(3.3)--第一章 绪论食品生物技术.ppt

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1、食品生物技术第一章绪论食品生物技术是什么？能干什么？本章学习目的与要求掌握食品生物技术的基本概念；了解食品生物技术的研究内容；人事食品生物技术在食品工业发展史中的地位及其对食品工业发展的推动作用。第一节食品生物技术的发展与内容1.1.食品生物技术生物技术（Biotechnology）以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其它基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产所需产品或达到某种目的。食品生物技术（食品生物技术（Food biotechnology）是是利利用用生生物物体体及及其其细细胞胞、亚亚细细胞胞和和分分子子组组成成部部分分，结结合合工工程程学学、

2、信信息息学学等等手手段段去去研研究究及及加加工工处处理理或或制制造造食食品品产产品的新技术。品的新技术。1.2.生物技术的起源与发展古代生物技古代生物技术先民利用微生物先民利用微生物发酵生酵生产食品食品近近现代生物技代生物技术依托生物技依托生物技术理理论形成的工形成的工业体系体系细胞学说 在19世纪中时施莱登和施旺两位学者经过20年的研究绘出有关细胞结构明显图象和细胞组成，从而创立了细胞学说。1.2.生物技术的起源与发展图1-1 细胞学说发展1.2.生物技术的起源与发展生物进化论1865年，奥地利学者格里哥尔.孟德尔通过豌豆试验，遗传性状是由一对遗传因子决定的，形成了孟德尔遗传规律学说。图1-

3、2 豌豆试验示意图1.2.生物技术的起源与发展基因学说1909年，摩尔根了遗传学说，物质必须由某种独立的要素组成，正是这些要素我们叫做遗传因子，或者更简单地叫做基因。图1-3 果蝇试验结果分析1.2.生物技术的起源与发展微生物发酵理论1885年，巴斯德的鹅颈瓶试验证实了发酵是由微生物引起的。巴斯德巴氏杀菌弗莱明发现青霉素青霉素青霉素抑菌环抑菌环图1-3 巴斯德的鹅颈瓶试验图1-4 青霉素的抑菌性分子生物学1953年美国遗传学家詹姆斯.沃森（James D.Watson）和英国生物物理学家弗朗西斯.克里克（Francis crick）根据莫.休.弗.威尔金斯（M.H.F.wilkins）的x-射

4、线衍射等系列图谱结构分析基础上，提出了“DNA双螺旋结构模型”，首次阐明了D结构与功能，为遗传信息的贮存、传递和利用提供了科学依据，创立了现代分子生物学。图图1-5 DNA分子双螺旋结构模型分子双螺旋结构模型图图1-6 DNA的的X-射线衍射图射线衍射图1.2.生物技术的起源与发展1.2.生物技术的起源与发展中心法则与遗传密码1961年，法国分子生物学家F.Jacob和J.Monod提出了乳糖操纵子（Lac Operon）假说；1969年，美国科学家Nirenberg破译了DNA遗传密码；1970年，法国分子生物学家Crick等人提出的分子生物学中心法则。图图1-8 DNA遗传编码遗传编码图图

5、1-7 中心法则中心法则1.2.生物技术的起源与发展重组DNA技术20世纪60年代，美国的生物化学教授Paul Berg制备了世界上第一例重组DNA。1972年，美国Boyer实验室分离得到了DNA限制性内切酶Eco.R I。1977年，Sanger，Maxam和Gilbert分别发明了双脱氧法，化学测定DNA序列法。1984年，Kohler，Milstein和Jerne共同研发了单克隆抗体技术。图图1-9 DNA重组示意图重组示意图1.2.生物技术的起源与发展PCR技术1986年，美国人Mullis发明了聚合酶链式反应技术（Polymerase Chain Reaction），该技术为分子检

6、测、基因突变、基因工程提供了高效的工具，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。图图1-10 PCR仪仪图图1-11 PCR扩增示意图扩增示意图1.2.生物技术的起源与发展图图1-12 生物技术关系树生物技术关系树现代化高精尖仪器：现代化高精尖仪器：超速离心机超速离心机电子显微镜电子显微镜HPLCDNA合成仪器合成仪器DNA、蛋白、蛋白/多肽测序仪多肽测序仪PCR仪仪生物反应器生物反应器发酵罐发酵罐各类电泳设备各类电泳设备各类生物分析软件各类生物分析软件1.3.食品生物技术研究的内容基因工程细胞工程蛋白质工程酶工程发酵工程生物工程下游技术转基因生物反应器现代分子检测技术组学技术

