食品分子生物技术

1、中央领导高度重视中央领导高度重视 2004 2004年年8 8月以来胡锦涛总书记先后多次在关于月以来胡锦涛总书记先后多次在关于发展生物技术的相关报告上批示或圈阅：发展生物技术的相关报告上批示或圈阅： 民盟中央民盟中央 科技部科技部 发改委发改委 农业部农业部 林业局林业局2004年年8月月11日，温家宝总理批示：日，温家宝总理批示： 发展生物技术，实现产业化，不仅关系国发展生物技术，实现产业化，不仅关系国家的可持续发展，而且关系人民的生活和健康，家的可持续发展，而且关系人民的生活和健康，应该作为国家经济、社会发展和科技进步的重应该作为国家经济、社会发展和科技进步的重点，列入中长期规划，并认真组

2、织实施。我国点，列入中长期规划，并认真组织实施。我国有发展生物技术的基础，在这方面可以搞得更有发展生物技术的基础，在这方面可以搞得更好更快一些。好更快一些。 2004年年6月月24日，国务委员陈至立主持召开会议，听日，国务委员陈至立主持召开会议，听取李部长代表科技部关于生物技术研究开发和促进产取李部长代表科技部关于生物技术研究开发和促进产业化的汇报。业化的汇报。 会议同意科技部提出的五点建议：会议同意科技部提出的五点建议： 1.成立国家生物技术研究开发与促进产业化领导小组成立国家生物技术研究开发与促进产业化领导小组; 2.抓紧制定抓紧制定“中国生物技术及产业化发展纲要中国生物技术及产业化发展纲

3、要”; 3.继续组织实施继续组织实施“转基因植物研究与产业化专项转基因植物研究与产业化专项”; 4.做好制定做好制定中华人民共和国生物安全法中华人民共和国生物安全法的前期工的前期工 作作; 5.成立成立“中国生物技术行业协会中国生物技术行业协会” 。我国在大科学工程中的国际地位迅速提升我国在大科学工程中的国际地位迅速提升 n人类基因组：人类基因组：1 1 n水稻、家蚕、血吸虫：水稻、家蚕、血吸虫：100100 n19981998年之前在年之前在NATURENATURE和和SCIENCESCIENCE发表文章为空白发表文章为空白n19981998年夏家辉在年夏家辉在NATURE GENETICS

4、NATURE GENETICS发表论文发表论文 n“十五十五”以来在上述杂志发表论文以来在上述杂志发表论文1414篇篇 n19801980年以来在年以来在CELLCELL上连续上连续2525年未发表论文年未发表论文 n20052005年一年内在年一年内在CELLCELL发表了发表了5 5篇论文篇论文 我国生命科学和生物技术论文水平迅速提升我国生命科学和生物技术论文水平迅速提升创新能力显著提高创新能力显著提高2010年,我国科学家发表的国际科学论文总量增加到12.8万篇,跃居世界第二位。被引用数由2005年世界第13位升至2009年的第8位产业发展势头强劲产业发展势头强劲73007300多家，其

5、中核心企业多家，其中核心企业28002800多家多家产值：产值： 现代生物技术产业：现代生物技术产业：600600亿元亿元传统生物技术产业：传统生物技术产业：30003000亿元亿元产品：产品：全球销售额前全球销售额前1010位的生物药中国能生产位的生物药中国能生产8 8种种转基因植物种植面积：世界第三转基因植物种植面积：世界第三世界上第一个上市基因治疗药物：世界上第一个上市基因治疗药物：P53P53SARSSARS疫苗：世界上第一个完成了一期临床试验疫苗：世界上第一个完成了一期临床试验疫苗、青霉素、维生素疫苗、青霉素、维生素C C、氨基酸等产品产量和消费量全世界第一、氨基酸等产品产量和消费量

6、全世界第一企业：企业： （20032003） 国家中长期科学和技术发展规划（国家中长期科学和技术发展规划（2006-2020） n 2004年底完成了年底完成了20个专题的战略研究个专题的战略研究n战略高技术战略高技术 n农业与农村科技农业与农村科技 n人口与健康科技人口与健康科技 n基础研究基础研究 n2005年初开始起草年初开始起草“纲要纲要”，分为三个层次，分为三个层次n国民经济和社会发展的重大需求和问题国民经济和社会发展的重大需求和问题 n优先主题优先主题 n重大专项重大专项 n战略高技术和重大科学前沿问题战略高技术和重大科学前沿问题 n重要科技平台和条件建设重要科技平台和条件建设n生

7、物技术被列为五个科技战略重点之一生物技术被列为五个科技战略重点之一一是把发展能源、水资源和环境保护技术放在优先位 置，下决心解决制约经济社会发展的重大瓶颈问题。二是抓住未来若干年内信息技术更新换代和新材料技 术迅猛发展的难得机遇，把获取装备制造业和信息产 业核心技术的自主知识产权，作为提高我国产业竞争 力的突破口。三是把生物技术作为未来高技术产业迎头赶上的重三是把生物技术作为未来高技术产业迎头赶上的重 点，加强生物技术在农业、工业、人口与健康等领域点，加强生物技术在农业、工业、人口与健康等领域 的应用。的应用。四是加快发展航天和海洋技术。五是加强基础科学和前沿技术研究，特别是交叉学科 的研究。

8、 生物技术被列为五个科技战略重点之一生物技术被列为五个科技战略重点之一国家中长期科学和技术发展规划国家中长期科学和技术发展规划 前沿技术前沿技术生物技术生物技术 靶标发现技术；靶标发现技术；动植物品种与药物分子设计技术；动植物品种与药物分子设计技术；基因操作和蛋白质工程技术；基因操作和蛋白质工程技术；基于干细胞的人体组织工程技术；基于干细胞的人体组织工程技术； 新一代工业生物技术；新一代工业生物技术； “十一五十一五”科技计划体系科技计划体系n主体科技计划主体科技计划n政策引导性计划政策引导性计划 n专项科技计划专项科技计划n国家重大专项国家重大专项我国生物技术产业总产值我国生物技术产业总产值

