食品生物技术导论

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1、1、 食品生物技术的基本概念：食品生物技术是现代生物技术在食品领域中的应用，是指以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料的技术。2、 食品生物技术的研究内容：基因工程、细胞工程、蛋白质工程、酶工程、发酵工程、生物技术下游技术、现代分子检测技术。3、 食品生物技术核心和基础：基因工程技术。4、 食品生物技术作用:设计新型的食品及其食品原料为发酵工业提供品质优良的工程菌种，促进发酵工业发展开发新型的对人类有益的蛋白质和酶促进功能因子的提取技术的发展改变传统的食品加工工艺，提升食品的品质食品分析和保鲜处理食品工业废水。5、

2、基因工程的操作步骤：在供体细胞中用限制性内切酶切割基因，以分离出含有特定的基因片段或人工合成目的基因并制备运载体（质粒、病毒、噬菌体）把获得的目的基因与制备好的运载体用DNA连接酶连接组成重组体把重组体引入宿主细胞筛选、鉴定出含有外源目的基因的菌体或个体。6、 食品DNA提取的方法：CTAB法和SDS法。7、 基因工程的工具酶：限制性内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、碱性磷酸酯酶、S1核酸酶、逆转录酶。8、 型限制性内切酶：一类分子质量较小的单体蛋白，作用时仅需要镁离子存在即可维持活性，它可在特殊位点切割DNA，产生具有黏性末端或其他形式的DNA分子片段；切割特点是：一般能识别和切割 48个

3、碱基对的核苷酸序列；大多数识别序列具有回文结构；没有甲基化修饰酶功能；切割方式切割产生5突出的粘性末端 切割产生3突出的粘性末端切割产生平头末端。内切酶识别位点末端类型内切酶识别位点末端类型Bbu CGACG3突出Not GCGGCCGC5突出CGTACGCGCCGGCGSfi GGCCNNNNNGGCC3突出Sau3AIGATC5突出CCGGNNNNNCCGGCTAGEco RGAATTC5突出AluAGCT平头末端CTTAAGTCGAHin dAAGCTT5突出HpaGTTAAC平头末端TTCGAACAATTG9、 限制性内切酶的反应系统：底物DNA、反应缓冲液、酶、 反应温度、时间。大多

4、数最适温度37，只有TaqI是65、SmaI是25。同裂酶：来源不同，具有相同的识别序列。同尾酶：识别序列不同，末端相同。10、 型限制性内切酶的主要用途：在特异位点上切割DNA，产生特异的限制性内切酶切割的DNA片段建立DNA分子的限制性内切酶物理图谱构建基因文库用限制性内切酶切出相同的黏性末端，以便重组DNA。11、 DNA连接酶种类：来源于大肠杆菌染色体编码的连接酶来源于大肠杆菌T4噬菌体DNA编码的T4DNA连接酶。最常用的：来源于大肠杆菌染色体编码的连接酶。12、 DNA聚合酶种类：DNA聚合酶（基因工程最常用）、（式量12万肽链）、（式量25万蛋白质）。13、 基因工程载体：承载目

5、的基因或外源DNA片段进入宿主细胞，并且使其得以维持的DNA分子。14、 基因工程载体特征：能在宿主细胞内进行独立和稳定的DNA自我复制。在外源DNA插入其DNA之后，仍能保持稳定的复制状态和遗传特性易于从宿主细胞中分离，并进行纯化在其DNA序列中有适当的限制性内切酶单一酶切位点。这些位点位于DNA复制的非必需区，可以在这些位点上插入外源DNA，但不影响载体自身DNA的复制具有能够直接观察的表型特征（有报告基因），在插入外源DNA后，这些特征可以为重组DNA选择的标志。15、 质粒载体：是能自主复制的双链DNA分子，能在细菌中独立于染色体之外而存在。16、 目的基因的制备方法：目的基因的直接分

