食品生物技术课件

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1、食食 品品 生生 物物 技技 术术Food Biotechnology陈永胜 张继星食 品 生 物 技 术主要内容共八章：绪论基因工程及其在食品工业中的应用酶工程及其在食品工业中的应用发酵工程及其在食品工业中的应用细胞工程及其在食品工业中的应用生物技术在饮料工业中的应用生物传感器及其在食品工业中的应用生物技术在食品工业废水处理中的应用食 品 生 物 技 术第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 食品生物技术研究的内容食品生物技术研究的内容生物工程及其研究内容生物工程及其研究内容19171917年匈牙利工程师年匈牙利工程师Karl ErekyKarl Ereky提出甜菜养猪，利提出甜菜养猪，利用生物

2、将原料转变为产品用生物将原料转变为产品生物工程：生物工程是一门应用生物科学和工程学原生物工程：生物工程是一门应用生物科学和工程学原理，来加工生物材料或利用微生物、动物植物体作为理，来加工生物材料或利用微生物、动物植物体作为反响器及其制备物细胞或细胞器或某些组成成分如反响器及其制备物细胞或细胞器或某些组成成分如酶来加工原料以提供产品为社会效劳的综合性科学酶来加工原料以提供产品为社会效劳的综合性科学技术。技术。Biotechnology or Bioengineering Biotechnology or Bioengineering 生 物 技 术 的 发 展 历 史生物技术是一个既古老又年轻的

3、学科。古老：具有很悠久的历史：公元前6000年，古代萨马人和巴比伦人已经开始喝啤酒；公元前4000年埃及人烤制发酵面包；?创世纪?一书问世时，葡萄酒就闻名于近东。发酵乳制品的生产乳酪、酸奶等和各种东方食品如酱油的生产都具有古老的渊源。日本的香菇的栽培可以追溯到几百年前，伞菇的栽培大约有300年的历史。5000年前我国的酿酒技术已相当精湛。年轻：现代生物技术开始于20世纪70年代，即基因工程诞生之后。生 物 技 术 的 发 展 历 史两个开展阶段：传统生物工程和现代生物工程前者主要通过微生物的初级发酵来生产商品，后者以DNA重组技术出现为代表。三阶段观点：原始生物工程第一代生物工程，非纯种微生物

4、发酵工艺为标记；近代生物工程第二代生物工程，采用纯种微生物的发酵工艺；现代生物工程第三代生物工程，以基因工程诞生为标志。生 物 技 术 的 发 展 历 史1857年Pasteur 发现发酵过程是由微生物作用的结果，并因此成为当之无愧的生物工程之父。人类利用发酵生产是在19世纪，主要产品有乳酸、酒精、面包酵母、柠檬酸和蛋白质及酶等初级产物。20世纪40年代，以获取细菌的次生代谢物抗生素为主要特征的抗生素工业成为生物工程的支柱产业。50年代氨基酸发酵工业成为生物工程的一个重要组成局部。60年代又增加了酶制剂工业这一新成员。生 物 技 术 的 发 展 历 史传统生物技术的三个重要步骤：传统生物技术的

5、三个重要步骤：第一步：上游处理过程，是指对粗材料进行加工，作为第一步：上游处理过程，是指对粗材料进行加工，作为微生物的营养和能量来源；微生物的营养和能量来源；第二步：发酵和转化，即在大的生物反响器第二步：发酵和转化，即在大的生物反响器100L100L大量生长微生物来生产某种产品，如抗生素、氨基大量生长微生物来生产某种产品，如抗生素、氨基酸或蛋白质等；酸或蛋白质等；第三步：下游处理，对所需的目的产物的别离纯化。第三步：下游处理，对所需的目的产物的别离纯化。传统生物技术研究主要目标：最大限度提高这三个步骤传统生物技术研究主要目标：最大限度提高这三个步骤的整体效率，同时寻找可以制备食品和食品添加剂和

6、的整体效率，同时寻找可以制备食品和食品添加剂和药物的微生物。药物的微生物。生 物 技 术 的 发 展 历 史研究内容：研究内容：生物转化环节的优化：菌种的选育和改进，包括化生物转化环节的优化：菌种的选育和改进，包括化学突变、诱变或紫外线照射来产生突变体，通过学突变、诱变或紫外线照射来产生突变体，通过选择来改进菌株，提高产量例如抗生素的大量选择来改进菌株，提高产量例如抗生素的大量生产。生产。生物反响器的设计、发酵过程的检测和反响体系的生物反响器的设计、发酵过程的检测和反响体系的检测技术检测技术下游产品的别离纯化技术下游产品的别离纯化技术局限性：局限性：提高产量的幅度有限突变株某一组分合成太多影提

7、高产量的幅度有限突变株某一组分合成太多影响其它组分的合成进而影响微生物在大规模发酵响其它组分的合成进而影响微生物在大规模发酵过程的生长；过程的生长；诱变和选择方法过程烦琐，耗时长，费用极高需筛诱变和选择方法过程烦琐，耗时长，费用极高需筛选和检测大量的克隆；选和检测大量的克隆；只能提高已有的遗传性质不能赋予其他新的遗传性只能提高已有的遗传性质不能赋予其他新的遗传性质。质。传统的生物技术仅仅局限在化学工程和微生物传统的生物技术仅仅局限在化学工程和微生物工程的领域。工程的领域。DNADNA重组技术的出现和开展引发的重组技术的出现和开展引发的根本性的改变，即现代生物技术的时代的到来。根本性的改变，即现

8、代生物技术的时代的到来。DNA DNA 重组技术的出现标志着现代生物技术的开始；重组技术的出现标志着现代生物技术的开始；19531953年，年，WatsonWatson和和CrickCrick发现了发现了DNADNA的双螺旋结的双螺旋结构，奠定了现代分子生物学的根底，给整个生物构，奠定了现代分子生物学的根底，给整个生物学乃至人类社会带来了一场革命。学乃至人类社会带来了一场革命。19731973年年Herber BoyerHerber Boyer和和Stanley CohenStanley Cohen完成人类完成人类历史第一次有目的的基因重组尝试历史第一次有目的的基因重组尝试pSC101pSC1

9、01，EcoRI,T4-DNA ligaseEcoRI,T4-DNA ligase；并据此提出了；并据此提出了“基因克基因克隆的策略。隆的策略。现 代 生 物 技 术 内 容生物转化的环节更为有效，不仅可以别离得到高产菌株，还可以人工制造高产菌株；原核生物化和真核生物都可以表达大量的外源蛋白胰岛素、病原抗原等，动植物也可以作为天然的生物反响器；大大简化新药的开发和监测系统；现 代 生 物 技 术 内 容基因工程Gene Engineering 细胞工程Cell Engineering 酶工程Enzyme Engineering 发酵工程Fermentation Engineering 蛋白质工