9、u2008年，我国经济发展速度放缓，年，我国经济发展速度放缓，GDP下滑到下滑到9.0%。 u2009国际生物经济大会上获悉，我国生物技术产业国际生物经济大会上获悉，我国生物技术产业 总产值总产值2008年突破年突破8000亿元。亿元。转基因生物新品种培育。转基因生物新品种培育。重点研究功能基因克隆与验证、规模化转基因操作、生物安全评价三大核心技术，建立和完善优异种质创新、新品种培育和规模化制种三大技术平台，获得功能验证的新基因1000个以上；建立我国转基因生物育种体系，培育转基因农作物新品种（系）100150个，转基因动物新品种（材料）30个以上。重大新药创制。重大新药创制。重点研究化学药和

10、生物药新靶标识别和确证、新药设计，以及药物大规模高效筛选、药效与安全性评价、制备和成药性预测关键技术，开发疗效可靠、质量稳定的中药新药，研制3040个具有知识产权和市场竞争力的新药，完善新药创制与中药现代化技术平台，初步形成支撑我国药业发展的新药创制技术体系。艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治。艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治。重点突破新型疫苗与治疗药物创制等关键技术，自主研制40种高效特异性诊断试剂、15种疫苗及药物，研究制定科学规范的中、西医及其结合的防治方案，建立10个与发达国家水平相当的防治技术平台，初步构建有效防控艾滋病、肝炎的技术体系。“十一五十一五”科技计划体系中生物技术重大技

11、术专项科技计划体系中生物技术重大技术专项u四川泡菜产业发展迅速，四川泡菜产业发展迅速，2008年全省泡菜加工年全省泡菜加工量达量达100万吨，位居全国第一，泡菜加工产值万吨，位居全国第一，泡菜加工产值达到达到75亿元。亿元。 u年产值年产值1000万元以上的泡菜加工企业有万元以上的泡菜加工企业有119家，家，上亿元的有上亿元的有12家。家。 u市场份额占全国的市场份额占全国的50%以上，产品远销日本、以上，产品远销日本、韩国、美国、澳洲、欧盟、东南亚等近韩国、美国、澳洲、欧盟、东南亚等近20多个多个国家和地区。国家和地区。泡菜泡菜uRockfeller 大学将人肥胖基因出售大学将人肥胖基因出售

12、0.2亿美亿美元（元（1995年年3月）月） ；uAmgen公司将公司将FKBP神经免疫因子配体转让神经免疫因子配体转让达达3.29亿美元（亿美元（1997年）；年）； uMillennium公司以公司以4.65亿美元向亿美元向Bayer公司公司转让转让225种基因的开发权（种基因的开发权（1998年年9月）。月）。基因基因“十一五”期间，克隆基因300多个，完成了80个以上营养品质、抗旱、耐盐碱、耐热、养分高效利用和产量等经济性状基因的功能验证；获得功能明确、具有重要应用价值的功能基因37个，打破了国外基因专利垄断。建立了主要动植物的规模化转基因技术体系，基本满足了规模化转基因育种的需求。

13、研制转基因产品高通量精准检测新技术30余项，制订转基因生物安全评价技术标准6项、检测技术标准18项，开发检测试剂盒25种等，为转基因生物产业发展提供了安全保障。 转基因生物新品种培育取得的成果截至2009年底，中国农业部已发布了62项转基因生物安全技术标准。“十一五”期间， 转基因生物新品种培育取得的最重要成果，就是新型转基因抗虫棉。2008年至2010年，新培育36个抗虫棉品种，累计推广1.67亿亩，实现效益160亿元，国产抗虫棉市场份额达到93%，彻底打破了国外抗虫棉的垄断地位。 转基因生物新品种培育取得的成果“十一五”期间，人乳铁蛋白转基因奶牛技术已获准进入转基因生物安全生产性试验，这是

14、中国首批进入生产性试验的转基因动物，有望两年后获得安全证书，率先实现转基因动物产业化。 “十一五”期间，控制水稻理想株型的关键多效基因成功克隆。理想株型是当前国内外超级稻研究中的一个核心领域。实验显示，将突变后的基因导入常规水稻品种，可以使其产量增加左右。 生物技术和产业化是生物技术和产业化是“十二五十二五”科技规科技规划划布局的重点，突出加强生物技术在农业、工布局的重点，突出加强生物技术在农业、工业、人口与健康领域的应用。业、人口与健康领域的应用。 食品工业中的食品生物技术速览食品工业中的食品生物技术速览1.食品原料的生产：转基因辣椒及抗病虫害玉米食品原料的生产：转基因辣椒及抗病虫害玉米2.

15、食品添加剂的生产食品添加剂的生产3.发酵食品发酵食品-酸奶、果酒酸奶、果酒“十二五”科技规划 第一章第一章 绪论绪论一、食品生物技术含义一、食品生物技术含义2.2.食品生物技术食品生物技术：利用生物体及其细胞、亚细胞和：利用生物体及其细胞、亚细胞和分子组成部分，结合工程学、信息学等手段去研分子组成部分，结合工程学、信息学等手段去研究及加工处理或制造食品产品的新技术。究及加工处理或制造食品产品的新技术。是生物技术在食品工业中的应用，贯穿于食品制是生物技术在食品工业中的应用，贯穿于食品制造的全过程（包括上游过程和下游过程）。造的全过程（包括上游过程和下游过程）。不完全是新兴学科，也包括传统的生物技

16、术，如不完全是新兴学科，也包括传统的生物技术，如制酱等。制酱等。1.1.生物技术生物技术：操纵生物的细胞、组织或酶，进行生：操纵生物的细胞、组织或酶，进行生物合成及分解转化的技术。物合成及分解转化的技术。二、食品生物技术的研究内容（一）基因工程（二）酶工程（三）发酵工程（四）细胞工程（五）蛋白质工程（六）生物工程下游技术（七）后基因组学（八）现代分子检测技术（一）基因工程（一）基因工程定义：定义： 在体外将异源在体外将异源DNA（目的基因）与基因（目的基因）与基因 载体（质粒、病毒等）重组成复制子并载体（质粒、病毒等）重组成复制子并 转移至宿主细胞的过程。转移至宿主细胞的过程。作用：作用： 实