7、1.3.1.基因工程 基因工程是70年代兴起的一门新技术，其主要原理是应用人工方法把生物的遗传物质，通常是DNA分离出来，在体外进行切割、拼接和重组。然后将重组了的DNA导入某种宿主细胞或个体，从而改变它们的遗传品性；有时还使新的遗传信息在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物。也称DNA重组技术。图图1-13 基因工程制备的产品基因工程制备的产品1.3.2.细胞工程 细胞工程是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、反之，或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种，加速繁育动、植物个体，或获得某种有用物质的过程。包括动、植物细胞的体外培养技术、

8、细胞融合技术、细胞器移植技术等。图图1-14 植物细胞工程植物细胞工程1.3.3.蛋白质工程在基因工程的基础上，接合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造，从而达到对蛋白质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要的新型蛋白质。图图1-16 利用蛋白质工程生产的利用蛋白质工程生产的Nisin图图1-15 谷胱甘肽谷胱甘肽1.3.4.酶工程 酶工程是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。包括酶的固定化技术、细胞的固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。图图1-1

9、7 固定化酶生产阿落糖高果糖浆的反应示意图固定化酶生产阿落糖高果糖浆的反应示意图1.3.5.发酵工程 利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等优点，在合适条件下，通过现代工程技术手段，由特定的活基因工程改造的微生物生产出人类所需的产品称为发酵工程，也称微生物工程。图图1-18 现代生物技术下的发酵工程现代生物技术下的发酵工程1.3.6.生物工程下游技术 整合发酵工程、酶工程、蛋白质工程、和细胞工程生产的原料，经过提取、分离、纯化和加工等步骤，最终形成产品的技术。第一阶段19世纪60年代之前早期生物工程下游技术第二阶段传统分离技术为依托的下游技术第三阶段20世纪70年代现代生物技术功

10、能因子1.3.7.转基因生物反应器利用基因工程手段将外源基因转化到受体中进行高效表达，从而获得具有重要应用价值的表达产物的生命系统。图图1-18 生物反应器流程生物反应器流程1.3.8.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、免疫学、微电子技术、现代分离技术、探测技术、信息技术等夺门学科的基础上一项综合技术。核酸分子检测技术聚合酶链式反应技术（PCR）蛋白质分子检测技术酶联免疫吸附检测技术（ELISA）单克隆抗体技术（McAb）综合应用基因芯片生物传感器图图1-19 ELISA试剂盒试剂盒1.3.9.组学技术与生物信息学技术组学是从整体的角度出发去研究人类组织细胞结构，基因，

11、蛋白及其分子间相互的作用，通过整体分析反映人体组织器官功能和代谢的状态的技术。基因组学转录组学蛋白质组学组学技术脂类组学糖组学代谢组学RNA组学1.3.食品生物技术研究的内容图图1-20 食品生物技术的的应用流程食品生物技术的的应用流程第二节食品生物技术在食品中的应用1.3.食品生物技术研究的内容基因工程细胞工程蛋白质工程酶工程发酵工程生物工程下游技术转基因生物反应器现代分子检测技术组学技术l食食品品生生物物技技术术对对改改造造传传统统食食品品工工业业和和农农副副产产品品深深加加工工，具具有有革革命命性性意意义和较大的经济价值。义和较大的经济价值。l食食品品生生物物技技术术即即食食品品生生物物

12、工工程程包包括括上上游游工工程程（up stream process）和和下下游游工工程程（down stream process），整整个个过过程程有有多多个个操操作作工工序序，一一环环扣扣一一环环，核核心心技技术术为为生生物物技技术术和和酶酶工工程，形成较为完整的产业链。程，形成较为完整的产业链。图图1-21 食品生物技术产业链示意图食品生物技术产业链示意图1.4.食品生物技术在食品工业中的地位与作用1.4.食品生物技术在食品工业中的地位与作用解决食品短缺的困境解决食品短缺的困境丰富食品种丰富食品种类开开发功能性食品功能性食品开开发新食品新食品资源源开开发高效的食品安全高效的食品安全检测手

