生物技術(shù)與食品自制實(shí)用教案

1、涉及內(nèi)容 一、生物技術(shù)(jsh)與食品生產(chǎn) 二、生物技術(shù)(jsh)與食品檢測(cè) 三、生物技術(shù)(jsh)與未來的食品工業(yè)第1頁/共29頁第一頁，共29頁。 一、生物技術(shù)與食品生產(chǎn)1、單細(xì)胞蛋白 （SCP）生產(chǎn)1）目的： 解決(jiju)糧食危機(jī)；改善營養(yǎng)構(gòu)成；提供飼料。2）概念： 又稱微生物蛋白或菌體蛋白，一般是指通過發(fā)酵得到的酵母、霉菌，非致病性細(xì)菌、真菌（蘑菇）、單細(xì)胞藻類等單細(xì)胞生物體內(nèi)所含蛋白質(zhì)，存在于單細(xì)胞或絲狀微生物個(gè)體中，與多細(xì)胞復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生物，如動(dòng)物、植物等的蛋白質(zhì)來源不同。 第2頁/共29頁第二頁，共29頁。3）簡單分類： 按生產(chǎn)原料不同，可分為石油蛋白、甲醇蛋白、甲烷蛋白等；

2、按產(chǎn)生菌的種類不同，又可分為細(xì)菌蛋白、真菌蛋白等。 1967年在第一次全世界單細(xì)胞蛋白會(huì)議上，將微生物菌體蛋白統(tǒng)稱為單細(xì)胞蛋白。4）生產(chǎn)SCP菌體的要求： 所生產(chǎn)的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)含量高，對(duì)人體無致病作用(zuyng)，味道好并且易消化吸收，對(duì)培養(yǎng)條件要求簡單，生長繁殖迅速等。第3頁/共29頁第三頁，共29頁。5）生產(chǎn)過程（較簡單(jindn)）： 配制培養(yǎng)液及滅菌菌種發(fā)酵，迅速繁殖離心、沉淀等方法收集菌體干燥單細(xì)胞蛋白成品。第4頁/共29頁第四頁，共29頁。7）生產(chǎn)現(xiàn)狀 20世紀(jì)80年代中期，全世界的單細(xì)胞蛋白年產(chǎn)量已達(dá)2.0106 t，廣泛用于食品加工和飼料中。單細(xì)胞蛋白不僅能制成“人造肉

3、”，供人們直接食用，還常作為食品添加劑，用以補(bǔ)充蛋白質(zhì)或維生素、礦物質(zhì)等。但由于人們往往對(duì)來自微生物的產(chǎn)品有安全顧慮（SCP核酸含量在4%18%，食用過多的核酸可能會(huì)引起痛風(fēng)等疾病 ）及抵觸心理（飲食習(xí)慣、社會(huì)和宗教的影響等），可暫不把SCP直接供給人們食用，而是先用它飼養(yǎng)家畜(jich)、家禽及魚類等。 第5頁/共29頁第五頁，共29頁。2、食品和飲料的發(fā)酵生產(chǎn)1）酒精飲料 以糖類物質(zhì)（水果汁、樹汁、蜂蜜等）和淀粉類物質(zhì)（谷類或塊根類等），與適當(dāng)(shdng)的微生物進(jìn)行發(fā)酵得到的含醇飲料，酒精含量從百分之幾到百分之二十或更高。 葡萄酒 以葡萄為原料發(fā)酵而成，種植葡萄的土質(zhì)對(duì)葡萄酒的質(zhì)量影響

