定阶段后，在其一端形成芽孢，在另一其营养体生长发育到一定阶段后，在其一端形成芽孢，在另一端形成伴胞晶体。伴胞晶体主要由蛋白质和糖类组成。当昆虫端形成伴胞晶体。伴胞晶体主要由蛋白质和糖类组成。当昆虫吞食伴胞晶体后，在昆虫肠道碱性条件和特定蛋白酶的作用下，吞食伴胞晶体后，在昆虫肠道碱性条件和特定蛋白酶的作用下，伴胞晶体蛋白变成有活性的毒性分子。这种蛋白为伴胞晶体蛋白变成有活性的毒性分子。这种蛋白为-内毒素内毒素（-endotoxin），被称作杀毒结晶蛋白（），被称作杀毒结晶蛋白（insecticidal crystal protein,ICP）（2）蛋白酶抑制剂基因工程）蛋白酶抑制剂基因工程 在自然界中的所有生命体中，尤其在植物中，都含有蛋在自然界中的所有生命体中，尤其在植物中，都含有蛋白酶抑制剂白酶抑制剂(proteinase inhibitor，PI)。蛋白酶抑制剂与昆虫消化道内的蛋白消化酶相结合形成蛋白酶抑制剂与昆虫消化道内的蛋白消化酶相结合形成酶抑制剂复合物酶抑制剂复合物(EI)，导致蛋白质不能被正常消化；同时，导致蛋白质不能被正常消化；同时EI复合物能刺激昆虫过量分泌消化酶，使昆虫产生厌食反应，复合物能刺激昆虫过量分泌消化酶，使昆虫产生厌食反应，干扰昆虫的蜕皮过程和免疫功能干扰昆虫的蜕皮过程和免疫功能，使昆虫不能正常发育或死，使昆虫不能正常发育或死亡。亡。2、抗病毒病基因工程、抗病毒病基因工程 外源的病毒外壳蛋白外源的病毒外壳蛋白(coatprotein，CP)基因在导入植物基因在导入植物细胞后，可能由于其细胞后，可能由于其RNA转录体与入侵病毒转录体与入侵病毒RNA间的相互作间的相互作用使植物细胞获得保护。用使植物细胞获得保护。研究人员分别将烟草抗研究人员分别将烟草抗TMV的的N基因、基因、CMV的的CP基因、基因、CMV卫星卫星DNA的的cDNA、TYLCV的的CP基因、基因、AIMV的的CP基基因等转入番茄，所获得的转基因植株均对相应的病毒侵染表因等转入番茄，所获得的转基因植株均对相应的病毒侵染表现抗性。现抗性。3、抗除草剂基因工程、抗除草剂基因工程 抗除草剂基因工程的策略：抗除草剂基因工程的策略：l将能降解除草剂的酶基因转入植物；将能降解除草剂的酶基因转入植物；l修饰除草剂作用的靶蛋白；修饰除草剂作用的靶蛋白；l促使靶蛋白过量表达。促使靶蛋白过量表达。aroA基因：沙门氏菌基因组中编码的基因：沙门氏菌基因组中编码的EPSPS酶（烯醇式丙酶（烯醇式丙酮酰草莽酸酮酰草莽酸-3-磷酸合成酶）的基因磷酸合成酶）的基因aroA发生点突变，使酶发生点突变，使酶蛋白第蛋白第101位的脯氨酸被丝氨酸取代，将克隆的突变基因位的脯氨酸被丝氨酸取代，将克隆的突变基因aroA基因导入烟草，可获得对草甘膦的抗性。基因导入烟草，可获得对草甘膦的抗性。bar基因：基因：从土壤细菌中分离得到的从土壤细菌中分离得到的bar基因，编码基因，编码PPT乙酰转移酶，导入烟草、番茄和马铃薯等作物乙酰转移酶，导入烟草、番茄和马铃薯等作物后，使作物获得抗除草剂后，使作物获得抗除草剂PPT（膦化麦黄酮）（膦化麦黄酮）的能力，至今的能力，至今bar基因已被用作遗传转化时的基因已被用作遗传转化时的标记基因。标记基因。4、抗真菌病基因工程、抗真菌病基因工程抗枯病菌的烟草抗枯病菌的烟草、抗真菌的甘蓝型油菜、抗立枯丝、抗真菌的甘蓝型油菜、抗立枯丝核菌的烟草、抗晚疫病的番茄等核菌的烟草、抗晚疫病的番茄等5、抗细菌病基因工程、抗细菌病基因工程 