10、程Protein Engineering 现 代 生 物 技 术 内 容基因工程：把生物体的遗传物质通常为基因工程：把生物体的遗传物质通常为DNADNA别离别离出来在体外切割、拼接和重组。然后把重组出来在体外切割、拼接和重组。然后把重组DNADNA导导入宿主细胞或个体，从而改变它们的遗传性质或使入宿主细胞或个体，从而改变它们的遗传性质或使新的遗传信息大量表达以获取基因产物。也称新的遗传信息大量表达以获取基因产物。也称DNADNA重组技术。重组技术。细胞工程：指以细胞为单位，在体外进行培养和繁殖细胞工程：指以细胞为单位，在体外进行培养和繁殖或使细胞某些生物学特性按人们的意志发生改变，或使细胞某些

11、生物学特性按人们的意志发生改变，从而改进生物品种和创新品种，加快繁殖个体或获从而改进生物品种和创新品种，加快繁殖个体或获得某种有用物质的过程。得某种有用物质的过程。细胞工程应包括动植物细胞的体外培养、细胞细胞工程应包括动植物细胞的体外培养、细胞融合技术细胞杂交技术、核移植技术等融合技术细胞杂交技术、核移植技术等现 代 生 物 技 术 内 容酶工程：利用酶、细胞器或细胞特有的催化功能，或对酶进行修饰改造，并借助生物反响器和工艺过程来生产人类所需产品的技术。包括酶的固定化技术、细胞固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反响器的设计等。发酵工程：利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊的特点，在

12、适宜的条件下，通过现代化工程技术手段，由微生物或动植物细胞的某种特定功能生产人类所需的产品。过去也称微生物工程。现 代 生 物 技 术 内 容蛋白质工程：指在基因工程的根底上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等学科的根底知识，通过对基因的人工定向改造等手段，从而对蛋白质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要的新型蛋白质。基因工程和细胞工程特别是基因工程现代生物技术的核心，它们给传统的酶工程和发酵工程注入了新的活力。现 代 生 物 技 术 内 容基因工程微生物动植物个体或细胞工程菌蛋白质或酶发酵过程蛋白质工程或酶工程细胞工程优良的动植物品系产品现代生物技术内容之间的关系现代生物技术

13、内容之间的关系现 代 生 物 技 术 内 容基因工程是根底，而所以基因工程的结果都要通过生物体本身或其细胞生命活动的根本结构和功能单位内的酶或发酵作用而表现出来。因此，细胞工程是最根本的生物工程技术。蛋白质工程与基因工程关系密不可分。不同的是基因工程操作单位是整个基因，而蛋白质工程的操作是一个或一些碱基。现 代 生 物 技 术 与 其 它 学 科 的关 系 现代生物技术是生物学与工程学原理综合交叉的现代生物技术是生物学与工程学原理综合交叉的边缘学科，亦为知识和技术密集型学科。本学科既边缘学科，亦为知识和技术密集型学科。本学科既是应用生命活动的根本原理，那么必需掌握生物体是应用生命活动的根本原理

14、，那么必需掌握生物体结构、功能、代谢活动及其规律等有关知识，因此结构、功能、代谢活动及其规律等有关知识，因此与细胞生物学、分子遗传学、微生物学、生理学、与细胞生物学、分子遗传学、微生物学、生理学、生物化学、生物物理学，甚至与物理学、化学及数生物化学、生物物理学，甚至与物理学、化学及数学等根底学科均有密切关系。同时工程化要求掌握学等根底学科均有密切关系。同时工程化要求掌握生物反响器的构造原理、生物反响工程原理、物质生物反响器的构造原理、生物反响工程原理、物质传递规律、设备运转及其控制条件等根本知识，故传递规律、设备运转及其控制条件等根本知识，故与化学工程原理、发酵工程、生物化学工程、电子与化学工

15、程原理、发酵工程、生物化学工程、电子工程、材料科学、计算机科学及信息科学等密切相工程、材料科学、计算机科学及信息科学等密切相关。关。现 代 生 物 技 术 的 特 点高效和经济清洁、低耗和可持续开展可遗传、易扩散与自主扩展对人类伦理和人性尊严有直接影响如克隆人.现 代 生 物 技 术 内 容根据研究领域和内容：农业生物工程食品生物工程医药生物工程海洋生物工程.现 代 生 物 技 术 的 发 展 趋 势基因操作技术日新月异，不断完善，从创造到应用时间不断缩基因操作技术日新月异，不断完善，从创造到应用时间不断缩短；短；基因工程药物和疫苗研发基因工程药物和疫苗研发R&DR&D突飞猛进，将全面更新突飞

16、猛进，将全面更新2121世纪的医药工业；世纪的医药工业；转基因植物和动物取得重大突破，在转基因植物和动物取得重大突破，在2121世纪将给农业畜牧业世纪将给农业畜牧业带来新的飞跃；带来新的飞跃；诠释生命的本质说明生物体如人类、水稻、拟南芥等基因诠释生命的本质说明生物体如人类、水稻、拟南芥等基因组及其编码的蛋白质的结构与功能是生物科学开展的一个主流组及其编码的蛋白质的结构与功能是生物科学开展的一个主流方向，与人类重大疾病和农作物产量、质量、抗性等有关的基方向，与人类重大疾病和农作物产量、质量、抗性等有关的基因结构与功能的研究是今后一个时期的热点和重点；因结构与功能的研究是今后一个时期的热点和重点；

17、基因治疗取得重大进展，有望革新整个疾病的预防和治疗领域，基因治疗取得重大进展，有望革新整个疾病的预防和治疗领域，2121世纪可能在恶性肿瘤、艾滋病等方面有所突破；世纪可能在恶性肿瘤、艾滋病等方面有所突破；蛋白质工程形成了一门高度综合的学科分子生物学、结构生蛋白质工程形成了一门高度综合的学科分子生物学、结构生物学、计算机技术等物学、计算机技术等 。生物信息学广泛深入开展，信息技术渗透到生命科学领域之中。生物信息学广泛深入开展，信息技术渗透到生命科学领域之中。生物技术对社会开展的影响1 改善农业生产、解决粮食短缺2 提高生命质量，延长人类寿命3 解决能源危机、治理环境污染4 制造工业原料、生产贵重