6、离法、基因文库筛选法、聚合酶链式反应法（PCR）、基因的化学合成法。17、 目的基因的直接分离法：（1）限制性内切酶酶切法（2）物理化学法密度梯度离心法单链酶法分子杂交法（3）逆转录获取法。18、 基因文库筛选法：鸟枪法、基因组文库法、cDNA文库法。19、 PCR(聚合酶链式反应）定义：是利用DNA在体外摄氏95高温时变性会变成单链，低温（经常是60C左右）时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度（72C左右），DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5-3)的方向合成互补链。20、 PCR步骤：变性。将模板DNA置于95的高温下，使双链DNA的双链解开变成单链DNA。

7、退火。将反应体系的温度降低至55左右，使得一对引物能分别与变性后的两条模板链相配对。延伸。将反应体系温度升高到TaqDNA聚合酶作用的最适温度72，然后以目的基因为模板，合成新的DNA链。如此反复进行约30个循环，即可扩增得到目的DNA序列。21、 PCR反应体系：要有与被分离目的基因的DNA双链两端序列相互补的DNA引物（约20个碱基）、具有热稳定性的酶，如TaqDNA聚合酶dNTP作为模板的目的DNA序列反应缓冲液。一般PCR反应可扩增出1005000bp的目的基因。22、 PCR种类：逆转录PCR、锚定PCR、反向PCR。PCR引入的质粒原子：噬菌体载体。23、 反义基因技术的概念：指把

8、一段DNA序列以反义方向插入到合适的启动子与终止子之间，然后把此基因构建体转化到受体细胞中去（通常用农杆菌转化的方法），通过选择培养获得转化生物体的技术。24、 细胞工程的基本操作和技术：无菌操作技术、细胞培养技术、细胞融合技术。25、 一般培养基的主要成分：碳源、氮源、无机盐、维生素。26、 培养基的种类（应用）：（1）成分划分天然（基因克隆技术实验室、工业大规模发酵生产）合成（微生物营养需求、代谢、分类鉴定、生物量测定、菌种选育、遗传分析等方面实验室研究工作）（2）物理状态固体（微生物的分离鉴定活菌计数及菌种保藏等）半固体（观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定）液体（大规模生产发

9、酵产品和菌体）（3）用途主要基本（一般微生物生长所需）、加富（培养苛刻的异样型微生物、富集和分离某种微生物鉴别（微生物的快速分类鉴定、分离和筛选产生某种代谢产物的菌种）选择（分离某种或某类特定微生物）（4）用途次要分析（分析抗生素维生素浓度和微生物营养需求、）还原性（培养厌氧型微生物）组织培养物（培养专性活细胞寄生的微生物）。27、 植物细胞培养方法：单细胞培养、原生质体培养、固体培养、液体培养（摇瓶悬浮培养大规模培养）。28、 愈伤组织：由外植体组织增生的细胞产生的一团不定型的疏散排列的薄壁细胞，这些细胞的大小、形态、液泡化程度、胞质含量、细胞壁特性等具有很大的差异。愈伤组织作为一团细胞，没

10、有明显的组织或器官上的分化。29、 植物细胞固定化培养技术：把细胞固定在一种惰性基质上面或者里面，而营养液可以在细胞间流动，供应其营养的培养技术，有包埋式和附着式2种。30、 动物培养基组成：氨基酸、维生素、盐、葡萄糖、有机添加剂、激素和生长因子。31、 动物培养基种类：天然培养基、合成培养基、无血清培养基。32、 细胞融合技术（又称体细胞杂交技术）:指在一定条件下，将不同来源的原生质体（除去细胞壁的细胞）相融合并使之分化再生，形成新物种或者新品种的技术。33、 细胞融合技术种类：微生物原生质体融合、动物细胞融合、植物细胞原生质体融合。34、 细胞融合技术优势：跨域物种间生殖障碍界限进行杂交、

