基因工程在食品科學(xué)中的應(yīng)用

1、,第三節(jié) 基因工程在食品產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用 利用基因工程改善食品原料的品質(zhì) 利用基因工程改進(jìn)食品生產(chǎn)工藝 利用基因工程生產(chǎn)食品添加劑及功能性食品,一、利用基因工程改善食品原料的品質(zhì),（一）改良動物食品性狀 （二）改造植物性食品原料 （三）改造食品微生物 （四）培育高抗的新品種,（一）改良動物食品性狀,為了提高乳牛的產(chǎn)奶量，可將利用大腸桿菌基因工程技術(shù)大量生產(chǎn)牛生長激素(BST)，之后注射到母牛體內(nèi)，既可達(dá)到提高母牛產(chǎn)奶量的目的，又不影響奶的質(zhì)量。,為了改良牛奶品質(zhì)： （1）提高牛奶中k-酪蛋白的含量：奶酪的產(chǎn)率與牛奶中k-酪蛋白的含量成正比，應(yīng)用基因工程將k-酪蛋白基因在奶牛乳腺中表達(dá)。 （2）生產(chǎn)

2、無乳糖牛奶：乳糖是牛奶中的主要糖分。對牛奶過敏的人群就是由于體內(nèi)缺乏能夠消化乳糖的乳糖酶的緣故。將乳糖酶基因在牛乳腺細(xì)胞中表達(dá)能產(chǎn)生無乳糖牛奶。,為了提高抗病能力： 2004 年，日美聯(lián)手利用基因工程手段培育出對瘋牛病 ( 牛海綿狀腦病， BSE) 具有免疫力的牛，這種牛不攜帶普里昂蛋白或其他傳染蛋白。 將編碼溶葡萄糖球菌酶的基因轉(zhuǎn)入奶?；蚪M中，可以有效預(yù)防由葡萄球菌引起的乳房炎。,同樣，為了提高豬的瘦肉含量或降低豬脂肪含量，可將采用基因重組技術(shù)生產(chǎn)的豬生長激素，注射至豬體內(nèi)，便可使豬瘦肉型化，有利于改善肉食品質(zhì)。 在豬的基因組中轉(zhuǎn)入人的生長素基因，豬的生長速度增加了一倍，豬肉質(zhì)量大大提高，

3、現(xiàn)在這樣的豬肉已在澳大利亞被請上了餐桌。,將草魚的生長激素基因注入鯉魚的受精卵，培育出一種帶有草魚生長激素基因的鯉魚和另一種具有草魚生長激素基因的三倍體鯉魚“吉鯉”。 帶有草魚生長激素基因的鯉魚，它150天可長至1200克，最大可達(dá)2000克；兩年可達(dá)5000克。它的生長速度比普通鯉魚快140%以上。 吉鯉具有草魚的生長快優(yōu)點，又具有鯽魚的味道。由于它不能生育，因而在推廣過程中不存在與其它魚類雜交引起生態(tài)危機(jī)之憂。,熒光斑馬魚,（二）改造植物性食品原料,1、提高植物性食品氨基酸含量 可以對賴氨酸代謝途徑中的各種酶進(jìn)行修飾或加工，從而使細(xì)胞積累更大量的Lys。,Asp,天冬氨酸激酶(AK),二氫

4、吡啶二羧酸合成酶(DHDPS),Lys,.,還可針對性地將富含某種特異性的氨基酸的蛋白基因轉(zhuǎn)入目的植物，以提高相應(yīng)植物中的特定氨基酸的含量。例如通過分析發(fā)現(xiàn)，玉米-phaseolin富含Met，將此蛋白基因轉(zhuǎn)入豆科植物，就可以大大提高豆科植物種子貯存蛋白的Met含量，而Met正是豆科植物種子貯存蛋白所缺少的成分。,2.增加食品的甜味,傳統(tǒng)的和替代的甜味劑的甜度比較,天然應(yīng)樂果蛋白咀嚼時比蔗糖大約甜1.0萬倍，是有兩條鏈通過弱的非共價鍵相互作用而形成的二聚體。A鏈由45個氨基酸殘基組成，B鏈由50個氨基酸殘基組成。研究表明，天冬氨酸AspB7可能是其甜味活性中心。Cys41、Ca2+等對其甜味也