18、金属人口、资源包括能源、粮食、环境是人类面临的最重大的问题 生物技术对社会开展的影响1 1 改善农业生产、解决粮食短缺民以食为天改善农业生产、解决粮食短缺民以食为天 1.1 1.1 提高农作物的产量和品种提高农作物的产量和品种 培育抗逆的作物优良品系培育抗逆的作物优良品系 植物种苗的工厂化生产植物种苗的工厂化生产 提高粮食品质提高粮食品质生物固氮，减少化肥使用量减少了能耗和环境污染生物固氮，减少化肥使用量减少了能耗和环境污染 1.2 1.2 开展畜牧业生产丰富人们的饮食生活开展畜牧业生产丰富人们的饮食生活 动物的大量快速繁殖动物的大量快速繁殖 英国的英国的RoslinRoslin研究所培育出研

19、究所培育出“多莉多莉19971997年年2 2月绵月绵羊乳腺细胞羊乳腺细胞 培育动物的优良品系培育动物的优良品系 很多转基因动物，羊、猪、鱼很多转基因动物，羊、猪、鱼,转基因鼠转基因鼠19831983，美，美 国大鼠的生长素基因导入小鼠的受精卵国大鼠的生长素基因导入小鼠的受精卵生物技术对社会开展的影响2提高生命质量，延长人类寿命医药生物技术开展最迅速、效益最显著3开发生产奇特又贵重的药品4疾病的预防和诊断5基因治疗6人类基因组方案生物技术对社会开展的影响3 3 解决能源危机、治理环境污染解决能源危机、治理环境污染 解决能源危机解决能源危机杂草木屑植物秸秆等生产乙醇；杂草木屑植物秸秆等生产乙醇；

20、微生物发酵产生沼气或氢气微生物发酵产生沼气或氢气提高石油开采率提高石油开采率 环境保护环境保护利用苏云杆菌生产毒蛋白代替农药利用苏云杆菌生产毒蛋白代替农药微生物降解各种污染物微生物降解各种污染物4 4 制造工业原料、生产贵重金属制造工业原料、生产贵重金属 氨基酸类，酸味剂，甜味剂和化学工业原料如氨基酸类，酸味剂，甜味剂和化学工业原料如乙醇丙酮、丁醇等及重要原料如癸二酸尼龙、乙醇丙酮、丁醇等及重要原料如癸二酸尼龙、香料、丙烯酰胺石油开采、以康酸合香料、丙烯酰胺石油开采、以康酸合成树脂、纤维、塑料成树脂、纤维、塑料2,3-2,3-丁二醇橡胶和长丁二醇橡胶和长链二羧酸工程塑料、树脂链二羧酸工程塑料、

21、树脂生物技术的商业化的特点属于典型的技术密集型产业市场迅速扩张世界各国都投入了巨额资金有关产品不断增加，且增加速度在加快有关经营公司竞争剧烈每一个公司研究目标日趋集中，产品更加专一医学生物技术产业化进程最快中国面临的现代生物技术R&D的挑战过多的仿制低水平的重复专业和管理人才短缺食 品 生 物 技 术第一节 食品生物技术研究的内容为什么学习食品生物技术？21世纪为生物工程的世纪生物工程与电子信息和新材料技术被列为当今极为重要的三大高新技术。与食品科技的关系十分密切从传统生物技术和现代生物技术来看都是如此，从油盐酱醋，到转基因动物和植物及它们的平安性食 品 生 物 技 术第一节 食品生物技术研究

22、的内容食品生物技术：主要是指生物技术在食品工业上的应用。基因工程：以DNA重组技术为手段，改进食品原料和食品微生物。或者对蛋白质分子定位突变，提高食品的营养价值。转基因植物与动物细胞工程：应用细胞生物学原理，有目的地改造遗传物质和细胞培养技术，通过细胞融合技术和动植物细胞一般不包括微生物细胞大量培养，来生产各种原来含量少和全新的保健食品有效成分、新型食品和食品添加剂。鹿茸细胞和人参细胞的培养食 品 生 物 技 术第一节 食品生物技术研究的内容酶工程：利用酶与细胞的固定化技术和酶的催化活性提高食品生产过程中的物质转化，以提高效率和降低本钱。葡萄糖果糖异构酶，酸奶发酵工程：采用现代化发酵设备和控制

23、技术对改造后的菌株进行放大培养和控制性发酵，获得工业化生产预订的食品和食品的功能成分。如味精即谷氨酸钠盐食 品 生 物 技 术主要参考书：1，现代生物技术导论，瞿礼嘉等编，高等教育出版社，19982，生物技术概论，宋思扬，楼士林 主编，科学出版社，20013，生物工程与生命，罗琛 主编，科学出版社，20004,食品生物技术导论，罗云波，生吉萍。化学工业出版社，2006食 品 生 物 技 术第二节 分子生物学研究进展一、基因的本质一、基因的本质 分子遗传的功能单位，分子遗传的功能单位，DNADNA分子上的一个片断。分子上的一个片断。二、二、DNADNA的结构与功能的结构与功能 A A腺嘌呤腺嘌呤

24、,G,G鸟嘌呤鸟嘌呤,C,C胞嘧啶胞嘧啶,T,T胸腺嘧啶胸腺嘧啶 脱氧核糖脱氧核糖+碱基碱基+磷酸基磷酸基=核苷酸，核苷酸聚合核苷酸，核苷酸聚合 核酸核酸 1953 1953年，年，Watson&Crick,Watson&Crick,双螺旋模型双螺旋模型 3 3，5 5 磷酸二酯键，氢键，配对原那么：磷酸二酯键，氢键，配对原那么：A A与与T T，C C与与GG遗传基因载体携带遗传信息遗传基因载体携带遗传信息半保存复制半保存复制遗传信息保存和传递的根底遗传信息保存和传递的根底DNADNA转录合成转录合成RNARNA，mRNAmRNA翻译蛋白质。翻译蛋白质。三、三、RNARNA的结构与功能的结构

25、与功能核糖，核糖，A,G,C,U,A,G,C,U,单链单链三类：三类：rRNArRNA：存在于核糖体存在于核糖体(大肠杆菌中占大肠杆菌中占2 2，稳定，稳定)tRNA tRNA：在蛋白质的合成中运转氨基酸在蛋白质的合成中运转氨基酸(大肠杆菌中占大肠杆菌中占1616，稳定，稳定)mRNA mRNA：遗传信息，其核苷酸序列决定了蛋白质的氨基酸序列：遗传信息，其核苷酸序列决定了蛋白质的氨基酸序列(大肠杆菌中占大肠杆菌中占8282，稳定，稳定)食 品 生 物 技 术第二节 分子生物学研究进展四、蛋白质的生物合成主要参予者：tRNA、核糖体和mRNA等1氨基酸活化成氨基酰tRNA2tRNA的反密码子与m