抗青枯病的番茄等抗青枯病的番茄等6、抗低温基因工程、抗低温基因工程抗低温的转基因鱼类抗低温的转基因鱼类二、利用基因工程改进食品生产工艺二、利用基因工程改进食品生产工艺（一）利用（一）利用DNA重组技术改进果糖和乙醇生产重组技术改进果糖和乙醇生产方法方法（二）改良啤酒大麦的加工工艺（二）改良啤酒大麦的加工工艺（三）改良小麦种子贮藏蛋白的烘烤特性（三）改良小麦种子贮藏蛋白的烘烤特性（四）改善牛乳加工特性（四）改善牛乳加工特性（一）利用（一）利用DNA重组技术改进果糖和乙醇生产方法重组技术改进果糖和乙醇生产方法1、利用微生物培养技术，大量生产所需的酶、利用微生物培养技术，大量生产所需的酶2、利用、利用-淀粉酶的高温突变体进行淀粉酶的高温突变体进行“高温高温”生产生产 这种突变体可在这种突变体可在8090时起作用，在这种高温下时起作用，在这种高温下进行液化淀粉，加速淀粉的水解，同时节约正常淀进行液化淀粉，加速淀粉的水解，同时节约正常淀粉酶水解的冷却降温所消耗的能量。粉酶水解的冷却降温所消耗的能量。3、改变编码、改变编码-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的基因使它们具有同淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的基因使它们具有同样的最适温度和最适样的最适温度和最适pH值，使液化、糖化在同一条件下值，使液化、糖化在同一条件下进行，减少生产步骤，降低生产成本。进行，减少生产步骤，降低生产成本。4、利用、利用DNA重组技术获得能够直接分解粗淀粉的酶可降低重组技术获得能够直接分解粗淀粉的酶可降低能量消耗，提高效率，降低成本。能量消耗，提高效率，降低成本。5、寻找或人工、寻找或人工“创造创造”一种分泌葡萄糖淀粉酶、发酵微生物一种分泌葡萄糖淀粉酶、发酵微生物葡萄糖淀粉酶能将淀粉全部水解成葡萄糖。在发酵过程中葡萄糖淀粉酶能将淀粉全部水解成葡萄糖。在发酵过程中可不再添加淀粉酶，直接生产果糖或乙醇。可不再添加淀粉酶，直接生产果糖或乙醇。（二）改良啤酒大麦的加工工艺（二）改良啤酒大麦的加工工艺啤酒生产流程：啤酒生产流程：麦芽制备麦芽制备麦芽粉碎麦芽粉碎糊化处理糊化处理过滤过滤 煮沸煮沸回旋沉淀回旋沉淀冷却冷却发酵发酵成熟成熟过滤过滤包装包装l啤酒制造对大麦醇溶蛋白含量有一定要求，如果醇溶啤酒制造对大麦醇溶蛋白含量有一定要求，如果醇溶蛋白含量过高会影响发酵，使啤酒易产生混浊，也会蛋白含量过高会影响发酵，使啤酒易产生混浊，也会增加过滤的难度。采用基因工程技术，使另一蛋白基增加过滤的难度。采用基因工程技术，使另一蛋白基因克隆至大麦中，便可相应地降低大麦中的醇溶蛋白因克隆至大麦中，便可相应地降低大麦中的醇溶蛋白含量，以适应生产的要求。含量，以适应生产的要求。（三）改良小麦种子贮藏蛋白的烘烤特性（三）改良小麦种子贮藏蛋白的烘烤特性l小麦种子贮藏蛋白对面包烘烤质量有很大影响，特别是小麦种子贮藏蛋白对面包烘烤质量有很大影响，特别是高分子高分子谷蛋白谷蛋白5(x)和和10(y)的亚基有助于面包质量的改善，的亚基有助于面包质量的改善，同时谷蛋白的同时谷蛋白的N端和端和C端含有端含有Cys残基，可形成分子间残基，可形成分子间的二硫键，产生高分子量的聚合物，从而使面团具有较的二硫键，产生高分子量的聚合物，从而使面团具有较好的弹性。好的弹性。l利用基因工程技术，通过增加谷物蛋白的利用基因工程技术，通过增加谷物蛋白的5(x)和和10(y)的的亚基的拷贝数、引入亚基的拷贝数、引入Cys残基以及改变交联特性等手段，残基以及改变交联特性等手段，可使小麦具有更理想的加工特性。可使小麦具有更理想的加工特性。（四）改善牛乳加工特性（四）改善牛乳加工特性l在牛乳加工中如何提高其热稳定性是关键问题。牛在牛乳加工中如何提高其热稳定性是关键问题。牛乳中的酪蛋白分子含有丝氨酸磷酸，它能结合钙离乳中的酪蛋白分子含有丝氨酸磷酸，它能结合钙离子而使酪蛋白沉淀。子而使酪蛋白沉淀。l采用基因操作，使酪蛋白分子中采用基因操作，使酪蛋白分子中Ala-53被被Ser所置所置换，但可提高其磷酸化，使酪蛋白分子间斥力增加，换，但可提高其磷酸化，使酪蛋白分子间斥力增加，以提高牛奶的热稳定性，这对防止消毒奶沉淀和炼以提高牛奶的热稳定性，这对防止消毒奶沉淀和炼乳凝结起重要作用。