5、產(chǎn)生影響。 但由于是由兩條多肽鏈組成，烹調(diào)過程中遇到的加熱、遇酸(例如醋酸、檸檬酸)等情況很容易使之解離，失去甜味。局限了它作為甜味劑的用途。,研究人員通過一段連接序列將A鏈和B鏈連接起來，制備了一條應(yīng)樂果甜蛋白的單鏈類似物SCM，并在大腸桿菌中表達(dá)成功，使通過基因重組技術(shù)來生產(chǎn)應(yīng)樂果甜蛋白成為可能。 人們采用化學(xué)方法合成出應(yīng)樂果蛋白基因，它可以編碼同時包括A、B兩條鏈的單鏈肽段。此融合蛋白在轉(zhuǎn)基因番茄和萵苣中進(jìn)行了表達(dá)，得到了具甜味、穩(wěn)定性和耐受力強(qiáng)的表達(dá)產(chǎn)物。,還可用基因工程的方法獲得新的糖類。例如環(huán)化糊精(CD)就是一種新的糖類物質(zhì)。這種物質(zhì)有可能作為一種新型甜味劑用于食品工業(yè)，研究表明

6、，環(huán)化糊精除了具有甜味外還有分解食物中的咖啡因和膽固醇等有害物質(zhì)的功能。將環(huán)化糊精糖基轉(zhuǎn)移酶(CGT)的基因轉(zhuǎn)入植物，可以在轉(zhuǎn)基因植物中獲得環(huán)化糊精。,3、改造油料作物,通過表達(dá)外源ACC基因，正向提高脂肪酸合成限速酶ACCase（乙酰-CoA羧化酶）的表達(dá)； 通過導(dǎo)入酵母溶血磷脂酸?；D(zhuǎn)移酶（SLC1-1）基因，提高脂肪酸合成脂類的速度，消除脂肪酸合成中的反饋抑制； EPA、DHA、AA及亞麻酸在油料作物中不能合成或只能微量合成，導(dǎo)入所缺乏的5-脂肪酸脫飽和酶、4-脂肪酸脫飽和酶和延伸酶等基因，以植物油脂中的脂肪酸為底物，合成AA（C20：4）、EPA（C20：5）、DHA（C22：6），實

7、現(xiàn)生物合成。,相關(guān)知識： 格陵蘭島位于北冰洋，是一個冰天雪地的銀色世界，島上居住的土著民族愛斯基摩人以捕魚為生，他們極難吃到新鮮的蔬菜和水果。就醫(yī)學(xué)常識來說，常吃動物脂肪而少食蔬菜水果易患心腦血管疾病。但事實上恰恰相反，愛斯基摩人不但身體非常健康，而且在他們當(dāng)中很難發(fā)現(xiàn)高血壓、冠心病、腦中風(fēng)、糖尿病、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、癌癥等疾病。這種不可思議的現(xiàn)象，同樣出現(xiàn)在日本一個島的漁民身上，這難道僅僅是巧合嗎？其中有沒有必然的聯(lián)系呢？科學(xué)家們對此產(chǎn)生了濃厚的興趣，歷經(jīng)十余年的潛心研究，謎底終于找到了，原來與他們每天吃的海魚中所含的物質(zhì)有關(guān)，那就是EPA、DHA。這兩種物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)給醫(yī)學(xué)和營養(yǎng)學(xué)帶來了重大的突破

8、。,用基因工程技術(shù)可以提高油脂中抗氧化劑的含量。 已成功地從擬南芥中克隆甲基轉(zhuǎn)移酶基因并轉(zhuǎn)導(dǎo)到了大豆中，甲基轉(zhuǎn)移酶是-生育酚形成生育酚的關(guān)鍵酶。轉(zhuǎn)這種酶基因的大豆能在不降低總生育酚的前提下，使-生育酚的含量提高80以上。,4、改良植物食品的蛋白質(zhì)品質(zhì),（1）外源基因的直接轉(zhuǎn)化與表達(dá) 為了提高Lys缺乏作物的營養(yǎng)品質(zhì)，構(gòu)建了兩個含高Lys蛋白質(zhì)基因cDNA的表達(dá)載體，用基因槍法將其導(dǎo)入玉米不同雜交組合的胚性愈傷組織，經(jīng)PCR 擴(kuò)增、點雜交及Southern 雜交表明該基因已整合進(jìn)玉米基因組中。測定13 株T1代種子中Lys的含量，其中有3 株Lys含量提高10%以上。 通過基因工程提高作物鐵蛋白