11、促进基因重组，对遗传育种、选育优良品系，以获得高产优质的品种具有重要实践意义。劣势：植物细胞和微生物细胞不能直接融合，必须用酶法除去细胞壁得到原生质体后才能进行融合。35、 蛋白质工程：指通过生物技术对蛋白质分子结构或者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获得更适合人类需要的蛋白质产品的技术。36、 蛋白质4种改造方法：初级改造、结构域的拼接（蛋白质分子的高级改造）、全新蛋白质的设计与构建、蛋白质工程的新策略（蛋白质的定向改造）。37、 M13-NDA寡聚核苷酸介导诱变技术：在克隆载体质粒中插入正常基因，分离两链，合成的寡聚核苷酸引物含有所需的突变基因用DNA多聚酶合成完整的链再用DNA连接酶连接

12、，引入细胞，复制和繁殖为子细胞在后代子细胞中半数合成正常的蛋白质，半数合成突变的蛋白质。38、 寡聚核苷酸介导的PCR诱变技术：在克隆载体质粒中插入正常基因，置于2管引入PCR进行扩增放大变性、复活转化为E.coli,得到诱变质粒。39、 结构域的拼接操作步骤：用计算机辅助分子设计的方法，根据20种氨基酸残基的特性，选择合适的多肽链片段。根据核酸与蛋白质翻译密码表，确定编码该多肽链的碱基顺序，用化学方法分别合成结构域和连接肽段的基因，并将它们拼接起来。根据碱基配对原理，用DNA作催化剂，在一定条件下，所合成的单链DNA便可拼接成含有多个结构域的双链DNA将人工合成的基因插入载体后转入到宿主细胞

13、中，并在宿主细胞中翻译表达。40、 全新蛋白质的设计与构建操作步骤：根据各项物理指标和统计数据，计算机选定与水溶性相匹配的氨基酸顺序依据氨基酸残基的顺序，确定氨基酸顺序用分子动力学进行能量极小化计算，使能量水平达到最低和稳定，优化三维结构用已活动的试验数据检验考核所设定的目标蛋白质结构是否合理，并进行进一步修正。41、 蛋白质的定向改造操作步骤：易错PCRDNA改组和外显子改组杂合蛋白质体外随机引发重组交错延伸。42、 酶的生产方法：提取法、发酵法、化学合成法，最常用的微生物发酵法。43、 酶制剂的生产菌要求：不能是致病菌。在发育系统上与病原体无关，也不产生毒素不易退化，不易感染噬菌体产酶量高

14、，而且最好产生胞外酶能利用廉价的原料，发酵周期短，易培养。44、 酶的分离纯化：指从微生物发酵液或者动植物组织提取液及细胞培养液中得到不同纯度、高质量的酶产品。45、 分离纯化步骤：抽提，把酶从材料中转入到溶剂中，制成酶溶液纯化，把杂质从酶溶液中除掉或从酶溶液中把酶分离出来制剂，将酶制成各种剂型的产品。46、 化学修饰定义：通过酶分子的改造以达到结构改性的目的。类型：酶的表面修饰、酶的大分子修饰、酶分子的内部修饰、与辅因子相关的修饰、肽链伸展后的修饰。47、 酶的表面修饰：包括化学固定化（通过酶表面的酸性或碱性氨基酸残基将酶共价连接到惰性载体上）、酶的小分子修饰（用小分子共价修饰酶可使酶稳定性

15、提高）。48、 酶的大分子修饰类型：大分子的非共价修饰（用能与酶非共价相互作用又能有效地保护酶的添加物修饰酶）大分子的共价修饰（用可溶性大分子共价连接到酶表面形成一层覆盖层）分子内交联（增加酶分子表面交联键的数目）分子间交联（用双功能或多功能试剂将不同的酶交联起来产生杂化酶）肪质体包裹反相胶团微囊化。49、 酶分子的内部修饰类型：非催化活性基团的修饰酶蛋白主链修饰催化活性基团的修饰。50、 与辅因子相关的修饰类型：依赖辅因子的酶的修饰（方法一：如果辅因子与酶是非共价结合，则可将辅因子共价结合于酶分子上；方法二：引入新的具有强反应的辅因子）金属酶的金属取代。51、 固定化酶定义：酶本身还是溶于水

