第九章 生命科学与食品产业.ppt

1、第十章 生命科学与食品技术,1.发酵工程 2. 基因工程 3.细胞工程 4. 酶工程 5. 蛋白质工程 6、现代检测技术,现代生物技术在食品行业中的应用,（1）利用基因工程、细胞工程技术对食品资源的改造和改良 （2）利用发酵工程、酶工程技术将农副产品加工成食品，如酒类、有机酸、氨基酸以及发酵食品等 （3）利用综合的生物技术，将这些产品进行二次开发生产出新的产品，如功能性食品、食品添加剂等； （4）利用生物技术对传统食品加工工艺进行技术更新和改造，降低能耗、提高效益、改善食品品质等。,作为食品的酒是古老而又为人们普遍接受的饮料型食品，是通过微生物对发酵底物水果和谷类发酵产生酒精的一类食品的总称。

2、 奶制品是人类饮食的主要食物，从世界范围看，发酵的奶制品占发酵食品的10。,第一节 发酵工程在食品领域中的应用,面包就是最主要的谷类发酵食品。它可以为人们提供身体所需的热量和发酵过程中产生的诸多营养成分及维生素. 蔬菜的发酵可以使蔬菜成为独具风味的泡莱，不仅丰富了人们对食品口味的需求，而且也增加了人体对各种营养的要求。 用豆类发酵生产的酱油和用水果发酵生产的醋是我国古代劳动人民智慧的体现。,第一节 发酵工程在食品领域中的应用,利用发酵工程生产单细胞蛋白,单细胞蛋白（single cell protein，简称SCP）开发蛋白质资源的主要方向之一。 所谓单细胞蛋白是指利用细菌、酵母菌、霉菌、小球

3、藻等单细胞生物生产的蛋白质。,单细胞蛋白VS动植物蛋白（优点）,（1）微生物菌体的蛋白质含量高（42-75%）、8种必需氨基酸、维生素B、-胡萝卜素、麦角固醇等 （2）微生物世代时间短、生长迅速 （3）微生物容易变异，可以对次进行诱变来改变其遗传性状 （4）微生物培养不受季节、气候和地区的限制,单细胞蛋白VS动植物蛋白（缺点）,（1）单细胞蛋白中的核酸含量高，人体代谢过程中产生尿酸可能导致肾结石或中风 （2）有毒性物质存在的可能性 （3）微生物细胞在人体消化道内消化慢，有些细胞壁成分无法消化、可能使一些食用者消化不良或过敏 （4）单细胞蛋白的价格比其他蛋白质高（鱼粉、大豆蛋白）,单细胞蛋白生产

4、原料,（1）从能源物质生产单细胞蛋白（甲烷、甲醇、多链烷烃） （2）从可再生资源生产单细胞蛋白 （3）从淀粉质原料生产单细胞蛋白 （4）以糖蜜为原料生产单细胞蛋白 （5）以发酵废液为底物生产单细胞蛋白,水、基质、营养物、氨,发酵罐培养,接种,通气,培养液分离,上清液,菌体,水解分离,蛋白质抽取,纯化干燥,单细胞蛋白食品,洗涤或水解,干燥,动物饲料,单细胞蛋白 生产工艺,第二节 基因工程在食品领域中的应用,一、基因工程在植物食品领域中的应用 植物源基因工程食品-黄金水稻,世界粮农组织利用基因工程研制的超级水稻,产量和蛋白质方面均高于传统水稻数倍,第二节 基因工程在食品领域中的应用,一、基因工程在

5、植物食品领域中的应用 转基因西红柿,1995年2001年间 世界转基因作物种植面积情况,二、基因工程在动物食品领域中的应用动物源基因工程食品,美国加里佛尼亚生物技术公司把人类的乳糖铁蛋白基因导入到乳牛中，人们喝了这种牛奶后，血液中转运铁的能力大大加强，抗病性能也大副提高,二、基因工程在动物食品领域中的应用动物源基因工程食品,加拿大的渔业科学家把重组鱼生长素基因导入到发育中的硅鱼胚胎中，创造了第一例转基因硅鱼，这种硅鱼不仅生长速度快，而且个头比传统硅鱼大11倍之多。,三、基因工程在微生物食品领域中的应用微生物源基因工程食品,（一）基因工程用于生产酶制剂 目前已有多种酶制剂成功地利用基因工程菌进行

6、了商业化生产。如从小牛胃提取的用于奶酪生产的凝乳酶现在已利用基因工程生产。 利用基因工程技术可进行酶和蛋白质的基因克隆和表达，比较成功的有牛凝乳蛋白酶、淀粉酶、乳糖酶、脂酶、葡聚糖酶以及一些蛋白酶都得到了克隆和表达，其中淀粉酶、蛋白酶、葡糖异构酶等已大量生产。,三、基因工程在微生物食品领域中的应用微生物源基因工程食品,（二）基因工程用于生产食品添加剂 利用微生物生产食品添加剂主要有维生素、抗氧化剂、防腐剂、增鲜剂、甜味剂和微生物色素等。VC、VB2已能用基因工程菌生产。利用细胞融合技术和基因工程技术，选育出了生产用高产菌株，如谷氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等优良菌种，不仅产量高，而且发酵周期

7、大大缩短。,三、基因工程在微生物食品领域中的应用微生物源基因工程食品,（三）基因工程用于改造微生物 改造成功的典型微生物有：面包酵母菌（麦芽糖酶和麦芽糖透性酶）和乳酸菌（耐药性和厌氧性）,三、基因工程在微生物食品领域中的应用微生物源基因工程食品,（四）基因工程用于改进食品生产工艺 目前人们尝试着利用基因工程技术将-淀粉酶基因导入到啤酒酵母中，那么这种转基因微生物就能直接利用淀粉进行发酵，从而无需繁杂的麦芽制作工序，液化、糖化工序，也无需添加-淀粉酶和糖化酶，更不用再消耗大量的蒸汽和冷却水进行加热或降温了。这无疑大大缩短生产工艺流程，简化了生产工序，推动啤酒行业的技术创新。,第三节 酶工程在食品

