食品生物技术导论培训课件.ppt

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1、食品生物技术导论食品生物技术导论主编：罗云波 研究人员培育的“超级水稻”在产量和蛋白质含量两方面均优于寻常品种 粮 食 联合国粮农组织水稻研究所（菲，马尼拉）绿色革命在稻穗下乘凉是我的一个梦在稻穗下乘凉是我的一个梦,水稻产量还有好大的潜力水稻产量还有好大的潜力 我现在有三个愿望：第一个就是超级稻向第三级超级稻攻关，2010年大面积的使用。第二个实施“种三产四”的丰产工程，五年之内在六千万亩的土地上生产出八千万亩土地的粮食。第三个愿望，把杂交稻推向其他国家，走向世界。超级杂交稻高产攻关取得重大突破，亩产900公斤的目标实现食品生物技术 彭志英主编 中国轻工业出版社现代生物技术导论 瞿礼嘉等主编

2、高等教育出版社现代生物技术概论 何忠效等主编 北京师范大学出版社生命科学概论 万海青主编 化学工业出版社 随着科学技术的进步、经济的发展和人民生活水随着科学技术的进步、经济的发展和人民生活水平的不断提高，人民对食品的组成、营养价值和感平的不断提高，人民对食品的组成、营养价值和感官的要求也越来越高。食品工业已不再是传统农业官的要求也越来越高。食品工业已不再是传统农业食品的概念，工业食品将在人们的日常生活中占据食品的概念，工业食品将在人们的日常生活中占据重要的地位。在这一进程中，生物技术已显露锋芒。重要的地位。在这一进程中，生物技术已显露锋芒。尤其是近尤其是近30年来，细胞生物学和分子生物学等领域

3、年来，细胞生物学和分子生物学等领域在理论与方法上的突飞猛进，以及当代较高水平的在理论与方法上的突飞猛进，以及当代较高水平的科学技术背景和社会的需求，推动、促进了生物技科学技术背景和社会的需求，推动、促进了生物技术从传统技术转化为高技术，并形成了现代生物技术从传统技术转化为高技术，并形成了现代生物技术这一高科技领域，由此为食品工业的技术进步注术这一高科技领域，由此为食品工业的技术进步注入了新的活力。入了新的活力。生物技术已经被应用了几个世纪，传统上集中地用于生产多种食品，如面包、奶酪、啤酒、葡萄酒以及酱油、米酒和发酵的乳制品。在“八五”期间我国完成了180多个生物技术在食品领域中应用研究的攻关项

4、目，并取得了重大成果。目前国际市场上以生物技术为基础的食品工业产值占食品工业总产值15以上。2002年5月，国家计委、国家经贸委和农业部联合颁布了全国食品工业“十五”发展规划，提出了食品工业发展的重点及主要方向，其中依赖于生物技术的领域有：酿酒行业酿酒行业21世纪酿酒工业的发展方向是：（1）产品优质、低度和多品种，生产过程低消耗、少污染和高效益。（2）整个酒类行业的产品结构要以节粮和满足消费为目标，进行普通酒向优质酒、高度酒向低度酒、蒸馏酒向酿造酒以及粮食酒向水果酒的转变。这些发展完全是以生物技术为基础的。发酵制品行业发酵制品行业采用现代生物技术可以调整发酵制品行业的产品结构，实现因地制宜、经

5、济合理地选用原料；可以改进发酵工艺，降低生产成本，提高质量和得率；可以加强综合利用，实现清洁生产。食品添加剂行业食品添加剂行业生物技术是发展天然、营养、多功能且安全可靠的食品添加剂，以及提高食品添加剂质量、扩大食品添加剂应用领域的根本保证。生物技术在食品工业中的作用表现在生物技术在食品工业中的作用表现在4个方面：个方面：一是食品原料和微生物的改良，提高食品营养价值及加工性能；二是生产各种功能食品有效成分、新型食品和食品添加剂；三是可直接应用于食品生产过程中物质的转化；四是工业化生产预定的食品或食品的功能成分。此外，在食品生产相关领域，如食品包装、食品检测等方面，生物技术也得到越来越广泛的应用。

6、第一章第一章 绪论绪论一、一、食品生物技术的基本概念与发展中的重大食品生物技术的基本概念与发展中的重大历史事件历史事件二、二、食品生物技术研究的内容食品生物技术研究的内容 三三、食品生物技术在食品工业发展中的地位和、食品生物技术在食品工业发展中的地位和作用作用 四、四、食品生物技术研究和应用进展与展望食品生物技术研究和应用进展与展望 一、一、食品生物技术的基本概念与发展中食品生物技术的基本概念与发展中的重大历史事件的重大历史事件（一）（一）食品生物技术的基本概念食品生物技术的基本概念 生物技术最初由匈牙利工程师生物技术最初由匈牙利工程师Karl.Ereky于于1917年提出。含义指利用生物将原