17、现遗传信息的跨物种转移。实现遗传信息的跨物种转移。GMO1.食品资源的改造食品资源的改造 目的：一方面提高了农作物产量和改善农作物的目的：一方面提高了农作物产量和改善农作物的抗虫、抗病、抗除草剂和抗寒等能力，另一方面抗虫、抗病、抗除草剂和抗寒等能力，另一方面使食品的营养价值、风味品质得到改善，食品储使食品的营养价值、风味品质得到改善，食品储藏和保存时间有所延长。藏和保存时间有所延长。 基因工程的用途基因工程的用途改造生物，创造对人类有用的新改造生物，创造对人类有用的新品系、新物种。品系、新物种。1973年，美国斯坦福大学的斯坦利科恩教授首次开发成功转基因技术。10年后，第 一株转基因植物诞生。

18、 1983年，世界上成功培育了第一例转基因植物：烟草。 1993年，美国市场上投放了第一例转基因食品：晚熟西红柿。 1994年美国农业部(USDA)和美国食品与药品管理局(FDA)批准第1个转基因作物产品延熟保鲜转基因番茄获得进入市场。 1996年、1997年，第一例转基因耐贮存番茄获准并商品化生产 。自1995年起，全世界转基因食品开始商品化并发展。 转基因食品遍及六大洲北美洲、拉丁美洲、亚洲、大洋洲、欧洲和非洲，转基因食品大多数集中于发达国家（占总数的85），主要是美国、加拿大，发展中国家只占24左右。 四大主要种植国主要为美国、阿根廷、加拿大，中国。基因工程的用途基因工程的用途改造的食品

19、原料特征：改造的食品原料特征： 1.1 抗病、抗虫、抗除草剂和抗旱性等作物抗病、抗虫、抗除草剂和抗旱性等作物 据统计，据统计，1983年以来年以来,美国有美国有48种不同植物的种不同植物的3000多例转基因植物问世，包括番茄、大豆、小麦、多例转基因植物问世，包括番茄、大豆、小麦、水稻、玉米、马铃薯、西葫芦等，其中涉及品质改水稻、玉米、马铃薯、西葫芦等，其中涉及品质改良的占良的占21.4,近近30种转基因植物已经被准许进行商种转基因植物已经被准许进行商业性种植。业性种植。 其中仅两种抗病番木瓜，就挽救了美国其中仅两种抗病番木瓜，就挽救了美国夏威夷番木瓜产业。抗虫和推迟成熟的西红柿，可夏威夷番木瓜

20、产业。抗虫和推迟成熟的西红柿，可减少化学农药的使用和对其依赖性，减少环境污染、减少化学农药的使用和对其依赖性，减少环境污染、运输损失。运输损失。基因工程的用途基因工程的用途基因工程的用途基因工程的用途 至至2010年底我国已批准商业化生产有多项，转基因年底我国已批准商业化生产有多项，转基因农作物已批准农作物已批准19种种,作为食品加工原料的有作为食品加工原料的有12种，分别种，分别是：是： 大豆（大豆（7例）、例）、 玉米（玉米（30例）、例）、 棉花（棉花（28例）、例）、 油菜（油菜（12例）、番茄（例）、番茄（9例）、例）、 西葫芦（西葫芦（2个）、个）、 甜瓜（甜瓜（1个）、个）、 番

21、木瓜（番木瓜（2个）、甜菜（个）、甜菜（2个）、个）、 亚麻（亚麻（1个）、个）、 马铃薯（马铃薯（3个）、甜椒（个）、甜椒（1个）。个）。包括：北京大学培育的转基因抗黄瓜花叶病毒甜椒、包括：北京大学培育的转基因抗黄瓜花叶病毒甜椒、抗黄瓜花叶病毒番茄，目前累计种植抗黄瓜花叶病毒番茄，目前累计种植3000多亩；我国多亩；我国第一个商品化生产的转基因耐储藏番茄，在室温下储第一个商品化生产的转基因耐储藏番茄，在室温下储藏藏56天，好果率达天，好果率达70以上。以上。 2009年年11月，农业部公布已批准了两种转基因水稻月，农业部公布已批准了两种转基因水稻和转植酸酶基因玉米安全证书，分别限在湖北省和和

22、转植酸酶基因玉米安全证书，分别限在湖北省和山东省生产应用。山东省生产应用。 基因工程的用途基因工程的用途不过，其中多数并未出现在市场上，直接食用的农不过，其中多数并未出现在市场上，直接食用的农产品中最常见是木瓜，市面上多数木瓜都是转基因产品中最常见是木瓜，市面上多数木瓜都是转基因产品。产品。 1.2 速生高产生物速生高产生物 如我国正在田间试验中的超级水稻、转如我国正在田间试验中的超级水稻、转基因鲤鱼、高产奶量的转基因试管牛等。基因鲤鱼、高产奶量的转基因试管牛等。 基因工程的用途基因工程的用途 有专家替我们算了一笔帐：转基因水稻可有专家替我们算了一笔帐：转基因水稻可以使农民少用以使农民少用80

23、%农药，增产农药，增产6%8%，农民，农民每公顷平均增收每公顷平均增收676 元，如果全国元，如果全国90% 地区种地区种植转基因水稻，粮价将必然下降，社会福利每植转基因水稻，粮价将必然下降，社会福利每年增加年增加41亿美元。更直接一点的说法就是：转亿美元。更直接一点的说法就是：转基因水稻晚推广一年，我们就等于放弃了每年基因水稻晚推广一年，我们就等于放弃了每年200亿的收入。亿的收入。 基因工程的用途基因工程的用途1.3 具有特殊品质的基因工程生物具有特殊品质的基因工程生物 如基因工程技术已培养出含水量大大降低的西如基因工程技术已培养出含水量大大降低的西 红柿、洋葱、马铃薯新品种，其特点是可节

