第1章食品生物技术概论
食品生物技术
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 边缘学科，亦为知识和技术密集型学科。本学科既 是应用生命活动的基本原理，则必需掌握生物体结 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、化学及数学 等基础学科均有密切关系。同时工程化要求掌握生 物反应器的构造原理、生物反应工程原理、物质传 递规律、设备运转及其控制条件等基本知识，故与 化学工程原理、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关。
生 物 技 术的发展历史
两个发展阶段： 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。
食 品 生 物 技 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
生物技术对社会发展的影响
3 解决能源危机、治理环境污染 解决能源危机
杂草木屑植物秸秆等生产乙醇； 微生物发酵产生沼气或氢气 提高石油开采率
环境保护
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
食品生物技术-绪论
1965年，法国科学家Jacob和Monod提出了著名的乳 糖操纵子学说，开创了基因表达调控研究的先河；
Figure The lac operon includes three genes
1968年，Holly阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列， Khorana首次合成核酸分子，并且人工复制了酵母基因； 从而分享了诺贝尔医学和生理学奖。
Marshall W. Nirenberg
Robert W. Holley
1/3 of the prize
Cornell University Ithaca, NY, USA
1/3 of the prize
University of Wisconsin Madison, WI, USA
Har Gobind Khorana
• 基因工程还可以为发酵工程提供更优良的工程菌株，促 进食品发酵工业的发展
生物技术是将生物化学、细胞生物学、微生物学和化学 工程等应用于工业生产过程及环境保护的技术。
（三）国际经济合作及发展组织的定义（1982）
生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催 化剂(酶或活细胞)的作用对物料进行加工，以提供产品为社 会服务的技术
（四）1985年Moo-Young主编的《综合生物技 术》中的定义
生物技术的形成和发展
一、传统生物技术
生物技术的发展与食品发展的历史是密不可分的，对促进人 类社会的文明发展有着非常重要的意义，其发展简史如下：
BC 6000年，古埃及人和古巴比仑人利用微生物发酵生产 酒精； 我国也在石器时代后期，开始利用谷物酿酒； BC 4000年，古埃及人开始用酵母菌发酵生产面包； BC 221年，周代后期我国人民开始制作豆腐、酱油和醋
生物技术概论--第1章--总论
利用微生物在生长过程中积累的代谢产物, 生产食品工业原料,种类繁多。
生产贵重金属
利用微生物的浸矿技术对废渣矿、贫矿、尾 矿、废矿进行提炼。
1.5.5 生物技术的安全及其对伦理、道德、 法律的影响
基因工程对微生物的改造是否会产生某种有致 病性的微生物，这些微生物都带有特殊的致病 基因，如果它们从实验室逸出并且扩散，有可 能造成类似鼠疫那样的可怕疾病的流行。 转基因作物及食品的生产和销售，是否对人类和 环境造成长期的影响，擅自改变植物基因是否 可能引起一些难以预料的危险。
化学工程学
微电子技术 数学
基因工程是维系现代 生物技术各个研究领
域的桥梁和纽带
生物技术所涉及的行业种类
1.3 生物技术发展简史
传统生物技术 现代生物技术
1.3.1 传统生物技术的产生
从史前时代起，传统生物技术就一直为人 们所开发和利用，以造福人类。在石器时 代后期，我国人民就会利用谷物造酒，这 是最早的发酵技术。
