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1、现代生物化学技术在食品中的应用现代生物化学技术在食品中的应用及展望及展望l现代生物化学技术现代生物化学技术基因工程技术基因工程技术l生化分离技术生化分离技术l生化分析检测生化分析检测10.1基因工程技术及其在食品工业中的基因工程技术及其在食品工业中的应用及展望应用及展望l基因工程技术是现代生物技术的基因工程技术是现代生物技术的核心内容核心内容l从二十世纪七十年代诞生以来，在短短的几十年从二十世纪七十年代诞生以来，在短短的几十年间已经得到了迅速的发展和广泛的应用间已经得到了迅速的发展和广泛的应用l它从本质上改变生物及食品性能的特性，越来越它从本质上改变生物及食品性能的特性，越来越受到食品科技工作
2、者的重视，并使得食品的概念受到食品科技工作者的重视，并使得食品的概念从农业食品、工业食品发展到了基因工程或生物从农业食品、工业食品发展到了基因工程或生物技术食品。技术食品。l在在21世纪，以基因工程为核心的生物技术必将给世纪，以基因工程为核心的生物技术必将给食品工业带来一场革命。食品工业带来一场革命。l1972年，美国斯坦福大学医学中心的保罗年，美国斯坦福大学医学中心的保罗.伯格和他的同伯格和他的同事选择事选择SV40(猴病毒猴病毒)为研究对象，打开为研究对象，打开SV40的环状的环状DNA分子，把从分子，把从噬菌体中切割下来的基因片段接到打开的噬菌体中切割下来的基因片段接到打开的SV40DN
3、A分子上，成功地获得了新的分子上，成功地获得了新的DNA分子。幸运地分子。幸运地成为世界上第一位成为世界上第一位操作基因重组操作基因重组DNA分子分子的科学家。到的科学家。到1975年，伯格成功地用年，伯格成功地用SV40携带外加的细菌基因或动物携带外加的细菌基因或动物基因引进了培养的细胞，并在培养的细胞中得到了显示。基因引进了培养的细胞，并在培养的细胞中得到了显示。由于伯格对重组由于伯格对重组DNA分子进行的根本性研究，从而获得了分子进行的根本性研究，从而获得了1980年的诺贝尔化学奖。年的诺贝尔化学奖。然而，基因工程的正式诞生是以科恩和博耶然而，基因工程的正式诞生是以科恩和博耶1973年建
4、年建立的基因工程的基本模式为标志的。他们将大肠杆菌体内立的基因工程的基本模式为标志的。他们将大肠杆菌体内的两个不同的质粒提取出来，拼接成一个杂合的质粒。当的两个不同的质粒提取出来，拼接成一个杂合的质粒。当杂合质粒被导入大肠杆菌后，它能在大肠杆菌内复制并表杂合质粒被导入大肠杆菌后，它能在大肠杆菌内复制并表达双亲质粒的遗传信息。这是基因工程的第一个成功的克达双亲质粒的遗传信息。这是基因工程的第一个成功的克隆转化实验。科恩和博耶的实验向人们证实，基因工程很隆转化实验。科恩和博耶的实验向人们证实，基因工程很容易打破不同的物种之间的界限，可以根据人们的目的和容易打破不同的物种之间的界限，可以根据人们的目
5、的和意愿定向地改造生物的遗传特性，甚至创造新的生命类型。意愿定向地改造生物的遗传特性，甚至创造新的生命类型。基因工程技术概论基因工程技术概论l基因工程技术（重组基因工程技术（重组DNA技术、分子克隆技术）：技术、分子克隆技术）：在体外将供体核酸分子（不同基因进行人工在体外将供体核酸分子（不同基因进行人工“剪剪切切”、“组合组合”和和“拼接拼接”使基因得以重新组合）使基因得以重新组合），然后掺入到原先不含这类分子的宿主细胞中，然后掺入到原先不含这类分子的宿主细胞中（受体），进行稳定的繁殖。（受体），进行稳定的繁殖。l即：使新的基因在受体细胞中表达产生人类所需即：使新的基因在受体细胞中表达产生人类
6、所需要的物质或组建新的生物类型。要的物质或组建新的生物类型。l问世不久问世不久影响巨大影响巨大发展潜力巨大发展潜力巨大基因工程研究的主要内容包括以下基因工程研究的主要内容包括以下6个步骤：个步骤：书本书本226面面纵纵向向体体系系横向体系：电泳、离心、分光光度等横向体系：电泳、离心、分光光度等生化技术生化技术基因工程基因工程基因工程技术在食品工业中的应用基因工程技术在食品工业中的应用l改良食品原料品质和加工性能改良食品原料品质和加工性能l（1）改良蛋白质类食品）改良蛋白质类食品l食品中动植物蛋白由于其含量不高或者比例不恰食品中动植物蛋白由于其含量不高或者比例不恰当，可能导致蛋白营养不良。当，可