24、约红柿、洋葱、马铃薯新品种，其特点是可节约 单耗、加工能耗、延长货架期；单耗、加工能耗、延长货架期； 培养出了带咸味和奶味的适宜膨化加工的玉米培养出了带咸味和奶味的适宜膨化加工的玉米 新品种，以适应低盐、低脂肪的消费需要；新品种，以适应低盐、低脂肪的消费需要； 获得了出油率高、不饱和脂肪酸含量较高的油获得了出油率高、不饱和脂肪酸含量较高的油 料作物等。料作物等。2010年，人乳铁蛋白转基因奶牛技术已获准进入转基因生物安全生产性试验，这是中国首批首批进入生产性试验的转基因动物，有望两年后获得安全证书，率先实现转基因动物产业化。 由于人乳铁蛋白主要存在于人类母乳中，来源非常有限，难以用普通技术大规

25、模生产。而重组人乳铁蛋白转基因奶牛牛奶中乳蛋白率高出对照以上，功能试验也证明重组人乳铁蛋白具有提高免疫力、促进神经发育、促进铁吸收、改善贫血、抗菌、抗肿瘤等特殊功能。 基因工程的用途基因工程的用途基因工程的用途基因工程的用途2. 食品加工过程和食品品质的改良食品加工过程和食品品质的改良 2.1 改良食品微生物的生产性能改良食品微生物的生产性能 由于微生物的遗传变异性及生理代谢的可塑由于微生物的遗传变异性及生理代谢的可塑性是其他生物难以比拟的，因此微生物资源的开性是其他生物难以比拟的，因此微生物资源的开发具有很大潜力。发具有很大潜力。 目前的工作包括采用目前的工作包括采用常规的诱变、杂交方法常规

26、的诱变、杂交方法与细胞融合、基因工程技术与细胞融合、基因工程技术结合进行菌种改造，结合进行菌种改造，和采用基因工程和蛋白质工程技术构建和采用基因工程和蛋白质工程技术构建“基因工基因工程菌程菌”。基因工程的用途基因工程的用途这些研究工作的意义包括：这些研究工作的意义包括： (1) 提高发酵食品质量并使加工过程更合理化。提高发酵食品质量并使加工过程更合理化。 啤酒是我国传统的发酵工业产品之一，啤酒是我国传统的发酵工业产品之一，2010年全国啤年全国啤 酒产量为酒产量为4483.04万千升（连续万千升（连续8年稳居世界第一），年稳居世界第一）， 全年工业总产值全年工业总产值1320.65亿元，亿元，

27、1-11月，啤酒行业实现月，啤酒行业实现 主营业主营业 务收入务收入1223.8亿元。亿元。 生物技术已用于啤酒酵母的改造，如将生物技术已用于啤酒酵母的改造，如将乙酰乳酸乙酰乳酸 脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达，可降低啤酒脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达，可降低啤酒 双乙酰含量而改善啤酒风味；双乙酰含量而改善啤酒风味； 选育出分解选育出分解葡聚糖和糊精的啤酒酵母，能够明显葡聚糖和糊精的啤酒酵母，能够明显 提高麦汁的分解率并改善啤酒质量；构建具有优良嗜提高麦汁的分解率并改善啤酒质量；构建具有优良嗜 杀其他菌类活性的嗜杀啤酒酵母已成为实现纯种发酵杀其他菌类活性的嗜杀啤酒酵母已成为实现纯种发酵

28、 的重要措施。的重要措施。(2)实现重要产品的高水平、低成本生产。实现重要产品的高水平、低成本生产。 氨基酸是我国新型的发酵工业产品之一，目前，氨基酸是我国新型的发酵工业产品之一，目前，国外已有国外已有5种氨基酸用重组菌实现了工业化生产，达种氨基酸用重组菌实现了工业化生产，达到较高水平（如苏氨酸到较高水平（如苏氨酸60gL、组氨酸、组氨酸42gL、脯、脯氨酸氨酸75gL、丝氨酸、丝氨酸40gL和苯丙氨酸和苯丙氨酸60gL）。）。生物技术专家还将霉菌的淀粉酶基因转入酵母中生物技术专家还将霉菌的淀粉酶基因转入酵母中使其能直接利用淀粉生产酒精，省掉了高温蒸煮工使其能直接利用淀粉生产酒精，省掉了高温蒸

29、煮工序，可节约序，可节约60的能源，生产周期大为缩短。这对的能源，生产周期大为缩短。这对我国年产量约我国年产量约350400万吨，产值达万吨，产值达150200亿元亿元的酒精工业将产生重大影响。的酒精工业将产生重大影响。 基因工程的用途基因工程的用途2.2 应用于食品酶制剂的生产应用于食品酶制剂的生产 利用基因工程技术不但可以成倍地提高酶的活利用基因工程技术不但可以成倍地提高酶的活力，而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中，构力，而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中，构建基因工程菌来生产酶。据建基因工程菌来生产酶。据1995年统计，已有年统计，已有50的工业用酶是用转基因微生物生产的。的工业用酶

30、是用转基因微生物生产的。 转基因微生物生产酶有许多优点，如产量高、转基因微生物生产酶有许多优点，如产量高、品质均一、稳定性好、价格低等。品质均一、稳定性好、价格低等。第一个应用于食第一个应用于食品上的基因工程酶为凝乳酶品上的基因工程酶为凝乳酶（Chymosin），它是），它是制造干酪过程中起凝乳作用的关键酶，传统来源是制造干酪过程中起凝乳作用的关键酶，传统来源是从小牛皱胃液中提取。从小牛皱胃液中提取。基因工程的用途基因工程的用途基因工程的用途基因工程的用途 近近20年来用基因工程菌发酵生产的食品酶制剂主要年来用基因工程菌发酵生产的食品酶制剂主要 有：有： 凝乳酶、凝乳酶、 淀粉酶、淀粉酶、 葡