7、材料转变为产品。年提出。含义指利用生物将原材料转变为产品。现在的含义现在的含义:指应用自然科学及工程学的原理，依指应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动植物体作为反应器，将物料进行加工以靠微生物、动植物体作为反应器，将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。提供产品来为社会服务的技术。食品生物技术食品生物技术(food biotechnology)food biotechnology):是是指以现代生命科学的研究成果为基础，结合指以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，现代工程技术手段和其他学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品用全新的方

8、法和手段设计新型的食品和食品原料。原料。n现代食品生物技术是建立在众多学科基础上的。现代食品生物技术是建立在众多学科基础上的。工程伦理以以分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫学、生分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫学、生理学、生物化学、生物物理学、遗传学、食品营养与理学、生物化学、生物物理学、遗传学、食品营养与毒理学毒理学等几乎所有生物学科的次级学科为支撑，同时等几乎所有生物学科的次级学科为支撑，同时又结合信息学、电子学、化学工程、社会伦理学等非又结合信息学、电子学、化学工程、社会伦理学等非生物学科，从而形成一门多学科相互渗透的综合性学生物学科，从而形成一门多学科相互渗透的综合性学科。科

9、。n研究内容：研究内容：基因工程基因工程细胞工程细胞工程酶工程酶工程发酵工程发酵工程蛋白质工程蛋白质工程生物工程下游技术生物工程下游技术现代分子检测技术现代分子检测技术 （二）食品生物技术发展中的重大历史事件二）食品生物技术发展中的重大历史事件 公元前公元前60006000年，古埃及人和古巴比仑人用年，古埃及人和古巴比仑人用微生物发酵产生酒精，并酿造啤酒。我国在微生物发酵产生酒精，并酿造啤酒。我国在石器时代后期，用谷物酿酒。石器时代后期，用谷物酿酒。公元前公元前40004000年，古埃及人用酵母菌发酵生年，古埃及人用酵母菌发酵生产面包。产面包。公元前公元前221221年，周代后期我国人民就能制

10、作年，周代后期我国人民就能制作豆腐、酱油和醋。豆腐、酱油和醋。18651865年孟德尔年孟德尔(Gregor MendalGregor Mendal)利用豌豆做育种实利用豌豆做育种实验，建立了孟德尔遗传规律学说验，建立了孟德尔遗传规律学说19091909年摩尔根年摩尔根(Thomas Hunt Morgan)Thomas Hunt Morgan)利用果利用果蝇做遗传实验，建立了基因学说，蝇做遗传实验，建立了基因学说，成为首位获成为首位获诺贝尔医学和生理学奖的遗传学家。诺贝尔医学和生理学奖的遗传学家。2020世纪初产生了遗传育种学，并在世纪初产生了遗传育种学，并在6060年代取年代取得了辉煌的成

11、就，被誉为第一次绿色革命。得了辉煌的成就，被誉为第一次绿色革命。18851885年巴斯德年巴斯德(LouisPasteurLouisPasteur)首先证实发酵首先证实发酵是由微生物引起的，并建立了微生物纯种培是由微生物引起的，并建立了微生物纯种培养技术，从而养技术，从而为发酵技术的发展提供了理论为发酵技术的发展提供了理论基础基础.2020世纪世纪2020年代，工业生产开始采用大规模的年代，工业生产开始采用大规模的纯种培养技术发酵生产丙酮和丁醇。纯种培养技术发酵生产丙酮和丁醇。同时代，同时代，FlemingFleming发现了青霉菌可以产生青霉发现了青霉菌可以产生青霉素，并可用于人类疾病的治疗

12、。随着青霉素大素，并可用于人类疾病的治疗。随着青霉素大规模发酵生产，使发酵工业和酶制剂工业开始规模发酵生产，使发酵工业和酶制剂工业开始大量涌现。大量涌现。从食品生物技术发展的阶段来看，在这以前的食品生物技从食品生物技术发展的阶段来看，在这以前的食品生物技术应该是传统意义上的食品生物技术。术应该是传统意义上的食品生物技术。19531953年沃森年沃森(WastonWaston)和克里克和克里克(Crick)Crick)发现发现了了DNADNA的双螺旋结构，奠定了现代分子生物学的双螺旋结构，奠定了现代分子生物学研究的基础。研究的基础。华生和克里克在讨论DNA双螺旋模型19651965年，法国科学家

13、年，法国科学家JacobJacob和和MonodMonod提出了乳提出了乳糖操纵子学说，开创了基因表达调控研究的糖操纵子学说，开创了基因表达调控研究的先河。先河。此外，他们还提出了在核酸分子中还存在一此外，他们还提出了在核酸分子中还存在一种与染色体脱氧核糖核酸序列互补的，能把种与染色体脱氧核糖核酸序列互补的，能把遗传信息带到蛋白质合成场所并翻译成蛋白遗传信息带到蛋白质合成场所并翻译成蛋白质的信使核糖核酸质的信使核糖核酸mRNAmRNA分子，这一学说对分分子，这一学说对分子生物学的发展起到了极其重要的作用。子生物学的发展起到了极其重要的作用。19691969年，美国科学家年，美国科学家Niren

