食品生物技术第一讲 绪论幻灯片

食 品 生 物 技 术 Food biotechnology * 1 成绩评定 考勤分、课堂讨论参与（ 10） 作业分（ 30）：分组讨论， 老师提供 文献，制作 ppt，每个人都要上台讲。 期末考试（ 60，开卷） Date 2 课程主要内容 基因工程 (gene engineering) 细胞工程 (cell engineering) 酶工程 (enzyme engineering) 发酵工程 (fermentation engineering) Date 3 参考书目 基因工程 ，孙明主编，高等教育出版 社 酶工程原理与技术 ，郭勇主编， 高等 教育出版社 新编生物工艺学 ，俞俊棠 化学工业出 版社 食品生物技术导论，罗云波，中国农业大 学出版社 Date 4 绪论 食品生物技术定义 食品生物技术的主要内容 食品生物技术与食品工业 展望 Date 5 食品生物技术定义 食品生物技术是现代生物技术在食品领域的应 用，是指以现代生命科学的研究成果为基础， 结合现代工程技术和其它学科的研究成果，用 全新的方法和手段设计、生产新型的食品和食 品原料。 现代生物技术，是对生命有机体在分子水平、 细胞水平、组织水平、个体水平进行不同层次 的创造性设计和改造，使之能定向组建具有特 定性状的新物种或新品系，从而造福人类的现 代应用技术。 Date 6 其他定义 采用生物技术生产食品、食品添加剂与食 品原料的技术。 应用生物信息（核苷酸序列等）或生物体 （包括微生物、动物细胞、植物细胞）或 其组成部分（细胞器和酶），在适宜条件 下，生产有价值的产物，或进行有益过程 的技术。 Date 7 食品生物技术的主要内容 基因工程 (gene engineering) 细胞工程 (cell engineering) 酶工程 (enzyme engineering) 发酵工程 (fermentation engineering) 蛋白质工程（ Protein engineering）； 生物工程下游技术（ downstream processing biotechnique ) 现代分子检测技术（ molecular diagnosis biotechnique ) 。 Date 8 食品生物技术研 究内容关系树 Date 9 基因工程 将不同生物的外源 DNA(基因）插入到载 体分子上，形成 “杂种 ”DNA分子，导入受 体细胞中扩增和表达。 Date 10 植 物的转基因流程图 Cell Extracted DNA Cell divisionTransgenic plant A single gene Transformation Plant cell Date 11 抽取 DNA 切下鼠 DNA 切开质粒 DNA 将质粒导入宿主细胞 混合、连接 基因工程的基本过程 重 组 DNA 技 术 Date 12 细胞工程 定义 将一种生物细胞中携带的 全套或部分 遗传信息的基因或染色体 转入另一种 生物细胞，从而改变细胞的遗传性， 改造生物的性状和功能。 它包括 DNA重组、细胞融合、体外受 精和胚胎移植、 细胞器移植、染色 体工程 、 细胞和组培技术、细胞大量 培养 七大类。 Date 13 细胞工程 按 生物种类分： 动物细胞工程 ：以动物细胞为生产对象 植物细胞工程 ：以植物细胞为生产对象 微生物细胞工程（发酵工程）。 Date 14 动物细胞工程 通过生物学、化学或 物理学的方法，使两 个不同种类的体细胞 融合在一起，从而产 生具有两个亲本遗传 性状的新细胞 包括：动物细胞融合 、淋巴细胞瘤杂交产 生单克隆抗体、细胞 拆合以及动物细胞培 养。Date 15 动物细胞工程 产品以药物为主： 集落刺激因子 红细胞生成素 抗血友病因子 组织纤溶酶原激活物 Date 16 植物组织与细胞培养技术 细胞培养技术是建立在组织培养技术上的。 植物细胞的潜在全能性：离体细胞在一定培养 条件下具有能诱导细胞分化，最终产生与母体 相同再生植株或器官的能力。 组织培养 /快速无性繁殖 利用植物组织、植物细胞的全能性，进行快速 无性繁殖。从培养的植物细胞中提取所需的次 生代谢产物。 Date 17 快速无 性繁殖 Date 18 利用植物细胞工程生产的部分商品 生物碱 紫杉醇 植物多糖 麻醉剂 强心苷 各种激素 有机酸 苯酚 各种维生素 抗过敏剂 青蒿素 风味素风味素 单宁生物碱单宁生物碱 苯基苯乙烯酮苯基苯乙烯酮 天然杀虫剂天然杀虫剂 各种蛋白及多肽各种蛋白及多肽 植物生长调节剂植物生长调节剂 抗血友病因子抗血友病因子 抗病毒剂抗病毒剂 甜味素甜味素 黄酮类黄酮类 各种蛋白酶各种蛋白酶 各种植物油脂各种植物油脂 香水香水 甾醇类及其衍生甾醇类及其衍生 物物 抗肿瘤因子抗肿瘤因子 芳香剂芳香剂 橡胶乳液橡胶乳液 苯醌苯醌 酶抑制剂酶抑制剂 核酸及核苷酸核酸及核苷酸 抗过敏剂抗过敏剂 色素色素 萜类及其衍生物萜类及其衍生物 Date 19 蛋白质工程 蛋白质分子折叠蛋白质分子折叠 Date 20 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构 Date 21 血红蛋白质的三级结构和四级结构 Date 22 蛋白质工程的两类方法 蛋白质工程就是在对蛋白质的化学、晶体 学、动力学等结构与功能认识的基础上， 对蛋白质人工改造与合成，最终获得商业 化的产品。 