31、萄糖氧化酶、葡萄糖氧化酶、 葡萄糖异构酶、葡萄糖异构酶、 转化酶、转化酶、 普鲁多糖酶（茁霉多糖酶）、普鲁多糖酶（茁霉多糖酶）、 脂肪酶、脂肪酶、 半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、 半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、 乙酰乳酸脱羧酶、乙酰乳酸脱羧酶、 溶菌酶、溶菌酶、 碱性蛋白酶等。碱性蛋白酶等。 M日本应用转基因微生物制造琥珀酸。日本应用转基因微生物制造琥珀酸。M琥珀酸是工业上一种重要的高分子化合物，琥珀酸是工业上一种重要的高分子化合物，能够用来制造可降解塑料和电子产品用纤维，能够用来制造可降解塑料和电子产品用纤维，目前市场需求量不断增加。但通常的生产方目前市场需求量不断增加。但通常的生产方法效率低下，成本高

32、，每千克产品售价高达法效率低下，成本高，每千克产品售价高达数十美元。而新技术可把生产成本降低到每数十美元。而新技术可把生产成本降低到每千克千克1美元以下。美元以下。3. 植物食品基因工程进展植物食品基因工程进展 目前食品基因工程的研究主要集中在食品目前食品基因工程的研究主要集中在食品的蛋白质、碳水化合物工程、油脂工程、贮藏的蛋白质、碳水化合物工程、油脂工程、贮藏保鲜工程等方面保鲜工程等方面。3.1 蛋白质工程蛋白质工程 合成基因的导入和表达。合成基因的导入和表达。 同源基因的导入和表达。同源基因的导入和表达。 异源基因的导入和表达。异源基因的导入和表达。 基因代谢调控技术：在基因代谢调控技术情

33、况下，基因代谢调控技术：在基因代谢调控技术情况下， 导入的基因不是用来直接合成所需的蛋白质，而是导入的基因不是用来直接合成所需的蛋白质，而是 用来合成控制代谢途径中的关键酶，从而改变某一用来合成控制代谢途径中的关键酶，从而改变某一 代谢的途径、方向和强度，从而增加代谢产物的量代谢的途径、方向和强度，从而增加代谢产物的量 或获得新的代谢产物。或获得新的代谢产物。 基因工程的用途基因工程的用途3.2 碳水化合物工程碳水化合物工程 食品的碳水化合物工程只能采用基因代谢调控食品的碳水化合物工程只能采用基因代谢调控技术，而不能采用基因添加技术，即只能通过改变技术，而不能采用基因添加技术，即只能通过改变碳

34、水化合物代谢途径中的关键酶，达到提高碳水化碳水化合物代谢途径中的关键酶，达到提高碳水化合物含量或调整其组成的目的。合物含量或调整其组成的目的。 基因工程的用途基因工程的用途 高等植物体内涉及淀粉生物合成的酶类主高等植物体内涉及淀粉生物合成的酶类主要有要有ADP葡萄糖焦磷酸酶（葡萄糖焦磷酸酶（ADP-GPP）、淀粉）、淀粉合成酶（合成酶（SS）和分枝酶（）和分枝酶（BE）。）。ADP-GPP酶酶催化催化ADP-葡萄糖葡萄糖 的合成，的合成，SS酶催化酶催化ADP-葡萄葡萄糖添加到葡萄糖链上，糖添加到葡萄糖链上，BE酶将分支引入酶将分支引入1，4-葡聚糖链上。这三个酶的基因都已从多种植物葡聚糖链上

35、。这三个酶的基因都已从多种植物中克隆，可应用于碳水化合物工程中。中克隆，可应用于碳水化合物工程中。 u 改变淀粉或糖的含量。改变淀粉或糖的含量。 u 改变淀粉的组成。改变淀粉的组成。 基因工程的用途基因工程的用途3.3 油脂工程油脂工程 高等植物体内脂肪酸的合成由脂肪合成酶高等植物体内脂肪酸的合成由脂肪合成酶（FAS）的多酶体系来控制，因而改变）的多酶体系来控制，因而改变FAS的组成的组成就可以改变脂肪酸的链长和饱和度。目前，控制脂就可以改变脂肪酸的链长和饱和度。目前，控制脂肪酸链长的几个酶的基因和控制去饱和作用的一些肪酸链长的几个酶的基因和控制去饱和作用的一些酶的基因都已克隆成功。酶的基因都

36、已克隆成功。 控制脂肪酸的链长。控制脂肪酸的链长。 控制脂肪酸的饱和度。控制脂肪酸的饱和度。基因工程的用途基因工程的用途英国科学家近日利用转基因技术使新培育出的水英国科学家近日利用转基因技术使新培育出的水 芹富含鸡和鱼所含的多不饱和脂肪酸，让水芹不芹富含鸡和鱼所含的多不饱和脂肪酸，让水芹不 再只是主妇们菜篮中一种普通蔬菜，而成为一种再只是主妇们菜篮中一种普通蔬菜，而成为一种 “超级保健超级保健”蔬菜。蔬菜。 英国布里斯托尔大学的科学家从海藻和蘑菇中分英国布里斯托尔大学的科学家从海藻和蘑菇中分 离出负责制造多不饱和脂肪酸的离出负责制造多不饱和脂肪酸的 3 个基因，并植个基因，并植 入水芹。入水芹

37、。 伦敦圣伦敦圣 乔治医院营养学家凯瑟琳乔治医院营养学家凯瑟琳科林斯说，这科林斯说，这 种基因水芹可以直接食用，也可以通过饲喂动物种基因水芹可以直接食用，也可以通过饲喂动物 进入食物链后再供人食用，这一成果是功能性食进入食物链后再供人食用，这一成果是功能性食 品研究的又一大进展。品研究的又一大进展。基因工程的用途基因工程的用途3.4 延迟果实成熟延迟果实成熟|延迟果实成熟是食品基因工程研究的热点问题。延迟果实成熟是食品基因工程研究的热点问题。 |乙烯是果实成熟的关键物质。乙烯是果实成熟的关键物质。 |乙烯的生成途径为乙烯的生成途径为S-腺苷甲硫氨酸（腺苷甲硫氨酸（SAM）在氨）在氨 基环丙烷羧

