食品生物技术课件酶工程

《食品生物技术》青岛农业大学食品科学与工程学院2012年03月食品生物技术专业的培养目标◆具有食品生物技术及产业化的科学原理，生产工艺过程和工艺设计等基本原理和基本技能，◆能在食品加工技术与工程领域运用生物技术从事食品加工，食品贮藏与保鲜，新产品研究与开发等领域为社会服务第一章绪论第二章

基因工程原理及其在食品科学中的应用第三章

发酵工程原理及其在食品工业中的应用第四章

酶工程及其在食品工业中的应用第五章

细胞工程原理及其在食品工业中的应用第六章

蛋白质工程原理及其在食品工业中的应用山东布莱凯特黑牛科技股份有限公司，是由我国首例体细胞克隆牛研究专家董雅娟博士等一批高科技人才，于2004年9月创建的高新技术企业，公司注册资本4330万元，占地面积400亩，公司先后被评为国家农业综合开发产业化重点龙头企业。山东省高新技术企业、全省先进科普实验基地、山东省农业产业化重点龙头企业。建有山东省黑牛繁育工程技术研究中心。青岛农业大学科研成果转化基地和教学实习基地，2010年12月29日在齐鲁股权交易中心正式挂牌交易。公司创建人员多年来主持参加了多项国家级和省部级项目，填补了多项国际、国内空白。2001年作出我国首例健康成活的体细胞克隆牛，同年获山东省“十大”科技成果奖，2002年获得山东省科技进步一等奖。2003年获得国际首例体细胞克隆牛玻璃化冷冻胚胎移植犊牛和国内首例体细胞克隆牛自繁后代。2004年获得山东省科技进步一等奖，2006年作出国际首例携带有抗疯牛病基因的转基因体细胞克隆牛。。◆韩国“因塞特生物科技株式会社”社长

◆韩国生命工学研究院（KRIBB）生物素材研究中心主任◆首席生物科技评审委员会委员◆

韩中生物技术协作中心韩方代表(KCBBCC)◆

昆虫:

是一类传统药材资源

迄今尚未被充分利用的最大生物资源

繁殖速度快，营养价值高，含有许多功能因子

昆虫食品的开发，完全符合21世纪食品发展的新趋势■

昆虫食品的研究现状昆虫功能因子抗菌肽脂肪酸昆虫激素甲壳素其他

昆虫食品冬虫夏草蜜蜂食品蚂蚁食品蚕蛹和蚕丝食品蝇卵食品其他

◆

国外昆虫食品：

墨西哥蝇卵鱼子酱

美国

昆虫罐头、蜜饯、巧克力等

法国

泰国

盐蚂蚁昆虫餐厅昆虫菜100多种蝴蝶、蝉、蚕等昆虫幼虫或蛹制成炸苍蝇烤蟑螂甲虫馅饼

◆

国内昆虫食品：

油炸系列

速冻系列

虫粉系列

罐头系列

蛋白粉，酒类，茶类等◆

昆虫功能食品

冬虫夏草

蜂蜜食品

蚂蚁食品

蚕蛹食品

虫草乌鸡王

洲黑蚁王强身液

神蜉酒

蜂王浆冻干粉复合氨基酸口服液

圣草茶

蚕蛹蛋白粉

蚕丝食品

糖果，面条，果冻等◆昆虫功能食品的发展前景

21世纪的主导食品功能性食品

昆虫种类繁多,资源丰富，可利用潜力大,功能因子较多非常适合于开发功能性食品

新世纪功能食品要求具有天然性、安全性、有效性

昆虫功能因子是纯天然因子，作用机理比较明确具有广阔的前景※昆虫功能食品的开发

地鳖虫■

地鳖虫的研究现状项目含量项目含量水分12.02维生素B14.5蛋白质63.55灰分5.4粗脂肪16.16表1地鳖虫（干样）的主要营养成分（%）脂肪酸含量脂肪酸含量月桂酸7.5硬脂酸206.8豆蔻酸75.6油酸＊