4、很大。 啤酒 由淀粉性谷類為原料發(fā)酵而成，包括制麥芽、制漿、發(fā)酵、加工和成熟五個(gè)主要步驟。 第6頁/共29頁第六頁，共29頁。白葡萄酒紅葡萄酒葡萄酒灌裝生產(chǎn)線第7頁/共29頁第七頁，共29頁。 白葡萄酒的釀造(ningzo)發(fā)酵前低溫浸皮制造法澄清酒槽培養(yǎng)裝瓶前的澄清橡木桶培養(yǎng)橡木桶發(fā)酵酒槽發(fā)酵破皮榨汁采收第8頁/共29頁第八頁，共29頁。 紅葡萄酒的釀造(ningzo)澄清裝瓶橡木桶中的培養(yǎng)酒槽中的培養(yǎng)浸皮與發(fā)酵采收破皮去梗CO2浸皮法榨汁第9頁/共29頁第九頁，共29頁。啤酒(pji)的生產(chǎn)過程第10頁/共29頁第十頁，共29頁。2）奶制品的生產(chǎn)酸奶和奶酪 都是經(jīng)過乳酸桿菌發(fā)酵的牛奶，營養(yǎng)

5、價(jià)值極其豐富。每公斤奶酪由10公斤牛奶濃縮而成，它包含(bohn)了牛奶中所有的天然營養(yǎng)成分，如豐富的蛋白質(zhì)、脂肪以及鈣、磷、鎂等礦物質(zhì)和維生素等。乳酸桿菌奶酪(nilo)第11頁/共29頁第十一頁，共29頁。 從牛奶生產(chǎn)奶酪本質(zhì)上是一種脫水的過程，使牛奶蛋白（酪蛋白）和脂類濃縮612倍。制造(zhzo)奶酪時(shí)使用的粗制凝乳酶使牛奶中的蛋白質(zhì)形成一種凝膠（固體凝乳），將其分離出來后，經(jīng)切塊、脫水、壓成一定形狀、熟化成奶酪。3）蔬菜發(fā)酵（泡菜腌制） 將蔬菜放鹽封好，隔絕空氣，鹽可改變滲透壓，使糖從菜葉中滲出。然后乳酸桿菌開始繁殖，產(chǎn)生乳酸，降低PH，阻止(zzh)有害菌的生長。精確控制溫度、鹽濃

6、度和保證不透氣，即可做成能長期保存的泡菜。第12頁/共29頁第十二頁，共29頁。4）谷類食品(shpn)發(fā)酵面包 在面包發(fā)酵過程中，起主要作用的是面粉中的蛋白質(zhì)（麥谷蛋白、麥膠蛋白等）和碳水化合物（淀粉）。酵母即可吸收面團(tuán)中的養(yǎng)分（淀粉水解產(chǎn)生的葡萄糖）生長繁殖，并產(chǎn)生CO2氣體，使面團(tuán)形成(xngchng)膨大、松軟、蜂窩狀的組織結(jié)構(gòu)。 麥谷（膠）蛋白吸水膨脹形成面筋(min jin)質(zhì)，隨面團(tuán)發(fā)酵過程中CO2氣體的膨脹而膨脹，并能阻止其溢出，提高面團(tuán)的保氣能力。發(fā)酵的最后，把酸面團(tuán)放在爐中烘烤，使最后的產(chǎn)品不含活的微生物并可存放于貨架上出售。第13頁/共29頁第十三頁，共29頁。5）豆類發(fā)

7、酵(f jio) 納豆 以大豆為原料，經(jīng)納豆菌及關(guān)聯(lián)細(xì)菌發(fā)酵而成。大豆的蛋白質(zhì)具有不溶解性，而做成納豆后，變得可溶并產(chǎn)生(chnshng)氨基酸，而且在米飯與同時(shí)食用時(shí)，納豆菌及關(guān)聯(lián)細(xì)菌產(chǎn)生(chnshng)各種酶，可幫助消化米飯，使其易于吸收。3、酶與食品加工 在食品加工過程中，通過適當(dāng)、適量地添加(tin ji)一些酶類，可以改善產(chǎn)品的色澤，風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)，如用葡萄糖氧化酶可去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色澤；葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香；木瓜蛋白酶可分解膠原蛋白，用于肉制品的嫩化。第14頁/共29頁第十四頁，共29頁。4、新型甜味劑的生產(chǎn) 食品甜味劑是一個(gè)很通用和廣泛的概念，種類繁多，