38、酸合成酶的催化下生成氨基环丙烷羧基环丙烷羧酸合成酶的催化下生成氨基环丙烷羧 酸（酸（ACC），后者再在），后者再在 ACC 氧化酶催化下生成氧化酶催化下生成 乙烯。乙烯。3.5 药理作用的食品药理作用的食品 u采用生物遗传工程技术，提取细胞内含有某种采用生物遗传工程技术，提取细胞内含有某种病菌抗原的作物种子，然后就可以像其他作物一病菌抗原的作物种子，然后就可以像其他作物一样种植和收获，人们只要正常食用就可以起到预样种植和收获，人们只要正常食用就可以起到预防某种疾病的作用，这就是疫苗食品。防某种疾病的作用，这就是疫苗食品。 u美国的研究人员已成功地培育出携带白喉抗原美国的研究人员已成功地培育出携

39、带白喉抗原的萝卜及预防其他一些疾病的马铃薯、甘蓝、西的萝卜及预防其他一些疾病的马铃薯、甘蓝、西红柿等，人们食用后免疫效果都非常理想。红柿等，人们食用后免疫效果都非常理想。 基因工程的用途基因工程的用途|美国康奈尔大学培育成功一种香蕉，人们食用美国康奈尔大学培育成功一种香蕉，人们食用后，就可避免乙肝、霍乱和细菌性痢疾等传染病后，就可避免乙肝、霍乱和细菌性痢疾等传染病的侵袭；的侵袭； |英国生物遗传学家应用植物细胞嫁接抗原基因英国生物遗传学家应用植物细胞嫁接抗原基因的技术，已培育出一种可以预防霍乱的苜蓿苗。的技术，已培育出一种可以预防霍乱的苜蓿苗。|中国研究人员通过花粉管道使外源疫苗导入植中国研究

40、人员通过花粉管道使外源疫苗导入植物细胞的方法，在多种农作物上进行疫苗食品的物细胞的方法，在多种农作物上进行疫苗食品的试验。一种抗乙肝基因西红柿培育成功，食用几试验。一种抗乙肝基因西红柿培育成功，食用几个含有抗乙肝基因的西红柿，就能代替注射乙肝个含有抗乙肝基因的西红柿，就能代替注射乙肝疫苗。疫苗。3.6 其他植物转基因食品其他植物转基因食品（二）酶工程（二）酶工程定义定义: :把酶或细胞直接或经过一定的修饰后把酶或细胞直接或经过一定的修饰后 应用于化学反应的生物催化工程。应用于化学反应的生物催化工程。研究内容研究内容: :新酶的开发和生产、酶分子的修饰、酶新酶的开发和生产、酶分子的修饰、酶 的分

41、离纯化技术、酶的固定化技术、酶反应器、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。酶生物传感器等。在食品、医药、化工、环保等多领域的革新产生重在食品、医药、化工、环保等多领域的革新产生重 大作用。大作用。包括固定化酶、固定化细胞和固定化活细胞包括固定化酶、固定化细胞和固定化活细胞 体系。体系。| 生物技术对食品工业生产影响最大的还是酶工程生物技术对食品工业生产影响最大的还是酶工程和发酵工程。和发酵工程。 | 2001年世界酶制剂年销售额达年世界酶制剂年销售额达16亿美元，亿美元，2008年年销售额达到销售额达到30亿美元。我国各种工业酶制剂总产亿美元。我国各种工业酶制剂总产量超

42、过量超过3.2105t，产值，产值6亿美元。如应用于酒精、亿美元。如应用于酒精、味精、有机酸、啤酒、淀粉糖、果汁、肉、蛋、味精、有机酸、啤酒、淀粉糖、果汁、肉、蛋、豆、奶、面制品加工等许多工业领域，创造工业豆、奶、面制品加工等许多工业领域，创造工业附加值数千亿元。附加值数千亿元。 酶工程在食品工业中的应用酶工程在食品工业中的应用| 但世界上酶制剂的研发、生产和应用大部分集中但世界上酶制剂的研发、生产和应用大部分集中于发达国家，位居世界前列的是丹麦的于发达国家，位居世界前列的是丹麦的Novozymes 和美国的和美国的 Genencor公司，其酶制剂公司，其酶制剂的销售额约占世界总额的的销售额约

43、占世界总额的70%，中国在世界范围，中国在世界范围内的份额不足内的份额不足5%。| Novozymes 和和Genencor公司每年用于技术开发的公司每年用于技术开发的资金占其销售额的比例达到资金占其销售额的比例达到12%13。仅在中。仅在中国国Novozymes 就投资了就投资了1.7亿。亿。酶工程在食品工业中的应用酶工程在食品工业中的应用酶工程在食品工业中的应用酶工程在食品工业中的应用| 我国酶制剂的主要应用领域是食品工业，全世界我国酶制剂的主要应用领域是食品工业，全世界食品工业用酶约占总量的食品工业用酶约占总量的60%，我国更高达，我国更高达85%以上。以上。| 酶制剂对我国食品工业的技

44、术进步作出过突出贡酶制剂对我国食品工业的技术进步作出过突出贡献：献： 在啤酒生产中，采用淀粉酶的新型辅料液化工艺在啤酒生产中，采用淀粉酶的新型辅料液化工艺以及复合酶制剂的应用对提高我国啤酒的产量和以及复合酶制剂的应用对提高我国啤酒的产量和质量有重要意义；质量有重要意义； 在白酒和酒精生产中，利用糖化酶替代酒曲实现在白酒和酒精生产中，利用糖化酶替代酒曲实现了我国酿酒工艺的重大变革。了我国酿酒工艺的重大变革。 酶工程在食品工业中的应用酶工程在食品工业中的应用| 在玉米深加工领域，采用耐高温淀粉酶和糖化在玉米深加工领域，采用耐高温淀粉酶和糖化酶的酶的“淀粉喷射液化淀粉喷射液化”技术以及技术以及“双酶

45、法双酶法”糖糖化技术全面带动了我国淀粉糖、味精、柠檬酸化技术全面带动了我国淀粉糖、味精、柠檬酸等生产工艺的改革；近年来，蛋白酶、果胶酶、等生产工艺的改革；近年来，蛋白酶、果胶酶、纤维素酶等在果酒、果汁、调味品、烘焙、肉纤维素酶等在果酒、果汁、调味品、烘焙、肉制品、中药有效成分提取以及多肽保健品生产制品、中药有效成分提取以及多肽保健品生产中的应用也都取得较大进展。中的应用也都取得较大进展。 酶工程在食品工业中的应用酶工程在食品工业中的应用酶在食品原料加工中的应用酶在食品原料加工中的应用 （1）淀粉类食品加工中如生产麦芽糖、葡萄糖、饴糖、低）淀粉类食品加工中如生产麦芽糖、葡萄糖、饴糖、低聚糖、高果

