食品生物技术导论Word文件下载.docx

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生物技术也称生物工程,是探索生命现象和生物物质规律,利用生物体的机能或模仿生物体的机能进行物质生产的技术。

生物技术包括传统生物技术和现代生物技术,现代生物技术是指以现代生物学研究成果为基础,以基因工程为核心的新兴学科。

现代生物技术主要包括:

基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程。

现代生物技术在解决食品问题中发挥了积极作用。

1、基因工程

1、基因工程简介

基因工程基本过程就是利用重组DNA技术，在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行增值，并使重组基因在受体内表达，产出人类需要的基因产物。

基因工程的操作过程一般分4个步骤:

第一步，在供体细胞中用限制性内切酶切割基因，以分离出含有特定的基因片段或人工合成目的基因并制备运载体（质粒、病毒或噬菌体）；

第二步：

把获得的目的基因与制备好的运载体用DNA连接酶连接组成重组体;

第三步：

把重组体引入宿主细胞；

第四步：

筛选、鉴定出含有外源目的基因的菌体或个体。

2、基因工程在食品工业中的应用

2.1改造食品微生物

2.1.1改良微生物菌种

最早成功应用的基因工程菌是面包酵母菌。

人们把具有优良特性的酶基因转移至该食品微生物中，使该酵母含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖酶含量大大提高，面包加工中产生CO2气体的量高，用这种菌制造出的面包膨发性能良好、松软可口，深受消费者的欢迎。

在面包烘焙过程中，经过基因工程改造后的面包酵母菌种和普通面包酵母一样会被杀死，使用安全。

1990年，英国已经批准允许使用这种酵母。

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，节约能源60%，并且生产周期大大缩短

目前，利用基因工程技术在改造其他微生物方面也取得了成功。

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、乳化剂、表面活化剂、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，基因工程对微生物菌种改良前景广阔。

2.1.2酶制剂的生产

20世纪80年代以来，为了缓和小牛凝乳酶供应不足的紧张状态，日本、美国、英国纷纷开展了牛凝乳基因工程的研究。

于1981年首次用DAN重组技术奖凝乳酶原基因克隆到E.coli中并成功表达。

随后英国、美国相继构建了各自的凝乳酶原的cD-NA文库，并成功地在E.coli酵母、丝状真菌中表达。

另外，还有报道基因工程应用于生产高果葡萄糖浆的葡萄糖异构酶的基因克隆入大肠杆菌中后，获得了比原来高几倍的酶产率。

2.2改善食品原料

2.2.1改良动物食品性状

基因工程生产的动物生长激素对加速动物的生长、改善饲养动物的效率及改变畜产动物及鱼类的营养品质等方面具有广阔的应用前景。

在嫩化肉的方面，可以利用生物工程技术动物体内的肌肉生长发育基因进行调控，通过基因工程获得嫩度好的肉。

通过基因工程可以提高牛乳产量；

改善牛乳的成分；

表达用于治疗药物的蛋白；

提高加工中的牛乳热稳定性。

2.2.2改造植物性食品原料

通过基因工程可以提高作物中蛋白质的含量，改良氨基酸的组成。

还可以针对性地将富含某种特异性的氨基酸的蛋白转入目的植物，以提高相应的植物中特定氨基酸的含量。

列如：

通过分析发现，玉米β-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。

2.3利用基因工程改进食品生产工艺

2.3.1利用DNA重组技术改进果糖和乙醇生产方法

通常以谷物为原料生产乙醇和糖果时，要使用淀粉酶等分解原料中的糖类物质。

这些酶造价高，而且只能使用一次，对这些酶进行改进，可大大降低果糖和乙醇的生产成本。

2.3.2提高马铃薯的加工性能

澳大利亚的科学家将PPO的cDNA片段，即一段名为“POT32”的DAN片段，构建反义基因表达载体，通过农杆菌介导转入澳大利亚的马铃薯主栽品种“Nor-chip”中，从而成功地培育出抗褐变的马铃薯品种。

这种转基因马铃薯在切开或碰撞后任然保持白色而不会发生褐变。

2.4改良食品营养品质

蛋白质的改良,食品中动植物蛋白由于其含量不高或比例不恰当,可能导致蛋白营养不良。

采用转基因的方法,生产具有合理营养价值的食品,让人们只需吃较少的食品,就可以满足营养需求;

油脂的改良,对油脂品质的改善主要集中在两个方面:

控制脂肪酸的链长和饱和度。

油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因。

目前已知豆类中的脂氧合酶在酸败过程中扮演重要角色;

碳水化合物的改良,对碳水化合物的改进,只有通过对其酶的改变来调节其含量。

2.5开发保健食品和食品疫苗

食品疫苗就是将致病微生物的有关蛋白（抗原）基因,通过转基因技术导入植物受体中进行表达,得到具有抵抗相关疾病的疫苗。

已获成功的有狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突变株表面蛋白等10多种转基因马铃薯、香蕉、番茄的食品疫苗。

英国科学家宣布,未来几年内,他们将培养一种新型生物鸡,这种鸡所产的鸡蛋里具有抗肿瘤因子,癌症患者食用鸡蛋后体内癌细胞的扩散就会受到抑制。

2、细胞工程

1、细胞工程简介

细胞工程也称细胞技术，是生物技术的主要内容之一。

细胞工程是以细胞为基本单位，在离体条件进行培养或人为的精细操作，使细胞在体外大规模地繁殖，使细胞的一些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到体外生产生物产品的目的。

