食品生物化學(xué)

關(guān)于食品生物化學(xué)第一章緒論第一節(jié)食品生物技術(shù)涵義一、生物技術(shù)生物技術(shù)（biotechnology）：是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物（或生物組織、細(xì)胞及其他組成部分）的特性和功能，結(jié)合先進的工程技術(shù)手段，設(shè)計、構(gòu)建具有預(yù)期性能的新物質(zhì)或新品系，加工生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)的綜合性技術(shù)。第2頁,共57頁，2024年2月25日，星期天二、食品生物技術(shù)食品生物技術(shù)（foodbiotechnology）：是指在食品工業(yè)領(lǐng)域里所應(yīng)用的生物技術(shù)（BiotechnologyfortheFoodIndustry）,是食品科學(xué)技術(shù)與生物技術(shù)相互滲透而形成的一門交叉學(xué)科（FoodBiotechnology）。第3頁,共57頁，2024年2月25日，星期天一、傳統(tǒng)生物技術(shù)

生物技術(shù)的發(fā)展與食品發(fā)展的歷史是密不可分的，對促進人類社會的文明發(fā)展有著非常重要的意義，其發(fā)展簡史如下：

BC6000年，古埃及人和古巴比侖人利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)酒精；我國也在石器時代后期，開始利用谷物釀酒；

BC4000年，古埃及人開始用酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)面包；

BC221年，周代后期我國人民開始制作豆腐、醬油和醋生物技術(shù)的形成和發(fā)展第4頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

1865年當(dāng)時屬奧地利的布?。˙runn）基督教修道院的修士格里高·孟德爾（GregorJohannMendel），根據(jù)他8年植物雜交實驗的結(jié)果，2月8日在當(dāng)?shù)氐目茖W(xué)協(xié)會上宣讀了一篇題為“植物雜交實驗”的論文，1866年正式發(fā)表在該協(xié)會的會刊上。

但這一偉大的發(fā)現(xiàn)被擱置了35年，孟德爾臨終前說：“等著瞧吧，我的時代總有一天要來臨”第5頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

1900年，孟德爾定律的二次發(fā)現(xiàn)（1）荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)的教授狄夫瑞斯（deVries）他進行了月草雜交試驗，發(fā)現(xiàn)F2的分離比為3:1。1900年3月26日其論文“雜種分離法則”發(fā)表在《德國植物學(xué)會雜志》。狄夫瑞斯曾從L.H拜萊的《植物育種》中查到孟德爾的工作。他在德文版中提到了孟德爾的工作，但在法文版中卻只字未提。第7頁,共57頁，2024年2月25日，星期天（2）德國土賓根大學(xué)的教授科倫斯（Correns,C.E）他于1900年4月21日閱讀了狄夫瑞斯法文版的論文，發(fā)現(xiàn)其結(jié)論和自己的實驗結(jié)果相同，盡管文中未提到孟德爾，但科倫斯已從老師未格里處知道了孟德爾的工作，于是他撰寫了“雜種后代表現(xiàn)方式的孟德爾法則”一文，1900,4,24日發(fā)表在《德國植物學(xué)會雜志》(18)158-168。這對重新發(fā)現(xiàn)孟德爾法則起了重要的作用。第8頁,共57頁，2024年2月25日，星期天（3）奧地利維也納農(nóng)業(yè)大學(xué)的講師切爾邁克(Tschermak)

他也作了豌豆雜交試驗，發(fā)現(xiàn)了分離現(xiàn)象，撰寫了“關(guān)于豌豆的人工雜交”的講師就職論文，清樣出來后他讀到了狄夫瑞和斯科倫斯的論文，于是急忙投寄論文摘要，于1900，6,24日也發(fā)表在《德國植物學(xué)會雜志》。三個人的工作都發(fā)表在《德國植物學(xué)會雜志》，都證實了孟德爾法則。

以上3位植物學(xué)家?guī)缀跬瑫r證明了孟德爾遺傳規(guī)律，從此揭開了遺傳學(xué)研究的新紀(jì)元。第9頁,共57頁，2024年2月25日，星期天HugodeVries(1848-1935)CarlErichCorrens(1864-1933)ErichvonTschermak