乳凝结起重要作用。三、利用基因工程生产食品添加剂三、利用基因工程生产食品添加剂 及功能性食品及功能性食品（一）生产氨基酸（一）生产氨基酸（二）生产黄原胶（二）生产黄原胶（三）超氧化物歧化酶（三）超氧化物歧化酶(SOD)的基因工程的基因工程（四）应用于生产保健食品的有效成分（四）应用于生产保健食品的有效成分目前，国内外重点研究开发的食品添加剂有：目前，国内外重点研究开发的食品添加剂有：l甜味剂：木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等；甜味剂：木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等；l酸味剂：酸味剂：L苹果酸、苹果酸、L琥珀酸等；琥珀酸等；l氨基酸：各种必需氨基酸；氨基酸：各种必需氨基酸；l增稠剂：黄原胶、普鲁兰、茁霉多糖、热凝性多糖等；增稠剂：黄原胶、普鲁兰、茁霉多糖、热凝性多糖等；l风味剂：多种核苷酸、琥珀酸钠、香茅醇、双乙酰等；风味剂：多种核苷酸、琥珀酸钠、香茅醇、双乙酰等；l芳香剂：脂肪酸酯、异丁醇等；芳香剂：脂肪酸酯、异丁醇等；l色素：类胡萝卜素、红曲霉色素、虾青素、番茄红素等；色素：类胡萝卜素、红曲霉色素、虾青素、番茄红素等；l维生素：维生素维生素：维生素C、维生素、维生素B12、核黄素、肉碱等；、核黄素、肉碱等；l生物活性剂：活性多肽等；生物活性剂：活性多肽等；l天然食品防腐剂：如乳链菌肽、杀菌肽、瓜蟾抗菌肽、防天然食品防腐剂：如乳链菌肽、杀菌肽、瓜蟾抗菌肽、防御素等。御素等。（一）生产氨基酸（一）生产氨基酸l氨基酸是我国新型的发酵工业产品之一，目前，国外氨基酸是我国新型的发酵工业产品之一，目前，国外已有已有5种氨基酸用重组菌实现了工业化生产，达到较种氨基酸用重组菌实现了工业化生产，达到较高水平（如苏氨酸、组氨酸、脯氨酸、丝氨酸和苯丙高水平（如苏氨酸、组氨酸、脯氨酸、丝氨酸和苯丙氨酸）。氨酸）。l生产色氨酸，在正常的色氨酸生物合成途径中，其关生产色氨酸，在正常的色氨酸生物合成途径中，其关键酶是邻氨基苯甲酸合成酶。把编码这种酶的基因，键酶是邻氨基苯甲酸合成酶。把编码这种酶的基因，转化到生产色氨酸的菌株中使之正确高效表达，就会转化到生产色氨酸的菌株中使之正确高效表达，就会达到增加色氨酸的产量的目的。达到增加色氨酸的产量的目的。（二）生产黄原胶（二）生产黄原胶 黄原胶是一种高分子的多糖，其物理化学性质非常稳定，常黄原胶是一种高分子的多糖，其物理化学性质非常稳定，常被作为稳定剂、乳化剂、加浓剂、悬浮剂使用，在食品加工中用被作为稳定剂、乳化剂、加浓剂、悬浮剂使用，在食品加工中用途广泛。途广泛。用途用量（%）作用液体饮料0.1-0.3增稠、混悬、提高感官质量固体饮料0.1-0.3更易成型、增强口感肉制品0.1-0.2嫩化、持水、增强稳定性冷冻食品0.1-0.2增稠、增加细腻度、稳定食品结构调味品0.1-0.3乳化、增稠、稳定馅类食品0.5-1.5便于成型、增强口感面制品0.03-0.08增强韧性、持水、延长保质期 在奶酪的制作过程中，会产生一种叫做乳清的副产品。在奶酪的制作过程中，会产生一种叫做乳清的副产品。这种副产品乳糖含量高达这种副产品乳糖含量高达3.53.54 4，还有少量的蛋白质、，还有少量的蛋白质、矿物质和小分子有机物，但牛奶场却很难处理这种乳清。研矿物质和小分子有机物，但牛奶场却很难处理这种乳清。研究发现，大肠杆菌的究发现，大肠杆菌的1acZ1acZ操纵子包含了半乳糖苷酶和乳糖渗操纵子包含了半乳糖苷酶和乳糖渗透酶的基因，这两个基因置于透酶的基因，这两个基因置于X XCampestrisCampestris(野油菜黄单胞野油