2、细胞工程在食品工业中应用

利用植物细胞大规模培养技术已能生产许多种香料物质。

在洋葱细胞培养中，从蒜碱酶抑制剂羟基胺中提取出了香料物质的前体——烷基半胱氨酸磺胺化合物。

在玫瑰的细胞培养中发现增加成熟的不分裂细胞能产生除五倍子酸、表儿茶、儿茶酸之外的更多的酚。

在热带栀子花的细胞培养中产生的单萜葡糖苷、格尼帕甙和乌口树甙的产量很高。

在动物细胞培养技术运用中，现已成功地培育出“四倍体复合银鲫鱼”“人工复合三体鲤鱼”大面体饲养试验显示出明显快速生长特性。

如雌核发育的银鲫复合杂种鱼，生长速度比异育银鲫快30-50%，人工复合三体鲤鱼生长速度比普通鲤鱼快65%。

3、蛋白质工程

1、蛋白质工程简介

所谓蛋白质工程是指通过生物技术对蛋白质的分子结构或者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获得更适合人类需要的蛋白质产品的技术。

蛋白质工程离不开蛋白质的分离纯化、顺序分析、结构与功能研究以及发酵后处理等有关蛋白质化学的基础知识与技术。

2、蛋白质工程在食品工业中的应用

1992年3月29日我国卫生部食品监督部门签发了Nisin在国内的使用合格证明，同时将Nisin列入1992年10月1日实施的国际GB2760-86中的增补品种，用于罐藏食品、植物蛋白质、乳制品和肉制品的保藏。

迄今为止，Nisin已在全世界约60个国家和地区被用做食品保护剂，并获得了广泛的应用。

四、酶工程

1、酶工程简介

酶工程又称酶技术，就是利用酶催化的作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需的产品的过程，它是酶理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。

2、酶工程在食品工业中应用

2.1在甜昧剂中的生产应用

海藻糖是一种新型的多功能食品添加剂。

张海平和杨静从中国土样中筛选分离得到能产生淀粉转化为海藻糖的酶菌株,并利用该菌株生产的酶进行淀粉合成海藻糖。

产物海藻糖在反应混合物中的含量可达48g/100g。

薛璐和马莺研究了在不易破壁取得胞内海藻糖合酶的情况下,采用渗透处理细胞技术生产透性化细胞酶,并获得了较高的酶活力。

海藻糖还可由海藻糖合酶将麦芽糖直接转化为海藻糖,在海藻糖的工业生产中有着良好的应用前景。

2.2在调味剂中的生产应用

李祥、罗仓学和彭小平等以啤酒废酵母为原料,添加蛋白酶和葡聚糖酶,经过脱苦、自溶等工序而制成的酵母抽提物,富含多种氨基酸,具有强烈的增鲜效应及醇厚浓郁的肉香味,风味、质量达到国外同类产品的先进水平。

2.3在香味剂中的生产应用

张文启报道酶法奶类香精是以稀奶油或奶油为原料,通过脂肪酶或接入某种微生物,使乳脂肪分解,从而得到增强许多倍的乳香原料。

广州百花香料股份有限公司采用酶法水解黄油,生产系列奶类或乳化牛奶香精,取得了良好的经济效益。

实验室利用微生物酶类生产香兰素的研究也有报道。

5、发酵工程

1、发酵工程简介

发酵工程系指利用生物细胞（或酶）的某种特性，通过现代化工程技术手段进行工业规模化生产的技术。

2、发酵工程在食品工业中应用

目前已有几十种酶成功地运用于食品加工，涉及到淀粉的深度加工，果汁、肉蛋制品，乳制品等加工制造，在改进食品技术，提高食品质量，改善食品风味等方面发挥了重要作用，运用广泛。

近年来,利用食用菌及有益微生物发酵开发具有特殊风味及营养保健功效的饮料制品受到了人们的重视,并对其加工过程中微生物种群的变化及发酵微生物的分离与鉴定进行了研究。

朱俊晨等以发酵液的外观口感及其中的活菌数为评定产品的指标,考察了以豆奶、胡萝卜汁为底料,利用青春双歧杆菌生产活菌饮品发酵饮料的可能性,为蛋白——果蔬汁混合发酵饮料的研制提供了重要的理论依据。

王禾等以粟米为原料,采用二水平一次回归正交试验设计,确定了粟米乳酸发酵的最佳工艺,把谷物及薯类乳酸发酵饮料的开发向前推进了一步。

从以上的论述中，可以发现食品生物技术已经渗透到食品工业的方方面面。

特别是基因工程技术、蛋白质工程技术、酶工程技术、发酵工程技术等现代生物技术，将在21世纪的食品工业中充当重要的角色。

可以这么认为，21世纪的食品工业将是建立在现代食品生物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。

参考文献：

1、《食品生物技术导论》（第二版）罗云波、生吉萍主编

2、郭筱红.芬兰智能包装新概念[J].中国包装工业,2001（85）:

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3、王春荣,王兴国,翟明霞.现代生物技术与食品工业.山东食品科技,2004,（7）:

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4、郑铁松.基因工程技术在食品品质改良中的应用[J].食品工业科技,2000（4）:

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5、史先振.现代生物技术在食品领域的应用研究进展[J].食品研究与开发,2004,25（4）:

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