1789.5十四烯酸＊

12.3亚油酸＊＊

1123.6软脂酸921.2花生酸92.5棕榈油酸＊

442.0花生烯酸6.8十六碳二烯酸＊

13.8总量4691.6

表2地鳖虫（干样）的脂肪酸含量（mg/100g）注：＊：不饱和脂肪酸，＊＊：即是不饱和脂肪酸又是必需脂肪酸

（此外亚麻酸、二十碳四烯酸也属于必需脂肪酸）氨基酸含量氨基酸含量天门冬氨酸（Asp）1124.96苏氨酸（Thy）＊

600.39丝氨酸（Ser）610.23谷氨酸（Glu）1851.38甘氨酸（Gly）2035.18丙氨酸（Ala）926.12颉氨酸（Val）＊

738.41蛋氨酸（Met）＊

272.91异亮氨酸（Ileu）＊

505.20亮氨酸（Leu）＊

886.17酪氨酸（Tyr）1226.02苯丙氨酸（Phe）＊

598.75赖氨酸（Lys）＊

970.68组氨酸（His）＊＊

436.54精氨酸（Arg）＊

＊

978.56脯氨酸（Pro）637.48色氨酸（Try）＊

128.63胱氨酸（Cys）226.24表3地鳖虫（鲜样）的氨基酸含量（mg/100g）注：＊：必需氨基酸，＊＊：半必需氨基酸。其中人体必需的8种氨基酸

占氨基酸总量的31.9%。维生素含量维生素含量维生素A1.28维生素K0.12维生素D1.16维生素E11.6表4地鳖虫（鲜样）的脂溶性维生素含量mg/100g）常量元素含量微量元素含量Ca78.2Zn36.95Mg282.4Cu9.48K1996.3Fe116.48Na956.8Mn5.68P1656.7Se0.02表5地鳖虫（鲜样）的矿物质含量（mg/100g）

◆

传统的中药材◆

蛋白质、脂肪、维生素A、D、E、K及硒、铁、锌等微量元素适于加工成食品

◆

地鳖虫具有抗癌、降血脂、耐缺氧、提高免疫力以及对肝硬化、脑损伤、脉管炎骨髓炎、血液病等病状具有保健和辅助治疗作用具有散瘀血、接骨续筋、消肿止痛等功效

国内对地鳖虫的认知度高

养殖规模也不断地扩大农民增收的新途径开发新产品重要课题具有较大的市场前景地鳖油炸小食品地鳖酱浸泡酒等产品远远不能满足现代社会不同层次的消费要求

■

新型昆虫多肽饮料的研制山东特色资源-地鳖虫昆虫肠道微生物（HY-3)蛋白质分解酶（韩国）现代生物技术新型昆虫多肽饮料开创了昆虫生物食品的先例总体技术达到国际先进水平学习生物技术的意义现代生物科学的迅速发展分子、亚细胞、细胞、组织和个体等不同水平揭示生物结构和功能的关系运用生物学的方法现代工程科学所开拓的新技术和新工艺对生物进行不同层次的设计、控制、改造或模拟构成巨大的生产能力-◆基因拼接和重组技术创造生物新物种和新品系提供最有希望的手段◆发酵工程和生化工程技术产品大规模商品化生产◆基因工程药物研究人生长激素，胰岛素，干扰素（抗病毒、抗肿瘤）陆续投放市场质粒体、大肠杆菌◆基因疗法特定的DNA改进的基因枪技术导入小鼠的肌肉、肝脏等部位发展低能、节能、脱能型新产业新产业革命的重要方向

希望也寄托在生物技术上生物技术能帮组人们更好地了解生物、了解环境、了解我们自己，提供更好的社会服务第一章绪论◆生物技术的确切定义◆生物技术的构成◆生物技术各构成成分之间的关系第一节生物技术的定义和研究内容

第二节食品生物技术的定义及研究内容第一节生物技术的定义和研究内容

◆生物技术的确切定义:人们运用现代生物科学，工程学和其他基础学科的知识，按照预先的设计，对生物进行控制和改造或模拟生物及其功能，用来发展商业性加工，产品生产和社会服务的新技术领域。◆生物技术的构成基因工程细胞工程发酵工程酶工程蛋白质工程◆生物技术各构成成分之间的关系现代生物技术的核心是基因工程，有它带动和推动其他各大工程的发展，而现代生物技术的基础和归宿则是发酵工程和酶工程，否则就不能获得产品和经济效益，也就体现不了基因工程和细胞工程的优越性。食品生物技术中的下有过程食品生物技术与食品安全检测食品加工生物材料环境保护采矿新能源无公害农药医药产品与诊断试剂化工产品数学和计算机科学

