1-食品生物技術(shù)緒論

1、現(xiàn)代食品生物技術(shù)主講人：布日額課程安排學(xué)時:36學(xué)時學(xué)分:1學(xué)分性質(zhì):專業(yè)必修,考試課考核方式:考試(筆試)占70%,平時出勤占20%，實(shí)驗(yàn)成績10%。第一章 緒論 人類在1萬年前就開始用牲畜耕種、飼養(yǎng)家畜，提供穩(wěn)定的糧食和肉類。 6千年前利用發(fā)酵、釀造技術(shù)生產(chǎn)酒類、面包。均屬生物技術(shù)！遠(yuǎn)古人類發(fā)現(xiàn)，吃剩的米粥數(shù)日后變成了醇香可口的飲料人類最早發(fā)明的酒豐富多彩的遠(yuǎn)古酒文化微生物發(fā)酵我國古代的釀酒作坊（四川新都縣出土的漢代畫像）公元前2300年左右，埃及人釀制啤酒的場面（某金字塔壁畫）豐富多彩的酒文化( Edward Jenner,17491823 )首創(chuàng)用牛痘預(yù)防天花，是免疫學(xué)的發(fā)展，開創(chuàng)了生

2、物技術(shù)的先河。 1676年荷蘭人A.Leeuwenhoek用自磨鏡片，創(chuàng)造了一架原始顯微鏡，生物工程進(jìn)入微觀形態(tài)學(xué)發(fā)展階段。 隨著人類對生命現(xiàn)象本質(zhì)與規(guī)律認(rèn)識的不斷深化，對于生物技術(shù)作用的認(rèn)識也不斷全面，感覺到這一技術(shù)非同凡響！各個國家爭先投入，視為“高技術(shù)”，將其大力發(fā)展。我國的“863”計劃 生物技術(shù)自20世紀(jì)70年代以后發(fā)展非常迅速，被視為高技術(shù)。成為21世紀(jì)發(fā)展最快、前景最好的學(xué)科。 人類科技發(fā)展到今天，已經(jīng)明顯感覺到，還需要加快發(fā)展，通過生物技術(shù)園區(qū)建設(shè)更好地發(fā)揮其作用。對生物高技術(shù)寄予厚望。 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長出現(xiàn) 食品短缺 健康問題 資源短缺 環(huán)境污染 傳統(tǒng)技術(shù)已無能為力！糧

3、食短缺解決世界糧食短缺的功臣疾病問題新病增加、老病抬頭艾滋?。ǐ@得性免疫缺陷綜合癥，英文縮寫AIDS的音譯，曾譯為“愛滋病”、“愛死病”；至今年九月底，中國內(nèi)地已發(fā)現(xiàn)艾滋病病毒感染者24萬多人，其中艾滋病病人為7.7萬人 ）瘋牛病結(jié)核病抬頭各種過敏性疾病高致病性禽流感食品中人為添加違禁物質(zhì)（三聚氰胺）環(huán)境污染環(huán)境污染 上述問題的最終解決要靠生物技術(shù)！ 所以，生物技術(shù)必須滲透到其他學(xué)科，而且其趨勢越來越明顯，速度也越來越快，與其他學(xué)科實(shí)現(xiàn)融合，根據(jù)其需要形成了各種不同的新興交叉學(xué)科。其中包括食品生物技術(shù)。生物技術(shù)滲透形成的交叉學(xué)科醫(yī)藥生物技術(shù)(免疫制劑、干擾素)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)（高產(chǎn)品種、超級水稻）

4、動物生物技術(shù)（優(yōu)良品種、動物反應(yīng)器）微生物生物技術(shù)（特殊性能菌株）環(huán)境生物技術(shù)（生物治理）化工生物技術(shù)（可降解食品包裝材料）食品生物技術(shù)（生產(chǎn)、加工、貯藏）第一節(jié) 生物技術(shù)的定義和研究內(nèi)容一、生物技術(shù)的定義及其沿革 生物技術(shù)是大家非常熟悉的概念。但是至今沒有太確定的概念。隨著科技的發(fā)展，其內(nèi)涵和外延也發(fā)生著變化。 但是，不管如何表達(dá)均與bio-，technology分不開。 目前認(rèn)可的現(xiàn)代生物技術(shù)概念： 生物技術(shù)是利用生物體系，以及先進(jìn)的生物學(xué)和工程技術(shù)手段，對物料進(jìn)行生物與物理作用，以獲取各種產(chǎn)品的一門綜合性、應(yīng)用性學(xué)科技術(shù)。這種高度概括的概念來之不易！經(jīng)歷了漫長的概念沿革“生物技術(shù)”一詞的