16、的，只是是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在其中，使得酶在水中溶性凝胶或半透膜的微囊体从而导致流动性降低。52、 固定化酶与水溶性酶相比具有的优点：极易将底物、产物分开可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应在大多数情况下，可以提高酶的稳定性酶反应的过程加以严格控制产物中没有酶的残留，简化了工业设备较水溶性酶更适合于多酶反应可以提高产物的得率，提高产物的质量酶使用效率高，成本降低。53、 固定化酶存在的问题：固定化时，酶的活力损失增加了固定化成本、工厂开始投资比较大只能用于水溶性底物，而且较适用于小分子底物，对大分子底物不适宜与完整菌体比，不适于多酶反应，特别是

17、需要辅因子的反应胞内酶必须经过酶的分离手续。54、 酶固定化方法：吸附法、包埋法、共价键结合法、交联法。55、 固定化酶性质的改变（改变的原因）：构象改变和立体屏蔽效应微环境影响分配效应和扩散限制效应增加热稳定化增大对变性剂、抑制剂的抵抗能力固定化减轻蛋白酶的破坏作用半衰期延长。56、 固定化酶用于啤酒澄清：啤酒中含有多肽和多酚物质在长期放置过程中，会发生聚合反应，使啤酒变浑浊。在啤酒中添加木瓜蛋白酶等蛋白酶，可以水解其中的蛋白质和多肽，防止出现浑浊。但是，如果水解作用过度，会影响啤酒泡沫的保持性。研究用固定化木瓜蛋白酶来处理啤酒，既可克服蛋白酶的这一缺陷，又可防止啤酒的浑浊。57、 发酵工程

18、：利用生物细胞（或酶）的某种特性，通过现代化工程技术手段进行工业规模化生产的技术。58、 发酵培养基的灭菌方法：物理法（电磁波、射线）、机械法（如过滤和离心）、化学法（化学药剂）、加热法。59、 发酵菌种扩大培养的目的：为每次发酵罐的投料提供相当数量的、代谢旺盛的种子。60、 发酵菌种扩大培养的任务：获得发酵活力高、接种量足够的微生物纯培养物。61、 工业上最常用的培养方法：通气培养。62、 发酵过程的控制参数：温度、PH、溶解氧、空气流量、基质浓度、泡沫、搅拌速度、罐压、效价等。63、 发酵热：发酵过程中随着菌体的生长以及机械搅拌的作用，将产生一定的热量；同时由于发酵罐壁的散热、水分的蒸发等

19、将会带走部分热量。习惯上将发酵过程中稀放的净热量称为发酵热。发酵热：包括生物热、搅拌热、蒸发热、辐射热。64、 泡沫消除法：（1）化学消泡法（2）机械消泡法（3）物理消泡法。65、 重组质粒的不稳定性：重组细胞在培养与发酵过程中发生的质粒突变或丢失现象，其结果使重组菌失去了原有的表型特征。66、 重组质粒不稳定性种类：结构不稳定（由于DNA的插入、缺失或重排，使需要的基因功能丢失）、分离不稳定（质粒在细胞分裂过程中子代细胞中的不均匀分配而使部分细胞不含质粒）竞争性不稳定（指在非选择性的条件下培养重组菌时，由于宿主细胞的生长优于含质粒细胞而导致的不含质粒细胞逐渐取代含质粒细胞的现象）。67、 转