9、含量可改善飲食中鐵含量的不足。Goto 等將大豆鐵蛋白基因與水稻貯藏蛋白谷蛋白的啟動子（GluB-1）相連，通過農(nóng)桿菌導(dǎo)入水稻。免疫組織印記法證實大豆鐵蛋白在轉(zhuǎn)基因植株中特異性積累，其含量比對照提高了3 倍。,（2）導(dǎo)入經(jīng)修飾過的外源基因 由于大多數(shù)作物種子都含有豐富的貯藏蛋白，如通過密碼子修飾或插入相應(yīng)的基因序列來改變特定蛋白的氨基酸組成，也可以提高作物必需氨基酸的含量。 （3）導(dǎo)入人工合成基因 DNA 合成技術(shù)的不斷完善使合成能編碼含有特定必需氨基酸組份蛋白的基因成為可能。,如秘魯“國際馬鈴薯培育中心”培育出一種蛋白質(zhì)含量與肉類相當(dāng)?shù)氖眍?；轉(zhuǎn)移扁豆蛋白基因可獲得具有較高貯存蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)基因向

10、日葵。 我國在此方面也培育出了一批作物新品種，有的已經(jīng)在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。如山東農(nóng)業(yè)大學(xué)將小牛胸腺DNA導(dǎo)入小麥系814527，在第二代出現(xiàn)了蛋白質(zhì)含量高達(dá)16.51的小麥變異株；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所將大米草DNA引入水稻品種早豐，出現(xiàn)了籽粒蛋白質(zhì)含量高達(dá)12.74的受體變異類型。,如小麥、玉米等谷物種子缺乏賴氨酸，豆類作物種子缺乏蛋氨酸，將富含賴氨酸和蛋氨酸的種子基因進(jìn)行分離鑒定，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的作物中，可得到營養(yǎng)品質(zhì)較為完全的蛋白質(zhì)。 如將巴西堅果或豌豆蛋白基因轉(zhuǎn)入大豆中，獲得含有較高含硫氨基酸的轉(zhuǎn)基因大豆。,5、改善園藝產(chǎn)品的采后品質(zhì),（1）多聚半乳糖醛酸酶（PG） PG在果實成熟過程中合

11、成。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)得到的反義PG番茄，果實采后的貯藏期可延長1倍，可以減少因過熟和腐爛所造成的損失；果實抗裂、抗機(jī)械損傷、便于運輸；抗真菌感染；由于果膠水解受到抑制，用其加工果醬可提高出品率。 目前已經(jīng)從桃、獼猴桃、蘋果、西洋梨、砂梨、鱷梨、番茄、黃瓜、甜瓜、馬鈴薯、玉米、水稻、大豆、煙草、甜菜、油菜、擬南芥等植物中克隆得到PG的編碼基因。,(2)乙烯合成相關(guān)酶基因 采用基因工程手段可控制乙烯生成，如導(dǎo)入反義ACC（1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸）合成酶基因；導(dǎo)入反義ACC氧化酶基因。 ACC合成酶(簡稱ACS)基因： ACC合成酶是乙烯生物合成的關(guān)鍵酶，由一個多基因家族所編碼。 目前，已經(jīng)從番茄、