5、提出：1919年匈牙利學(xué)者為了表達(dá)一切利用生物轉(zhuǎn)化手段進(jìn)行生產(chǎn)的概念，同時也想表達(dá)生物學(xué)與工程技術(shù)之間的關(guān)系提出的“生物技術(shù)”一詞。開始在學(xué)術(shù)刊物上頻頻出現(xiàn)，成為“點(diǎn)擊率”很高的名詞。二戰(zhàn)期間得到快速發(fā)展。1982年國際經(jīng)合組織的概念： 生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)和工程學(xué)原理，依靠生物酶的催化作用進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)。 如美國國家科技委員會將生物技術(shù)定義為： “生物技術(shù)包括一系列的技術(shù)，它可以利用生物體或細(xì)胞生產(chǎn)人類所需要的產(chǎn)物，這些新技術(shù)包括基因重組、細(xì)胞融合、和一些生物制造程序”。 從定義的內(nèi)涵來看并不神秘。其實(shí)就是指人類利用生物體或細(xì)胞生產(chǎn)產(chǎn)品。我們掌握概念時以現(xiàn)代生物技術(shù)的概念為準(zhǔn)！-沿革性

6、的概念有的是表示傳統(tǒng)生物技術(shù)的內(nèi)涵。從古代到20世紀(jì)60年代之前的生物技術(shù)基本屬于傳統(tǒng)生物技術(shù)。其特征是：釀造技術(shù)合發(fā)酵技術(shù)。20世紀(jì)70年代，以DNA重組技術(shù)的誕生為標(biāo)志，為現(xiàn)代生物技術(shù)的開始。從而20世紀(jì)80年代造就了一個新興產(chǎn)業(yè)生物科技產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)代生物技術(shù)的特征;P2, 略 為什么生物技術(shù)在近幾年如此受到世人矚目？ 歸功于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；歸功于社會可持續(xù)發(fā)展的需要！ 該產(chǎn)業(yè)形成后其發(fā)展勢頭非常強(qiáng)勁！改變了人類生活的許多方面。從此意義上，就連大名鼎鼎的比爾蓋茨在1996年都說過：“生物科技就象電腦軟件一樣改變了這個世界”！ 的確，生物科技在目前已經(jīng)滲透到了各個領(lǐng)域。包括生物醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、

7、環(huán)境保護(hù)、特用化學(xué)品行業(yè)。 已經(jīng)有155種藥品和疫苗被美國的食品藥品管理局批準(zhǔn)上市。出現(xiàn)基因工程植物基因重組木瓜、番茄、玉米、大豆等。 在食品方面，利用發(fā)酵工藝技術(shù)生產(chǎn)乳酸菌、靈芝、冬蟲夏草等健康食品。 可以說，人類生活的各個方面的問題都可以借助生物技術(shù)來解決，隨著其自身的發(fā)展，已形成了真正意義上的現(xiàn)代生物技術(shù)。 基因工程細(xì)胞工程酶工程發(fā)酵工程蛋白質(zhì)工程二、生物技術(shù)的構(gòu)成（一）基因工程1、基因工程的概念 是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心，它能按人類需要，把遺傳物質(zhì)DNA分子從生物體中分離出來，進(jìn)行體外剪切、拼接重組形成新的DNA分子。再將導(dǎo)入某種細(xì)胞活生物體中，使遺傳信息在新的宿主細(xì)胞或個體中得到表達(dá)，以

8、達(dá)到定向改造或重建新物種目的的技術(shù)。基因克隆操作基因操作的基本過程 分、切、連、轉(zhuǎn)、篩5步。上堂講到這操作水平：DNA分子水平目 的：定向改變遺傳物質(zhì)或獲得新的基因產(chǎn)物。2、基因工程的應(yīng)用 在基因工程領(lǐng)域中影響最大的應(yīng)算是人類基因組草圖繪制完成。 3號染色體由中國測定，有1445307 個堿基。從1999年9月開始，不到一年完成。其中包括與肺癌、卵巢癌、鼻咽癌等有關(guān)的基因。6國科學(xué)家組成的國家人類基因組中心主要研究比例美國：WASHMIT等7家研究中心，貢獻(xiàn)率為54。英國：SANGER一家研究中心，貢獻(xiàn)率為33。日本：RIKEN等兩家研究中心，貢獻(xiàn)率為7。法國：GENOSCOPE研究中心，貢獻(xiàn)