14、bergNirenberg由于在破译了由于在破译了DNADNA的密码。的密码。HollyHolly的主要功绩在于阐明了的主要功绩在于阐明了酵母丙氨酸酵母丙氨酸tRNAtRNA的核的核苷酸序列苷酸序列，并证实所有的，并证实所有的tRNAtRNA在结构上的相似性在结构上的相似性；KhoranaKhorana则是第一个则是第一个合成核酸分子，并且人工复制合成核酸分子，并且人工复制了酵母基因。了酵母基因。2020世纪世纪6060年代末，斯坦福大学的生物化学教授年代末，斯坦福大学的生物化学教授PaulBergPaulBerg将来将来噬菌体噬菌体DNADNA 和猴病毒和猴病毒SV40SV40的的DNADN

15、A连连接起来，获得了世界第一例重组接起来，获得了世界第一例重组DNADNA。19721972年美国加州大学的年美国加州大学的BoyerBoyer实验室从大肠杆菌实验室从大肠杆菌中分离出一种新的核酸酶中分离出一种新的核酸酶EcoRIEcoRI，它可以在它可以在DNADNA特特定的位置将定的位置将DNADNA切断，这种新的核酸酶就是切断，这种新的核酸酶就是限制性限制性内切酶内切酶.19771977年年SangerSanger设计出了一种测定设计出了一种测定DNADNA分子内核分子内核苷酸序列的方法，即双脱氧法；苷酸序列的方法，即双脱氧法；同年，同年，MaxamMaxam和和GilbertGilbe

16、rt也发明了一种用化学方法测定也发明了一种用化学方法测定DNADNA分子内分子内核苷酸序列的方法。核苷酸序列的方法。他们于他们于19801980年获得了诺贝尔年获得了诺贝尔医学和生理学奖。医学和生理学奖。19781978年，胰岛素在大肠杆菌中表达成功。年，胰岛素在大肠杆菌中表达成功。第一个基因重组产品，也第一个基因工程药物人胰岛素于1982年在美国问世我国第一个基因工程药物干扰素-1b于1989年上市 19841984年德国人年德国人KohlerKohler、美国人美国人MilsteinMilstein和和丹麦人丹麦人JerneJerne由于发展了由于发展了单克隆抗体技术单克隆抗体技术，完，完

17、善了善了极微量蛋白质的检测技术极微量蛋白质的检测技术 19861986年美国科学家年美国科学家MullisMullis发明了聚合酶链式反发明了聚合酶链式反应技术（应技术（PolymeraseChainReactionPolymeraseChainReaction，PCR)PCR)，该技该技术为分子检测、基因突变、基因工程提供了有力术为分子检测、基因突变、基因工程提供了有力的操作工具，成为分子生物学、基因工程和现代的操作工具，成为分子生物学、基因工程和现代分子检测最常用的工具之一。分子检测最常用的工具之一。l标准的PCR过程分为三步：1.1.DNADNA变性（变性（90-9690-96）：双链）

18、：双链DNADNA模板在热作用下，模板在热作用下，氢氢键断裂，形成单链键断裂，形成单链DNADNA2.2.退火（退火（25-6525-65）：系统温度降低，引物与）：系统温度降低，引物与DNADNA模板结模板结合，形成局部双链。合，形成局部双链。3.3.延伸（延伸（70-7570-75）：在）：在Taq DNATaq DNA聚合酶（在聚合酶（在7272左右最左右最佳的活性）的作用下，以佳的活性）的作用下，以dNTPdNTP为原料，从引物的为原料，从引物的55端端33端延伸，合成与模板互补的端延伸，合成与模板互补的DNADNA链。链。每一循环经过变性、退火和延伸，每一循环经过变性、退火和延伸，D

19、NADNA含量既增加一倍。含量既增加一倍。19971997年，第一只体细胞克隆羊年，第一只体细胞克隆羊-多莉在英国罗多莉在英国罗斯林研究所诞生。斯林研究所诞生。克隆羊多莉死了！培育出这只世界上第一例体细胞克隆动物的苏格兰罗斯林研究所2003年2月14日向外界宣布了这一令人心痛的消息。多莉因早衰并患有进行性肺炎，已经病入膏肓，研 究人员不忍视其痛苦地等待死亡，无奈之下为多莉实施了安乐死。多莉只有6岁，寿命仅相当于普通羊的一半。多莉的悲剧再次引发了有关克隆技术的争议。自从自从19971997以后，以后，“克隆克隆”一词就像电波一样，一词就像电波一样，立即传遍世界各地，各种克隆动物，比如克隆立即传遍