12、蘋果、康乃馨、綠豆、夏南瓜、筍瓜等植物中得到了ACC合成酶基因。1995年中國農(nóng)大羅云波等培育出轉(zhuǎn)反義ACS的轉(zhuǎn)基因的番茄，在室溫下可貯存3個月。,ACC氧化酶基因： 又叫乙烯形成酶(EFE)，也是乙烯生物合成途徑中的關(guān)鍵酶。在細(xì)胞中的含量比ACC合成酶還少，也是由一個多基因家族編碼。 目前已經(jīng)從番茄、甜瓜、蘋果、鱷梨、獼猴桃以及衰老的麝香石竹花、豌豆、甜瓜等分離出ACC氧化酶基因。 利用基因工程方法延緩蔬果成熟衰老、控制果實軟化，提高抗病蟲和抗冷害能力等方面均有廣闊的應(yīng)用前景。,（三）改造食品微生物,1. 改良微生物菌種 2. 改良乳酸菌遺傳特性 3. 酶制劑的生產(chǎn),1. 改良微生物菌種,最

13、早成功應(yīng)用的基因工程菌(采用基因工程改造的微生物)是面包酵母菌。 啤酒生產(chǎn)中要使用啤酒酵母，但由于普通啤酒酵母菌種中不含-淀粉酶，所以需要利用大麥芽產(chǎn)生的-淀粉酶使谷物淀粉液化成糊精，生產(chǎn)過程比較復(fù)雜。 采用基因工程技術(shù)，將大麥中-淀粉酶基因轉(zhuǎn)入啤酒酵母中并實現(xiàn)高速表達(dá)。這種酵母便可直接利用淀粉進(jìn)行發(fā)酵，無需麥芽生產(chǎn)-淀粉酶的過程，可縮短生產(chǎn)流程，簡化工序，推動啤酒生產(chǎn)的技術(shù)革新。,利用基因工程技術(shù)還可將霉菌的淀粉酶基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌，并將此基因進(jìn)一步轉(zhuǎn)入單細(xì)胞酵母中，使之直接利用淀粉生產(chǎn)酒精。這樣，可以省掉酒精生產(chǎn)中的高壓蒸煮工序，可節(jié)約能源60，并且生產(chǎn)周期大大縮短。,此外，食品生產(chǎn)中所應(yīng)用

14、的食品添加劑或加工助劑，如氨基酸、有機(jī)酸、維生素、增稠劑、乳化劑、表面活性劑、食用色素，食用香精及調(diào)味料等，也可以采用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)而得到，基因工程對微生物菌種改良前景廣闊。,基因工程應(yīng)用于發(fā)酵菌種的改良,2. 改良乳酸菌遺傳特性,（1）抗藥基因 目前，利用乳酸菌發(fā)酵得到的產(chǎn)品很多，如酸奶、干酪、酸奶油、酸乳酒等，已應(yīng)用的乳酸菌基本上為野生菌株。 有的野生菌株本身就抗多種抗生素，因而在其使用過程中，抗藥基因?qū)⒂锌赡芤越Y(jié)合、轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)化等形式在微生物菌群之間相互傳遞而發(fā)生擴(kuò)散。,利用基因工程技術(shù)可選育無耐藥基因的菌株，當(dāng)然也可去除生產(chǎn)中已應(yīng)用菌株中含有的耐藥質(zhì)粒，從而保證食品用乳酸菌和活菌制劑

15、中菌株的安全性。,（2）風(fēng)味物質(zhì)基因 乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)物中與風(fēng)味有關(guān)的物質(zhì)主要有乳酸、乙醛、丁二酮、3-羥基-2-丁酮、丙酮和丁酮等?？梢酝ㄟ^基因工程選育風(fēng)味物質(zhì)含量高的乳酸菌菌株。,（3）產(chǎn)酶基因 乳酸菌不僅具有一般微生物所產(chǎn)生的酶系，而且還可以產(chǎn)生一些特殊的酶系，如產(chǎn)生有機(jī)酸的酶系、合成多糖的酶系、降低膽固醇的酶系、控制內(nèi)毒素的酶系、分解脂肪的酶系、合成各種維生素的酶系和分解膽酸的酶系等，從而賦予乳酸菌特殊的生理功能。 若通過基因工程克隆這些酶系，然后導(dǎo)入到生產(chǎn)干酪、酸奶等發(fā)酵乳制品生產(chǎn)用乳酸菌菌株中，將會促進(jìn)和加速這些產(chǎn)品的成熟。另外，把膽固醇氧化酶基因轉(zhuǎn)到乳酸桿菌中，可降低乳中膽固醇含量。