9、率為2.8。德國：IMB等3家研究中心，貢獻(xiàn)率為2.2。中國：北京華大研究中心、國家南北方基因研究 中心等三家，貢獻(xiàn)率為1。 二000年六月二十六日克林頓宣布人類基因組草圖繪制完成結(jié)果于2001年2月12日公布（二）細(xì)胞工程1、細(xì)胞工程的概念利用細(xì)胞融合技術(shù)把含有不同遺傳物質(zhì)的細(xì)胞融合成雜種細(xì)胞。并使之分裂生長成為雜種生物，培育出人們所希望的新物種的技術(shù)。它包括體的技術(shù)：動植物細(xì)胞的大量培養(yǎng)、細(xì)胞融合、細(xì)胞拆分、染色體工程、繁育生物學(xué)等。操作水平：細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平目的：定向改變遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品。2、細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)細(xì)胞全能性依據(jù)生物體的每一個干細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳

10、物質(zhì)。3、主要技術(shù)植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交動物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞融合單克隆抗體技術(shù)胚胎移植核移植植物細(xì)胞工程技術(shù)動物細(xì)胞工程技術(shù)異種植物細(xì)胞雜種細(xì)胞轉(zhuǎn)基因植物異種動物細(xì)胞動物細(xì)胞群重組細(xì)胞體細(xì)胞核早期胚胎受精卵去核卵細(xì)胞克隆動物試管動物動物細(xì)胞融合植物體細(xì)胞雜交植物組織培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)核移植胚胎移植體外受精 從一個綿羊普通的體細(xì)胞（如乳腺上皮）中提取遺傳物質(zhì)，和一個無DNA遺傳物質(zhì)，但具有活性的另一只母綿羊的卵細(xì)胞進(jìn)行電擊融合或顯微操作融合，然后將結(jié)合后的新細(xì)胞在體外培養(yǎng)，經(jīng)試管分裂。形成胚胎后再移植到第三只母綿羊子宮內(nèi)生長。然后產(chǎn)出與第一只綿羊一樣的羊。細(xì)胞工程的優(yōu)勢在哪里？1.避免了基因的

11、分離、提純、剪切、拼接、重組、轉(zhuǎn)化等繁瑣的基因操作，只是將遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)入到受體細(xì)胞內(nèi)就形成雜交細(xì)胞。2.可以在不同種屬生物間進(jìn)行雜交。細(xì)胞工程領(lǐng)域最具代表性的成果應(yīng)該是單克隆抗體。（三）發(fā)酵工程1、發(fā)酵工程的概念發(fā)酵工程是利用現(xiàn)代工程技術(shù)手段和微生物的快速大量繁殖等特點(diǎn)，生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的技術(shù)。2、發(fā)酵工程的技術(shù)要點(diǎn)目的定向地改造菌種,大量生產(chǎn)微生物 菌體或代謝產(chǎn)物菌種的選育 誘變育種、基因工程、 細(xì)胞工程環(huán)境條件控制營養(yǎng)、PH、溫度、溶氧等3、流程發(fā)酵工程商品生產(chǎn)改造物種常規(guī)菌(或常規(guī)細(xì)胞株) 遺傳工程 細(xì)胞工程“工程菌”（或“工程細(xì)胞株”） 微生物工程 酶工程 生物反應(yīng)器工程 經(jīng)濟(jì)效益 大量

12、產(chǎn)品 社會效益 生態(tài)效益 （四）酶工程酶工程是利用天然與人工酶的特有催化功能和生物反應(yīng)器，將一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)，以獲得產(chǎn)物的技術(shù)。這里講的酶，可以是純化的酶，也可以是細(xì)胞器、細(xì)胞。 另外，其含義還包括設(shè)計和改造酶的結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化其功能。 根據(jù)上述解釋，酶工程應(yīng)包括的技術(shù)： 酶的固定化技術(shù)； 細(xì)胞的固定化技術(shù)； 酶反應(yīng)器設(shè)計；酶的化學(xué)修飾和改造 酶工程廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。啤酒、醬油、葡萄糖等都可用酶工程生產(chǎn)。（五）蛋白質(zhì)工程和分子進(jìn)化工程蛋白質(zhì)工程：是指應(yīng)用基因工程、蛋白質(zhì)學(xué)、計算機(jī)模擬技術(shù)等，將蛋白質(zhì)從基因?qū)哟紊线M(jìn)行定向改造，獲得人們所需要的優(yōu)化蛋白質(zhì)或酶的技術(shù)。分子進(jìn)化工程：是指在實(shí)驗(yàn)條