化学工程学

植物学动物学微生物学细胞生物学

分子生物学生物化学化学▼是指按照人们的意愿和设计方案，▼以分子生物学，分子遗传学，生物化学和微生物学为理论基础，▼通过将一种生物细胞的基因分离出来或人工合成新的基因，在体外进行酶切和连接并插入载体分子构成遗传物质的新组合，▼导入到自身细胞或另一种细胞中进行复制和表达等实验手段，▼有目的的实现动物，植物和微生物等物种之间的DNA重组和转移，使现有物种在短时间内趋于完善或创造出新的生物特性。基因工程的定义：利用微生物的某种特性，通过现代化工程技术手段进行工业规模生产的技术.发酵工程的定义

:①

传统发酵（有时称酿造），②

近代的发酵工业如酒精，如乳酸，丙酮-丁醇等③

目前新兴的如抗生素，有机酸，氨基酸，酶制剂，

核苷酸，生理活性物质，单细胞蛋白等的发酵生产包括酶工程是利用酶所特有的生物催化性能，将酶学理论与化工技术结合而成的一门生物技术。酶工程的定义

:也就是利用离体酶或者直接利用微生物细胞，动植物细胞，细胞器的特定功能，借助于工程学手段来生产酶制剂并应用于相关行业的一门科学。是利用细胞生物学和分子生物学技术，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿改变细胞内的遗传物质已获得新型生物或特定细胞产品的一门综合性科学技术。细胞工程的定义

:蛋白质工程的定义

:蛋白质结构和功能的研究为基础，运用遗传工程的方法，借助计算机信息处理技术的支持，从改变或合成基因入手，定向地改造天然蛋白质或设计全新的人工蛋白质使之具有特定的结构、性质和功能，能更好地为人类服务的一种生物技术。第二节食品生物技术的定义及研究内容农业生物技术医药生物技术食品生物技术海洋生物技术环境生物技术能源生物技术生物技术▼

食品生物技术是生物技术的一个分支。

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现代食品生物技术是现代生物技术与食品科学技术相互渗透而形成的一门交叉学科。

食品生物技术（foodbiotechnology）：是生物技术在食品原料生产、加工和制造应用的一个学科。食品发酵和酿造等最古老的生物技术加工过程，也包括了①应用现代生物技术改良食品原料的加工品质基因，生产高质量的农产品。②制造食品添加剂。③植物和动物细胞的培养。④与食品加工和制造相关的其它生物技术，如：酶工程、蛋白质工程和酶分子进化工程等。食品生物技术的研究内容：基因细胞改善食品原料农产品的品质和提高产量基因发酵工程生产用于农产品保鲜的“绿色”抗氧化剂、防腐剂等工程1.2.基因发酵酶蛋白质使食品加工工艺高效化提高食品的附加值提高农产品的利用率提高食品的保健功能3.工程基因发酵酶工程4.减少食品贮存中的损失提高食品质量管理的效率保证食品的质量和安全性发酵酶工程5.处理废弃物提高资源的利用率减少环境污染食品生物技术特点:1.食品生物技术与食品产业化紧密相关2.食品生物技术属边缘性交叉科学3.食品生物技术具有“六高”基本特征（高效益、高智力、高投入、高竞争、高风险和高潜力）4.食品生物技术属高新技术范畴5.食品生物技术已成为食品科学发展的重要研究方向食品生物技术的作用:食品工业的发展◆与人民生活密切相关◆衡量国家经济、科学技术、精神文明和社会发展水平的重要指标（一）现代食品生物技术对人类健康和营养的影响（二）现代食品生物技术对经济发展和环境的影响目前现代生物技术的应用最为迫切的领域：◆转基因食物◆功能食品◆新生物资源的开发及利用转基因技术深入细致的研究如何将外源基因在完成其功能以后自动除去代表现代食品生物技术的一个主要方向才可能充分了解及利用这种技术并造福人类能够在转基因生物上实现会得到人们的广泛接受修饰并突出食品的主要功能成分未开发的植物、动物、微生物及海洋生物第三章

发酵工程原理及其在食品工业中的应用第一节概述第二节菌种活化与扩大培养第三节发酵工艺控制第四节发酵工程与功能性食品发酵工程：利用微生物的某些特征，通过现代化工程技术手段进行工业化规模生产的技术。第一节概述它包括：①传统发酵（有时称酿造），如某些食品和酒类等的生产