16、,（4）耐氧相關(guān)基因 乳酸菌大多數(shù)屬于厭氧菌，這給實驗和生產(chǎn)帶來諸多不便。從遺傳學(xué)和生化角度看，厭氧菌或兼性厭氧菌幾乎沒有超氧化物歧化酶基因和過氧化氫酶基因或者說其活性很小。 若通過生物工程改變超氧化物歧化酶的調(diào)控基因則有可能提高其耐氧活性。當(dāng)然將外源SOD基因和過氧化氫酶基因轉(zhuǎn)入?yún)捬蹙?，也可以起到提高厭氧菌和兼性厭氧菌對氧的抵抗能力?（5）產(chǎn)細(xì)菌素基因 乳酸菌代謝不僅可以產(chǎn)生有機(jī)酸等產(chǎn)物，還可以產(chǎn)生多種細(xì)菌素，然而并不是所有的乳酸菌都產(chǎn)生細(xì)菌素，若通過生物工程技術(shù)將細(xì)菌素的結(jié)構(gòu)基因克隆到生產(chǎn)用菌株中，不僅可以使不產(chǎn)細(xì)菌素的菌株獲得生產(chǎn)細(xì)菌素的能力，而且為人工合成大量的細(xì)菌素提供了可能。,

17、3. 酶制劑的生產(chǎn),利用基因工程技術(shù)不但可以成倍地提高酶的活力，而且還可以將生物酶基因克隆到微生物中，構(gòu)建基因工程菌來生產(chǎn)酶。據(jù)1995年統(tǒng)計，已有50的工業(yè)用酶是用轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)的。 轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)酶的優(yōu)點： 產(chǎn)量高、品質(zhì)均一、穩(wěn)定性好、價格低等。,凝乳酶是第一個應(yīng)用基因工程技術(shù)把小牛胃中的凝乳酶基因轉(zhuǎn)移至細(xì)菌或真核微生物生產(chǎn)的一種酶。1990 年美國FDA已批準(zhǔn)在干酪生產(chǎn)中使用。 重組DNA技術(shù)生產(chǎn)小牛凝乳酶，首先從小牛胃中分離出對凝乳酶原專一的mRNA(內(nèi)含子已被切除)，然后借助反轉(zhuǎn)錄酶、DNA聚合酶和St核苷酸酶的作用獲得編碼該酶原的雙鏈DNA。再以質(zhì)?；蚴删w為運載體導(dǎo)入大腸桿菌

18、。,近20年來用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)的食品酶制劑主要有：凝乳酶、淀粉酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖異構(gòu)酶、轉(zhuǎn)化酶、脂肪酶、半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、乙酰乳酸脫羧酶、溶菌酶、堿性蛋白酶等。,在食品加工過程中，通過添加一些酶類，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以去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色澤；用脂酶和蛋白酶可加速奶酪的成熟；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，用于肉的嫩化。對于含有難消化成分的食品，可以通過添加一些酶類，改善這些食品的營養(yǎng)和消化利用性能。,（四）培育高抗的新品種,1、抗蟲基因工程迄今發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于提高植物抗蟲性的基因主要有兩類:一類是從微生物、

19、細(xì)菌中分離出來的抗蟲基因，如蘇云金桿菌毒蛋白基因(Bt基因)、異戊烯基轉(zhuǎn)移酶基因(ipt)；另一類是從植物中分離出來的抗蟲基因，如蛋白酶抑制劑基因(PI基因)、淀粉酶抑制劑基因、外源凝集素基因等。其中Bt基因和PI基因在農(nóng)業(yè)上利用最廣。此外，昆蟲特異性神經(jīng)毒素基因等也在研究當(dāng)中。,玉米田里的蟲害,為害癥狀,粘蟲 （又稱行軍蟲或剃稈蟲 ）,水稻田里的蟲害,稻薊馬危害狀 （受害葉葉尖枯黃，甚至枯死）,稻薊馬成蟲,抗蟲棉和普通棉對照,轉(zhuǎn)基因耐貯藏番茄（左）和普通番茄（右）,（1）ICP基因工程 ICP基因來自于蘇云金桿菌(Bacillus thuringiensis，Bt)。其營養(yǎng)體生長發(fā)育到一定階