26、RNA的三联体密码子配对。mRNA核苷酸顺序决定了蛋白质氨基酸顺序 3新链的生成方向为氨基端向羧基端。4过程复杂，有很多酶、ATP或GTP及起始因子、延长因子和终止因子等因素参与。食 品 生 物 技 术第二节 分子生物学研究进展五、蛋白质合成的调节五、蛋白质合成的调节操纵子：结构基因操纵基因启动子基因操纵子：结构基因操纵基因启动子基因酶的诱导合成诱导物底物通过与阻遏蛋白结合解酶的诱导合成诱导物底物通过与阻遏蛋白结合解除对酶合成的抑制而诱导酶的合成，如乳糖操纵子除对酶合成的抑制而诱导酶的合成，如乳糖操纵子酶合成的反响阻遏酶作用后的最终产物抑制酶的合成，酶合成的反响阻遏酶作用后的最终产物抑制酶的合

27、成，终产物与阻遏物结合为共阻遏物阻止酶的合成终产物与阻遏物结合为共阻遏物阻止酶的合成分解代谢对酶合成的阻遏作用分解代谢物阻遏某种蛋分解代谢对酶合成的阻遏作用分解代谢物阻遏某种蛋白质的合成，如葡萄糖效应白质的合成，如葡萄糖效应控制酶活性的反响抑制终产物反过来抑制反响链的第控制酶活性的反响抑制终产物反过来抑制反响链的第一个酶的活性，而不是阻遏酶的生成一个酶的活性，而不是阻遏酶的生成食 品 生 物 技 术第二章 基因工程及其在食品工业中应用第一节第一节 工具酶工具酶一、限制性内切酶一、限制性内切酶裁缝的剪刀裁缝的剪刀*I I 型和型和II II酶，基因工程主要使用的为酶，基因工程主要使用的为II I

28、I型有的分为三类。型有的分为三类。II II型，识别序列短，切割位点位于识别序列内或附近。识型，识别序列短，切割位点位于识别序列内或附近。识别位点具有旋转对称结构逥文结构。单功能酶，仅具有限别位点具有旋转对称结构逥文结构。单功能酶，仅具有限制作用。制作用。命名：属名和种名相结合的原那么，即属名第一个字母大写命名：属名和种名相结合的原那么，即属名第一个字母大写和种名的前两个字母小写形成三字母缩写斜体。假和种名的前两个字母小写形成三字母缩写斜体。假设同株菌含有几种酶，那么分别用罗马数字置于三字母之后如设同株菌含有几种酶，那么分别用罗马数字置于三字母之后如HaeIHaeI和和HaeIIHaeII。当

29、有株名或血清型时，把株名或血清型的第一个。当有株名或血清型时，把株名或血清型的第一个字母放在三字母之后。如字母放在三字母之后。如HindIIHindII及及HindIIIHindIII，EcoRIEcoRI产物：粘性末端和平头末端产物：粘性末端和平头末端(二者二者55端都是端都是P P基团，基团，33端都是端都是OH)OH)切割后形成异源二聚体切割后形成异源二聚体食 品 生 物 技 术第二章 基因工程及其在食品工业中应用第一节第一节 工具酶工具酶二、连接酶裁缝的针线缝纫机：大肠杆菌二、连接酶裁缝的针线缝纫机：大肠杆菌DNADNA连接酶和连接酶和T4T4DNADNA连接酶，前者连接酶，前者NAD

30、NAD作辅助因子，只能连接具有互补粘性末端的作辅助因子，只能连接具有互补粘性末端的DNADNA片断；后者片断；后者ATPATP作辅助因子，既可以连接互补的粘性末端的作辅助因子，既可以连接互补的粘性末端的DNADNA片断，也可以平头末端的分子。即后者的连接活性高于前者。片断，也可以平头末端的分子。即后者的连接活性高于前者。三、三、DNADNA聚合酶，催化脱氧核苷酸聚合的酶：缺口翻译标记和酶法聚合酶，催化脱氧核苷酸聚合的酶：缺口翻译标记和酶法DNADNA测序该酶又称为依赖测序该酶又称为依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶，即以聚合酶，即以DNADNA作模板合成作模板合成DNADNA四、碱性磷酸酯

31、酶偷走别人校徽去除四、碱性磷酸酯酶偷走别人校徽去除55的磷酸基团产生的磷酸基团产生5OH5OH，防，防止载体自我环化可以提高重组效率及为止载体自我环化可以提高重组效率及为5 5 标记作准备标记作准备五、五、T4T4多聚核苷酸激酶给人挂上校徽加上多聚核苷酸激酶给人挂上校徽加上55磷酸基团，用于磷酸基团，用于5 5 末末端标记端标记六、六、S1S1核酸酶专门欺负弱者的人降解单链，除去单链形成钝端和核酸酶专门欺负弱者的人降解单链，除去单链形成钝端和翻开翻开cDNAcDNA合成中的发夹状环合成中的发夹状环七、逆转录酶反客为主的人从七、逆转录酶反客为主的人从RNARNA到到DNADNA，因此称为依赖，因

32、此称为依赖RNARNA的的DNADNA聚合酶，即聚合酶，即RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA食 品 生 物 技 术第二章 基因工程及其在食品工业中应用第二节 目的基因 目的基因的来源：生物学途径：shotgun 和分子杂交 酶促合成 化学合成食 品 生 物 技 术第二章 基因工程及其在食品工业中应用第三节 分子克隆载体 根本要求：1、能够自我复制携带外援基因前后 2、相对质量要小，具有适宜的酶切位点 3、具有有效的运载能力，能携带大小不同的外源性基因。4、能给宿主提供便于选择的标记或表征特性 种类：质粒，噬菌体，柯斯质粒cosmid，YAC载体yeast artificial chr

33、omosome等食 品 生 物 技 术第二章 基因工程及其在食品工业中应用第四节第四节 基因重组基因重组 原理：原理：T4 DNAT4 DNA连接酶形成连接酶形成3 3，5 5 磷酸二酯键磷酸二酯键连接方式连接方式(P22,(P22,图图2-1)2-1)：粘性末端连接：直接连接和加尾连接既可以用大肠粘性末端连接：直接连接和加尾连接既可以用大肠杆菌杆菌DNADNA连接酶连接酶,也可以用也可以用T4 DNAT4 DNA连接酶连接酶 平头末端连接只能用平头末端连接只能用T4 DNAT4 DNA连接酶连接酶 *平头末端的连接效率低于粘性末端连接效率。平头末端的连接效率低于粘性末端连接效率。*加尾连接法