利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能, 或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工 艺过程来生产人类所需产品的一项技术。它包 括酶的固定化技术、细胞的固定化技术、酶的 修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。
1.2.1.4 发酵工程(fermentation engineering)
利用微生物生长速度快、 生长条件简单以及代 谢过程特殊等特点，在合适条件下，通过现代 化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生 产出人类所需的产品称为发酵工程，也称微生 物工程。
现代生物技术概论
Introduction to Modern Biotechnology
讲授：明东风
课程信息
课程名称：《现代生物技术》 英文名称：Introduction to Modern Biotechnology 课程性质：学科教育选修课程 课程编号：G122005 院系专业：生命科学学院生物技术/生物科学专业 周 学 时：2学时（第1—16周/双周） 总 学 时：16学时（讲授） 学 分：1学分
食品生物技术导论
第一章食品生物技术：现代生物技术在食品领域中的应用，以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料。
基因工程：用人工的方法把不同生物的遗传物质（基因）分离出来，在体外进行剪切、拼接、重组，形成基因重组体，然后再把重组体引入宿主细胞或个体中以得到高效表达，最终获得人们所需要的基因产物。
细胞工程：细胞工程就是在细胞水平上，利用细胞学和现代分子生物学的研究成果，根据人们的需求设计改变细胞的遗传基础，通过细胞培养技术、细胞融合技术等，大量培养细胞乃至得到完整个体的技术。
蛋白质工程：蛋白质工程是通过对蛋白质化学、晶体学和动力学的研究，获得有关蛋白质理化和分子特性的信息，然后进一步对蛋白质进行有目的设计和改造。
大致可分为两方面：基因水平上的蛋白质改造；蛋白质修饰，即蛋白质翻译后的基因修饰。
酶工程：利用酶的催化作用进行物质转化的技术，是酶学理论、基因工程、蛋白质工程、发酵工程相结合形成的一门新技术。
发酵工程是生物技术的重要组成部分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基本原理有机地结合起来，建立在基因工程基础上的一门应用技术型学科。
生物工程下游技术：指将发酵工程、酶工程、蛋白质工程和细胞工程生产的生物原料，经过提取、分离、纯化、加工等步骤，最终形成产品的技术。
第二章基因工程作为生物技术的核心内容，已成为现代高息技术的标志之一基因工程：用人工的方法把不同生物的遗传物质（基因）分离出来，在体外进行剪切、拼接、重组，形成基因重组体，然后再把重组体引入宿主细胞或个体中以得到高效表达，最终获得人们所需要的基因产物。
基因工程的基本过程就是利用重组DNA技术，在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行增殖，并使重组基因在受体内表达，产生出人类需要的基因产物。
基因工程的操作过程：一.在供体细胞中用限制性内切酶切割基因，以分离出含有特定的基因片段或人工合成目的基因并制备运载体（质粒，病毒或噬菌体）二.把获得的目的基因与制备好的运载体用DNA连接酶连接成重组体三．把重组体引入宿主细胞四.筛选、鉴定出含外源目的基因的菌体或个体DNA提取的基本步骤包括生物材料的准备、细胞裂解、DNA的分离和纯化。
食品生物技术
食品生物技术绪论名词解释1 食品生物技术食品生物技术(food biotechnology)：是现代生物技术在食品领域中的应用，是指以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其它学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料2 基因工程基因工程：通过一系列技术操作过程，获得人们预先设计好的生物，该生物所具有的特性往往是自然界不存在的。
是用人工的方法把不同生物的遗传物质（基因）分离出来，在体外进行剪切，拼接，重组形成基因重组体，然后再把重组体引入宿主细胞或个体中得以高效表达，最终获得人们所需要的基因产物。
