基因工程在食品科学中的应用.ppt

1、a，1，第三节基因工程在食品产业中的应用利用基因工程改善食品原料质量利用基因工程改善食品生产技术利用基因工程生产食品添加物和功能性食品，利用基因工程改善食品原料质量，改善动物食品性状，改造植物性食品原料， 为了改造食品微生物培育高抵抗新品种，改善a，3 (1)动物的食品性状，提高奶牛的乳产量，利用大肠菌基因工程技术大量生产牛生长激素(BST )，然后注射到母牛中，达到了提高母牛的乳产量的目的，不影响奶的质量。 (1)提高牛奶中k-酪蛋白的含量：奶酪的收率与牛奶中k-酪蛋白的含量成比例，应用基因工程使k-酪蛋白基因在奶牛乳腺表达. (2)无乳糖牛奶的生产：乳糖是牛奶的主要糖分。 因为对牛奶过敏的

2、人体内缺乏能消化乳糖的乳糖酶。 使乳糖基因在牛乳腺细胞中表达，就会产生无乳糖的牛奶。 为了提高抗病能力： 2004年，日美利用基因工程手段培育出对疯牛病(牛海绵状脑病，BSE )有免疫力的牛。 这头牛没有朊病毒蛋白和其他传染蛋白。 将编码溶菌酶的基因移植到奶牛基因组中，可以有效地预防葡萄球菌引起的乳房炎。 和a、6一样，为了提高猪瘦身含量，降低猪脂肪含量，将转基因技术生产的猪生长激素注射到猪体内，能使猪瘦身模型化，有助于改善肉的质量。 猪的基因组中植入了人的生长素基因，猪的生长速度增加了一倍，猪肉质量大幅度提高，目前，这种猪肉在澳大利亚被邀请到餐桌上。 将草鱼生长激素基因注入鲤鱼的受精卵中，培

3、育具有草鱼生长激素基因的鲤鱼和具有草鱼生长激素基因的鲤鱼的三倍体“吉鲤”。 拥有草鱼生长激素基因的鲤鱼，150天能生长到1200克，最大能生长到2000克，2年能生长到5000克。 其生长速度比普通鲤鱼快140%以上。 吉鲤有草鱼生长快的优点，也有鲫鱼的味道。 因为不能生育，在普及过程中不必担心与其他鱼类杂交引起生态危机。 荧光斑马鱼，a，8，(二)改造植物性食品原料，1、提高植物性食品氨基酸含量可以修饰和加工赖氨酸代谢途径中的各种酶，使细胞积累更多的Lys。 还可以将富含Asp、天冬氨酸激酶(AK )、二氢吡啶二羧酸合成酶(DHDPS )、Lys、a、9、特定氨基酸的蛋白基因移植到目标植物中

4、，以提高该植物中特定氨基酸的含量。 例如，玉米-phaseolin富含Met，将该蛋白基因移植到豆科植物中，能大幅度提高豆科植物种子贮藏蛋白的Met含量，Met是豆科植物种子贮藏蛋白不足的成分。 a，10，2 .增加食品的甜味，比较了传统甜味剂和替代甜味剂的甜味度，a，11，天然纤维素比蔗糖甜约1.0万倍，是一种弱非共价键相互作用形成的二聚体。 a链由45个氨基酸残基组成，b链由50个氨基酸残基组成。 研究表明，天冬氨酸AspB7可能是甜味活性的中心。 Cys41、Ca2等也对甜味有影响。 但是，由于是由两条多肽链构成的，所以在烹调中遇到的加热、酸(例如乙酸、柠檬酸)等会解离，容易失去甜味。

5、作为甜味剂的用途有限。a、12、a、13、研究者通过一个连接序列连接a链和b链，制备出一条孕酮单链相似SCM，在大肠杆菌中表达成功，利用转基因技术生产孕酮成为可能。 人们可以用化学方法合成孕酮基因，编码同时含有a、b双链的单链多肽片段。该融合蛋白质在转基因西红柿和生菜中表达，得到了甜味、稳定性和耐受力强的表达产物。 也可以通过a、14、基因工程的方法得到新的糖类。 例如，环化糊精(CD )是一种新的糖类物质。 研究表明，该物质有可能作为新的甜味剂用于食品工业，环化糊精除了甜味之外，还具有分解食品中的咖啡因和胆固醇等有害物质的功能。 环化糊精的糖基转移酶(CGT )基因转移到植物中，就可以从转基

6、因植物中获得环化糊精。 通过改造a、15、3、油料作物，表达外源ACC基因，提高脂肪酸合成限制酶ACCase (乙酰基coa羧化酶)的表达，导入酵母溶血磷脂酸酰基转移酶(SLC1-1 )基因，提高脂肪酸合成脂质的速度， 消除脂肪酸合成中反馈抑制的EPA、DHA、AA和亚麻酸可以用油料作物合成，或只能微量合成，导入不足的5-脂肪酸脱饱和酶、4-脂肪酸脱饱和酶和拉伸酶等基因，以植物油脂中的脂肪酸为基质a，16，相关知识：格陵兰位于北冰洋，是冰雪中的银色世界，居住在岛上的原住民爱斯基摩人以渔业为生，他们很难吃到新鲜的蔬菜和水果。 医学常识上，经常吃动物脂肪，少吃蔬菜水果的话，容易得心脑血管疾病。 但