8、目前人工合成或天然產(chǎn)物提取非營養(yǎng)性、無熱量的高強(qiáng)度甜味劑是我國食品添加劑的發(fā)展重點(diǎn)。1）糖精（鈉） 傳統(tǒng)的甜味劑品種，甜度是蔗糖的300650倍，其濃度稍大時(shí)會(huì)有苦味，有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明可致癌，安全性遭質(zhì)疑，部分國家禁用。2）甜蜜素： 甜度是蔗糖的30倍，口味(kuwi)極似蔗糖，無余苦味。曾發(fā)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物有致癌的現(xiàn)象，被禁用過，盡管后來解禁，但其發(fā)展前景不太樂觀。第15頁/共29頁第十五頁，共29頁。3）阿斯巴甜 二肽（L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯），它不升高血糖，適合于糖尿病、高血壓、肥胖癥、心血管疾病患者使用，廣受歡迎。4） 甜蛋白Thaumatin 西非菊芋科植物漿果中提取的蛋白質(zhì)，是目前已

9、知最甜的化合物，甜度是蔗糖(zhtng)的3000倍。5、其它食品添加劑 1）醋（酵母菌和醋酸桿發(fā)酵而成）2）食用有機(jī)酸（檸檬酸、醋酸等）3）氨基酸和維生素（谷氨酸和天冬氨酸的鈉鹽，甲硫氨 酸、賴氨酸等）4）低聚糖（二個(gè)到十個(gè)分子的單糖組成的低聚合度糖）5）調(diào)味劑和增味劑（味精）第16頁/共29頁第十六頁，共29頁。6、轉(zhuǎn)基因食品 利用分子生物學(xué)手段，將某些生物的基因轉(zhuǎn)移到其它生物物種上，使其出現(xiàn)原物種不具有的性狀或產(chǎn)物，以轉(zhuǎn)基因生物為原料加工生產(chǎn)的食品就是轉(zhuǎn)基因食品。通過這種技術(shù)人類可以獲得更符合要求的食品品質(zhì)，它具有產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富、抗病力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，但它可能造成的遺傳基因污染也是它的明顯缺

10、陷。 有關(guān)轉(zhuǎn)基因食品的爭論一直(yzh)都未停止，無論擁護(hù)者還是反對(duì)者，誰都沒有拿出令人信服的證據(jù)來說服對(duì)方，但無論如何轉(zhuǎn)基因食品已經(jīng)在人們的日常生活中發(fā)揮著不可或缺的作用。 第17頁/共29頁第十七頁，共29頁。二、生物技術(shù)與食品檢測(cè)1、免疫學(xué)技術(shù)的應(yīng)用 食品中一些大分子或小分子可以直接或間接(jin ji)成為抗原，檢測(cè)時(shí)加入特異性抗體，利用抗原抗體反應(yīng)，將結(jié)果以酶促顯色反應(yīng)、熒光反應(yīng)、放射性同位素等方法來顯示，由此建立了一系列食品檢測(cè)技術(shù)。 可測(cè)試許多含量極低的物質(zhì)，例如微量殘留物、真菌毒素、抗生素、激素、細(xì)菌毒素等。 常用方法有直接酶免疫分析（EIA）、酶聯(lián)免疫分析（ELISA）等。