3 细胞工程细胞工程(cell engineering)：在细胞水平研究、开发、利用各类细胞的工程。
是人们利用现代细胞分子生物学的研究成果，根据需求设计改变细胞的遗传基础。
4 蛋白质工程蛋白质工程(protein engineering)：通过对Pr化学、Pr晶体学和动力学的研究，获得有关Pr理化特性和分子特性的信息，以此为基础有目的设计改造编码蛋白的基因，通过基因工程技术获得可以表达Pr的转基因生物系统，该生物系统可以是转基因微生物、转基因植物、转基因动物，或细胞系统。
最终产出改造过的Pr5 酶工程酶工程(enzyme engineering)：利用酶催化作用进行物质转化的技术，是酶学理论、基因工程、蛋白质工程、发酵工程相结合而形成的一门新技术6 发酵工程发酵工程是将微生物学、生物化学和化学工程等学科基本原理有机结合，是建立在基因工程技术基础上的一门应用技术性学科。
7 生物工程下游技术生物工程下游技术(biotechnique downstream processing)：将发酵工程、酶工程、蛋白质工程和细胞工程生产的生物原料，经过提取、分离、纯化、加工等步骤，最终形成产品的技术第二章（94页）1 基因工程基因工程：通过一系列技术操作过程，获得人们预先设计好的生物，该生物所具有的特性往往是自然界不存在的。
《食品生物技术》课程教学大纲
《食品生物技术》课程教学大纲课程名称：食品生物技术课程类别：拓宽性课程适用专业：食品科学与工程考核方式：考查总学时、学分：32 学时 1.5 学分其中实验学时：8 学时一、课程教学目的通过本课程的理论教学，使学生掌握基因工程的基本操作技术、以及酶的分离纯化与固定化技术等，了解发酵工程、基因工程及生物分离工程等在食品工业中的应用。
二、课程教学要求本课程要求给学生介绍生物技术的基本理论，包括基因工程、酶工程、细胞工程以及发酵工程以及几种生物技术在食品工程中的各个方面的具体应用技术，使学生在理论学习的基础之上，强化现代生物技术在食品加工、贮藏、检验等相关领域的应用潜力。
三、先修课程食品生物学、食品化学、食品免疫学、食品微生物学。
四、课程教学重、难点重点：基因工程、酶工程、细胞工程的基本理论和相关技术难点：基因工程基本理论和相关技术五、课程教学方法与教学手段采用启发式和问题情景式教学，启发学生的思维，将课堂讲授和学生自学和课堂讨论相结合的形式组织教学。
充分应用多媒体教学工具，大量使用图片、视频等教学资源，使得课堂更加生动活泼，提高课堂师生之间的互动性，充分调动学生的主观参与性，提高教学效果。
在课余组织学生就相关专题进行资料查阅与讨论。
六、课程教学内容第一章绪论（2学时）1．教学内容(1) 生物技术的基本概念；(2) 生物技术的研究内容；2．重、难点提示(1) 重点是生物技术的基本概念；(2) 难点是生物技术的研究内容；第二章发酵工程（0学时，自学）1．教学内容(1) 发酵工程的原理，过程控制；(2) 熟悉发酵产物的分离纯化基本原理生物技术的研究内容；2．重、难点提示(1) 重点是发酵产物的分离纯化基本原理；(2) 酶的高效分离纯化方法，难点是发酵工程的原理，过程控制；第三章细胞工程（5学时）1．教学内容(1) 发酵工程的原理，过程控制；(2) 熟悉发酵产物的分离纯化基本原理生物技术的研究内容；2．重、难点提示(1) 重点是发酵产物的分离纯化基本原理，酶的高效分离纯化方法；(2) 难点是发酵工程的原理，过程控制；第四章酶工程（5学时）1．教学内容(1) 了解酶生物发酵技术原理，掌握微生物发酵产酶特点、工艺条件及影响产酶效率的因素，熟悉酶的分离纯化基本原理；(2) 掌握酶的高效分离纯化方法理解酶与细胞固定化基本原理，熟悉酶固定化技术，掌握酶及细胞固定化方法；2．重、难点提示(1) 重点是酶的分离纯化基本原理、酶及细胞固定化基本原理；(2) 难点是酶及细胞固定化基本原理；第五章基因工程（6学时）1．教学内容(1) 掌握基因工程的主要内容及其组成部分的关键技术及原理；(2) 掌握基因工程的技术及原理；了解基因工程在食品中的应用，并熟悉典型案例；2．重、难点提示(1) 重点是基因工程的主要内容及其组成部分的关键技术；(2) 难点是基因工程关键技术；第六章生物技术在食品加工中的应用（2学时）1．