蛋白质工程的两类方法：基因改造和蛋白 质改性（酶工程） Date 23 蛋白质工程的两类方法 对生物体的结构和功能直接发生作用的是 DNA表达产物 蛋白质，因此通过工程 化方法直接设计、改造或合成出具优良性 质和功能的蛋白质产品或酶制剂产品，具 有立竿见影的商业效果。 目前，蛋白质工程主要是改造和表达现有 的蛋白质，包括通过修改氨基酸序列来改 善蛋白质的结构和构象，以提高蛋白质的 活性、稳定性和产率。 Date 24 酶工程 定义：在一定生物反应装置中 ,利用酶的 催化作用 ,将相应的原料转化成有用物质 的技术。 研究内容：新酶的开发和生产、酶分子的 修饰、酶的分离纯化技术、酶的固定化技 术、酶反应器、酶生物传感器等。 Date 25 发酵工程 定义 即微生物工程。主要是指利用微生物、包 括利用 DNA重组技术改造过的微生物在全 自动发酵罐或生物反应器中生产某种商品 的技术。 Date 26 现代发酵工程分为两个方向 生命科学研究 优良菌种选育和突变选育 构建新的基因工程菌 现代工程技术研究 1.连续发酵技术 2.代谢调控技术 3.高密度培养技术 4.固定化增殖细胞技术 5.反应器设计技术 6.发酵与产物分离偶联技 术 7.在线检测技术 8.自动控制技术 9.产物分离纯化技术 Date 27 发酵工程的主要步骤 菌种选育 细胞大规模培养 生产活性的诱导 菌体和产物的收获 Date 28 发酵工程产品种类 抗菌素 免疫调节剂 类固醇 核苷酸 酶制剂 抗病毒剂 心血管药物 杀虫剂 氨基酸 有机溶剂 抗肿瘤剂抗肿瘤剂 神经系统药物神经系统药物 除草剂除草剂 有机酸有机酸 食品与饮料食品与饮料 抗氧化剂抗氧化剂 维生素维生素 多肽多肽 色素色素 气体化合物气体化合物 可降解塑料可降解塑料 Date 29 生物工程下游技术 是指将发酵工程、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、加工等步骤，最终形成产品的 技术。 生物技术产品的特点是：需要在常温、常 压、比较温和的条件下保持活性。 分子 量一般比较大。 Date 30 现代分子检测技术 是应现代生物技术的发展以及其他诸如医 学、食品、农业、环保等产业发展的需要 而发展起来的一门新技术。 是建立在现代分子生物学、免疫学、微电 子技术、探测技术、信息技术等多门学科 基础上的。 其特点是：分子水平检测；专一性强；灵 敏度高；检测速度快。 Date 31 现代分子检测技术的主要内容 核酸分子检测技术（亲子鉴定、核酸探针 等）； 蛋白质分子检测技术（免疫技术、单克隆 抗体技术）； 生物芯片（序列测定、功能分析等）； 生物传感器（葡萄糖、蒜氨酸等）； 等等 Date 32 生物芯片 使用微机电技术分析或制备的微小化装置，以 从事生物性之反应与分析 Date 33 Date 34 * 35 DNA Chip Technology F Solid support (glass, membrane, plastic, silicon) F Miniaturized array of DNA (genetic material) F Work on the biochemical principle of DNA/DNA hybridization F Hybridized probes (DNA molecules) are fluorescently labeled Date 36 食品生物技术与食品工业 1.食品原料： 增加某些特需食品营养素（如富硒茶）的食品 原料； 提高人体免疫力或免疫某种疾病的食品原料（ 如抗乙肝、抗病毒病）； 优良的食品微生物（乳酸菌、生产菌种等）； 调节人体代谢能力的食品原料。 转基因农作物 Date 37 食品生物技术与食品工业 2.食品添加剂 酶制剂 抗菌防腐剂 3.