(1871-1962)第10頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

1885年，巴斯德（LouisPasteur)首先證實發(fā)酵是由微生物引起的，并建立了微生物純種培養(yǎng)技術(shù)；

20世紀(jì)20年代，工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模采用純種培養(yǎng)技術(shù)發(fā)酵生產(chǎn)丙酮和丁醇；同時代，AlexanderFleming爵士發(fā)現(xiàn)了青霉菌可以產(chǎn)生青霉素，50年代青霉素大量生產(chǎn)，為人類疾病治療做出了巨大貢獻，同時帶動了發(fā)酵工業(yè)和酶制劑工業(yè)的發(fā)展；以上屬于傳統(tǒng)傳統(tǒng)意義上的食品生物技術(shù)，也是近代生物技術(shù)的建立和全盛時期。第11頁,共57頁，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)我們已經(jīng)知道,單個的細(xì)菌是十分微小的,它們的奧秘是怎樣被發(fā)現(xiàn)的?細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)者是誰?他為什么能發(fā)現(xiàn)細(xì)菌?第12頁,共57頁，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)者是誰?17世紀(jì)的荷蘭人列文虎克并非職業(yè)科學(xué)家，但是他十分熱衷自己制造顯微鏡經(jīng)過幾年的努力，他制造了能放大300倍的顯微鏡，是世界先進水平第13頁,共57頁，2024年2月25日，星期天列文·虎克用自制的顯微鏡觀察河水、人的精液、人的牙垢等，發(fā)現(xiàn)了一個新的世界他為什么能發(fā)現(xiàn)細(xì)菌?第14頁,共57頁，2024年2月25日，星期天他是怎樣讓世人知道他的發(fā)現(xiàn)的?列文·虎克把自己的發(fā)現(xiàn)仔細(xì)記錄下來他把觀察結(jié)果寄給了當(dāng)時的權(quán)威科學(xué)機構(gòu)——英國皇家學(xué)會，從此名揚天下，被譽為細(xì)菌學(xué)的開創(chuàng)者第15頁,共57頁，2024年2月25日，星期天他的成功是偶然的嗎？他善于發(fā)現(xiàn)和提出問題:微小的世界是怎樣的?制定實施實驗計劃:自制顯微鏡,堅持觀察各種微小物體60年,做詳細(xì)記錄善于表達(dá)和交流:把觀察結(jié)果寄給英國皇家學(xué)會他的做法就是一個標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)探究過程他還發(fā)現(xiàn)了毛細(xì)血管、人類的精子、多種原生動物，成功絕非偶然遺憾：微生物從哪來？自然發(fā)生說第16頁,共57頁，2024年2月25日，星期天微生物學(xué)之父：法國人路易斯·巴斯德巴斯德以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神向世人揭示了細(xì)菌的許多秘密。例如，細(xì)菌不會在自然界憑空出現(xiàn)第17頁,共57頁，2024年2月25日，星期天著名的巴斯德鵝頸瓶實驗讓認(rèn)為細(xì)菌是自然產(chǎn)生的人徹底閉嘴鵝頸瓶實驗的啟示：1細(xì)菌可以用高溫殺滅；2經(jīng)殺菌的食物不接觸細(xì)菌就不會腐敗第18頁,共57頁，2024年2月25日，星期天鵝頸瓶實驗原理的應(yīng)用1、外科手術(shù)用具的消毒，挽救了許多病人的生命第19頁,共57頁，2024年2月25日，星期天鵝頸瓶實驗原理的應(yīng)用2、巴氏消毒法，這種滅菌法由巴斯德發(fā)明,因此得名。牛奶、啤酒和葡萄酒、罐頭等，加熱到70～80℃維持5～30分鐘，就能消滅絕大部分細(xì)菌，但不會影響味道和營養(yǎng)。第20頁,共57頁，2024年2月25日，星期天二、現(xiàn)代食品生物技術(shù)的發(fā)展

R.Franklin&Wilkins在1952年底拍得了DNA的X-射線衍射照片第21頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1953年，沃森（J.D.Watson）和克里克（H.F.C.Crick）提出DNA分子是雙螺旋結(jié)構(gòu)（doublehelix），奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。第22頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

1962年，Wilkins、Watson和Crick獲的諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎第23頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1965年，法國科學(xué)家Jacob和Monod提出了著名的乳糖操縱子學(xué)說，開創(chuàng)了基因表達(dá)調(diào)控研究的先河；

1968年，美國科學(xué)家Nirenberg破譯了DNA的密碼，Holly闡明了酵母丙氨酸t(yī)RNA的核苷酸序列，Khorana首次合成核酸分子，并且人工復(fù)制了酵母基因；從而三人分享了諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎。FigureThelacoperonincludesthreegenes

第24頁,共57頁，2024年2月25日，星期天MarshallW.Nirenberg

RobertW.Holley

HarGobindKhorana

CornellUniversity

Ithaca,NY,USAUniversityofWisconsin

Madison,WI,USANationalInstitutesofHealth

Bethesda,MD,USA1/3oftheprize

1/3oftheprize

1/3oftheprize第25頁,共57頁，2024年2月25日，星期天20世紀(jì)60年代末，斯坦福大學(xué)的生物化學(xué)教授PaulBerg開始研究猴病毒SV40，于1972年獲得了世界第一例重組DNA，1980獲得諾貝爾化學(xué)獎；——生物技術(shù)時代的新紀(jì)元PaulBerg