13、段手段1.4.食品生物技术在食品工业中的地位与作用改善农业生产，解决食品短缺改善农业生产，解决食品短缺提高提高农作物作物产量及其品量及其品质（1）利用基因工程培育抗逆的作物）利用基因工程培育抗逆的作物优良品系良品系图图1-21 抗逆水稻、棉花和小麦抗逆水稻、棉花和小麦1.4.食品生物技术在食品工业中的地位与作用B站看看怎么说“超级稻”和生物技术1.4.食品生物技术在食品工业中的地位与作用（2）利用植物）利用植物细胞全能性，胞全能性，实现植物种苗的工厂化生植物种苗的工厂化生产图图1-22 植物愈伤组织育苗植物愈伤组织育苗1.4.食品生物技术在食品工业中的地位与作用（3）提高粮食品）提高粮食品质；

14、如提高大米的蛋白含量，延如提高大米的蛋白含量，延长番番茄、香蕉的茄、香蕉的货架期等。架期等。（4）生物固氮，减少化肥使用量；）生物固氮，减少化肥使用量；将固氮基因将固氮基因转移到移到作物根作物根际微生物体内微生物体内（5）生物）生物农药，生，生产绿色食品。色食品。图图1-23含有胡萝卜素的转基因大米含有胡萝卜素的转基因大米1.4.食品生物技术在食品工业中的地位与作用发展畜牧业生产发展畜牧业生产（1）利用）利用动物物细胞核的胞核的遗传全能性全能性进行体行体细胞克隆，胞克隆，动物的大量快速无性繁殖物的大量快速无性繁殖图图1-25 克隆动物克隆动物（2）利用）利用转基因基因技技术，培育，培育动物的物

15、的优良品系良品系1.4.食品生物技术在食品工业中的地位与作用图图1-26 转基因动物转基因动物产低乳糖牛乳的牛产低乳糖牛乳的牛1.4.食品生物技术在食品工业中的地位与作用图图1-27 谷氨酰胺转氨（谷氨酰胺转氨（TG）酶）酶 发展微生物发酵工业发展微生物发酵工业综合基因工程、蛋白合基因工程、蛋白质工程、工程、酶工程等技工程等技术，实现优良工程菌良工程菌株的制株的制备，新型、高效，新型、高效酶的生的生产，以及，以及发酵工酵工业的革新。的革新。图图1-28人造肉人造肉1.5.生物技术对经济社会发展的影响体外重组体外重组DNA技术的创始人技术的创始人P.Berg，用病毒，用病毒DNA与一种噬菌体与一

16、种噬菌体DNA在体外成功地拼接起来的时候，停止了他的研究，建议将在体外成功地拼接起来的时候，停止了他的研究，建议将DNA重组的研究先冻结一年，以便讨论这项技术的安全性问题。重组的研究先冻结一年，以便讨论这项技术的安全性问题。现代生物技术从它诞生之日起，其负面影响就是无法回避的问题。现代生物技术从它诞生之日起，其负面影响就是无法回避的问题。生物技术是一把双刃剑。生物技术是一把双刃剑。1.5.生物技术对经济社会发展的影响(1)基因工程对微生物的改造是否会产生某种有基因工程对微生物的改造是否会产生某种有致病致病性的微生物性的微生物，这些微生物都带有特殊的致病基因，这些微生物都带有特殊的致病基因，如果

17、它们从实验室逸出并且扩散，有可能造成类似如果它们从实验室逸出并且扩散，有可能造成类似鼠疫鼠疫那样的可怕疾病的流行。那样的可怕疾病的流行。图图1-30 改造病毒产生的抗癌药物改造病毒产生的抗癌药物图图1-29 改造产生的新冠？造谣的！改造产生的新冠？造谣的！1.5.生物技术对经济社会发展的影响(2)转基因作物及食品转基因作物及食品的生产和销售，是否对人类和环境造成长期的影的生产和销售，是否对人类和环境造成长期的影响，擅自改变植物基因是否可能引起一些响，擅自改变植物基因是否可能引起一些难以预料的危险难以预料的危险。图图1-31 转基因食物的安全性尚未确认转基因食物的安全性尚未确认1.5.生物技术对

