食品生物技术导论ppt

1、食品生物技术导论，内容，第1章：讨论，第2章：食品和基因工程，第3章：食品和蛋白质工程，第4章：食品和酶工程，第5章：食品和发酵工程，第6章：食品和细胞工程，第7章：食品生物技术的下游过程，第8章：食品生物技术和食品安全检验，第9章：生物技术和食品工业三废处理，第1章：讨论， 第1节食品生物技术的含义第2节食品生物技术的研究内容第3节食品生物技术的特点第4节食品生物技术发展简史第5节分子生物学的形成和发展第1节食品生物技术的含义第1节。 生物技术，即所谓的生物工程，是一个实现特定目的的生物过程的受控项目，它操纵生物(微生物、植物和动物)的细胞、组织或酶进行生物合成、分解和转化。2.食品生物技术

2、是一种利用生物及其细胞、亚细胞和分子成分，通过工程和信息学手段研究、加工或制造食品的新技术。第二部分是食品生物技术的研究内容。首先，食品和基因工程，也称为基因工程，是重组异源DNA(目标基因)和基因载体(质粒、病毒等)的过程。)转化成复制子并转移到宿主细胞。第二，食品和酶工程，酶是由活细胞产生的具有高催化活性和高特异性的生物催化剂。酶工程是一种生物催化工程，其中酶或细胞经过修饰后直接应用于化学反应，包括固定化酶、固定化细胞和固定化活细胞系统。酶工程的应用可以有效地改造传统的食品工业。3、食品和发酵工程，发酵工程的含义是使用现代发酵设备，使经基因重组技术修饰的细胞或经其他现代技术修饰的菌株能够被

3、扩增和发酵，以获得预定用于工业生产的食品或功能成分。(4)食品和细胞工程，应用细胞生物学方法，按照人们预定的设计，有计划地转化遗传物质和细胞培养技术，包括细胞融合技术、细胞拆卸技术、大量动植物控制培养技术以及染色体工程和细胞质工程。细胞工程与微生物细胞培养一样，在人工控制条件下，在生物反应器中大规模培养，以获得人类所需的各种食品和保健品。5.食品和蛋白质工程。1983年，美国基因公司的库特纳提出了蛋白质工程的概念，即从蛋白质分子结构的设计开始。将待改良的蛋白质纯化成晶体，通过X射线衍射研究其空间构象，确定需要改变的氨基酸残基，然后通过基因定位突变和体外定向进化来修饰蛋白质分子的空间结构。6.2

4、003年，随着人类基因组图谱的成功绘制，后基因组学的诞生开始了。然而，现代研究认为一个基因可以编码几种蛋白质，这导致了基因组学和蛋白质组学的形成。近年来，日本、美国和德国都开展了营养基因组学的研究。7.食品和食品安全生物技术的发展为食品安全检测提供了高速高效的聚合酶链反应系统检测技术。为了加强食品安全，在食品加工过程中必须严格执行质量控制中心、HACCP、GMP和ACP安全体系。还需要制定切实可行的食品安全监督管理制度。1.食品生物技术与食品产业化密切相关。食品生物技术对于改造传统食品工业和农副产品深加工具有革命性的意义和巨大的经济价值。食品生物技术，即食品生物工程，包括上游过程和下游过程。整

5、个过程有多个操作程序，一个接一个。核心技术是生物技术和酶工程，形成了相对完整的产业链，如图1-1所示。图1-1食品生物技术产业链示意图；2.食品生物技术是一门边缘交叉学科，生物技术是一门研究生命的科学技术，是生物科学与工程的综合交叉学科。3.食品生物技术具有“六高”的基本特征。与其他高新技术一样，食品生物技术具有国民经济发展和食品工业创新的“六高”基本特征：高效、高智能、高投入、高竞争、高风险、高潜力。4.食品生物技术属于高新技术范畴。根据世界科技发展对世界经济发展的贡献。信息、能源、生物技术、航空航天、材料、汽车和环境被列为世界“七大”高科技领域。5.食品生物技术已经成为食品科学发展的一个重