34、是在没有粘性末端的情况下为提高连加尾连接法是在没有粘性末端的情况下为提高连接效率人为的创造可配对的末端。一种分子用接效率人为的创造可配对的末端。一种分子用AAA.,AAA.,另一边用另一边用TTT.TTT.或者一边用或者一边用CCC.,CCC.,另另一边用一边用GGG.GGG.食 品 生 物 技 术第二章 基因工程及其在食品工业中应用 第五节第五节 转化、增殖和表达转化、增殖和表达转化：将携带某种遗传信息的转化：将携带某种遗传信息的DNADNA分子引入宿主细胞，通过分子引入宿主细胞，通过DNADNA之间同源重组获得具有新遗传性状生物细胞的过之间同源重组获得具有新遗传性状生物细胞的过程。英文为程

35、。英文为transformationtransformation，转化为，转化为DNADNA的单方向转的单方向转移，即外援移，即外援DNADNA进入受体细胞，而不是交换。进入受体细胞，而不是交换。一、受体细胞：一、受体细胞：定义：在转化、转导和杂交过程中接受外源基因的细胞。定义：在转化、转导和杂交过程中接受外源基因的细胞。要求：具有接受外源基因的能力。要求：具有接受外源基因的能力。内切酶缺陷性或内切酶缺陷性或DNADNA重组性菌株重组性菌株 平安平安,在人体内和离开特定的培养条件在人体内和离开特定的培养条件 无法繁殖无法繁殖.种类种类:细菌细菌,放线菌放线菌,酵母酵母,哺乳动物细胞和植物细胞哺

36、乳动物细胞和植物细胞 食 品 生 物 技 术第二章 基因工程及其在食品工业中应用第五节第五节 转化、增殖和表达转化、增殖和表达二、感受态和感受态细胞二、感受态和感受态细胞感受态：受体细胞能够吸收外源感受态：受体细胞能够吸收外源DNADNA分子而有效地作为转化受体的某些生理状态。一般分子而有效地作为转化受体的某些生理状态。一般受体细胞在对数生长期转化能力最强。还与重组受体细胞在对数生长期转化能力最强。还与重组DNADNA分子的构型和大小有关。分子分子的构型和大小有关。分子量越小越易转化。量越小越易转化。三、扩增筛选三、扩增筛选 阳性转化子筛选：阳性转化子筛选：表现型分析法如插入失活表现型分析法如

37、插入失活,如如P30 P30 图图2 22 2 原位杂交法原位杂交法 免疫分析法免疫分析法 PCR PCR技术技术PCR PCR 聚合酶链式反响聚合酶链式反响 目的基因的扩增：目的基因的扩增：通过转化受体细胞扩增通过转化受体细胞扩增,受体细胞转化繁殖后就实现了扩增。受体细胞转化繁殖后就实现了扩增。聚合酶链式反响聚合酶链式反响PCRPCR，polymerase chain reaction polymerase chain reaction 四、基因表达：目的基因在受体细胞内转录翻译为相应的蛋白质或酶，或进而获得它们四、基因表达：目的基因在受体细胞内转录翻译为相应的蛋白质或酶，或进而获得它们的代

38、谢产物的过程。的代谢产物的过程。启动子和表达载体启动子和表达载体 一般使用强启动子，如一般使用强启动子，如laclac启动子，启动子，trp trp启动子等启动子等真核生物还需要真核生物还需要S SD D顺序顺序Shine-Dalgarno sequence,Shine-Dalgarno sequence,核糖体的一个结合位点核糖体的一个结合位点)，另一，另一个为个为ATGATG即起始密码子。即起始密码子。食 品 生 物 技 术第二章 基因工程及其在食品工业中应用第六节第六节 基因工程及其在食品工业中应用基因工程及其在食品工业中应用一、改进食品加工原料一、改进食品加工原料 如基因工程生产的生长

39、素注射牛和猪；提如基因工程生产的生长素注射牛和猪；提 高植物油中不饱和脂高植物油中不饱和脂肪酸的含量肪酸的含量;延缓疏果成熟，提高抗病抗逆能力及加工性能等延缓疏果成熟，提高抗病抗逆能力及加工性能等.二、改进微生物菌种性能二、改进微生物菌种性能 转基因改进的面包酵母，啤酒酵母和转基因的大肠杆菌，以及转基因改进的面包酵母，啤酒酵母和转基因的大肠杆菌，以及用于生产食品添加剂和加工助剂的改进菌株用于生产食品添加剂和加工助剂的改进菌株三、应用于酶制剂的生产三、应用于酶制剂的生产 重组重组DNADNA技术生产小牛凝乳酶；耐热的技术生产小牛凝乳酶；耐热的-淀粉酶；糖化酶基因淀粉酶；糖化酶基因在酵母中表达和在

40、酵母中表达和SODSOD在酵母和大肠杆菌中的高效表达等在酵母和大肠杆菌中的高效表达等四、改进食品加工工艺四、改进食品加工工艺 克隆基因降低大麦中的醇溶蛋白，利于啤酒的生产；提高牛奶克隆基因降低大麦中的醇溶蛋白，利于啤酒的生产；提高牛奶的热稳定性。的热稳定性。五、生产保健品的有效成分五、生产保健品的有效成分 鹿茸、牛黄的人工培养和人参细胞的培养；人的血红素基因转鹿茸、牛黄的人工培养和人参细胞的培养；人的血红素基因转到猪中，用猪生产人血的替代品等。到猪中，用猪生产人血的替代品等。食 品 生 物 技 术第二章 基因工程及其在食品工业中应用第七节 蛋白质工程一、基因修饰改造蛋白质结构定位突变P35和图

41、2-3盒式突变二、蛋白质工程的应用 溶菌酶稳定性的改造，葡萄糖异构酶最适pH的改变；单克隆抗体的“人类化食 品 生 物 技 术第二章 基因工程及其在食品工业中应用 第八节第八节 基因工程食品卫生平安管理标准基因工程食品卫生平安管理标准美国提供给消费者基因工程食品有三种：动物用药、完整的美国提供给消费者基因工程食品有三种：动物用药、完整的食物和食品添加剂。食物和食品添加剂。英国基因工程食品四类标准：英国基因工程食品四类标准：采用基因工程菌生产的与传统食品质量和成分相同；采用基因工程菌生产的与传统食品质量和成分相同；食品内容含有与自身同种基因的基因工程菌生产的食品；食品内容含有与自身同种基因的基因

42、工程菌生产的食品；食品中含有别的基因工程菌的成分；食品中含有别的基因工程菌的成分；食品含有别的基因工程菌，而这种菌含有别的物种基因。食品含有别的基因工程菌，而这种菌含有别的物种基因。*前两种无需标示，后两类那么需要标示出来。前两种无需标示，后两类那么需要标示出来。食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用酶是一类生物催化剂，其催化活性是由其特定的酶是一类生物催化剂，其催化活性是由其特定的空间结构决定的。酶分子具有活性中心对催化空间结构决定的。酶分子具有活性中心对催化作用特别重要的极小的空间和区域，往往由几个作用特别重要的极小的空间和区域，往往由几个氨基酸组成，包括结合部位和催化部

