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食品生物技术 FoodBiotechnology 博士生课程 ThecourseoflecturesonDr students 第一节食品生物技术的涵义 一 生物技术 Biotechnology 生物技术是一门以现代分子生物学为基础 研究微生物学 生物化学和生物系统加工技术综合应用的科学 JohnE smithBiotechnologyEdwordAinold 1981 生物技术是指人们以现代分子生物学为基础 采用基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程和蛋白质工程等新技术手段 按照预先设计改造生物体或加工生物原料 为人类生产出所需产品或达到某种目的的高新技术 现代生物技术涵义 生物技术加工过程模式 生物原材料或细胞 基因工程 克隆技术或DNA重组技术 新的原材料 已克隆的 或新的细胞 已克隆的 加工或发酵表达 分离提纯 产品 附加值高 什么叫克隆 克隆 Clone 是指在体外 无性繁殖 准确复制一个基因 一个细胞 一个细菌等等 Clone Anexactcopyofagene acell abacterium etc 生物技术的特征高新技术应用广泛具竞争力造福人类 生物技术与其它学科及应用领域核心 基因工程基础 分子生物学 生物化学 微生物学 细胞免疫学 化学工程 计算机科学手段 基因工程 GeneticEngineering 发酵工程 FermentationEngineering 酶工程 EnzymeEngineering 细胞工程 CellEngineering 蛋白质工程 ProteinEngineering 生物技术的应用生物制药诊断基因治疗食品农业环境化工检测 二 食品生物技术 FoodBiotechnology 食品生物技术涵义食品生物技术是指现代生物技术在食品工业中的应用 具体是指以现代生物科学研究成果为基础 结合现代生物技术手段 用全新方法和手段设计加工制造新型食品和食品原料 食品生物技术主要研究内容 1 基因工程改良食品原料 加工材料 食品品质和加工工艺革新 2 优化发酵工艺技术 包括上游工程和下游工程 3 酶工程催化转化 分解生成目的产物 新酶源开发利用 改造传统食品工艺技术 4 动植物大量培养生产功能性食品及其有效成分 5 应用于保健食品 绿色食品与有机食品研究开发 6 酶法分离技术和生物传感器的应用 7 生物技术处理有机废水 与环境工程紧密相关 8 再生资源的利用 包括植物纤维素 海产甲壳素等再生资源的利用 食品生物技术在21世纪食品工业发展的核心位置 酶工程是食品工业革新的关键性技术 发酵工程在现代食品生产中占着举足轻重作用 细胞工程为生产功能食品成分提供有效手段 蛋白质工程为人类改造生命物质结构的重要手段 三 食品生物技术的地位与作用 第二节生物技术的发展历程 一 基因的发现1865年G Mendal认为遗传性状是由一对遗传因子决定的 称为孟德尔遗传规律 1909年T H Morgan做了果蝇遗传因子试验 提出 突变 Mutation 的概念 1911年W Johanssen把遗传因子命名为 基因 Gene 1926年T H Morgan的 基因论 一书出版 创立了基因学说 二 基因本质的发现 1943年O T Avery等做了细菌 转化 Transformation 实验 证明基因的本质是DNA 1953年J D Watson和F H C Crick在英国 Nature 杂志首次提出DNA双螺旋结构模型 阐明了DNA的结构与生物学功能关系 为遗传信息的贮存 传递和利用提供了科学依据 创立了现代分子遗传学和分子生物学 是一个划时代的发现 后来该两位学者因这个发现均获得诺贝尔奖 基因是指DNA大分子中贮存着成为上千种基因 基因就是DNA分子一个片段 三 基因工程的创立 基因在不同种之间如何互相转移 接合 形成新的性能优良品种呢 1960年发现细菌质粒 Plasmid 或病毒 Virus 可以作为基因载体 1970年H O Smith发现第二类DNA限制性内切酶 Hind Hind 等 和DNA连接酶 解决了目的基因的切割 运载和连接等问题 1970年S Cohen和Higa发现E Coli经CaCl2处理后能接受复制子进入细胞 1973年H Boyer和P Berg等把不同来源基因片段在体外重组获得成功 由此宣告基因工程诞生 1 改造食品生产的菌种1990年3月荷兰Gist Brocades采用基因工程改良了面包酵母并批准上市 其生产面包质量居世界第一 1994年2月英国BRI公司采用基因工程改良啤酒酵母成功 生产啤酒可省掉淀粉液化阶段 美国ADM公司 日本味之素公司先后于1993年 1996年采用基因工程改良了色氨酸 苏氨酸和维生素B2等生产菌株 第三节食品生物技术的应用 2 改良酶制剂的生产菌种例如制造干酪用的凝乳酶 美国有70 用量是基因工程菌生产的 其纯度达到100 而小牛胃中提取凝乳酶 其纯度仅为70 90 全球工业上应用的酶制剂 有50 是由基因工程改造过的 3 酶法降解 转化技术进行食品深加工 1 淀粉质原料食品深加工制造功能性糖 淀粉 淀粉酶 糊精 寡聚糖 葡萄糖苷转移酶 低聚异麦芽糖 双歧因子之一 高果糖浆 超高麦芽糖浆 糖化酶 真菌 淀粉酶 脱枝酶 葡萄糖 异构化酶 真菌 淀粉酶 淀粉酶 糊精 淀粉 淀粉 淀粉酶 糊精 2 双糖为原料酶法生产寡果糖 蔗糖 果糖苷酶 寡果糖 蔗果三糖 蔗果四糖 蔗果五糖 寡聚半乳糖 乳糖 半乳糖苷酶 3 酶法农副产品深加工 新鲜肉类 打碎 浆 酶法自溶或外加酶降解 分离浓缩 产品 营养品或调味品 4 生物技术降解法 或酶法 虾 蟹壳 预处理 生物技术降解法 或酶法 虾 蟹壳降解液 膜分离 纳米级 甲壳素 脱乙酰酶 脱乙酰 片状几丁质糖 有机酸溶解 研磨 过滤 几丁聚糖粉 脱水 混合 加有机酸 几丁聚糖 2 氨基葡聚糖 水溶性几丁葡聚糖 5 酶法降解制备生物活性肽玉米蛋白粉在我国年产60多万吨 制备降血压肽 我国年产6000多万吨肉类有大量下脚料 鸡骨精 牛骨精 复合调味料 生物活性肽等 4 生物技术在中药提取现代化中的作用5 生物技术在有机食品 绿色食品和保健食品生产中的应用 6 基因工程改造动 植物原料 以利于提高食品质量1997年全世界有120种植物基因工程改造成功 1999年世界转基因作物种植面积为40万平方米 大豆52 玉米30 棉花9 低芥酸油菜籽9 其中美国10种 欧盟5种 加拿大8种 日本5种 中国4种 基因工程改造的品种 包括大豆 玉米 油菜子 棉花 马铃薯等 其中大豆占50 玉米占30 美国居首位 7 基因转移至家畜1998年基因转移至家畜生产牛生长激素 也可以生产 瘦肉型 猪等 为食品工业提供物美价廉原料 7 对转基因食品急需制订法制1980年国际互助开发组织 OECD 制订了有关转基因技术利用指南 认为基因克隆过的生物材料 其中蛋白质被检测是安全的或者与原生物材料在成分 形态 生态上没有差异 可被视为 实质等同性 SE 原则