教学内容(1) 基因工程和酶工程在食品加工中的应用；(2) 细胞工程和现代发酵工程在食品加工中的应用；2．重、难点提示(1) 重点是基因工程、酶工程、细胞工程和现代发酵工程在食品加工中的应用现状；(2) 难点是基因工程、酶工程在食品加工中的应用；第七章生物技术在食品保鲜中的应用（2学时）1．教学内容(1) 酶法保鲜、生物防治技术保鲜的具体原理和技术；(2) 利用遗传基因工程技术保鲜的具体原理和技术；2．重、难点提示(1) 重点是酶法保鲜、生物防治和利用遗传基因工程技术保鲜的具体原理和技术；(2) 难点是酶法保鲜、生物防治和利用遗传基因工程技术保鲜的具体原理；第八章生物技术在食品品质检测中的应用（2学时）1．教学内容(1) 酶传感器、核酸指纹、PCR技术的原理和应用；(2) 酶联免疫吸附（ELISA）检测技术和基因芯片检测技术的原理和应用；2．重、难点提示(1) 重点是酶传感器、核酸指纹、PCR技术、酶联免疫吸附（ELISA）检测技术和基因芯片检测技术的原理；(2) 难点是核酸指纹、PCR技术、酶联免疫吸附（ELISA）检测技术和基因芯片检测技术的原理；七、实验教学内容（无课内实验的不填此项内容）实验项目(一) 酸乳的制作（2学时）：（1）项目类别：必做□√选做□（2）项目性质：演示性□ 验证性□ 设计性□ 综合性□√（3）项目主要目的要求：掌握酸乳的加工原理，熟悉酸乳加工的操作要点（4）主要仪器：不锈钢锅、电磁炉、温度计、培养箱实验项目(二) 酵母细胞的固定化（2学时）：（1）项目类别：必做□√选做□（2）项目性质：演示性□ 验证性□√设计性□ 综合性□（3）项目主要目的要求：了解细胞固定化的原理，掌握酵母细胞固定化实验操作。
《食品生物技术》课程笔记
《食品生物技术》课程笔记第一章：食品生物技术概述一、食品生物技术的定义食品生物技术是指应用生物学、分子生物学、微生物学、生物化学、遗传学等生命科学的基本原理和方法，通过现代生物技术手段对食品原料进行改良、加工、保存和检测，以生产出更安全、营养、美味和方便的食品的技术。
二、食品生物技术的分类1. 传统生物技术- 发酵技术：利用微生物的代谢活动来生产食品，如酸奶、啤酒、酱油等。
- 酶技术：利用酶的催化作用来改进食品加工过程，如淀粉糖化、蛋白质水解等。
2. 现代生物技术- 基因工程技术：通过改变生物体的遗传物质，实现特定性状的改良，如转基因作物。
- 细胞工程技术：利用细胞培养和繁殖技术，进行植物和动物的快速繁殖，如组织培养。
- 酶工程技术：通过基因克隆和蛋白质工程，生产高活性、特定功能的酶制剂。
- 蛋白质工程技术：设计和改造蛋白质，提高其稳定性和功能，如改良的酶和抗体。
三、食品生物技术的特点1. 安全性- 通过生物技术手段降低食品中的有害物质，如利用抗病基因减少农药使用。
- 通过生物检测方法快速识别食品中的病原体和毒素。
2. 营养性- 通过基因工程提高食品中的营养成分，如富含维生素A的黄金大米。
- 通过发酵技术增加食品中的益生菌含量，改善肠道健康。
3. 便捷性- 利用生物技术开发即食食品，简化食品加工流程，提高生产效率。
- 通过生物保鲜技术延长食品货架期，方便消费者储存和使用。
4. 创新性- 利用生物技术创造新型食品，如人造肉、低糖水果等。
- 通过生物工程技术开发新药和功能性食品，满足特定人群需求。
四、食品生物技术的发展历程1. 古代阶段- 早在公元前，人类就开始利用微生物发酵技术生产食品，如酿酒、制酱等。
- 传统的食品保存方法，如盐腌、糖渍等，也是早期生物技术的应用。
2. 近现代阶段- 19世纪末至20世纪初，科学家们揭示了微生物发酵的原理，并开始工业化生产酶制剂。
- 20世纪中期，发酵技术在食品工业中得到广泛应用，如抗生素的生产。
食品生物技术课程教学大纲
食品生物技术课程教学大纲课程名称：食品生物技术英文名称：Food Biotechnology课程编号：x3030401学时数：32其中实验（实训）学时数：8 课外学时数：0学分数：2.0适用专业：生物工程专业一、课程的性质和任务本课程是生物工程专业开设的一门专业方向课，目的是让学生在掌握生物技术基础理论的基础上，了解国内外关于生物技术在食品工业中的应用的概况和研究进展，并能运用现代生物技术去设计新型食品和食品原料，改进食品生产工艺。
通过这门课程的学习，要求学生正确理解食品生物技术方面的相关原理，掌握各类食品生物技术在应用中的加工方法，做到既能掌握典型食品生物技术方面的理论知识，又能具备一定的实际操作能力。