43、位。前者氨基酸组成，包括结合部位和催化部位。前者处于底物结合部位，决定酶的专一性，后者决定处于底物结合部位，决定酶的专一性，后者决定酶的催化类型和性质。具有调节作用的酶还有酶的催化类型和性质。具有调节作用的酶还有“别构部位。这是酶的抑制剂或活化剂的结合部别构部位。这是酶的抑制剂或活化剂的结合部位。位。酶作用具有高度专一性、催化效率高、活性调节酶作用具有高度专一性、催化效率高、活性调节控制机制复杂、在常温常压和生理条件下行使功控制机制复杂、在常温常压和生理条件下行使功能。能。食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用酶工程：应用酶的特异的催化功能并通过工程化为酶工程：应用酶的特异的

44、催化功能并通过工程化为人类生产有用产品和提供有益效劳的技术。人类生产有用产品和提供有益效劳的技术。从动植物体及微生物发酵物中制取的酶称为第一代从动植物体及微生物发酵物中制取的酶称为第一代酶酶(已形成一定的产业规模已形成一定的产业规模)。固定化酶称为第二代。固定化酶称为第二代酶已得到推广应用；固定化生长态细胞和多酶酶已得到推广应用；固定化生长态细胞和多酶体系及固定化辅酶称为第三代酶已实现工业化。体系及固定化辅酶称为第三代酶已实现工业化。后二者称为现代酶工程。后二者称为现代酶工程。酶工程是研究酶的生成和应用的一门技术性学科，酶工程是研究酶的生成和应用的一门技术性学科，包括酶制剂的制备、酶的固定化、

45、酶的修饰改造及包括酶制剂的制备、酶的固定化、酶的修饰改造及酶反响器等方面的内容。酶反响器等方面的内容。食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用酶的来源：生物界有3000多种酶，来源有动植物组织如来自动物的胰蛋白酶和来自植物的木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶，大多数来自微生物及其发酵液葡萄糖异构酶、枯草杆菌蛋白酶等。微生物包括细菌、真菌、放线菌、霉菌、酵母等。食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用固定化酶及其特性固定化酶及其特性固定化酶：限定或位于特定空间的酶，又称固着酶固定化酶：限定或位于特定空间的酶，又称固着酶Immobilized enzymeImmobilized

46、 enzyme。固定化酶属于修饰酶与。固定化酶属于修饰酶与天然酶对应，修饰酶还包括蛋白质工程技术改进天然酶对应，修饰酶还包括蛋白质工程技术改进的酶。的酶。固定化酶有包埋型及结合型酶结合在载体上。包固定化酶有包埋型及结合型酶结合在载体上。包埋型有凝胶包埋及微囊化包埋两类；结合型又分为埋型有凝胶包埋及微囊化包埋两类；结合型又分为吸附与共价两种。吸附与共价两种。固定化酶固定化酶 包埋型包埋型 结合型结合型凝胶包埋凝胶包埋微囊化包埋微囊化包埋吸附结合型吸附结合型共价结合型共价结合型食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用固定化酶的优点可溶性的酶变为不溶于水的酶：固定化酶的优点可溶性的酶

47、变为不溶于水的酶：稳定性高于天然酶稳定性高于天然酶反响后酶与底物易于分开，并可长期反复利用反响后酶与底物易于分开，并可长期反复利用反响液中无残留酶，产物易于纯化，产品质量高反响液中无残留酶，产物易于纯化，产品质量高可实现转化反响连续化和管道化和自动控制生产可实现转化反响连续化和管道化和自动控制生产酶的利用率高，降低了生产本钱酶的利用率高，降低了生产本钱转化过程根本上无三废排出被称为转化过程根本上无三废排出被称为“无公害酶无公害酶 食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用固定化细胞及其特性固定化细胞及其特性固定化细胞：被限制或定位于特定空间位置的细胞与固定固定化细胞：被限制或定位

48、于特定空间位置的细胞与固定化酶一起统称固定化生物催化剂。此技术已扩展至动植化酶一起统称固定化生物催化剂。此技术已扩展至动植物细胞甚至线粒体和叶绿体等细胞器的固定化。其应用比物细胞甚至线粒体和叶绿体等细胞器的固定化。其应用比固定化酶更为普遍。固定化酶更为普遍。固定化细胞的特点：无需进行酶的别离纯化，减少投资；固定化细胞的特点：无需进行酶的别离纯化，减少投资；细胞保持原初生命状态，固定化过程酶回收率高；细胞保持原初生命状态，固定化过程酶回收率高；细胞内酶较固定化酶稳定性更高；细胞内酶较固定化酶稳定性更高；细胞内辅助因子可以自动再生；细胞内辅助因子可以自动再生；细胞本身含多酶体系，可催化一系列反响；

49、细胞本身含多酶体系，可催化一系列反响；抗污染能力强。抗污染能力强。食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用细胞固定化方法：载体结合法：吸附法和共价结合法包埋法凝胶或微囊交联法cross linking选择性热变性在适当温度下使细胞膜蛋白变性但不使酶变性而使酶固定在细胞内食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用酶法应用于纤维素的水解酶法应用于纤维素的水解纤维素大量广泛存在，加强综合利用和提高利用效率对净化纤维素大量广泛存在，加强综合利用和提高利用效率对净化环境和开辟新能源等意义重大。纤维素酶是降解纤维素成环境和开辟新能源等意义重大。纤维素酶是降解纤维素成葡萄糖的一

50、组酶的总称不是一种单一纯酶即包括多种葡萄糖的一组酶的总称不是一种单一纯酶即包括多种水解酶，是一种复合酶。水解酶，是一种复合酶。一般分为三类：一般分为三类：葡萄糖内切酶葡萄糖内切酶endo-1,4-D-glucanase,EGendo-1,4-D-glucanase,EG，产物为非，产物为非复原末端的小分子纤维素复原末端的小分子纤维素葡萄糖外切酶葡萄糖外切酶exo-1,4-D-glucanaseexo-1,4-D-glucanase,又叫纤维二糖水解又叫纤维二糖水解酶酶cellobiose hydrolasecellobiose hydrolase，CBHCBH，产物纤维二糖分子。，产物纤维二糖