46、糖浆等用的淀粉酶。聚糖、高果糖浆等用的淀粉酶。 （2）利用凝乳酶生产奶酪，目前已通过酵母发酵获得凝乳）利用凝乳酶生产奶酪，目前已通过酵母发酵获得凝乳酶。酶。 （3）果胶酶在果汁生产中的应用大大提高了出汁率。）果胶酶在果汁生产中的应用大大提高了出汁率。 酶制剂用于改善食品质量酶制剂用于改善食品质量 蛋白酶嫩化肉、果胶酶澄清果汁等蛋白酶嫩化肉、果胶酶澄清果汁等。 酶在食品保鲜和贮藏中的作用酶在食品保鲜和贮藏中的作用 （1）葡萄糖氧化酶的保鲜作用。）葡萄糖氧化酶的保鲜作用。 （2）溶菌酶的保鲜作用）溶菌酶的保鲜作用 。（三）发酵工程（三）发酵工程生物技术主要通过发酵生物技术主要通过发酵工程实现产业化

47、。工程实现产业化。定义：即微生物工程。定义：即微生物工程。采用现代发酵设备，使经采用现代发酵设备，使经微生物育种和基因重组技微生物育种和基因重组技术改良的细胞或经其他现术改良的细胞或经其他现代技术改造的菌株进行放代技术改造的菌株进行放大培养和控制发酵，获得大培养和控制发酵，获得工业化生产预定的食品产工业化生产预定的食品产品或食品的功能成分。品或食品的功能成分。1.微生物菌体发酵 2.微生物酶发酵 3.微生物代谢产物发酵 4.微生物的转化发酵 5.生物过程细胞的发酵发酵类型发酵类型发酵工程的应用领域发酵工程的应用领域1.医药工业方面 2.食品工业方面 3.能源工业方面 4.饲料工业方面 5.冶金

48、工业方面6.农业方面发酵工程产品种类发酵工程产品种类u抗菌素抗菌素u免疫调节剂免疫调节剂u类固醇类固醇u核苷酸核苷酸u酶制剂酶制剂u抗病毒剂抗病毒剂u心血管药物心血管药物u杀虫剂杀虫剂u氨基酸氨基酸u有机溶剂有机溶剂l抗肿瘤制剂抗肿瘤制剂l神经系统药物神经系统药物l除草剂除草剂l有机酸有机酸l食品与饮料食品与饮料l抗氧化剂抗氧化剂l维生素维生素l多肽多肽l色素色素l气体化合物气体化合物l可降解塑料可降解塑料 人类利用微生物的发酵作用制造食品的历史悠久，人类利用微生物的发酵作用制造食品的历史悠久，产品种类繁多产品种类繁多: （1）各类调味品：如酱油、醋、味精、豆腐乳等。）各类调味品：如酱油、醋、

49、味精、豆腐乳等。 （2）酒类产品：如白酒、啤酒、葡萄酒等。）酒类产品：如白酒、啤酒、葡萄酒等。 （3）各类焙烤食品：如面包等。）各类焙烤食品：如面包等。 （4）各种发酵饮料：如酸奶等。）各种发酵饮料：如酸奶等。 （5）发酵香肠、酸泡菜等。）发酵香肠、酸泡菜等。 经发酵作用后，食品的色、香、味发生变化，更经发酵作用后，食品的色、香、味发生变化，更富有营养。富有营养。 发酵工程在食品工业中的应用发酵工程在食品工业中的应用酒精测试结果189毫克/100毫升。 发酵工程在食品工业中的应用发酵工程在食品工业中的应用改良面包酵母菌种的应用：将有较高活力改良面包酵母菌种的应用：将有较高活力 的酶基因转移至面

50、包酵母，使面包酵母显的酶基因转移至面包酵母，使面包酵母显 著地提高麦芽糖透性酶及麦芽糖酶的活力。著地提高麦芽糖透性酶及麦芽糖酶的活力。凝乳酶的生产：将小牛胃中的凝乳酶基因凝乳酶的生产：将小牛胃中的凝乳酶基因 转移至大肠杆菌或酵母中。转移至大肠杆菌或酵母中。现代生物技术在食品工业中的应用：现代生物技术在食品工业中的应用：（四）细胞工程（四）细胞工程l定义定义指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞某些生物学特性按养、繁殖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

51、的目的，加速繁殖动植物个种和创造新品种的目的，加速繁殖动植物个体，或获得某种有用物质的技术。体，或获得某种有用物质的技术。l它包括细胞融合技术、细胞拆合技术以及它包括细胞融合技术、细胞拆合技术以及动物、植物大量控制性培养技术，还包括染动物、植物大量控制性培养技术，还包括染色体工程和细胞质工程等内容。色体工程和细胞质工程等内容。细胞工程分类细胞工程分类按生物种类分：按生物种类分：|动物细胞工程：以动物细胞为生产对象；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；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）。微生物细胞工程（发酵工程）。动物细胞工程动

52、物细胞工程产品以药物为主：产品以药物为主：v集落刺激因子集落刺激因子v红细胞生成素红细胞生成素v抗血友病因子抗血友病因子v组织纤溶酶原激活物组织纤溶酶原激活物为什么要用卵细胞的细为什么要用卵细胞的细胞膜而不用其细胞核？胞膜而不用其细胞核？1.1.由于卵细胞由于卵细胞体积大，便于体积大，便于操作；操作；2.2.由于卵细胞由于卵细胞的细胞质可以的细胞质可以使已分化的细使已分化的细胞核脱分化。胞核脱分化。利用植物细胞工程生产的部分商品利用植物细胞工程生产的部分商品v生物碱生物碱v紫杉醇紫杉醇v植物多糖植物多糖v麻醉剂麻醉剂v强心苷强心苷v各种激素各种激素v有机酸有机酸v苯酚苯酚v各种维生素各种维生素