7、能导致蛋白营养不良。l采用转基因的方法，生产具有合理营养价值的食采用转基因的方法，生产具有合理营养价值的食品，让人们只需要吃较少的食品就可以满足营养品，让人们只需要吃较少的食品就可以满足营养需求。需求。l例如：豆类植物中蛋氨酸的含量很低，而赖氨酸例如：豆类植物中蛋氨酸的含量很低，而赖氨酸的含量很高；而谷类作物中的对应氨基酸含量正的含量很高；而谷类作物中的对应氨基酸含量正好相反，通过基因工程技术，可将谷类植物基因好相反，通过基因工程技术，可将谷类植物基因导入豆类植物，开发蛋氨酸含量较高的转基因大导入豆类植物，开发蛋氨酸含量较高的转基因大豆。豆。l我国学者把玉米种子中克隆得到的富含必需氨基我国学者
8、把玉米种子中克隆得到的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白基因导入马铃薯中，是的转基酸的玉米醇溶蛋白基因导入马铃薯中，是的转基因马铃薯块茎的必需氨基酸提高了因马铃薯块茎的必需氨基酸提高了10%以上。以上。l（2）改良油脂类食品）改良油脂类食品l对油脂品质的改善主要集中在对油脂品质的改善主要集中在2个方面：控制脂肪个方面：控制脂肪酸的链长和饱和度酸的链长和饱和度l油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因，而油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因，而豆类中的豆类中的脂氧合酶脂氧合酶在酸败过程中扮演重要角色在酸败过程中扮演重要角色l美国美国DuPont公司通过公司通过反义抑制反义抑制、共抑制油酸酯脱、共抑制油
9、酸酯脱氢酶，开发成功高油酸含量的大豆油。具有良好氢酶，开发成功高油酸含量的大豆油。具有良好的氧化稳定性，适合做煎炸油的氧化稳定性，适合做煎炸油（3）改良碳水化合物）改良碳水化合物l对碳水化合物的改进是通过改变酶来调节其含量对碳水化合物的改进是通过改变酶来调节其含量l高等植物中涉及淀粉合成的酶类主要有：高等植物中涉及淀粉合成的酶类主要有：ADPP葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶和分支酶。葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶和分支酶。l通过通过反义基因抑制反义基因抑制淀粉分支酶可获得完全只含有淀粉分支酶可获得完全只含有直链淀粉的转基因马铃薯，油炸后的产品更具有直链淀粉的转基因马铃薯，油炸后的产品更具有马铃薯风
10、味、更好的构质、较低的吸油量和较少马铃薯风味、更好的构质、较低的吸油量和较少的油味。的油味。（4）改良果蔬采收后的品质）改良果蔬采收后的品质l通过基因工程的方法生产耐储藏果蔬：乙烯促进通过基因工程的方法生产耐储藏果蔬：乙烯促进果实、器官成熟和衰老果实、器官成熟和衰老l反义基因技术抑制乙烯合成（抑制反义基因技术抑制乙烯合成（抑制ACC合成酶，合成酶，ACC氧化酶）氧化酶）l（5）改良发酵制品的品质）改良发酵制品的品质l发酵工业的关键是优良菌株的获取，除选用常用发酵工业的关键是优良菌株的获取，除选用常用的诱变、杂交等传统方法外，还与基因工程结合的诱变、杂交等传统方法外，还与基因工程结合大力改造菌种
11、。大力改造菌种。l如：改良面包酵母菌的性能如：改良面包酵母菌的性能l面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物l将优良酶基因转入面包酵母菌以后，含有的麦芽将优良酶基因转入面包酵母菌以后，含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母高，面糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母高，面包加工中产生二氧化碳气体量提高，最终可生产包加工中产生二氧化碳气体量提高，最终可生产出膨发性良好和松软可口的面包出膨发性良好和松软可口的面包l采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母以后，即可直接利用淀粉发酵，使生产流酒酵母以后