51、分子。-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶-glucosidase-glucosidase，BGBG底物为纤维二糖和纤底物为纤维二糖和纤维寡糖，产物为葡萄糖。维寡糖，产物为葡萄糖。产酶菌种：细菌、放线菌、真菌和酵母产酶菌种：细菌、放线菌、真菌和酵母食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用测定纤维素酶活力的方法：滤纸崩溃法，棉花糖测定纤维素酶活力的方法：滤纸崩溃法，棉花糖化力，化力，CMCCMC糖化力以复原糖表示，糖化力以复原糖表示，CMCCMC液化液化力以粘度表示和滤纸糖化力等。其中，力以粘度表示和滤纸糖化力等。其中，CMC CMC糖化力主要代表外切糖化力主要代表外切-1,4-1,4-葡萄糖

52、酶的活力和内葡萄糖酶的活力和内切酶活力的总和；切酶活力的总和；CMC CMC液化力主要代表内切液化力主要代表内切-1,4-1,4-葡萄糖酶活力；滤纸糖化力代表葡萄糖酶活力；滤纸糖化力代表“纤维素糖纤维素糖化酶活力或总纤维素的酶活力。化酶活力或总纤维素的酶活力。*CMC*CMCcarboxyl methyl cellulosecarboxyl methyl cellulose:羧甲基纤维素羧甲基纤维素*HEC(hydroxy ethyl cellulose):*HEC(hydroxy ethyl cellulose):羟乙基纤维素羟乙基纤维素食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应

53、用影响纤维素酶作用的因素：底物、酶组成、影响纤维素酶作用的因素：底物、酶组成、pHpH、温度和抑制剂和活化剂。、温度和抑制剂和活化剂。纤维素酶在食品工业中的应用纤维素酶在食品工业中的应用P47P474848 1.1.果汁生产：促进果汁提取与澄清。果皮渣酶解转化为可溶性糖和降解为短链果汁生产：促进果汁提取与澄清。果皮渣酶解转化为可溶性糖和降解为短链低聚糖即膳食纤维。低聚糖即膳食纤维。2.2.香料生产：利于香料在提取液扩散与分配，增加得率和产量。香料生产：利于香料在提取液扩散与分配，增加得率和产量。3.3.果蔬生产：提高可消化性改进口感和脱水蔬菜的烧煮性和复原性。果蔬生产：提高可消化性改进口感和脱

54、水蔬菜的烧煮性和复原性。4.4.种子蛋白利用：增加大豆或豆饼水溶性蛋白质的得率，缩短时间，提高质种子蛋白利用：增加大豆或豆饼水溶性蛋白质的得率，缩短时间，提高质量。量。5.5.速溶茶生产：提高得率保持原来的色、香、味，缩短提取时间，提高水溶速溶茶生产：提高得率保持原来的色、香、味，缩短提取时间，提高水溶性较差的茶单宁和咖啡因的提取率。性较差的茶单宁和咖啡因的提取率。6.6.可发酵糖的生产：糖化酶处理产生可供微生物发酵利用的碳源，来生产酒可发酵糖的生产：糖化酶处理产生可供微生物发酵利用的碳源，来生产酒精和单细胞蛋白。对利用丰富的纤维素资源意义重大。精和单细胞蛋白。对利用丰富的纤维素资源意义重大。

55、7.7.琼脂生产：提高得率，简化工艺，防止琼脂的分解。琼脂生产：提高得率，简化工艺，防止琼脂的分解。食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用纤维素酶在发酵工业中应用的两种方式：一种先纤维素酶在发酵工业中应用的两种方式：一种先糖化再经微生物发酵生产；另一种是在参加纤维糖化再经微生物发酵生产；另一种是在参加纤维素酶的同时接种用于微生物发酵。后一种解除了素酶的同时接种用于微生物发酵。后一种解除了第一种方式中降解产物如葡萄糖对纤维素酶第一种方式中降解产物如葡萄糖对纤维素酶的抑制作用，提高了产量。主要应用于酱油酿造、的抑制作用，提高了产量。主要应用于酱油酿造、制酒工业和纤维素废渣转化利用

56、。制酒工业和纤维素废渣转化利用。酶法应用于淀粉糖类的生产酶法应用于淀粉糖类的生产P48P486262酶法生产新型低聚糖酶法生产新型低聚糖酶法应用于干酪产品生产酶法应用于干酪产品生产酶法应用于环壮糊精的生产酶法应用于环壮糊精的生产其它酶在食品加工中的应用其它酶在食品加工中的应用 食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用第二节：酶法应用于淀粉糖类的生产第二节：酶法应用于淀粉糖类的生产-淀粉酶：底物淀粉，作用位置底物内部随机淀粉酶：底物淀粉，作用位置底物内部随机-1,4-1,4糖苷键，产物为分子量不等的糊精和少量低聚糖糖苷键，产物为分子量不等的糊精和少量低聚糖和麦芽糖和葡萄糖。不水解

57、支链淀粉的和麦芽糖和葡萄糖。不水解支链淀粉的-1,6-1,6糖苷糖苷键和靠近分枝点键和靠近分枝点-1,6-1,6糖苷键外的糖苷键外的-1,4-1,4糖苷键。工糖苷键。工业上称为液化型淀粉酶。随淀粉分子分子量变小，业上称为液化型淀粉酶。随淀粉分子分子量变小，水解速度变慢，底物分子量越小，水解速度越慢。水解速度变慢，底物分子量越小，水解速度越慢。钙离子对保持酶的最大活性与稳定性和适当的构钙离子对保持酶的最大活性与稳定性和适当的构像很重要。像很重要。来源：动物、植物和微生物，工业来源：动物、植物和微生物，工业-淀粉酶主要来淀粉酶主要来自细菌和曲霉。细菌芽孢杆菌，特别是耐热性的自细菌和曲霉。细菌芽孢杆

58、菌，特别是耐热性的-淀粉酶。淀粉酶。食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用-淀粉酶：底物为淀粉，位点为非复原端，产物淀粉酶：底物为淀粉，位点为非复原端，产物两个葡萄糖单位并把原来的两个葡萄糖单位并把原来的 构型转化为构型转化为 构型。构型。特点只水解特点只水解-1,4-1,4糖苷键，不水解糖苷键，不水解-1,6-1,6糖苷键，因糖苷键，因此水解支链淀粉不完全，产生较大的极限糊精和此水解支链淀粉不完全，产生较大的极限糊精和生成生成50506060的麦芽糖。的麦芽糖。广泛存在于植物和微生物中，生成广泛存在于植物和微生物中，生成-淀粉酶的微淀粉酶的微生物主要有芽孢杆菌、假单胞杆菌、