8、领域中的应用,一、利用酶工程生产食品或食品原料 （一）酶法生产干啤酒； （二）酶法生产干酪 （三）酶法生产低乳糖奶 （四）酶法生产海藻糖 二、利用酶工程改进食品生产工艺 三、利用酶工程进行食品保鲜,第四节 细胞工程在食品领域中的应用,细胞工程（cell engineering）包括细胞融合技术、植物细胞工程、动物细胞工程和固定化细胞工程等内容。 细胞融合技术是指两个或多个细胞相互接触后，其细胞膜发生分子重排，导致细胞合并、染色体等遗传物质发生重组的过程称为细胞融合。,一、植物细胞工程在食品领域中的应用,植物细胞工程的定义： 以植物细胞为基本单位在离体条件下进行培养、繁殖或人为地精细操作，使细胞

9、的一些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良品种或生产生物产品的目的的一种技术。,植物细胞工程VS人工植株栽培,（1）不受地理、季节和气候条件的限制 （2）节省土地，降低成本，生产周期短 （3）可代替整体植株在工厂内连续生产所需产物 （4）可通过添加抑制剂等使生物合成按照人的意志进行 （5）可通过诱变筛选，获得高产细胞株，并且可以进行特定的生物转化获得新的有用物质。,第四节 细胞工程在食品领域中的应用,植物细胞工程的应用,（1）利用植物细胞工程生产香料 （2）利用植物细胞工程生产调料 （3）利用植物细胞工程生产食品添加剂 （4）利用植物细胞工程生产天然食品 （5）利用植物细胞工程生产植物

10、药,利用植物细胞工程生产植物药的必要性,（1）环境的破坏、无限制的采挖、药用栽培植物的技术还不成熟 （2）药用栽培植物的代价较高 （3）化学合成植物药的成本、技术问题还较为突出 （4）奇缺的植物药较多（100多种），依赖于植物细胞工程来解决,二、动物细胞工程在食品领域中的应用,动物细胞工程的定义： 是指利用动物细胞工程大规模培养技术生产植物和微生物难于生产的具有特殊功能的蛋白质类物质,二、动物细胞工程在食品领域中的应用,（1）动物细胞工程在疫苗生产上的应用 （2）动物细胞工程在干扰素生产上的应用 （3）动物细胞工程在单克隆抗体生产上的应用 （4）动物细胞工程在尿激酶生产上的应用,动物细胞培养流

11、程图,三、固定化细胞工程在食品领域中的应用,固定化酶的缺点： （1）固定化酶必须从微生物细胞中提取 （2）提取得到的酶不稳定、易失活 （3）许多有用物质需利用微生物体内的多酶系统来发酵生产,三、固定化细胞工程在食品领域中的应用,固定化细胞的优点： （1）不需进行细胞破碎直接利用胞内酶，降低制备成本 （2）酶在细胞内环境中比较稳定，酶活损失小 （3）尤其利用微生物细胞内的多酶系统时，利用固定化细胞更易实现,三、固定化细胞工程在食品领域中的应用,对固定化细胞的要求： （1）可以是死细胞或处于休眠状态的细胞，但细胞内的酶必须要有活性，而且相当稳定 （2）当需要多酶体系生产目的产物时，固定化的微生物细

12、胞必须是活细胞,三、固定化细胞工程在食品领域中的应用,三、固定化细胞工程在食品领域中的应用,（1）固定化细胞在抗生素生产中的应用 （2）固定化细胞在果葡糖浆生产中的应用 （3）固定化细胞在啤酒后发酵生产中的应用 （4）固定化细胞在柠檬酸生产上的应用,第五节 蛋白质工程在食品领域中的应用,一、概述 蛋白质工程是80年代在基因工程基础上发展起来的第二代基因工程。蛋白质工程的涵义是利用x-射线衍射分析技术和电子计算机辅助设计技术，确定天然蛋白质的立体空间三维构象和活性部位，分析设计需要改变或替换的氨基酸残基，然后采用定位突变等方法，直接修饰或人工合成基因，有目的地按照设计来改变蛋白质分子中的任何一个

13、氨基酸残基，以达到改造天然蛋白质或酶，提高其应用价值的目的。,蛋白质工程在食品中的应用,（一）提高食品酶的稳定性 从以下几个方面入手： 延长蛋白质或酶的半衰期 提高蛋白质或酶的热稳定性； 抵御由于个别氨基酸氧化而导致蛋白质生物活性的丧失。,（二）改变食品酶的最适pH值,果葡糖浆的生产： 糖化酶反应的pH值为酸性条件：最适pH 5.0 葡萄糖异构酶反应的pH 值为碱性条件：pH7.5 如果果葡糖浆的生产在碱性条件下进行，当反应温度达80时就会发生焦化现象并产生有害物质，所以反应只能在较低温度下进行（如60的条件下反应）。 解决办法是利用蛋白质工程来置换葡萄糖异构酶中的氨基酸，使之在酸性条件下进行。,（三）提高食品酶的催化活性,酪氨酸-tRNA合成酶为例： Tyr-A+tRNA Tyr-tRNA+AMP 酪氨酸-tRNA合成酶第51位苏氨酸上的羟基能与底物中酪氨酰腺嘌呤核苷酸戊糖中的氧原子形成氢键，正是这个氢键的存在影响了酶分子与另一底物ATP的亲和力。要提高酶的催化活