20、世界各地，各种克隆动物，比如克隆鼠、克隆牛、克隆猴、克隆猪、克隆猫和克隆鼠、克隆牛、克隆猴、克隆猪、克隆猫和克隆兔等，也如雨后春笋般地纷纷问世，而濒危的兔等，也如雨后春笋般地纷纷问世，而濒危的大熊猫、绝种的印度猎豹，甚至只存在于考古大熊猫、绝种的印度猎豹，甚至只存在于考古记录中的哺乳动物猛犸等，科学家也都想尝试记录中的哺乳动物猛犸等，科学家也都想尝试克隆一下克隆一下。韩国研究人员韩国研究人员20082008年年9 9月月4 4日表示，世界上第日表示，世界上第一只克隆狗一只克隆狗“斯纳皮斯纳皮”(snuppy)(snuppy)做父亲了。做父亲了。首尔国立大学的一个科研组在声明中说，通首尔国立大学

21、的一个科研组在声明中说，通过人工授精方法，这只阿富汗猎犬成功使两过人工授精方法，这只阿富汗猎犬成功使两只相同品种的克隆母狗受孕。只相同品种的克隆母狗受孕。该科研组的领导者告诉记者说：该科研组的领导者告诉记者说：“克隆狗生克隆狗生育小狗崽，这在世界上还是第一次。育小狗崽，这在世界上还是第一次。”5 5月月1414日和日和1818日，两只母狗共生下日，两只母狗共生下1010只小狗，其中只小狗，其中一只狗崽在出生后不久死亡，其余一只狗崽在出生后不久死亡，其余9 9只非常健只非常健康。李说：康。李说：“这展现了克隆狗的生殖能力。这展现了克隆狗的生殖能力。”该科研组计划利用这些小狗崽实施类似的繁殖该科研

22、组计划利用这些小狗崽实施类似的繁殖试验。利用克隆狗繁殖后代的方法，试验。利用克隆狗繁殖后代的方法，“为克隆为克隆嗅探犬和导盲犬开辟了一条新途径。要经过特嗅探犬和导盲犬开辟了一条新途径。要经过特殊训练成为嗅探犬或导盲犬的狗，必须接受绝殊训练成为嗅探犬或导盲犬的狗，必须接受绝育手术，因为这些狗一旦生育，就会丧失嗅探育手术，因为这些狗一旦生育，就会丧失嗅探或导盲的能力。或导盲的能力。”二、食品生物技术的研究内容二、食品生物技术的研究内容（一）基因工程（一）基因工程 又名分子克隆，又名分子克隆，DNADNA重组技术。重组技术。n概念：概念：运用酶学方法，将外源基因与载体运用酶学方法，将外源基因与载体D

23、NADNA在体外进行重组，将形成的重组在体外进行重组，将形成的重组DNADNA转入转入受体细胞，使外源基因在其中复制表达，从受体细胞，使外源基因在其中复制表达，从而改造生物特性，生产出人类所需要的产物而改造生物特性，生产出人类所需要的产物的高新技术。的高新技术。n基因工程的步骤：基因工程的步骤：获得目的基因；获得目的基因；将目的基因与载体连接形成重组将目的基因与载体连接形成重组DNADNA；将重组将重组DNADNA导入受体细胞；导入受体细胞；筛选出能表达目的基因的受体细胞筛选出能表达目的基因的受体细胞第一例基因工程实验l定义：应用细胞生物学和分子生物学的方法，通定义：应用细胞生物学和分子生物学

24、的方法，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质以获得新型生物或一定细胞产品的一门综合性科学以获得新型生物或一定细胞产品的一门综合性科学技术。技术。（二）细胞工程（二）细胞工程 n细胞工程研究的内容按其技术可分为细胞工程研究的内容按其技术可分为8 8大类：大类：8 8、染色体工程技术、染色体工程技术 1 1、组织与细胞培养技术、组织与细胞培养技术2 2、细胞大量培养技术、细胞大量培养技术3 3、细胞器移植技术、细胞器移植技术4 4、DNADNA重组技术重组技

25、术5 5、外源基因导入技术、外源基因导入技术6 6、细胞融合技术、细胞融合技术7 7、体外受精和胚胎移植技术、体外受精和胚胎移植技术l动物细胞工程包括：细胞培养技术（包括组织培养、动物细胞工程包括：细胞培养技术（包括组织培养、器官培养）；细胞融合技术；胚胎工程技术器官培养）；细胞融合技术；胚胎工程技术 （核移（核移植、胚胎分割等）；克隆技术（单细胞系克隆、器植、胚胎分割等）；克隆技术（单细胞系克隆、器官克隆、个体克隆）。官克隆、个体克隆）。l植物细胞工程包括：植物组织、器官培养技术；细植物细胞工程包括：植物组织、器官培养技术；细胞培养技术；原生质体融合与培养技术；亚细胞水胞培养技术；原生质体融