59、放线菌等。生物主要有芽孢杆菌、假单胞杆菌、放线菌等。工业上主要以植物为主生产麦芽糖。工业上主要以植物为主生产麦芽糖。食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用葡萄糖淀粉酶：作用于淀粉的非复原端依次水解一个葡萄糖分子并把构型转变为构型。可以水解-1,4糖苷键、-1,6糖苷键 和-1,3糖苷键 脱枝酶：作用于支链淀粉、糖原的分枝点的-1,6糖苷键。与淀粉酶一起来制造麦芽糖可使麦芽糖的得率从5060提高到90；与糖化酶一起可将淀粉转化为葡萄糖的得率提高到90以上。食 品 生 物 技 术第三章 酶工程及其在食品工业中应用果糖糖浆果糖糖浆 的生产分为淀粉液化、糖化和葡萄糖异的生产分为淀粉液

60、化、糖化和葡萄糖异构化几个工序。构化几个工序。超高麦芽糖的生产也包括液化、糖化阶段，其中超高麦芽糖的生产也包括液化、糖化阶段，其中糖化可以利用糖化型淀粉酶糖化，也可以利用糖化可以利用糖化型淀粉酶糖化，也可以利用 淀淀粉酶和脱枝酶协同糖化。粉酶和脱枝酶协同糖化。麦芽糖的精制的方法有吸附别离法活性炭柱精麦芽糖的精制的方法有吸附别离法活性炭柱精制法和阴离子交换树脂法、有机溶剂沉淀法、制法和阴离子交换树脂法、有机溶剂沉淀法、膜别离法超滤、反渗透、结晶法等方法。膜别离法超滤、反渗透、结晶法等方法。食 品 生 物 技 术第四章 发酵工程及其在食品工业中应用发酵工程：利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代

61、谢过发酵工程：利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊的特点，在适宜的条件下，通过现代化工程技术手段程特殊的特点，在适宜的条件下，通过现代化工程技术手段和微生物或动植物细胞的某种特定功能生产人类所需的和微生物或动植物细胞的某种特定功能生产人类所需的产品。过去也称微生物工程由于以培养微生物为主。产品。过去也称微生物工程由于以培养微生物为主。发酵工程是生物技术的重要组成局部，是生物技术产业化的重发酵工程是生物技术的重要组成局部，是生物技术产业化的重要环节，它将微生物学、生物化学和化学工程的根本原理有要环节，它将微生物学、生物化学和化学工程的根本原理有机地结合起来，是一门利用微生物的生长和

62、代谢来生产各种机地结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢来生产各种有用物质的工程技术。有用物质的工程技术。发酵技术有着悠久的历史。发酵发酵技术有着悠久的历史。发酵fermentationfermentation，来自拉丁，来自拉丁语发泡语发泡ferverefervere，是指酵母作用于果汁或发芽谷物产生，是指酵母作用于果汁或发芽谷物产生CO2CO2的现象。巴斯德研究酒精发酵的生理意义，认为发酵是的现象。巴斯德研究酒精发酵的生理意义，认为发酵是酵母在无氧状态下的呼吸过程。生物化学上的定义为酵母在无氧状态下的呼吸过程。生物化学上的定义为“微生微生物在无氧状态的呼吸过程。目前，把利用微生物在有氧或物

63、在无氧状态的呼吸过程。目前，把利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来准备微生物体或其代谢产物的过程无氧条件下的生命活动来准备微生物体或其代谢产物的过程统称为发酵。统称为发酵。食 品 生 物 技 术第四章 发酵工程及其在食品工业中应用从开始的酿酒、制酱、制奶酪，从开始的酿酒、制酱、制奶酪，到到4040年代抗生素工年代抗生素工业的兴起，再到在传统发酵的根底上结合了现代业的兴起，再到在传统发酵的根底上结合了现代DNADNA重组、细胞融合、分子修饰改造等新技术的现重组、细胞融合、分子修饰改造等新技术的现代发酵技术。代发酵技术。优点：投资省，见效快、污染小、外源目的基因在优点：投资省，见效快、污染小、

64、外源目的基因在微生物菌体中高效表达等。微生物菌体中高效表达等。发酵产品的产量与初期相比，至少增加了几十倍。发酵产品的产量与初期相比，至少增加了几十倍。发酵生产的抗生素品种高达发酵生产的抗生素品种高达200200多个，兴旺国家发酵多个，兴旺国家发酵工业的产值占国民生产总值的工业的产值占国民生产总值的5 5。在。在 医药行业占医药行业占2020。涉及到许多领域。涉及到许多领域。发酵过程主要内容包括生产菌株的选育，发酵条件发酵过程主要内容包括生产菌株的选育，发酵条件的优化与控制，反响器的设计及产品的别离、提取的优化与控制，反响器的设计及产品的别离、提取与精制等。与精制等。食 品 生 物 技 术第四章

65、 发酵工程及其在食品工业中应用目前具有生产价值的发酵类型有以下五种：目前具有生产价值的发酵类型有以下五种：1.微生物菌体的发酵，比较传统的菌体发酵工业，有用于面包制作的酵母发酵及用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白即单细胞蛋白，SCP发酵两种类型。新的菌体发酵可用来生产一些真菌，如香菇类、依赖虫蛹而生存的冬虫夏草菌、与天麻共生的密环菌以及从多孔菌科的茯苓菌获得的名贵中药茯苓和担子菌的灵芝等药用菌。有的微生物菌体还可用作生物防治剂，如苏云杆菌。2.微生物酶发酵，目前工业上应用的酶大多数来自微生物发酵。因为微生物具有种类多、产酶的品质多、生产容易和本钱低等优点。如微生物生产的淀粉酶和糖化酶用于生产葡

66、萄糖。3.微生物代谢产物发酵，包括初级代谢产物在菌体对数生长期的产物，如氨基酸、核酸、蛋白质、糖类等这些在食品工业具有相当的重要性，分别形成不同的发酵产业和次级代谢产物在菌体生长的静止期合成，是一些具有特定功能的产物如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等。前者是菌体生长繁殖所必须的。后者和菌体的生长繁殖无明显关系。特别是抗生素的发酵已成为发酵工业的重要支柱。4.微生物的转化发酵，利用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变为结构相关的更有经济价值的产物。如菌体将乙醇转化为醋酸的发酵。5.生物工程细胞的发酵，指利用生物工程技术所获得的细胞进行培养的新型发酵，如基因工程菌生产胰岛素、干扰素、青霉素酰化酶等，杂交瘤细胞生产单克隆抗体等食 品 生 物 技 术第四章 发酵工程及其在食品工业中应用菌种的筛选的标准即菌种需具备的特性：菌种的筛选的标准即菌种需具备的特性：1 1，稳定而高产的遗传特性；，稳定而高产的遗传特性；2 2，抗噬菌体能力强；，抗噬菌体能力强；3 3，发酵过程泡沫少；，发酵过程泡沫少；4 4，需氧量低；，需氧量低；5 5，底物转化率高；，底物转化率高；6 6，对培养物和前提