20、段后，在其一端形成芽孢，在另一端形成伴胞晶體。伴胞晶體主要由蛋白質(zhì)和糖類組成。當(dāng)昆蟲吞食伴胞晶體后，在昆蟲腸道堿性條件和特定蛋白酶的作用下，伴胞晶體蛋白變成有活性的毒性分子。這種蛋白為-內(nèi)毒素（-endotoxin），被稱作殺毒結(jié)晶蛋白（insecticidal crystal protein, ICP）,（2）蛋白酶抑制劑基因工程 在自然界中的所有生命體中，尤其在植物中，都含有蛋白酶抑制劑(proteinase inhibitor，PI)。 蛋白酶抑制劑與昆蟲消化道內(nèi)的蛋白消化酶相結(jié)合形成酶抑制劑復(fù)合物(EI)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)不能被正常消化；同時EI復(fù)合物能刺激昆蟲過量分泌消化酶，使昆蟲產(chǎn)生厭食

21、反應(yīng)，干擾昆蟲的蛻皮過程和免疫功能 ，使昆蟲不能正常發(fā)育或死亡。,2、抗病毒病基因工程 外源的病毒外殼蛋白(coatprotein，CP)基因在導(dǎo)入植物細(xì)胞后，可能由于其RNA轉(zhuǎn)錄體與入侵病毒RNA間的相互作用使植物細(xì)胞獲得保護(hù)。 研究人員分別將煙草抗TMV的N基因、CMV的CP基因、CMV衛(wèi)星DNA的cDNA、TYLCV的CP基因、AIMV的CP基因等轉(zhuǎn)入番茄，所獲得的轉(zhuǎn)基因植株均對相應(yīng)的病毒侵染表現(xiàn)抗性。,3、抗除草劑基因工程 抗除草劑基因工程的策略： 將能降解除草劑的酶基因轉(zhuǎn)入植物； 修飾除草劑作用的靶蛋白； 促使靶蛋白過量表達(dá)。 aroA基因：沙門氏菌基因組中編碼的EPSPS酶（烯醇式

22、丙酮酰草莽酸-3-磷酸合成酶）的基因aroA發(fā)生點突變，使酶蛋白第101位的脯氨酸被絲氨酸取代，將克隆的突變基因aroA基因?qū)霟煵?，可獲得對草甘膦的抗性。,bar基因： 從土壤細(xì)菌中分離得到的bar基因，編碼PPT乙酰轉(zhuǎn)移酶，導(dǎo)入煙草、番茄和馬鈴薯等作物后，使作物獲得抗除草劑PPT（膦化麥黃酮）的能力，至今bar基因已被用作遺傳轉(zhuǎn)化時的標(biāo)記基因。,4、抗真菌病基因工程 抗枯病菌的煙草 、抗真菌的甘藍(lán)型油菜、抗立枯絲核菌的煙草、抗晚疫病的番茄等 5、抗細(xì)菌病基因工程 抗青枯病的番茄等 6、抗低溫基因工程 抗低溫的轉(zhuǎn)基因魚類,二、利用基因工程改進(jìn)食品生產(chǎn)工藝,（一）利用DNA重組技術(shù)改進(jìn)果糖和乙

23、醇生產(chǎn)方法 （二）改良啤酒大麥的加工工藝 （三）改良小麥種子貯藏蛋白的烘烤特性 （四）改善牛乳加工特性,（一）利用DNA重組技術(shù)改進(jìn)果糖和乙醇生產(chǎn)方法,1、利用微生物培養(yǎng)技術(shù)，大量生產(chǎn)所需的酶 2、利用-淀粉酶的高溫突變體進(jìn)行“高溫”生產(chǎn) 這種突變體可在8090時起作用，在這種高溫下進(jìn)行液化淀粉，加速淀粉的水解，同時節(jié)約正常淀粉酶水解的冷卻降溫所消耗的能量。,3、改變編碼-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的基因使它們具有同樣的最適溫度和最適pH值，使液化、糖化在同一條件下進(jìn)行，減少生產(chǎn)步驟，降低生產(chǎn)成本。 4、利用DNA重組技術(shù)獲得能夠直接分解粗淀粉的酶可降低能量消耗，提高效率，降低成本。 5、尋找或人工