26、合与培养技术；亚细胞水平的操作技术等。平的操作技术等。n按生物种类可以分为：按生物种类可以分为：植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程微生物细胞工程。微生物细胞工程。目前，目前，植物细胞培养植物细胞培养已成为食品生物技术研究的已成为食品生物技术研究的热点，在热点，在食用天然色素、植物次生代谢产物食用天然色素、植物次生代谢产物中对人中对人体健康有益的功能因子等方面已开展了广泛的研究。体健康有益的功能因子等方面已开展了广泛的研究。如人参细胞培养，得到的活性人参细胞粉，既是保如人参细胞培养，得到的活性人参细胞粉，既是保健食品的原料，也可作为药材，其中除含有人参皂健食品的原料，也可作为药材，

27、其中除含有人参皂甙外，还含有酶类及其他活性成分，其保健作用优甙外，还含有酶类及其他活性成分，其保健作用优于天然人参。于天然人参。此外，对紫草细胞、朝天椒细胞、甘草细胞、熏衣此外，对紫草细胞、朝天椒细胞、甘草细胞、熏衣草细胞、薄荷细胞、苦瓜细胞等进行细胞培养，研草细胞、薄荷细胞、苦瓜细胞等进行细胞培养，研究从这些细胞中提取可用作究从这些细胞中提取可用作色素、香精、甜味剂、色素、香精、甜味剂、代谢调节物的天然产物。代谢调节物的天然产物。我国的童弟周教授早在我国的童弟周教授早在2020世纪世纪6060年代就开展鱼类年代就开展鱼类核移植工作，并得到了杂种鱼。核移植工作，并得到了杂种鱼。1981 198

28、1年年IllmensesIllmenses用小鼠幼胚细胞核克隆出正常用小鼠幼胚细胞核克隆出正常小鼠。到了小鼠。到了2020世纪世纪9090年代，利用幼胚细胞核克隆年代，利用幼胚细胞核克隆动物的技术基本成熟。动物的技术基本成熟。19971997年英国罗斯林年英国罗斯林(Roslin)Roslin)研究所利用羊的乳腺研究所利用羊的乳腺细胞细胞核克隆出一头羊细胞细胞核克隆出一头羊(多莉，多莉，Dolly)Dolly)，揭开了揭开了人类用体细胞克隆动物的新时代。人类用体细胞克隆动物的新时代。（1 1）遗传物质完全一致的克隆动物将更有遗传物质完全一致的克隆动物将更有利于人们开展对生长、发育、衰老和健康等

29、利于人们开展对生长、发育、衰老和健康等机理的研究；机理的研究；（2 2）有利于大量培养品质优良的家畜；）有利于大量培养品质优良的家畜；（3 3）克隆转基因动物，可以降低研究费用，）克隆转基因动物，可以降低研究费用，提高成功率，缩短大量繁殖转基因动物的生提高成功率，缩短大量繁殖转基因动物的生产周期；产周期；（4 4）推进了同种克隆向异种克隆的转化，）推进了同种克隆向异种克隆的转化，对保护濒临灭绝的动物具有重要意义。对保护濒临灭绝的动物具有重要意义。n克隆技术的应用前景克隆技术的应用前景（三）蛋白质工程（三）蛋白质工程n概念概念：是是通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和动力通过对蛋白质化学、蛋白质晶体

30、学和动力学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的的设息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的的设计改造，计改造，以便获得更适合人类需要的蛋白质产品的技以便获得更适合人类需要的蛋白质产品的技术。术。通过改变酶促反应的通过改变酶促反应的KmKm和和VmaxVmax提高催化效率。提高催化效率。通过改变蛋白质对酸碱和温度稳定的适应范围，通过改变蛋白质对酸碱和温度稳定的适应范围，拓宽蛋白质的应用范围。拓宽蛋白质的应用范围。改变酶在非水溶剂中的反应性，可使蛋白在非改变酶在非水溶剂中的反应性，可使蛋白在非生理条件

31、下作用；生理条件下作用；减少酶对辅助因子的需求，简化持续生产的过减少酶对辅助因子的需求，简化持续生产的过程。程。增加酶对底物的亲和力，以增加酶的专一性，增加酶对底物的亲和力，以增加酶的专一性，减少不必要的副反应。减少不必要的副反应。n蛋白质工程的主要研究内容蛋白质工程的主要研究内容提高对蛋白酶的抗性，可以简化纯化过程，提高对蛋白酶的抗性，可以简化纯化过程，提高产率。提高产率。改变酶的别构调节部位，减少反馈抑制，提改变酶的别构调节部位，减少反馈抑制，提高产物产率。高产物产率。提高蛋白的抗氧化能力。提高蛋白的抗氧化能力。改变酶对底物的专一性。改变酶对底物的专一性。改变蛋白发生作用的种属特异性。改变

32、蛋白发生作用的种属特异性。总之蛋白质工程研究内容可归纳为：总之蛋白质工程研究内容可归纳为：基因水平上的蛋白质改造；蛋白质修饰基因水平上的蛋白质改造；蛋白质修饰n概念：就是将酶或者微生物细胞、动植物概念：就是将酶或者微生物细胞、动植物细胞等放在一定的生物反应装置中，利用酶细胞等放在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应借助工程手段将相应的原料转化成有用物质的一门的原料转化成有用物质的一门科学技术科学技术（四）（四）酶工程酶工程(enzyme engineering)n研究内容包括：研究内容包括：l自然界中新酶的开发和生产自然界中新酶的开发和生产l