②近代的发酵工业，如酒精、乳酸、丙酮-丁醇等

③目前新兴的，如抗生素、有机酸、氨基酸、酶制剂、核苷酸、生理活性物质、单细胞蛋白等的发酵生产而把经过纯种培养，提炼精制获得的成分单纯、无风味要求的酒精、抗生素、柠檬酸、谷氨酸、酶制剂、单细胞蛋白等的生产叫发酵工业。由复杂成分构成的，并有较高风味要求的发酵食品，如啤酒、白酒、黄酒、清酒、葡萄酒等饮料酒以及酱油、酱品、豆豉、腐乳、酱腌菜、食醋等副食佐餐调味品的生产称为酿造工业酿造工业（brewingindustry）发酵工业（fermentationindustry）发酵工程发展历史阶段表时间阶段主要技术1900年前自然发酵阶段天然接种1900年-纯培养阶段单种微生物的分离和纯培养技术1940年-通气搅拌发酵阶段好气性发酵工程技术1957年-代谢控制阶段人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术1960年-全面发展阶段微生物酶反应生物合成与化学合成相结合；生物反应器的连续化、自动化1979年-基因工程阶段DNA重组技术⑴酿酒工业（黄酒、啤酒、白酒、葡萄酒）⑵

传统酿造工业（酱、酱油、食醋、腐乳、豆豉、酸乳等）⑶

有机酸发酵工业（柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸等）⑷酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等）⑸氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等）⑹功能性食品生产工业（低聚糖、真菌多糖、红曲等）⑺食品添加剂生产工业（黄原胶、海藻糖等）⑻军体制造工业（单细胞蛋白、酵母等）⑼维生素发酵工业（维生素B2、维生素B12等）⑽核苷酸发酵工业发酵工程的研究对象⊙按产业部门来分⊙按产品性质来分⑴生物代谢产物发酵⑵

酶制剂发酵⑷菌体制造⑶

生物转化发酵发酵工艺的方法

固体发酵法液体发酵法液体表面发酵法：液体深层通气发酵法

液体厌氧发酵法例红曲霉常见的红曲色素抑制胆固醇合成的物质MonacolineKMonascorubrin(red)Monascorubramin(purple)Rubropunctatin(red)Rubropunctamin(purple)

Ankaflavin(yellow)

Monascin(yellow)红曲米、红曲香肠MonacolineK胶囊产品第二节菌种活化与扩大培养◆菌种保藏7、液态超低温保存现行的菌种保藏方法有下列诸种：1、低温保藏法2、低温定期移植法3、石蜡油低温保藏法

4、干燥保藏5、甘油管保管法6、真空冷冻干燥法◆菌种活化与扩大培养是指将保存的处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面培养活化后，再经过茄子瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物又称为种子。◆获得优质种子必须具备条件①有一种能使保存的菌种转移到能达到最大的复活培养基上的方法②有一个不引起种子染菌的接种场所③具有定量判断种子质量标准的方法④具有定量测定菌种一系列生理状态变化的方法⑤选择能满足种子扩大培养的容器和其他环境条件■实验室种子制菌1、菌体制备2、摇瓶种子制备3、生产车间种子制备

□种子罐级数的确定□种龄与接种量第三节发酵工艺控制一、温度对发酵的影响以及控制二、溶解氧浓度对发酵的影响及控制三、pH对发酵的影响及控制四、二氧化碳对发酵的影响及控制五、基质浓度对发酵的影响及补料控制六、泡沫控制七、发酵终点判断八、发酵过程计算机控制第四节发酵工程与功能性食品功能性食品名称中国原来称“补品”，现在称“保健食品）美国健康食品（HealthyFood)德国改善食品（FertoymFood)

欧洲强壮食品（TonicFood)

日本功能性食品（Functionalfood）目的：对人体健康有一定的保护作用。具有调节生理功能、增强免疫力、增强本质、预防疾病、辅助治疗及延缓衰老作用的产品。功能性食品（Functionalfood):又称保健功能食品（Funtionalhealthfood),是指具有调节人体生理功能，适宜特定人群食用，不以治疗疾病为目的的一类食品。这类食品既具有普通食品的营养功能和感官功能，还具备调节人体生理功能的作用。功能性食品与一般食品的区别功能性食品与药品的区别功能性食品与一般食品的区别