12、，即可直接利用淀粉发酵，使生产流程缩短，工序简化。程缩短，工序简化。（6）其它）其它l开发食品疫苗和保健食品开发食品疫苗和保健食品l食品疫苗就是将致病微生物的有关蛋白（抗原）食品疫苗就是将致病微生物的有关蛋白（抗原）基因，通过转基因技术导入植物受体中进行表达，基因，通过转基因技术导入植物受体中进行表达，得到具有抵抗相关疾病的疫苗得到具有抵抗相关疾病的疫苗l已经获得成功的有：狂犬疫苗、乙肝表面抗原等已经获得成功的有：狂犬疫苗、乙肝表面抗原等10多种转基因马铃薯、香蕉、番茄的食品疫苗多种转基因马铃薯、香蕉、番茄的食品疫苗l可以采用转基因手段，在动、植物细胞中，得到可以采用转基因手段，在动、植物细胞
13、中，得到基因表达而制造有意与人类健康的保健成分或者基因表达而制造有意与人类健康的保健成分或者有效因子有效因子l把人的血红素基因克隆到猪中，最后，猪的血液把人的血红素基因克隆到猪中，最后，猪的血液可以用作人类血液的代用品可以用作人类血液的代用品食品安全检测食品安全检测l解决快速、准确检测食品微生物及其毒素的问题：解决快速、准确检测食品微生物及其毒素的问题：l酶免疫分析法、单克隆抗体法、酶免疫分析法、单克隆抗体法、DNA探针法等。探针法等。l以以DNA探针技术为例：原理就是核酸杂交探针技术为例：原理就是核酸杂交l2条碱基互补的条碱基互补的DNA链在适当的条件下可以按照链在适当的条件下可以按照碱基互
14、补配对原则形成杂交分子碱基互补配对原则形成杂交分子l如果将某一种微生物的特征基因如果将某一种微生物的特征基因DNA双链中的一双链中的一条进行标记，例如：用条进行标记，例如：用32P标记即可制成标记即可制成DNA探针探针-通过考察待测样品中与标记性通过考察待测样品中与标记性DNA探针能否形探针能否形成杂交分子，即可判断出样品中是否含有此种微成杂交分子，即可判断出样品中是否含有此种微生物，并且还可以通过测定放射性强度考察样品生物，并且还可以通过测定放射性强度考察样品中微生物数量中微生物数量展望展望l随着生物化学和分子生物学的进一步发展，基因随着生物化学和分子生物学的进一步发展，基因工程技术在食品工
15、业中的应用日益广泛，这几大工程技术在食品工业中的应用日益广泛，这几大促进食品工业的发展，也为人类最终解决粮食短促进食品工业的发展，也为人类最终解决粮食短缺、消除饥饿带来了希望，在食品工业中的应用缺、消除饥饿带来了希望，在食品工业中的应用具有极其广阔的前景和美好的未来具有极其广阔的前景和美好的未来l但是对于发展基因工程技术必须抱有谨慎的态度，但是对于发展基因工程技术必须抱有谨慎的态度，因为这一高新科技的发展也有可能给人类带来潜因为这一高新科技的发展也有可能给人类带来潜在的负面影响在的负面影响l对于基因工程食品来讲，由于食品与人类生命健对于基因工程食品来讲，由于食品与人类生命健康直接相关，开发转基
16、因食品除了要解决技术问康直接相关，开发转基因食品除了要解决技术问题，还要使之被社会所接受：在进入市场之前必题，还要使之被社会所接受：在进入市场之前必须经过充分的毒理学鉴定及安全性评价，向消费须经过充分的毒理学鉴定及安全性评价，向消费者确保它们的质量和安全，者确保它们的质量和安全，l同时也需要考虑伦理道德方面的因素，充分尊重同时也需要考虑伦理道德方面的因素，充分尊重消费者的生活习惯消费者的生活习惯新的基因工程食品将不断问世。从长远来看，基因工新的基因工程食品将不断问世。从长远来看，基因工程食品的安全性评价体系的构建及基因食品的安全性程食品的安全性评价体系的构建及基因食品的安全性评价将是今后食品安
17、全性研究的热点课题评价将是今后食品安全性研究的热点课题10.2现代生化分离分析技术及其在食品工现代生化分离分析技术及其在食品工业中的应用业中的应用l现代生化分离技术概述现代生化分离技术概述l膜分离技术（了解）膜分离技术（了解）-反渗透、超滤、电渗析反渗透、超滤、电渗析反渗透：反渗透：la在乳制品工业中的应用在乳制品工业中的应用lb在纯水制造业中的应用在纯水制造业中的应用l采用膜技术制造纯水在日常生活中应用最广：污采用膜技术制造纯水在日常生活中应用最广：污染比较小、产出水质稳定染比较小、产出水质稳定l其他的自学：书本其他的自学：书本230面起面起EnjoyyourselfinyourstudyYouwillsucceed.