6、要研究方向。作为生物技术的一个分支，食品生物技术在自然科学中有着广泛的应用。第四部分是食品生物技术发展简史。首先，在史前时期，出土文物的发现可以追溯到几千年前的龙山文化时期。发酵技术如酿酒、制醋和制酱已经发展到世界级水平。在现代，从20世纪50年代开始，欧洲的文艺复兴带来了科学和工业的繁荣。由于法国科学家巴斯德对微生物学建立的贡献，德国科学家罗伯特科赫发明了微生物的分离和纯种培养技术，法国学者布赫纳通过实验揭示了发酵的本质是细胞中酶的作用。它标志着传统食品生物技术向现代食品生物技术的发展。传统发酵食品的生产依赖于天然微生物的作用。自20世纪50年代初以来，现代发展一直伴随着生物化学、遗传学和化

7、学分析技术的发展。特别是1953年“DNA双螺旋结构”的发现，1969年酶固定化技术的应用和1973年基因工程的诞生，标志着划时代的发展。第五部分：分子生物学的形成和发展。首先，细胞理论。19世纪中期，施莱登和王石两位学者经过20年的研究，创立了细胞理论。第二，生物进化理论，根据奥地利学者孟德尔的研究，遗传性状是由一对遗传因素决定的；第四，摩根的基因理论，摩根提出：“物质必须由一些独立的元素组成，我们称之为遗传因素，或者更简单地说是基因”。5.基因本质的发现摩根提出“物质必须由一些独立的元素组成，我们称之为遗传因素，或者更简单地说是基因”。多年的研究证实，这种转化物质就是DNA，这是基因本质的

8、一个重要发现。1953年，美国遗传学家詹姆斯沃森和英国生物物理学家弗朗西斯克里克在马克斯佩鲁茨教授的分子生物学实验室中，根据威尔金斯对x射线衍射和其他系列图谱结构的分析，使用了按比例缩小的分子模型。研究结果发表在英国杂志自然上，提出了“DNA双螺旋结构模型”。首次阐述了D的结构和功能，为遗传信息的储存、传递和利用提供了科学依据，创立了现代分子生物学。这是20世纪科学史上划时代的里程碑。沃森和克里克都是诺贝尔奖获得者。脱氧核糖核酸双螺旋结构的分子模型如图1-1和1-2所示，其结构要点解释如下：图1-1脱氧核糖核酸双螺旋结构模型，图1-2脱氧核糖核酸双螺旋结构分子模型，(1)脱氧核糖核酸是一种双螺

9、旋结构，由围绕中心轴的两条相反互补的多核苷酸链组成。这个螺旋是一个右螺旋，有大的和小的凹槽。(2)根据A对T和G对C的互补原理，DNA两条链的维持主要依靠氢键，其中A和T之间形成两个氢键，G和C之间形成三个氢键.(3)双螺旋直径为2纳米，相邻两个碱基之间的距离为0.34纳米，每10个碱基之间的距离为3.4纳米，构成完整的螺旋结构，相邻碱基之间的夹角为36。(4)两条多核苷酸链之间碱基配对的互补规律是：一对T或T对A，G对C或C对G，分子比为1。(1)DNA分子可以自我复制根据DNA的双螺旋结构模型，两条多核苷酸链中的任何一条都可以作为另一条生物合成的模板，这与其他生物大分子明显不同。每个自我复

10、制的DNA分子的一条链被保留下来。这种复制称为半保守复制(见图1-3)。(2)DNA是遗传基因的载体，其生物学功能可以在分子水平上阐明：图1-3半保守复制示意图；(3)DNA双螺旋结构模型为遗传信息的保存、传递和利用提供了基础。同时，根据克里克等人在1970年提出的分子生物学中心定律，如图1-4所示。(4)脱氧核糖核酸的调节功能1961年，法国分子生物学家雅各布和莫诺首次证实了大肠杆菌中基因调节的事实，并提出了乳糖操纵子假说。图1-4分子生物学5的中心规则，使用乳糖操纵子假说，说明基因在分子水平上控制蛋白质的诱导合成。另一种酶的合成调节不同于酶的诱导合成机制，这被称为酶的反馈抑制。第1节概述第