WalterGilbert

FrederickSanger

1/2oftheprize1/4oftheprize1/4oftheprize第26頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1972年，美國加州大學(xué)的Boyer教授從大腸桿菌中分離出一種新的核酸酶EcoRⅠ，它可以特異性地切割DNA，這種新的核酸酶就是限制性內(nèi)切酶——生物學(xué)家有了強大的生物刀。

隨后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了近百種內(nèi)切酶，可以更加自如地對DNA進行操作。Boyer教授成為美國第一家上市生物公司Genentech的副總裁。HerbertBoyer

第27頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1977年，美國科學(xué)家Sanger設(shè)計出了一種DNA測序的方法，即雙脫氧法；同年，Maxam和Gilberg也發(fā)明了一種化學(xué)測序方法——兩種方法為DNA序列分析提供了有力工具，極大地推動了分子生物學(xué)的研究。FrederickSanger

WalterGilbert

1980年獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎第28頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1984年，德國人Kohler、美國人Milstein和丹麥人Jerne由于發(fā)展了單克隆抗體技術(shù)，完善了極微量蛋白質(zhì)的檢測技術(shù)而分享了諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎。NielsK.Jerne

CésarMilstein

GeorgesJ.F.K?hler

1/3oftheprize1/3oftheprize1/3oftheprize第29頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1986年，美國科學(xué)家Mullis發(fā)明了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PolymeraseChainReaction,PCR），為分子檢測、基因突變、基因工程提供了有力的工具，因此，1993年獲得諾貝爾化學(xué)獎。forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method

KaryB.Mullis

1/2oftheprize

第30頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)然，以上內(nèi)容只是促進現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展的幾個重要研究成果和里程碑！其實，還有許多重要的研究成果：如，1928年格里菲斯（FrederickGriffith）的細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗；Avery的離體轉(zhuǎn)化實驗等證明DNA是遺傳物質(zhì)第31頁,共57頁，2024年2月25日，星期天Meselson和Stahl關(guān)于DNA的半保留復(fù)制等為現(xiàn)代基因工程技術(shù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。與此同時，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)、現(xiàn)代發(fā)酵工程、現(xiàn)代酶工程、生物工程下游技術(shù)和現(xiàn)代分子檢測技術(shù)等也取得了長足的發(fā)展。第32頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)食品生物技術(shù)主要研究內(nèi)容第33頁,共57頁，2024年2月25日，星期天一、生物技術(shù)的基本內(nèi)容

及各內(nèi)容間的關(guān)系生物技術(shù)的基本內(nèi)容1基因工程（geneengineering）2發(fā)酵工程(fermentationengineering)3酶工程（enzymeengineering）4細(xì)胞工程（cellengineering）5蛋白質(zhì)工程（proteinengineering）第34頁,共57頁，2024年2月25日，星期天各內(nèi)容間的內(nèi)在關(guān)系四者彼此密切聯(lián)系、難以分割

;酶工程是從發(fā)酵工程分離出來的一部分．被稱為“分子水平上的發(fā)酵工程”；細(xì)胞工程中的動植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)也有人認(rèn)為應(yīng)列入發(fā)酵工程；蛋白質(zhì)工程又稱第二代基因工程；基礎(chǔ)和歸宿是發(fā)酵工程和酶工程。

第35頁,共57頁，2024年2月25日，星期天（一）基因工程（Geneengineering）是20世紀(jì)70年代以后興起的一門新技術(shù)，也稱DNA重組技術(shù)主要原理：以分子遺傳學(xué)為基礎(chǔ)，利用人工方法把生物的遺傳物質(zhì)分離出來，在體外進行切割、拼接和重組。然后將重組的DNA導(dǎo)入某種宿主細(xì)胞中，從而改變它們的遺傳性質(zhì)。這種創(chuàng)造新生物并賦予新生物以特殊功能的過程稱為基因工程

第36頁,共57頁，2024年2月25日，星期天（二）細(xì)胞工程（Cellengineering）基本原理體外大量培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)(也稱細(xì)胞雜交技術(shù))、細(xì)胞拆分、染色體工程和繁殖生物學(xué)技術(shù)等第37頁,共57頁，2024年2月25日，星期天（二）細(xì)胞工程（Cellengineering）基本原理體外大量培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)(也稱細(xì)胞雜交技術(shù))、細(xì)胞拆分、染色體工程和繁殖生物學(xué)技術(shù)等第38頁,共57頁，2024年2月25日，星期天（三）發(fā)酵工程（Fermentationengineering）主要原理包括微生物生長動力學(xué)，發(fā)酵條件的優(yōu)化和控制，生化反應(yīng)器的設(shè)計，以及產(chǎn)品的分離、提取和精制等技術(shù)