53、v抗过敏剂抗过敏剂v青蒿素青蒿素l风味素风味素l单宁生物碱单宁生物碱l苯基苯乙烯酮苯基苯乙烯酮l天然杀虫剂天然杀虫剂l各种蛋白及多肽各种蛋白及多肽l植物生长调节剂植物生长调节剂l抗血友病因子抗血友病因子l抗病毒剂抗病毒剂l甜味素甜味素l黄酮类黄酮类l各种蛋白酶各种蛋白酶l各种植物油脂各种植物油脂|香水香水|甾醇类及其衍生物甾醇类及其衍生物|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（五）蛋白质工程（五）蛋白质工程 - -第二代基因工程第二代基因工程定义：定义： 从蛋白质分子

54、结构的设计入手，将待改进的从蛋白质分子结构的设计入手，将待改进的蛋白质提纯为结晶，用蛋白质提纯为结晶，用X- X-射线射线等手段研究其空等手段研究其空间构象，确定其需要改变的氨基酸残基，然后间构象，确定其需要改变的氨基酸残基，然后再用再用基因定位突变基因定位突变和和体外定向进化体外定向进化等方法达到等方法达到修饰蛋白质空间结构的目的。修饰蛋白质空间结构的目的。 蛋白质工程取得的成果蛋白质工程取得的成果将T4溶菌酶的3位异亮氨酸换成半胱氨酸，再跟97位 半胱氨酸连接起来。这样，T4溶菌酶在67下反应 3h后，活性丝毫未减。在-70低温下难以保存的干扰素，经蛋白质工程的 点化，两个半胱氨酸被换成丝

55、氨酸，一下子变得可 以保存半年之久。一种生产中很有用的酪氨酸转移核糖核酸酶，只是 在一个位点上用脯氨酸取代了苏氨酸，催化能力一 下子提高了25倍。对于用小鼠细胞培养生产的单克隆抗体，专家们已 经提出了“开刀方案”，打算把它整修得更接近于人 的抗体，以减轻副作用。（六）生物工程下游技术（六）生物工程下游技术生物工程下游技术：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。（七）后基因组学（七）后基因组学|2003年，人类基因组图谱草图绘制成功。|“基因组学”和“蛋白质组学” 形成的基础：“一个基 因可以编码数个蛋白质”。阐明生活细胞

56、的基因编 码及其调节控制和阐明蛋白质之间的交互作用。|“营养基因组”研究的启动：通过对基因表达蛋白质 和其他代谢物等进行全面的分析。研究食品以及食 品原料对人体产生影响，为进一步探索食品功能、 作用机理和食品资源开发提供科学依据。（八）现代分子检测技术（八）现代分子检测技术|核酸分子检测技术|蛋白质分子检测技术|生物芯片技术|生物传感器三、食品生物技术的特点三、食品生物技术的特点1、与食品产业化紧密相关。 目标是产品产品。对改造传统食品工业和农副产品深加工具有革命性意义和较大的经济价值。S基因技术P M企业上游过程下游过程控制系统发酵或酶技术酶解技术分离技术检测技术市场营销食品生物技术产业链示

57、意图三、食品生物技术的特点三、食品生物技术的特点2、属边缘交叉学科。3、具有“六高”基本特征。 高效益、高智力、高投入、高竞争、高风险高效益、高智力、高投入、高竞争、高风险 和高潜力高潜力。4、属高新技术范畴。5、已经成为食品科学发展的重要研究方向。四、食品生物技术发展简史四、食品生物技术发展简史1、史前时期 传统食品产品的形成。2、近代时期 菌种选育、诱变技术的发展 和纯种发酵。3、现代的发展 生命的本质-遗传物质DNA 结构的发现。五、分子生物学的形成与发展五、分子生物学的形成与发展1、细胞学说。17世纪末，Anton Van Leeuwen hoek观察到活细胞。1831年，Robert

58、 Brown发现细胞核。19世纪中，Schleiden Schwann创立细胞学说。2、生物进化论。3、孟德尔遗传定律。4、基因学说。1909年Thomas Hunt Morgan发现突变现象。1911年W Johanssen把遗传因子命名为“gene”。1926年Morgan创立基因学说。5、基因本质的发现。1928年，年，Griffith用一个著名的实验证明遗传物质用一个著名的实验证明遗传物质不是蛋白质不是蛋白质。6、分子生物学的诞生。1953年，沃森和克里克提出 了DNA双螺旋结构。1965年，基因与酶学说。1969年，DNA密码，基因转 导。1972年，限制性内切酶。1977年，DNA

59、的合成。1986年，PCR技术。 五、分子生物学的形成与发展五、分子生物学的形成与发展六、现代生物技术的意义与展望六、现代生物技术的意义与展望1、发展食品生物技术的意义开发新资源食品、解决食品短缺；开发新型功能食品、生产环保食品、丰富食品种类；食品生物技术已经渗透到食品工业的方方面面；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。2、现代生物技术展望基因重组技术的进一步完善；基因工程药物和疫苗的研究与开发的猛进突飞；转基因动植物取得重大突破；生命基因组计划在许多生命领域展开；基因治疗的重大进展；蛋白质工程、酶工程、发酵工程在基因工程基础 上的

60、长足的发展；信息技术渗透到生物技术的领域中。六、现代生物技术的意义与展望六、现代生物技术的意义与展望| 定义：定义： 用酶学的方法，在体外将异源用酶学的方法，在体外将异源DNA（目的基因）（目的基因） 与基因载体（质粒、病毒等）重组成复制子并将与基因载体（质粒、病毒等）重组成复制子并将 其导入宿主细胞，使异源基因在宿主细胞中复制其导入宿主细胞，使异源基因在宿主细胞中复制 表达，从而达到改造生物品种或性状，大量生产表达，从而达到改造生物品种或性状，大量生产 出人类所需要的生物品种和产物。出人类所需要的生物品种和产物。第一节基因工程概述第一节基因工程概述| 作用：作用： 实现遗传信息的跨物种转移。实现遗传