33、酶分子的修饰酶分子的修饰l酶的分离纯化技术酶的分离纯化技术l酶的固定化技术酶的固定化技术l酶反应器酶反应器l酶生物传感器酶生物传感器在食品工业领域，酶制剂占有非常重要的地在食品工业领域，酶制剂占有非常重要的地位。食品的制造、食品添加剂的生产都离不开位。食品的制造、食品添加剂的生产都离不开酶制剂。酶制剂。第一例商品化的转基因食品就是利用重组第一例商品化的转基因食品就是利用重组DNADNA技术生产的技术生产的牛凝乳酶。牛凝乳酶。利用利用DNADNA重组技术，重组技术，将小牛凝乳酶克隆出来，转入微生物中进行将小牛凝乳酶克隆出来，转入微生物中进行发酵生产，获得大量酶产品，解决了奶酪工发酵生产，获得大量

34、酶产品，解决了奶酪工业的一大难题。业的一大难题。(五五)发酵工程发酵工程 l概念：利用微生物的特定性状，通过现代工程概念：利用微生物的特定性状，通过现代工程技术手段，在生物反应器中生产有用物质的一技术手段，在生物反应器中生产有用物质的一种技术。种技术。n主要研究内容主要研究内容:l菌种选育菌种选育;l菌体生产菌体生产;l代谢产物的发酵代谢产物的发酵;l微生物机能的利用微生物机能的利用（六）生物工程下游技术（六）生物工程下游技术 定义：定义：指将发酵工程、酶工程、蛋白质工程和细指将发酵工程、酶工程、蛋白质工程和细胞工程生产的生物原料，经过提取、分离、纯化、胞工程生产的生物原料，经过提取、分离、纯

35、化、加工等步骤，最终形成产品的技术。加工等步骤，最终形成产品的技术。（七）现代分子检测技术（七）现代分子检测技术 现代分子检测技术是建立在现代分子生物学、免现代分子检测技术是建立在现代分子生物学、免疫学、微电子技术、多种分离技术、探测技术、信息疫学、微电子技术、多种分离技术、探测技术、信息技术等多门学科基础上的一门检测技术。技术等多门学科基础上的一门检测技术。主要包括主要包括：l核酸分子检测技术核酸分子检测技术l蛋白质分子检测技术蛋白质分子检测技术l生物芯片生物芯片l生物传感器技术。生物传感器技术。核酸分子检测技术：核酸分子检测技术：最重要的是聚合酶链式反应技术最重要的是聚合酶链式反应技术（P

36、CRPCR）。）。PCRPCR检测技术检测食品中存在的产毒微生物、以食品为载体检测技术检测食品中存在的产毒微生物、以食品为载体的病原微生物等。的病原微生物等。操作快速、准确。利用操作快速、准确。利用PCRPCR技术检测肉毒梭菌、沙门氏菌、技术检测肉毒梭菌、沙门氏菌、单细胞增生李斯特氏菌。单细胞增生李斯特氏菌。蛋白质分子检测技术：蛋白质分子检测技术：最具代表性的是酶联免疫吸附检测最具代表性的是酶联免疫吸附检测技术（技术（ELISAELISA ）和单克隆抗体技术。）和单克隆抗体技术。在食品安全检测中，在食品安全检测中，ELISAELISA可以对农药残留、重金属残留、可以对农药残留、重金属残留、毒性

37、物质、转基因食品等方面进行快速检测。毒性物质、转基因食品等方面进行快速检测。生物芯片生物芯片(biochip)biochip)技术：技术：是把成千上万乃至几十万个生命信是把成千上万乃至几十万个生命信息集成在一个很小的芯片上，以达到对基因、抗原和活体细胞息集成在一个很小的芯片上，以达到对基因、抗原和活体细胞等进行分析和检测。等进行分析和检测。正在研究开发可以检测转基因食品和食品中有害微生物的检测正在研究开发可以检测转基因食品和食品中有害微生物的检测型生物芯片。型生物芯片。生物传感器生物传感器(biosensor)biosensor)：将具有化学识别功能的生物分子将具有化学识别功能的生物分子固定在

38、特定材料上再由换能器、信号放大器、信号转换器等固定在特定材料上再由换能器、信号放大器、信号转换器等组成的分析检测系统。组成的分析检测系统。分析速度快、操作简单、价格低，可以进行连续检测和在线分析速度快、操作简单、价格低，可以进行连续检测和在线分析。分析。已在食品新鲜度、食品口感、食品分析和食品卫生检测等方已在食品新鲜度、食品口感、食品分析和食品卫生检测等方面得到了应用。面得到了应用。三、食品生物技术在食品工业发展三、食品生物技术在食品工业发展中的地位和作用中的地位和作用 食品生物技术已涉及到食品工业的方方面面，从原食品生物技术已涉及到食品工业的方方面面，从原料到加工，无处不存在食品生物技术的痕