18、经济社会发展的影响(3)转基因技术转基因技术 某些宗教团体禁止食用的动物基因转入他们通常食用某些宗教团体禁止食用的动物基因转入他们通常食用的动物中，这可能触怒这些团体，例如将猪的基因转入绵羊；将动物的动物中，这可能触怒这些团体，例如将猪的基因转入绵羊；将动物基因转入食用植物可能会引起一些素食主义者的特别关注；用含人类基因转入食用植物可能会引起一些素食主义者的特别关注；用含人类基因的生物体作为动物饲料而可能引发的伦理问题。基因的生物体作为动物饲料而可能引发的伦理问题。1.5.生物技术对经济社会发展的影响(4)分子克隆技术在人类身上的应用分子克隆技术在人类身上的应用可能造成巨大的可能造成巨大的社会

19、问题社会问题，并对人，并对人类自身的进化产生影响；而应用在其他生物上同样具有危险性，因为类自身的进化产生影响；而应用在其他生物上同样具有危险性，因为所创造出的新物种有可能具有极强的破坏力而引发一场浩劫。所创造出的新物种有可能具有极强的破坏力而引发一场浩劫。(5)生物技术的发展将不可避免地推动生物技术的发展将不可避免地推动生物武器生物武器的研制与发展，使笼罩的研制与发展，使笼罩在人类头上的生存阴影越来越大。在人类头上的生存阴影越来越大。1.5.生物技术对经济社会发展的影响(6)动物克隆技术的建立，如果被某些人用来制造动物克隆技术的建立，如果被某些人用来制造克隆人克隆人，将可能破坏整个，将可能破坏

20、整个人类社会的和平。人类社会的和平。动物克隆技术动物克隆技术 上面已经提到人的克隆可能对人类社会的破坏。从法律层面上面已经提到人的克隆可能对人类社会的破坏。从法律层面看，人的克隆同样给人们带来困扰，提供体细胞的人与被克隆的人从法律看，人的克隆同样给人们带来困扰，提供体细胞的人与被克隆的人从法律上看是父子、母子或兄弟上看是父子、母子或兄弟?人类基因组与基因诊断技术人类基因组与基因诊断技术 一个人的遗传信息一个人的遗传信息(基因组序列基因组序列)是不是一种是不是一种隐私隐私?基因诊断过程会不会侵犯个人隐私基因诊断过程会不会侵犯个人隐私?保险公司或工厂的顾主是否有权保险公司或工厂的顾主是否有权力要求

21、投保人或被雇佣者进行基因组检测，预测他们将来可能罹患某些疾力要求投保人或被雇佣者进行基因组检测，预测他们将来可能罹患某些疾病，再决定是否接受投保或雇佣病，再决定是否接受投保或雇佣?人们对转基因技术的争论和产生不同的见解都是正常的。正确的社会舆论导向，将有利于决策者做出正确的决策，从而促进科学技术的发展，否则将阻碍科学技术的发展。面对转基因技术的利弊，正确的做法应该是趋利避害，而不能因噎废食。生物武器的种类生物武器的种类包括致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌等禁止生物武器（1）禁止生物武器公约：1972年4月10日，苏联、美国、英国分别在其首都签署，并于1975年3月26日生效。1

22、984年11月15日我国也加入了这一公约。（2）中国政府的态度：在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。1.6.食品生物技术未来的发展趋势转基因食品的基因食品的继续高速高速发展，加速展，加速农林牧副林牧副渔产业的高速的高速发展展新新资源食品的开源食品的开发与与应用，丰富食品种用，丰富食品种类，满足人足人类的的营养需求养需求微生物微生物发酵食品及其副酵食品及其副产物成物成为食品食品资源开源开发的新的新热点点生物技生物技术生生产食品添加食品添加剂，满足食品安全、健康、新足食品安全、健康、新鲜、稳定的要求定的要求降低种植、畜牧降低种植、畜牧业化学制化学制剂的使用的使用课外阅读人类基因组计划是什么？转基因食品安全吗？课后思考请用自己的语言总结一下，什么是食品生物技术？请简述一下你认为生物技术生产的食品的安全性，尤其是转基因和遗传重组食品的安全性的认识。