11、第18頁/共29頁第十八頁，共29頁。酶聯(lián)免疫反應(yīng)（ELISA）原理： ELISA的基礎(chǔ)是抗原或抗體的固相化及抗原或抗體的酶標(biāo)記。結(jié)合在固相載體表面的抗原或抗體仍保持其免疫學(xué)活性，酶標(biāo)記的抗原或抗體既保留其免疫學(xué)活性，又保留酶的活性。在測(cè)定時(shí)，受檢標(biāo)本（測(cè)定其中的抗體或抗原）與固相載體表面的抗原或抗體起反應(yīng)。用洗滌(xd)的方法使固相載體上形成的抗原抗體復(fù)合物與液體中的其他物質(zhì)分開。再加入酶標(biāo)記的抗原或抗體，也通過反應(yīng)而結(jié)合在固相載體上。此時(shí)固相上的酶量與標(biāo)本中受檢物質(zhì)的量呈一定的比例。加入酶反應(yīng)的底物后，底物被酶催化成為有色產(chǎn)物，產(chǎn)物的量與標(biāo)本中受檢物質(zhì)的量直接相關(guān)，故可根據(jù)呈色的深淺進(jìn)行定

12、性或定量分析。由于酶的催化效率很高，間接地放大了免疫反應(yīng)的結(jié)果，使測(cè)定方法達(dá)到很高的敏感度。 第19頁/共29頁第十九頁，共29頁。 雙抗體(kngt)夾心法 （最常用）1、將特異性抗體(kngt)與固相載體連接，形成固相抗體(kngt)。2、洗滌除去未結(jié)合的抗體(kngt)及雜質(zhì)。3、加受檢標(biāo)本 ，抗原抗體(kngt)反應(yīng)，洗去未結(jié)合物質(zhì)。4、加酶標(biāo)抗體(kngt)：使固相免疫復(fù)合物上的抗原與酶標(biāo)抗體(kngt)結(jié)合 。5、洗去未結(jié)合酶標(biāo)抗體(kngt)。6、加底物：夾心式復(fù)合物中的酶催化底物成為有色產(chǎn)物。7、根據(jù)顏色反應(yīng)的程度進(jìn)行該抗原的定性或定量。 第20頁/共29頁第二十頁，共29頁。

13、2、分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用PCR 設(shè)計(jì)特異性引物擴(kuò)增細(xì)菌、螺旋體、病毒基因的特征性條帶，具有快速、特異、靈敏的特點(diǎn)。三、轉(zhuǎn)基因食品的檢測(cè) 檢測(cè)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品中是否存在外源DNA序列（PCR法、Northern雜交及Southem雜交、生物芯片技術(shù)）或重組蛋白產(chǎn)物（ELISA法、Western雜交）。1、外源DNA序列的檢測(cè)1）PCR 可設(shè)計(jì)特異性引物初步檢測(cè)大多數(shù)植物性轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品中含有的花椰菜花葉病毒(CaMV)的35S啟動(dòng)子和根癌農(nóng)桿菌的NOS終止子(T-NOS) 序列，再進(jìn)一步用酶切或Southem雜交驗(yàn)證?？蓹z測(cè)出目的基因是否完整性，但可能(knng)有假陽性，假陰性出現(xiàn)。 第21頁/共29頁

14、第二十一頁，共29頁。 PCR技術(shù)常以定性檢測(cè)為主，實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)則可進(jìn)行定量分析。在PCR反應(yīng)體系中加入熒光基團(tuán)，利用熒光信號(hào)積累實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)PCR進(jìn)程，最后通過標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)未知模板進(jìn)行定量分析的方法。2）Southern雜交 將經(jīng)酶切的待測(cè)DNA轉(zhuǎn)移到雜交膜上與探針雜交的技術(shù)，可確定外源基因在植物中的組織結(jié)構(gòu)、外源DNA整和的位置及拷貝數(shù)、轉(zhuǎn)基因植株F1世代外源基因的穩(wěn)定性。準(zhǔn)確度高，但程序復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)要求高。 3）Northern雜交將試材RNA變性后與探針（DNA）雜交的技術(shù)，用于檢測(cè)基因在轉(zhuǎn)錄水平上的表達(dá)。更接近(jijn)于性狀表現(xiàn) ，更有意義。但RNA提取條件嚴(yán)格 ，且RNA