24、“創(chuàng)造”一種分泌葡萄糖淀粉酶、發(fā)酵微生物葡萄糖淀粉酶能將淀粉全部水解成葡萄糖。在發(fā)酵過程中可不再添加淀粉酶，直接生產(chǎn)果糖或乙醇。,（二）改良啤酒大麥的加工工藝,啤酒生產(chǎn)流程： 麥芽制備麥芽粉碎糊化處理過濾 煮沸回旋沉淀冷卻發(fā)酵成熟過濾包裝 啤酒制造對大麥醇溶蛋白含量有一定要求，如果醇溶蛋白含量過高會影響發(fā)酵，使啤酒易產(chǎn)生混濁，也會增加過濾的難度。采用基因工程技術(shù)，使另一蛋白基因克隆至大麥中，便可相應(yīng)地降低大麥中的醇溶蛋白含量，以適應(yīng)生產(chǎn)的要求。,（三）改良小麥種子貯藏蛋白的烘烤特性,小麥種子貯藏蛋白對面包烘烤質(zhì)量有很大影響，特別是高分子谷蛋白5(x)和10(y)的亞基有助于面包質(zhì)量的改善，同時

25、谷蛋白的N端和C端含有Cys殘基，可形成分子間的二硫鍵，產(chǎn)生高分子量的聚合物，從而使面團(tuán)具有較好的彈性。 利用基因工程技術(shù)，通過增加谷物蛋白的5(x)和10(y)的亞基的拷貝數(shù)、引入Cys殘基以及改變交聯(lián)特性等手段，可使小麥具有更理想的加工特性。,（四）改善牛乳加工特性,在牛乳加工中如何提高其熱穩(wěn)定性是關(guān)鍵問題。牛乳中的酪蛋白分子含有絲氨酸磷酸，它能結(jié)合鈣離子而使酪蛋白沉淀。 采用基因操作，使酪蛋白分子中Ala-53被Ser所置換，但可提高其磷酸化，使酪蛋白分子間斥力增加，以提高牛奶的熱穩(wěn)定性，這對防止消毒奶沉淀和煉乳凝結(jié)起重要作用。,三、利用基因工程生產(chǎn)食品添加劑 及功能性食品,（一）生產(chǎn)氨

26、基酸 （二）生產(chǎn)黃原膠 （三）超氧化物歧化酶(SOD)的基因工程 （四）應(yīng)用于生產(chǎn)保健食品的有效成分,目前，國內(nèi)外重點研究開發(fā)的食品添加劑有：,甜味劑：木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等； 酸味劑：L蘋果酸、L琥珀酸等； 氨基酸：各種必需氨基酸； 增稠劑：黃原膠、普魯蘭、茁霉多糖、熱凝性多糖等； 風(fēng)味劑：多種核苷酸、琥珀酸鈉、香茅醇、雙乙酰等； 芳香劑：脂肪酸酯、異丁醇等； 色素：類胡蘿卜素、紅曲霉色素、蝦青素、番茄紅素等； 維生素：維生素C、維生素B12、核黃素、肉堿等； 生物活性劑：活性多肽等； 天然食品防腐劑：如乳鏈菌肽、殺菌肽、瓜蟾抗菌肽、防御素等。,（一）生產(chǎn)氨基酸,氨基酸是我

27、國新型的發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品之一，目前，國外已有5種氨基酸用重組菌實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，達(dá)到較高水平（如蘇氨酸、組氨酸、脯氨酸、絲氨酸和苯丙氨酸）。 生產(chǎn)色氨酸，在正常的色氨酸生物合成途徑中，其關(guān)鍵酶是鄰氨基苯甲酸合成酶。把編碼這種酶的基因，轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)色氨酸的菌株中使之正確高效表達(dá)，就會達(dá)到增加色氨酸的產(chǎn)量的目的。,（二）生產(chǎn)黃原膠,黃原膠是一種高分子的多糖，其物理化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，常被作為穩(wěn)定劑、乳化劑、加濃劑、懸浮劑使用，在食品加工中用途廣泛。,在奶酪的制作過程中，會產(chǎn)生一種叫做乳清的副產(chǎn)品。這種副產(chǎn)品乳糖含量高達(dá)3.54，還有少量的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和小分子有機(jī)物，但牛奶場卻很難處理這種乳清。研究發(fā)現(xiàn)，