7、是，实际上，爱斯基摩人不仅身体非常健康，而且很难发现高血压、冠心病、中风、糖尿病、风湿性关节炎、癌症等疾病。 这种不可思议的现象，在同一个日本岛民中能看到难道不是偶然吗？其中有必然的联系吗？ 科学家对此感兴趣，经过十几年的研究，终于发现了谜底。 他们每天吃的海鱼中含有的物质有关系的是EPA、DHA。 这两种物质的发现给医学和营养学带来了很大的突破。 可以用a、17、基因工程技术提高油脂中抗氧化剂的含量。 从拟南芥克隆了甲基转移酶基因并成功地导入大豆中，甲基转移酶是-生育酚形成的重要酶。 转换该酶基因的大豆，在不降低总生育酚的情况下，-生育酚的含量可提高80%以上。 为了改善a、18、4、植物食

8、品的蛋白质质量，(1)提高外源基因的直接转化和表达Lys缺乏作物的营养质量，构建了含有高Lys蛋白质基因cDNA的两个表达载体，用基因枪法将玉米不同杂交品种的胚性愈伤组织导入PCC 测定了13株T1代种子中的Lys含量，3株的Lys含量上升了10%以上。 通过基因工程提高作物铁蛋白含量可以改善饮食中铁含量的不足。 Goto等人将大豆铁蛋白基因和水稻储藏蛋白的启动子(GluB-1 )连接起来，通过农杆菌导入水稻。 免疫组织印法证明大豆铁蛋白特异性积累在转基因株中，其含量比对照提高了3倍。 (a、19、(2)导入经修饰的外来基因，由于很多作物种子中含有丰富的贮藏蛋白质，例如通过改变密码子或插入基因

9、序列来改变特定蛋白质的氨基酸组成，也能提高作物所需要的氨基酸的含量。 (3)不断完善引进人工合成基因的DNA合成技术，使编码含有特定必需氨基酸成分蛋白质的基因成为可能。 如a、20、秘鲁的“国际马铃薯培育中心”，蛋白质含量转移培养相当于肉类的土豆类的扁豆的基因，就能得到储藏蛋白质的转基因向日葵。 我国在这方面也培育了作物新品种，部分已经普及到生产中。例如山东农业大学将小牛胸腺DNA导入小麦系814527后，第二代出现蛋白质含量高达16.51%的小麦变异株的中国农业科学院作物研究所将米草DNA导入水稻品种早丰，出现了种子蛋白质含量高达12.74%的受体变异型。 a，21，如小麦、玉米等谷物种子缺

10、乏赖氨酸，豆类作物种子缺乏蛋氨酸，分离鉴定赖氨酸和蛋氨酸丰富的种子基因，移植到相应的作物上，能获得营养质量比较完整的蛋白质。 将巴西坚果和豌豆蛋白基因移植到大豆中，可以得到含有高含硫氨基酸的转基因大豆。 a，22，5，改善园艺产品采集后的质量；(1)聚半乳糖酶(PG) PG在果实成熟过程中合成。 利用转基因技术得到的反义PG西红柿，可以将果实采集后的贮藏时间延长2倍，减少过熟和腐败造成的损失，果实耐裂纹，耐机械损伤，便于运输，抑制了抗真菌传染病果胶的水解，因此加工果酱。 目前，已从桃、猕猴桃、苹果、西洋梨、梨、鳄梨、西红柿、黄瓜、甜瓜、马铃薯、玉米、水稻、大豆、烟草、甜菜、油菜、拟南芥等植物中

11、克隆了PG编码基因。 a，23，(2)乙烯合成相关酶基因采用基因工程手段，导入反义ACC(1-氨基环丙烷-1-羧酸)合成酶基因等能控制乙烯生成的反义ACC氧化酶基因。 ACC合成酶(ACS )基因： ACC合成酶是乙烯生物合成的重要酶，由一个多基因家族编码。 目前，从西红柿、苹果、康乃馨、绿豆、夏南瓜、西瓜等植物中获得了ACC合成酶基因。 1995年中国农大罗云波等培育出反义ACS转基因西红柿，可在室温下贮藏3个月。 a，24，ACC氧化酶基因，又称乙烯形成酶(EFE )，是乙烯生物合成途径的重要酶。 细胞中的含量比ACC合成酶少，由一个多基因家族编码。 目前已从西红柿、甜瓜、苹果、鳄梨、猕猴

12、桃以及老化麝香石竹花、豌豆、甜瓜等中分离出了ACC氧化酶基因。 利用基因工程方法延迟蔬菜成熟老化、控制果实软化、提高抗病虫和抗冷害能力等方面有广泛的应用前景。 a，25，(三)食品微生物的改造，1 .微生物菌种的改良，2 .乳酸菌遗传特性的改良，3 .酶制剂的生产，a，26，1 .微生物菌种的改良，最先成功的基因工程菌(用基因工程改造的微生物)是面包酵母菌。 啤酒生产中使用啤酒酵母，但一般的啤酒酵母菌种不含-淀粉酶，所以需要用麦芽产的-淀粉酶将谷物淀粉液化成糊精，生产过程很复杂。 利用基因工程技术，将大麦中的-淀粉酶基因转移到啤酒酵母中，实现了高速表达。 该酵母可以直接利用淀粉发酵，没有用麦芽