11、2节工具酶第3节基因制备第4节基因载体第5节基因重组第6节转化、增殖和表达第7节基因工程在食品工业中的应用第8节后基因组学及其应用研究第2章食品和基因工程第1节概述，首先，基因工程的诞生，1973年，科恩等人在PNAS国家科学院院刊上发表了“体外构建生物功能性细菌质粒”，指出体外构建的细菌质粒可以在细胞中表达，标志着基因工程的诞生。第二，基因工程的含义、特点和操作步骤，也称为分子克隆或重组DNA技术，是指在体外通过酶学方法将异源基因和载体DNA重组，并将形成的重组DNA导入体细胞，使异源基因在体细胞中复制和表达，从而达到改造生物品种或性状和批量生产的目的。基因工程的操作过程如图2-1所示。图2

12、-1基因工程操作流程示意图2。第三，基因工程的发展。1977年，英国分子生物学家桑格发明了快速DNA测序技术，首次完成了174个噬菌体的全基因组序列测定，总长度为5387bp。1982年，由基因工程细菌生产的第一种药物胰岛素被批准在美国和英国使用。第一个转基因植物于1983年成功培育，第一个转基因玉米和小麦植物于1992年诞生，转基因番茄于1994年投放市场。1996年，确定了酵母基因组DNA的完整序列(125105bp)。2003年，经过20多年的努力，人类基因组计划宣布草图绘制成功。它开启了后基因组时代的诞生。在第二部分，基因工程中使用的酶统称为工具酶。限制性酶有三种类型：第一类酶、第二类

13、酶和第三类酶。型酶是一种简单的单功能酶，分子量约为20-100kD，能识别双链DNA上的特定核苷酸序列，不需要辅助因子或Mg2，特异性强，识别序列与切割序列一致。这种酶特别适合基因工程操作。1973年，史密斯和纳撒乌斯提出了限制性内切酶的命名原则。首先，限制性内切酶(简称限制性内切酶)是一种特异性强的内切酶。第三，限制性内切酶的作用机制和模式如图2-2所示。图2-2限制性内切酶的作用机制、作用方式和识别位点如下：1 .识别不同的特异性核苷酸序列EcoR识别海依识别、阿依识别eCor识别姆博依识别注：这意味着切断5-磷酸二酯键的位置。2.所有识别序列都有回文结构。3.切割后形成各种粘性末端或平末

14、端。切割双链有两种方法：粘性末端和平端。限制性内切酶切割错位的脱氧核糖核酸双链，形成互补的单链末端，称为内聚力末端。另一个是双链末端，是在同一位点切割两条脱氧核糖核酸形成的，称为平齐末端。例如，Alu 1的识别序列是：4。裂解后形成异二聚体；4.限制性内切酶识别序列和反应系统。限制性内切酶能在双链DNA上识别的特殊核苷酸序列称为识别序列。稀有切割酶如表2-1所示，异硫氰酸盐如表2-2所示。等间距，如表2-3所示。表2-1部分限制性内切酶2，表2-2具有相同切割位点的均裂酶，表2-3部分限制性内切酶2，第二，基因工程操作中的其他酶，(1)，DNA连接酶(2)，DNA聚合酶I (3)，碱性磷酸酶(

15、4)，T4多核核苷酸激酶(5)等。(1)生物学方法：鸟枪射击或鸟枪散射常用于克隆和分离原核生物的基因。该方法的优点是：快速、简便、产品纯度高，是一种真正的天然基因，既有外显子又有内含子。另一种生物学方法是分子杂交。1973年，申和马丁通过分子杂交成功地分离了目标基因。化学合成法，一个化学合成周期有四个步骤：整个合成反应过程如图2-3所示。图2-3通过固定化亚磷酸酯合成寡核苷酸；3.基因文库，或称DNA文库，是指将生物体的整个基因组以重组的形式长时间保存在合适的宿主体内的克隆方法。当需要重组DNA的某个片段时，可以在这个文库中进行搜索。该基因文库也称为cDNA文库34。构建cDNA文库的步骤如下：1 .酶法合成制备cDNA。从组织或细胞中制备总核糖核酸和核糖核酸。第一条cDNA链的合成。反应过程如图2-5所示。图2-5 cDNA合成的第一个链式反应过程，4。cdna第二链的合成，反应过程如图2-6所示。图2-6置换法合成cDNA的反应过程；iv .聚合酶链反应扩增法。1985年，美国塞特斯公司的Mullis等人成功开发了