20、基因生物反应器（GMOB）：指利用基因工程技术手段将外源基因转化到受体中进行高效表达，从而获得具有重要应用价值的表达产物的生命系统，包括转基因动物、转基因植物、转基因微生物。68、 转基因动物反应器类型：动物乳腺生物反应器、动物血液生物反应器、动物膀胱生物反应器。69、 下游工程的基本路线：（1）预处理：采用加热、调节PH、凝聚或絮凝等措施和单元操作改变发酵液的理化性质，为固液分离作准备。（2）固液分离：采用珠磨、匀浆、酶溶、过滤、离心等单元操作除去固相，获得包含目的产物的液相，供进一步分离纯化用。（3）初步纯化：采用萃取、吸附。沉淀、离心等单元操作，将目的成分与大部分杂质分离开来。（4）精细

21、纯化：采用层析、电泳、分子蒸馏等单元操作，将目的成分与杂质进一步分离，使产物的纯度达到国家标准或者企业标准。（5）成品加工：采用结晶、浓缩、干燥等单元操作，将目的产物加工成适应市场需要的商品。70、 过滤分离的3个方法：压力过滤、真空过滤、错流过滤。71、 常用的细胞破碎方法：（机械类）珠磨法、高压匀浆法、超声波法（非机械类）酶溶法、化学渗透法。72、 盐析：向溶液中加入大量中性盐破坏分子外围的水化层，从而使生物大分子聚集沉淀的过程。73、 膜分离的定义：用不同的孔径的滤膜把不同相对分子质量和体积的物质分离开来的方法。74、 膜分离的方法：（1）透析（2）微滤（3）超滤（4）纳滤（5）反渗透。

22、75、 微滤膜孔径：2010000nm，可过滤细胞碎片、悬浮颗粒；超滤膜孔径：220nm，可过滤蛋白质、多糖大分子；纳滤膜孔径：12nm，可过滤多肽、糖、有机酸、二价盐；反渗透膜孔径：0.11nm，可过滤氨基酸、一价盐、有机酸。76、 透析步骤：先将将待透析液装入透析袋内，扎紧两端，液体约占袋内空间一半，以免透析袋吸水后胀裂。透析袋置于透析缸中，不断更换溶剂（水或缓冲液），直至小分子物质被透析至袋外。如使用旋转透析器，透析效果可提高23倍。透析法操作简便，不需要附加压力，成本低廉、应用广泛，但选择性较低。透析膜（袋）使用前，50%乙醇煮沸1小时，再依次用0.01mol/L碳酸氢钠溶液、0.01

23、mol/L EDTA溶液、蒸馏水洗涤，除去杂质。透析膜乙酰化处理后孔径变小、64%氯化锌溶液浸泡后孔径变大，直到式量135000的分子可以通过。77、 微滤膜：用以测定膜孔的标准化合物：蔗糖（342）棉籽糖（594）杆菌肽（1400）维生素B12（1350）胰岛素（5700）细胞色素C（12400）肌红蛋白（17800）胃蛋白酶（35000）卵蛋白酶（45000）血清蛋白（67000）等，主要用于细胞分离或产品消毒。操作简单，使用压力较低，但选择性较差。78、 超滤膜：表层（0.11um、起筛选作用）、支持层（125um）,有重过滤和错流过滤2种。用于蛋白质和酶的初步纯化和浓缩，成品加工时候去

24、除热原、操作简单、能耗低、效果佳，但容易造成膜污染和浓差极化，浓差极化指膜表面截留组分浓度过分高于该组分在料液中的浓度。79、 纳滤膜：主要用于肽的分离纯化和浓缩、乳清的脱盐和浓缩，食品工厂的有机废水的处理，在分离纯化工程中应用较少。反渗透膜：有低压和高压2种。80、 现代生物技术食品安全的内容：转基因食品安全性评价目的原则生物技术食品的检测技术转基因食品的标识技术生物技术食品安全性评价的内容世界各国对转基因食品的安全管。等同性评价：受体生物/产品、传统产品的评价、可供利用的传统安全评价数据、产品的新组分、实质等同性评价、结论；安全性评价：背景简介、遗传背景与基因操作方式、环境安全性、食品安全性评价、结论。