:1.功能性食品→含有一定量的功效成分，具有调节人体机能的功效，

而一般食品不强调其特定的生理功能。共同点→都能提供人体生存必需的基本营养物质，

都具有色，香，味，形等感官功能。区别→2.功能性食品→有特定的食用人群，而一般食品没有特定的食用人群。功能性食品→本质仍然是食品，它具有调节人体某种机能的作用

但它不能取代药物用于治疗疾病。功能性食品与药品的区别：药品→是治疗疾病的物质,

必须在医生的指导下使用，允许一定程度的毒副作用存在＊必须达到现代毒理学上的基本无毒或无毒。功能性食品→＊对于生理机能正常，想要维护健康或预防某种疾病的人群是

一种营养补充剂,＊无需医生的处方。＊在正常摄入范围内不能带来任何的毒副作用

三、功能性食品的作用

功能性食品的作用调节人体生理功能增强免疫力促进消化辅助改善记忆力改善生长发育辅助降血脂辅助降血糖调节肠道菌群改善睡眠减肥辅助降血压抗氧化促进排铅改善营养性贫血

功能性食品的种类酶抑制剂功能性食品添加剂及配料核酸制剂维生素类及其前体物质微生态制剂多不饱和脂肪酸功能性红曲抗氧化剂类生理活性肽类特殊蛋白质糖醇功能性低聚糖免疫活性多糖现产品◆

韩国冬虫夏草米、桑黄米、红曲米桔子醋核桃油一、真菌多糖的生理功能及制备酵母菌多糖、霉菌多糖、真菌藻类多糖、大型真菌多糖活性多糖→指一类真菌作为能量贮存物质的多糖；

真菌多糖结构多糖→组成细胞壁的结构成分真菌多糖活性多糖的生理功能

增强机体免疫功能抗肿瘤

抗突变降血脂

抗衰老抗菌、抗病毒＊提高巨噬细胞的吞食能力具有这种免疫促进功能的多糖有香菇多糖，黑柄炭角多糖，细菌脂多糖，牛膝多糖，商陆多糖，海藻多糖＊促进T细胞增殖

中华猕猴桃多糖，猪苓多糖，人参多糖，刺五加多糖，枸杞子多糖，芸芒多糖肽，香菇多糖，灵芝多糖，银耳多糖，商陆多糖，黄芪多糖等牛膝多糖，茯苓多糖，刺五加多糖，银耳多糖，香菇多糖，芸芒多糖等。＊抗肿瘤多糖＊具有抗突变活性的多糖海带多糖，褐藻多糖，甘蔗多糖，硫酸软骨素，灵芝多糖，茶叶多糖，紫菜多糖，魔芋多糖等

有明显的抑制艾滋病HIV-I（HumanimmuneefficienyvirustypeI）的活性人参多糖，波叶大黄多糖，魔芋多糖，枸杞子糖，紫芸多糖等＊具有降血脂活性的多糖＊抗衰老

整体上提高机体免疫功能，在一定程度上延缓衰老，防止老年病＊抗菌、抗病毒许多经硫酸酯化的多糖香菇多糖，地衣多糖，右旋糖酐，裂褶菌多糖，木聚糖的硫酸酯2真菌活性多糖的制备工艺来源于传统农业栽培的大型真菌子实体导致多糖提取率低等菌丝体多糖：深层液体发酵法是在大型发酵罐内进行子实体多糖：：

农业栽培劳动强度大

占地场地大

子实体成长时间长

子实体成熟后由于木质化其主要缺点是可调节培养基的组成，发酵工艺条件等在短时间内得到大量菌丝体和胞内外多糖提取纯化：菌丝体或子实体→破碎→溶剂提取→过滤→浓缩→乙醇沉淀→脱脂→除蛋白→胞外真菌多糖二、生物活性肽的生理功能及制备：

活性肽：蛋白质序列中某些特定的短肽提供营养物质和能量具有某些特殊的生理调节功能促免疫降血压促钙吸收活性肽在体内容易被吸收安全性高稳定性好谷胱甘肽的结构特点：分子中有一个特殊的肽键（谷氨酸的γ-羧基与半胱氨酸的α-氨基缩合二成肽键）谷胱甘肽中含有一个活泼的巯基（-SH)易被氧化脱氢谷胱甘肽（Glutath