13、件下將生物大分子的漫長進(jìn)化過程在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行短期模擬的技術(shù)。主要觀察基因突變情況。五大工程的關(guān)系 通常，把生物技術(shù)主要分為發(fā)酵工程(微生物工程)、酶工程、基因工程和細(xì)胞工程四個分科。它們相互依存，相互促進(jìn)。其中，基因工程是生物工程的重要組成部分。第二節(jié) 食品生物技術(shù)的定義及其研究內(nèi)容一、食品生物技術(shù)的定義根據(jù)生物技術(shù)的定義可以看出，其內(nèi)涵極其豐富，相關(guān)的學(xué)科也多。因此是涉及多學(xué)科的交叉學(xué)科。 食品生物技術(shù)是生物技術(shù)的一個分支，也是生物技術(shù)在食品科學(xué)中的應(yīng)用，是一門現(xiàn)代生物技術(shù)與食品科學(xué)技術(shù)相互滲透而形成的綜合性、應(yīng)用性交叉學(xué)科。二、食品生物技術(shù)研究內(nèi)容1.改善食品原料的品質(zhì)（酶-高蛋白食品）2.

14、提高食品產(chǎn)量；（主要為基因工程）3.食品保鮮技術(shù)研究；（酶、基因工程）4.改善食品加工工藝，提高產(chǎn)品價值；（酶）5.有效處理廢棄物、提高資源利用率；6.提高食品的安全性：安全、有機(jī)、綠色（發(fā)酵法生產(chǎn)防腐劑）有機(jī)食品： 這一詞是從英文Organic Food直譯過來的。有機(jī)食品指來自有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，根據(jù)有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)加工，并且通過合法的、獨(dú)立的有機(jī)食品認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證的農(nóng)副產(chǎn)品及其加工品。綠色食品： 是中國政府推出的一個認(rèn)證農(nóng)產(chǎn)品，他有綠色AA級，和A級之分，而其AA級的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)基本上等同于有機(jī)農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 三、現(xiàn)代食品生物技術(shù)的作用“民以食為天”，任何國家要想取得進(jìn)步和發(fā)展，首要前

15、提是必須讓國民填飽肚子。 所以，食品工業(yè)始終是國民經(jīng)濟(jì)的主要組成部分。食品工業(yè)的發(fā)展水平直接代表一個國家民眾的生活水平與健康水平。1.現(xiàn)代食品生物技術(shù)對人類健康和營養(yǎng)的 影響（1）是解決人類食物短缺的主要途徑： 超級雜交稻分三個階段：第一個階段，畝產(chǎn)700kg，在2000年就實(shí)現(xiàn)了。第二個階段是2001年到2005年，畝產(chǎn)要800kg，這個我們提前一年實(shí)現(xiàn)了?，F(xiàn)在我們要2006年到2010年實(shí)現(xiàn)900kg再下一個就是1000公斤了。 2001年2月19日，中國工程院院士袁隆平獲2000年度“國家最高科學(xué)技術(shù)獎”。 2007年4月29日，世界雜交水稻之父、中國工程院院士袁隆平在美國首都華盛頓正式就任美國科學(xué)院外籍院士，是中國工程院院士中的惟一當(dāng)選者。 超級水稻之父（2）提高民眾的營養(yǎng)和健康水平：含有胡羅卜素的“金大米”；含減低膽固醇蛋白基因的“降膽固醇大米”；含積累鐵蛋白基因的“防貧血大米”；含有肝炎疫苗基因的水稻；（3）提高食品的耐存性：番茄（4）開發(fā)多種有利于健康的保健品：免疫乳、低聚糖、酶解牛乳、魚肉等。2.現(xiàn)代食品生物技術(shù)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境的影響：（1）促進(jìn)畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展：微生態(tài)制劑、生長素的使用，減少抗生素的使用、加快生長。改善肉品的質(zhì)量。（2）增加作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，減少環(huán)境污染：