39、迹。料到加工，无处不存在食品生物技术的痕迹。基因工程技术可以根据人类的需要人为地设计新型基因工程技术可以根据人类的需要人为地设计新型的食品及食品原料。的食品及食品原料。发酵工程在食品工业中起着举足轻重的作用发酵工程在食品工业中起着举足轻重的作用。乳酸杆菌对乳制品具有许多益处乳酸杆菌对乳制品具有许多益处：1 1、对乳制品的保存有益；、对乳制品的保存有益；2 2、改善乳制品的质地与风味；、改善乳制品的质地与风味；3 3、增加乳制品的营养。、增加乳制品的营养。4 4、对保持人体肠道微生态平衡有益。、对保持人体肠道微生态平衡有益。如：酒饮料、谷类发酵食品、发酵奶制品、蔬菜如：酒饮料、谷类发酵食品、发酵

40、奶制品、蔬菜发酵制品、发酵生产有机酸、氨基酸、维生素、发酵制品、发酵生产有机酸、氨基酸、维生素、调味品等。调味品等。食品生产离不开酶的处理。食品生产离不开酶的处理。l淀粉酶：淀粉酶：可以应用于糖类的生产，为食品生产提供可以应用于糖类的生产，为食品生产提供必不可少的原料；必不可少的原料；l凝乳酶：凝乳酶：应用于奶酪的生产，应用于奶酪的生产，l果胶酶：果胶酶：应用于澄清果汁和啤酒；应用于澄清果汁和啤酒；l转谷氨酰胺酶转谷氨酰胺酶：应用于肉制品、乳制品、植物蛋白：应用于肉制品、乳制品、植物蛋白制品、焙烤制品等，可以提高食品加工过程中的溶解制品、焙烤制品等，可以提高食品加工过程中的溶解性、酸碱稳定性、

41、乳化性、凝胶性，增加食品的风味、性、酸碱稳定性、乳化性、凝胶性，增加食品的风味、口感、组织结构和营养价值；口感、组织结构和营养价值；l利用酶解法生产新型低聚糖，为人类增添了可食用利用酶解法生产新型低聚糖，为人类增添了可食用的具有保健功能的糖源。的具有保健功能的糖源。生物工程下游技术与食品加工工艺密切相关的技生物工程下游技术与食品加工工艺密切相关的技术，特别在生产功能性食品中，对功能因子的提取术，特别在生产功能性食品中，对功能因子的提取将会使生物工程下游技术得到充分的应用。将会使生物工程下游技术得到充分的应用。2121世纪的食品工业将是建立在现代食品生物世纪的食品工业将是建立在现代食品生物技术和

42、现代食品工程技术两大支柱上的一个全新技术和现代食品工程技术两大支柱上的一个全新的朝阳产业。的朝阳产业。食品工业领域食品工业领域基因工程技术在基因工程技术在2020世纪世纪9090年代开始在食品工业年代开始在食品工业中应用，其标志是第一例重组中应用，其标志是第一例重组DNADNA基因工程菌基因工程菌生产的凝乳酶在奶酪工业的应用。生产的凝乳酶在奶酪工业的应用。四、食品生物技术研究和应用进展与展望四、食品生物技术研究和应用进展与展望（一）生物技术研究和应用进展（一）生物技术研究和应用进展 19761976年，世界第一家应用重组年，世界第一家应用重组DNADNA技术开发新药的公技术开发新药的公司司Ge

43、nentechGenentech公司成立。公司成立。20002000年全球的生物技术公司大约有年全球的生物技术公司大约有30003000多家，其中多家，其中美国大约有美国大约有20002000多家，其余的分布在欧洲和日本。多家，其余的分布在欧洲和日本。在在19911991年美国的现代生物技术产品的销售额为年美国的现代生物技术产品的销售额为5959亿亿美元，美元，19961996年达到年达到101101亿美元，亿美元，19971997年达到年达到130130亿美元，亿美元，到到20002000年达到年达到500500亿美元。亿美元。现代生物制药与医药领域现代生物制药与医药领域从发展现状看现代生物

44、技术主要集中从发展现状看现代生物技术主要集中在现代生物制药、农业在现代生物制药、农业及食品、现代检测技术等领域。及食品、现代检测技术等领域。20002000年，美国的年，美国的20002000多家现代生物技术公司中有多家现代生物技术公司中有13001300多家公司从事生物制药的研究和开发，占多家公司从事生物制药的研究和开发，占6060以上；以上；欧洲有欧洲有700700多家占多家占4343以上。主要利用现代生物技术以上。主要利用现代生物技术开发可用于治疗癌症、心血管疾病、艾滋病、遗传病开发可用于治疗癌症、心血管疾病、艾滋病、遗传病等用常规方法治疗和制药困难的药物。等用常规方法治疗和制药困难的药