食品 新型食品 （功能性食品、保健品 ) Date 38 农业资财食品工业特用化学品工业制药工业 生物技术工业 发酵食品 动物用疫苗菌种改良与筛选生物农药环保检测废弃物处理功能食品 食品添加剂色素与香料氨基酸酶原料及中间体诊断试剂人用疫苗 生技药品 环保工业 生物技术的工业范围 Date 39 u 保健食品保健食品 u 食品添加剂食品添加剂 u 酒类酒类 u 酶酶 u 氨基酸氨基酸 u 谷类加工谷类加工 u 食用油脂食用油脂 u 香料香料 u 转基因植物转基因植物 u 食品品质与安全检测食品品质与安全检测 u 废弃物处理废弃物处理 u 菌种改良乳酸菌菌种改良乳酸菌 、 醋酸菌醋酸菌 、 酵母菌酵母菌 、 真菌真菌 食品生物技术与食品工业 Date 40 1. 大大提高食品的功能大大提高食品的功能 2. 解决了过去许多传统方法难以解决的生产难题解决了过去许多传统方法难以解决的生产难题 3. 有助于提高食品安全和食品保障。有助于提高食品安全和食品保障。 4. 有助于改善环境。有助于改善环境。 食品生物技术与食品工业 Date 41 Bovin somatotropin (BST) 牛生长激素 Chymosin凝乳酶 Bakers yeast Brewers yeast Rapeseed oil (canola) 菜子油 Fresh tomato Processing tomato 产 品 增加牛奶产量 取代取自小牛胃之凝乳酵素 , 用 于 cheese制造 加速二氧化碳产生 , 改善面团特 性 分解淀粉 , 用于低热量啤酒之制 造 增加月桂酸含量 , 提高固态脂质 含量 , 取代化学氢化植物油 提高组织硬度 , 使果实可在藤蔓 上成熟 , 增进风味 提高固形量 , 降低生产成本 Monsato, Eli Liily Gist-Brocades, Genencor Intl., Chr. Hansens(Phizer) Gist-Brocades BRF International Calgene/Monsanto Calgene/Monsanto Zeneca 資料來源 : Genetic Modification in the Food Industry, S. Roller and S. Harlander eds., 1997 功 能 制造厂商 製 食品生物技术与食品工业 Date 42 乳制品乳制品 转基因农产品转基因农产品 /食品食品 保健品保健品 功能性食品功能性食品 Date 43 世界转基因农作物种植面积 Date 44 转基因食品 以转基因生物为直接食品或为原料加工生 产的食品就是 “转基因食品 ”，包括转基因 植物食品、转基因动物食品和转基因微生 物食品。 Date 45 转基因食品 中国允许六种转基因植物的商业化种植 棉花、矮牵牛、番茄、柿子椒、杨树和 木瓜，现只有抗虫棉在大规模种植。 温家宝总理在 2008年 9月接受美国 科学 杂志主编、生物化学家艾伯茨专访时明 确表示： “我力主大力发展转基因工程，特 别是最近发生的世界性粮食紧缺更增强了 我的信念。 ” /kxcb/kpwz/201104/t20110401_3105943.shtml Date 46 转基因食品 2008年，中国政府启动 35亿美元的转基因重大 项目，刺激商业化应用。 2009年 11月，我国农业部给 “转 cry1Ab/cry1Ac 基因抗虫水稻华恢 1号 ”、 “ 转 cry1Ab/ cry1Ac基 因抗虫水稻 Bt汕优 63”以及 “转植酸酶基因玉米 BVLA430101”发放了生产应用的安全证书，认 为农业转基因技术 “在缓解资源约束、保障粮食 安全、保护生态环境，拓展农业功能等方面潜 力巨大 ”。 Date 47 转基因食品的安全性 当代人类健康的现时影响 是否会影响生物多样性 是否会破坏生态系统 Date 48 墨西哥玉米遭受严重转基因污染 墨西哥被誉为 “玉米的故 乡 ”，早在公元前 5000多 年，古代印第安人就已 开始种植玉米。然而， 墨科学家近日对本国部 分地区的玉米地抽样检 测表明， 95%的玉米种 子存在转基因污染。墨 西哥自 1998年禁止转基 因玉米的种植，但仍有 几家公司非法销售转基 因玉米种子。 Date 49 食品生物技术研究进展与展望 Date 50 重要历史事件 现代意义的食品生物技术 1953年， Waston 1965年，一种基因一种酶； 1969年，破译了 DNA遗传密码； 1972年， EcoR I的发现； 1977，核苷酸测序 1984年，单克隆抗体技术； 1986年， Polymerase Chain Raction, PCR Date 51 In 1953 Watson and Crick discover the double helix structure of DNA Date 52 一是大科学工程研究方式的出现。 二是精细分析和广阔综合的统一。 三是科学进步和技术革命互为因果。 四是基础与应用的结合 。 五是产业化的速度大大加快 。 当前生物技术的特征 Date 53 对未来生物技术发展的预测 人类基因序的排出代表了世代的开始 信息革命使数