15、含量較少，不適合大量檢測(cè)。第22頁/共29頁第二十二頁，共29頁。4）生物（基因）芯片檢測(cè) 基因芯片是由大量DNA或寡核苷酸探針密集排列的矩陣，可將目前通用的報(bào)告基因、抗性基因、啟動(dòng)子和終止子的特異片段（靶片段）固定于玻片上制成檢測(cè)芯片，將從待檢樣品中提取的DNA擴(kuò)增、標(biāo)記后與芯片進(jìn)行(jnxng)雜交，雜交信號(hào)由芯片掃描儀檢測(cè)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行(jnxng)分析判斷?；蛐酒?j yn xn pin)外觀圖第23頁/共29頁第二十三頁，共29頁。2、重組蛋白產(chǎn)物的檢測(cè)1） Western雜交 將蛋白質(zhì)從SDS-PAGE膠中電轉(zhuǎn)移至固相支持體上，然后對(duì)固定化蛋白質(zhì)進(jìn)行免疫學(xué)測(cè)定（抗體雜交）的

16、方法。 檢測(cè)目的基因在翻譯水平的表達(dá)結(jié)果，能直接顯示目的基因在轉(zhuǎn)化體中是否經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯最終合成蛋白而影響植株的性狀表現(xiàn)。靈敏度極高 ，最具現(xiàn)實(shí)意義，但過程較麻煩。2）ELISA 酶與底物反應(yīng)的顏色與樣品中抗原的含量成正比?？赏瑫r(shí)對(duì)樣品進(jìn)行定性檢測(cè)和定量分析。復(fù)雜(fz)基質(zhì)對(duì)它的準(zhǔn)確性和準(zhǔn)確度有干擾，并且外源基因表達(dá)的蛋白質(zhì)在較低水平或熱處理變性時(shí)，免疫方法的檢測(cè)能力就會(huì)下降。 第24頁/共29頁第二十四頁，共29頁。四、生物技術(shù)與未來食品工業(yè)1、基因工程的應(yīng)用 1）油脂改良 增加植物油脂肪酸的飽和度，不會(huì)帶來反式脂肪酸的問題；可降低脂肪酸的飽和度，提供對(duì)人體健康有益的植物油。2）蛋白質(zhì)改良

17、 提高必需氨基酸的含量；改善蛋白質(zhì)的加工性能(xngnng)。3）碳水化合物改良 通過反義基因抑制淀粉分支酶基因則可獲得完全只含直鏈淀粉的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，油炸后風(fēng)味、質(zhì)地更佳，吸油量減少。4）果蔬改良 利用反義基因技術(shù)獲得的乙烯合成缺陷型植株，果實(shí)儲(chǔ)藏及保鮮能力大大提高。 第25頁/共29頁第二十五頁，共29頁。5）食品微生物改良 將外源-乙酰乳酸脫羧酶基因?qū)肫【平湍讣?xì)胞，并使其表達(dá)，降低啤酒中雙乙酰含量，保證啤酒風(fēng)味。6）生產(chǎn)保健食品及特殊食品 食品疫苗： 將病原微生物的抗原編碼基因?qū)胫参铮⒃谥参镏斜磉_(dá)出活性蛋白，人或動(dòng)物(dngw)食用含有該種抗原的轉(zhuǎn)基因植物，激發(fā)腸道免疫系統(tǒng)，從而產(chǎn)生對(duì)病毒、寄生蟲等病原菌的免疫能力。含有狂犬病病毒、乙肝表面抗原的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯、香蕉等。第26頁/共29頁第二十六頁，共29頁。2、細(xì)胞工程的應(yīng)用 利用細(xì)胞雜交和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)(jsh)可生產(chǎn)獨(dú)特的食品香味和風(fēng)味的添加劑（菠蘿風(fēng)味劑）、天然色素（花色苷、辣椒紅素）等。 用花藥培養(yǎng)和染色體工程育種等技術(shù)(