45、物。医药生物技术的重点医药生物技术的重点：应用基因工程技术，从生物细胞应用基因工程技术，从生物细胞内获得所需基因，将其进行剪切、拼接、重组，并转入内获得所需基因，将其进行剪切、拼接、重组，并转入受体细胞，从而生产具有生理活性的蛋白质、多肽、酶、受体细胞，从而生产具有生理活性的蛋白质、多肽、酶、疫苗、细胞因子及单克隆抗体等，产品主要用于疾病的疫苗、细胞因子及单克隆抗体等，产品主要用于疾病的诊断、治疗和预防。诊断、治疗和预防。我国生物技术医药产品：我国生物技术医药产品：起步较晚，基础较差，但国家起步较晚，基础较差，但国家 863863计划将现代生物技术列为最优先发展项目和计划将现代生物技术列为最优

46、先发展项目和七五七五、八五八五重点攻关项目。重点是利用现代生重点攻关项目。重点是利用现代生物技术手段，开发化学合成方法难以生产的医药产品。物技术手段，开发化学合成方法难以生产的医药产品。19931993年年6 6月，中国生物工程学会在北京成立月，中国生物工程学会在北京成立农业领域的应用农业领域的应用动物胚胎移植技术动物胚胎移植技术：在美国和加拿大已进入实用化：在美国和加拿大已进入实用化阶段，世界上现有阶段，世界上现有200200多家家畜胚胎移植公司，每年多家家畜胚胎移植公司，每年仅牛胚胎移植就有仅牛胚胎移植就有2020万头；万头；组织培养及快速脱毒技术组织培养及快速脱毒技术：开发出的植物新品种

47、有：开发出的植物新品种有棕榈、香蕉、甘蔗等几百种再生植株棕榈、香蕉、甘蔗等几百种再生植株目前实现商业化的包括农作物、林木、瓜果、花卉目前实现商业化的包括农作物、林木、瓜果、花卉等。通过花药培养成功的有烟草、水稻、小麦等新等。通过花药培养成功的有烟草、水稻、小麦等新品种品种。1993 1993年年CalgeneCalgene公司转反义公司转反义PGPG（多聚半乳糖醛酸（多聚半乳糖醛酸酶）基因的延熟番茄在美国批准上市，转基因植物酶）基因的延熟番茄在美国批准上市，转基因植物食品原料的种植面积迅速增加。食品原料的种植面积迅速增加。19961996年年170170万万hmhm2 2，20012001年年

48、52605260万万hmhm2，种植面积种植面积增加了增加了3030倍，倍，6 6年累计种植面积为年累计种植面积为1 1亿亿77207720万万hmhm2 2。经济效益经济效益20012001年近年近4040亿美元。亿美元。20052005年产值增加到年产值增加到8080亿美元，亿美元，n转基因食品的发展可以分为三个阶段转基因食品的发展可以分为三个阶段:第一代转基因食品，是以增加农作物抗性和耐贮第一代转基因食品，是以增加农作物抗性和耐贮性的转基因植物源食品。性的转基因植物源食品。这一代的转基因食品研究起始于这一代的转基因食品研究起始于2020世纪世纪7070年代末年代末8080年代初，年代初，

49、是以转入抗除草剂基因、抗虫基因增加农作物的抗逆性以及延是以转入抗除草剂基因、抗虫基因增加农作物的抗逆性以及延迟成熟基因等为主要特点。迟成熟基因等为主要特点。转基因抗虫水稻转基因抗虫水稻转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒第二代的转基因食品是以改善食品的品质、增加第二代的转基因食品是以改善食品的品质、增加食品的营养为主要特征。食品的营养为主要特征。食品中新增营养因子食品中新增营养因子油脂的改良油脂的改良 蛋白质的改良蛋白质的改良 如Science在2000年1月14日报道了瑞士公立研究所成功开发了富含VitaminA前体的基因重组水稻，被称之为Golden rice 通过基因重组技术

50、获得高赖氨酸转基因玉米、高面筋蛋白小麦等 果蔬品质的改良果蔬品质的改良第三阶段的转基因食品是以研究增加食品中的第三阶段的转基因食品是以研究增加食品中的功能因子和增加食品的免疫功能。功能因子和增加食品的免疫功能。目前的研究主要集中在：乙肝疫苗：乙肝疫苗：HBsAg基因已在番茄、马铃薯、烟草、羽扇豆和莴苣中表达。乙肝病毒表面蛋白M基因也在马铃薯和番茄中成功表达 乳汁中含有人生长激素的转基因牛乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷阿根廷)霍乱病菌疫苗：霍乱病菌疫苗：在马铃薯中转入霍乱弧菌毒素B亚单位(CTB)基因，在块茎和叶片中CTB的最高表达量可达30gg。狂犬病疫苗：狂犬病疫苗：狂犬病是由狂犬病