第39頁,共57頁，2024年2月25日，星期天（四）酶工程（Enzymeengineering）主要原理酶固定化技術(shù)、細(xì)胞固定化技術(shù)、酶化學(xué)修飾技術(shù)和酶反應(yīng)器設(shè)計等技術(shù)（五）蛋白質(zhì)工程（Proteinengineering）主要原理第40頁,共57頁，2024年2月25日，星期天二、食品生物技術(shù)的研究內(nèi)容1研究開發(fā)和生產(chǎn)食品新組分、新產(chǎn)品，特別是微生物細(xì)胞和真核細(xì)胞培養(yǎng)代謝物，以及用于功能性食品的天然活性物質(zhì)和功能性因子；2應(yīng)用生物技術(shù)，特別是酶和酶系，研究和解決食品及農(nóng)產(chǎn)品的加工過程和保藏中的問題；3提高傳統(tǒng)食品的品質(zhì)和工業(yè)化水平；4應(yīng)用酶法分析、免疫酶聯(lián)分析和DNA探針等生物技術(shù)研究食品、糧油、油脂與植物蛋白以及飼料的快速分析和質(zhì)量控制。（請對照教材P2-4學(xué)習(xí)。）第41頁,共57頁，2024年2月25日，星期天三、食品生物技術(shù)的發(fā)展趨勢1傳統(tǒng)釀造食品的技術(shù)改造2微生物酶制劑的開發(fā)和應(yīng)用3酵母系列產(chǎn)品及單細(xì)胞蛋白（SCP）的開發(fā)4酶法淀粉糖的發(fā)展5利用生物技術(shù)開發(fā)出的新食品材料不斷涌現(xiàn)6利用生物技術(shù)獲得功能性食品基料大有可為第42頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)生物技術(shù)的應(yīng)用第43頁,共57頁，2024年2月25日，星期天一、農(nóng)業(yè)二、醫(yī)藥三、環(huán)保四、化工第44頁,共57頁，2024年2月25日，星期天一、農(nóng)業(yè)：

1.轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物目前，世界種植的主要轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物有4種：玉米、棉花、大豆和油菜籽；其它轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物包括煙草、番木瓜、土豆、西紅柿、亞麻、向日葵、香蕉和瓜菜類。發(fā)達(dá)國家已經(jīng)或正在進行的田間試驗達(dá)數(shù)千次。發(fā)展中國家目前正在對約200種轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物進行田間試驗，其中在拉丁美洲田間試驗的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物達(dá)152種，非洲為33種，亞洲為19種。第45頁,共57頁，2024年2月25日，星期天從性能上區(qū)別，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物可分為4個種類：一是Bt農(nóng)作物，可抵御害蟲的侵害，減少殺蟲劑使用量；二是抗除草劑農(nóng)作物；三是抗病毒農(nóng)作物；四是營養(yǎng)增強型農(nóng)作物。第46頁,共57頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物正面臨市場危機科學(xué)上引起的激烈爭論：（1）基因轉(zhuǎn)移對生態(tài)環(huán)境的潛在影響；（2）抗病毒和抗害蟲農(nóng)作物的負(fù)面影響；（3）植入基因?qū)θ祟惡蛣游锝】档呢?fù)面影響。經(jīng)濟和社會原因：（1）國家之間的經(jīng)濟利益沖突；（2）各國之間的技術(shù)竟?fàn)?；?）消費者的經(jīng)濟利益；（4）消費者的文化背景和宗教信仰差異。

第47頁,共57頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物發(fā)展前景第一、與世界情況相反，美國轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物種植面積仍處在不斷增長之中，比5年前增加24倍。第二、世界轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物業(yè)已說服幾乎所有的國家政府和世界組織支持這一正在激烈爭議之中生物技術(shù)。

第三、隨著生物技術(shù)不斷完善，數(shù)年后肯定會出現(xiàn)可以同時給農(nóng)場主和消費者都帶來巨大好處的新型轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物品種。

第四、世界各國相關(guān)法律強化對轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的管理，但并不是絕對禁止。第48頁,共57頁，2024年2月25日，星期天一種植轉(zhuǎn)基因玉米中色氨酸含量提高20％，而色氨酸是人體必需氨基酸；轉(zhuǎn)基因油菜籽不飽和脂肪酸含量明顯增加，對心血管有利；轉(zhuǎn)基因米，所含的維生素A比普通大米多23倍。推廣這種大米，將有助于人們補充食物中維生素A的不足，尤其是對兒童，可