28、大腸桿菌的1acZ操縱子包含了半乳糖苷酶和乳糖滲透酶的基因，這兩個基因置于XCampestris(野油菜黃單胞菌)啟動子的驅(qū)動下，轉(zhuǎn)入宿主的質(zhì)粒載體中，導(dǎo)入大腸桿菌，然后通過三親交配轉(zhuǎn)入Xcampestris。本來，野生型的Xcampestris不能利用乳糖，只能在以葡萄糖為碳源的環(huán)境中生產(chǎn)黃原膠，而用這兩個基因轉(zhuǎn)化后，Xcampestris菌可利用乳清高水平地生產(chǎn)黃原膠。,（三）超氧化物歧化酶(SOD)的基因工程,采用基因工程手段改良產(chǎn)酶菌株，近年來應(yīng)用于超氧化物歧化酶(SOD)。Hallewell等報道了人的SOD的cDNA的核苷酸序列、分子克隆和用Tacl啟動子在大腸桿菌中的高效表達(dá)。利

29、用酵母甘油醛磷酸脫氫酶啟動子指導(dǎo)人的SOD基因在酵母菌中高效表達(dá)，產(chǎn)生的人的SOD是可溶的，酶比活正常。酵母產(chǎn)生的人的SOD在其N末端乙?；?，它與人紅細(xì)胞的SOD物化特性相同?？梢姡媒湍副磉_(dá)生產(chǎn)人的SOD，具有廣泛的應(yīng)用前景。,（四）應(yīng)用于生產(chǎn)保健食品的有效成分,當(dāng)今，保健食品的發(fā)展有賴于基因工程這門新技術(shù)。現(xiàn)在，可以采用轉(zhuǎn)基因手段，在動植物或其細(xì)胞中使目的基因得到表達(dá)而制造有益于人類健康的保健成分或有效因子。 例如，將一種有助于心臟病患者血液凝結(jié)溶血作用的酶基因克隆至牛或羊，便可以在牛乳或羊乳中產(chǎn)生這種酶。又如，把人的血紅素基因克隆至豬中，那么，豬血可以用做人類血液的代用品。這些都是轉(zhuǎn)基因

30、動物生產(chǎn)特殊成分的例子。,思考題,1. 什么是基因工程？基因工程的操作步驟有哪些？ 2. 基因工程常用的工具酶有哪些？什么是限制性內(nèi)切酶？ 3. 什么是基因工程的載體？理想載體應(yīng)具有哪些特征？常用的載體有哪些？ 4. 什么叫目的基因？ 獲得目的基因的方法有哪些？目的基因與載體的連接方式有哪些？,5.說明重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞的方法。 6.基因工程中常用的分子生物學(xué)方法有哪些？ 7. 試述基因工程在食品工業(yè)上的應(yīng)用。,1.什么是基因工程？基因工程的操作步驟有哪些？ 從狹義上講：基因工程又稱DNA重組技術(shù)，是指將一種或多種生物體（供體）的基因與載體在體外進(jìn)行拼接重組，然后轉(zhuǎn)入到另一種生物體（受體）內(nèi)，使之按照人們的意愿遺傳并表達(dá)出新的性狀。,從廣義上講：基因工程是指重組DNA技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計與應(yīng)用，包括上游技術(shù)和下游技術(shù)兩大組成部分。 上游技術(shù)指的是基因重組、克隆和表達(dá)的設(shè)計與構(gòu)建（即重組DNA技術(shù)）。 下游技術(shù)則涉及到基因工程菌或細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)以及基因產(chǎn)物的分離純化過程。,基因工程的實現(xiàn)主要分為五個步驟：,制備目的基因（切）； 將目的基