13、生产-淀粉酶的过程，可以缩短生产工艺，简化工序，推进啤酒生产的技术革新。 利用a、27、基因工程技术，可以将霉菌的淀粉酶基因导入大肠杆菌中，再将该基因导入单细胞酵母中，直接利用淀粉生产酒精。 这样可以省去酒精生产中的高压蒸煮工序，节省60%的能量，大幅度缩短生产周期。 此外，应用于食品生产的食品添加剂和加工助剂，如氨基酸、有机酸、维生素、增稠剂、乳化剂、表面活性剂、食用色素、食用精华和调味料等也可利用基因工程菌发酵生产，基因工程中微生物菌种的改良前景广阔。 a，28，基因工程应用于发酵菌种的改进，a，29，2 .乳酸菌的遗传特性改进；(1)抗生素基因目前利用乳酸菌发酵而成的产品很多，酸奶、奶酪

14、、酸奶油、酸奶酒等已经应用的乳酸菌基本上是野生菌株。野生株本身抵抗多种抗生素，在其使用过程中，抗生素基因有可能以结合、诱导、转化等形式在微生物菌群之间相互传递扩散。 利用a、30、基因工程技术可以选育出不含耐药性基因的菌株，当然可以去除应用于生产的菌株中所含的耐药性质粒，保证食品用乳酸菌和活菌制剂中的菌株的安全性。 a，31，(2)风味物质基因乳酸菌发酵产物中与风味有关的物质主要有乳酸、乙醛、丁酮、3-羟基-2-丁酮、丙酮、甲乙酮等。 基因工程可以选育风味物质含量高的乳酸菌菌株。 产生a，32，(3)酶基因的乳酸菌，不仅是一般微生物产生的酶系，还包括产生有机酸的酶系、合成多糖类的酶系、降低胆固

15、醇的酶系、控制内毒素的酶系、分解脂肪的酶系、合成各种维生素的酶系、分解胆酸的酶系等特殊的酶用基因工程克隆这些酶系，导入奶酪、酸奶等生产发酵乳制品的生产用乳酸菌菌株可以促进和加速这些产品的成熟。 另外，将胆固醇氧化酶基因转移到乳酸杆菌中，可以降低乳中的胆固醇含量。 a、33、(4)耐酸性相关基因乳酸菌多为厌氧菌，这给实验和生产带来很多不便。 从遗传学和生物化学的观点来看，厌氧菌和兼性厌氧菌几乎没有超氧化物歧化酶基因和过氧化氢酶基因，或者活性小。 通过生物工程学改变超氧化物歧化酶的调控基因，其抗氧化活性有可能提高。 当然，还可以将外源SOD基因和过氧化氢酶基因转移到厌氧菌中，提高厌氧菌和兼性厌氧菌

16、对氧的抵抗力。 (a，34，(5)产生细菌素基因的乳酸菌代谢，不仅能产生有机酸等产物，还能产生多种细菌素，但并非所有的乳酸菌都能产生细菌素，如果利用生物工程技术将细菌素的结构基因克隆到生产用菌株上，就能在不产生细菌素的菌株上产生细菌素a，35，3 .酶制剂的生产，不仅能利用基因工程技术使酶的活力倍增，还能将生物酶基因克隆到微生物上，构建基因工程菌生产酶。 据1995年的统计，已经有50%的工业用酶是用转基因微生物生产的。 转基因微生物生产酶的优点：产量高、质量均匀、稳定性好、价格低。 a、36、凝乳酶是应用基因工程技术将子牛胃的凝乳酶基因移植到细菌或真核微生物中的第一种酶。 1990年美国PS

17、批准用于奶酪生产。 重组DNA技术生产牛犊凝乳酶，先从牛犊胃中分离出特异性的mRNA (内含子被切除)，然后通过逆转录酶、DNA聚合酶和St核苷酸酶的作用获得编码其酶原的双链DNA。 以质粒和噬菌体作为输送载体导入大肠菌。a，37，近20年来基因工程菌发酵生产的食品酶制剂主要为凝乳酶、-淀粉酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖异构酶、转移酶、脂肪酶、-半乳糖酶、-半乳糖酶、-乙酰乳酸脱羧在a、38、食品加工过程中，可以添加酶类，改善产品的颜色、风味、体质。 例如，可以用葡萄糖氧化酶去除鸡蛋液中的葡萄糖，可以改善蛋白制品颜色的脂肪酶和可以用蛋白酶加速奶酪成熟的葡萄糖酶可以用于果汁和葡萄酒的增香的木瓜蛋白酶分解胶原蛋白，使肉变软。 在含有难消化成分的食品中，添加酶类可以改善这些食品的营