本课程是一门综合性和实践性很强的应用学科，在教学中要注意课堂教学与实践教学的联系和结合，在学习必要的基础理论知识的同时，着重加强学生实际操作能力的训练和培养，为此在学期末安排8学时实验。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点本课程的主要内容是系统介绍生物技术，即发酵工程、酶工程的基本理论和操作技术。
通过教学，使学生掌握工业菌种分离保藏技术、工业培养基的配制技术、实验室和生产车间的种子扩大培养技术以及酶的生产和分离纯化技术、酶的固定化技术等，了解发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程和蛋白质工程在食品工业中的应用。
具体教学内容的基本要求与重点、难点如下：（一）绪论基本要求：（1）生物技术的定义和研究内容（2）生物技术的形成和发展简史（3）食品生物技术的基本特征和研究内容介绍本门课程的研究对象、方法、内容及对学生的要求、教学安排和考核方式。
掌握生物技术的定义以及食品生物技术的基本特征和研究内容，了解生物技术的发展简史和现代食品生物技术的作用。
重点：生物技术的定义以及食品生物技术的基本特征和研究内容。
难点：发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程和蛋白质工程的概念和相互之间的关系。
（二）酶工程与食品产业基本要求：（1）酶工程原理和方法（2）酶工程与食品加工（3）酶工程与功能性食品配料（4）酶工程与食品原料的改良（5）新型酶制剂及其应用掌握酶制剂的生产、酶的提取、纯化、酶活力的测定以及酶的固定化，了解酶工程与食品加工、酶工程与功能性食品配料、酶工程与食品原料的改良以及新型酶制剂及其应用。
食品加工新技术
⾷品加⼯新技术绪论1、⾷品加⼯技术的特点：安全性；可靠性；灵活性；易于接受性。
2、⾷品加⼯技术发展⽅向：设备: 连续化、⾃动化，传统⾷品⼯艺⼯业化。
产品: 多样化、⽅便化、成本低、品质好。
流通：安全、⾼效。
3、⾷品加⼯技术的发展趋势：提⾼原料的利⽤率；提⾼⼯作效率；营养性和稳定性⾼；天然原料的保存；特殊作⽤。
第⼀章、⾷品⽣物技术1、⾷品⽣物技术：是通过⽣物技术⼿段，利⽤⽣物程序⽣产细胞或其代谢物质来制造⾷品，改进传统⽣产过程，以提⾼⼈类⽣活质量的科学技术。
2、发酵⼯程：指利⽤微⽣物⽣长与代谢活动，通过现代⼯程技术⼿段进⾏⼯业规模化⽣产的技术；它是⼀门微⽣物学、⽣物学和化学⼯程学有机结合的多学科、综合性的科学技术。
3、发酵⼯程的特点：主要以可再⽣资源为原料；反应条件温和；环境污染少；能⽣产⽬前不能⽣产或通过化学⽅法⽣产困难的性能优异的产品；投资少。
4、发酵⼯程技术的发展趋势：微⽣物资源的开发与利⽤；发酵⼯程技术与其他技术相结合；新型发酵设备的研制；重视下游⼯程技术。
5、酶⼯程（酶技术）：指利⽤酶的催化作⽤，在⼀定的⽣物反应器中，将相应的原料转化成所需要的产品的过程。
6、酶的性质：极⾼的催化效率；⾼度的底物特异性；对环境变化的敏感性；酶促反应的可调节性。
7、固定化酶：指与⽔不溶性载体结合，在⼀定的空间范围内起催化作⽤的酶。
8、固定化酶的特点：易与反应液分开；可较长时期、反复使⽤，从⽽使成本降低；酶的稳定性提⾼；较易控制终⽌酶反应的进程；产物纯化简便；提供了研究酶动⼒学的良好模型。
9、固定化酶的⽅法：吸附法（通过载体表⾯和酶分⼦表⾯间的次级键相互作⽤⽽达到固定⽬的的⽅法，是固定化中最简单的⽅法。
可分为物理吸附法和离⼦吸附法。
）包埋法（将酶包埋在⾼聚物的细微凝胶⽹格中或⾼分⼦半透膜内的固定化⽅法。
）共价结合法（酶蛋⽩上⾮活性必需基团（氨基酸残基）与载体通过共价键形成不可逆的联结。
）交联法（依靠双功能基团试剂，使酶蛋⽩分⼦间发⽣交联，凝集成⽹状结构，从⽽成为不溶性酶。
《生物技术概论》教学大纲(精)
《生物技术概论》教学大纲一，简介本课程以宋思扬主编《生物技术概论》为教程，用通俗易懂的方式介绍各项生物技术的基本原理和基本知识，是非生物学专业的本科生能够了解生物技术基本知识框架，促进其他学科的本科生对生物技术的关注，促进化学，物理，数学，地理等专业学生从事与生物技术相关的工作，促进文科有关专业的学生了解生物技术的基本知识，了解生物学对社会，文化，道德，伦理等的影响。
二，主要参考书：⒈宋思扬，楼士林，《生物技术概论》，1999，北京，科学出版社⒉马大龙，《生物技术制药》，2001，北京，科学出版社⒊莽克强，《农业生物工程》，1998，北京，化学工业出版社⒋翟礼嘉，顾红雅，胡苹等，《现代生物技术概论》，1998，北京，高等教育出版社三，主要内容：第一章生物技术总论（2学时）1．1 生物技术的含义1．2 生物技术发展简史1．3 生物技术对经济社会发展的影响第二章基因工程（6学时）2．1 核酸的1核酸的结构和功能2．2 基因工程工具酶2．3 基因克隆载体2．4 目的基因2．5 目的基因导入受提细胞2．6 克隆的筛选2．7 基因工程进展隆的7基因工程进展第三章细胞工程（4学时）3．1 细胞工程的基本知识3．2 植物细胞工程3．3 动物细胞工程3．4 微生物细胞工程第四章发酵工程（5学时）4．1 发酵工程基本知识4．2 发酵过程的工艺控制4．3 发酵设备概述4．4发酵产物的加工4．5发酵工业概况第五章酶工程（5学时）5．1 酶的基本知识5．2 酶的发酵生产和分离纯化5．3酶分子的改造5．4酶和细胞的固定化第六章生物技术与农业（3学时）6．1 植物生物技术6．2 动物生物技术第七章生物技术与食品7．1 生物技术与食品加工7．2 生物技术与食品检验第八章生物技术与医疗（5学时）8．1 生物技术与疫苗8．2 生物技术与疾病诊断8．3生物技术与生物制药8．4基因治疗8．5人类基因组计划第九章生物技术与能源（2学时）9．1 微生物与石油开发9．2 生物技术与新能源第十章生物技术与环境（4学时）10．1 生物技术与污水处理大气净化10．2 基因工程与污染治理10．3 生物技术与环境监测10．4 生物技术的安全性及对社会的影响共计36学时四，任课教师简介：杨建雄，男，1954年生，生命科学学院生化与分子生物学专业教授，高校教龄23年，多年承担本科生《生物化学与分子生物学》，《营养与食品卫生学》，《食品生物化学》等课程，研究生《生物化学与分子生物学技术》，《高级生物化学》等课程，出版的著作有：《生物化学简明教程》（高等教育出版社，1999），《生物化学与分子生物学实验技术教程》（科学出版社，2002），《人体营养与食品卫生》（陕西教育出版社，1992），曾任教育部生物化学与分子生物学教学指导组成员，生命科学学院副院长，现任陕西省生物化学学会常务理事，校教学指导委员会委员，生科院教学直到委员会委员，生物化学与分子生物学教研室主任。
《食品生物化学》课程笔记
《食品生物化学》课程笔记第一章绪论一、食品生物化学的定义与研究内容1. 定义：食品生物化学是一门交叉学科，它结合了生物学、化学和食品科学的原理，专注于研究食品中的生物大分子（如蛋白质、碳水化合物、脂质、核酸）以及它们在食品中的功能、相互作用、代谢过程和食品品质的变化。
2. 研究内容：（1）生物大分子的结构与功能：- 蛋白质：研究氨基酸的组成、蛋白质的一级、二级、三级和四级结构，以及蛋白质的折叠、稳定性、酶活性等。
- 碳水化合物：探讨单糖、寡糖和多糖的结构，以及它们的物理和化学性质。
- 脂质：研究脂肪酸、甘油、磷脂、固醇等脂质的结构和功能。
- 核酸：分析核苷酸组成、DNA和RNA的结构，以及它们在遗传信息传递中的作用。
（2）生物化学反应：- 探索酶促反应的机理、动力学和调控。
- 研究代谢途径中的关键酶和调控因子。
- 分析食品加工和储藏过程中的化学反应。
（3）代谢途径：- 碳水化合物的代谢：如糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径等。
- 脂质代谢：包括脂肪酸的合成、分解和氧化。
- 氨基酸代谢：涉及氨基酸的合成、分解和转化。
- 核酸代谢：包括DNA和RNA的合成、修复和降解。
（4）生物活性物质：- 研究食品中的功能性成分，如抗氧化剂、抗炎剂、益生元等。
- 分析这些成分的生物活性及其对健康的影响。
（5）食品加工与营养：- 研究食品加工过程中生物大分子的变化，如加热、冷却、压力处理等对食品成分的影响。
- 探讨食品营养成分的消化、吸收和代谢。
二、食品生物化学的发展历程1. 起源阶段（19世纪末至20世纪初）：- 早期的研究主要集中在食品的化学组成上，如糖类、蛋白质和脂肪的分析。
- 生物化学家开始关注酶的作用和食品腐败的过程。
2. 形成阶段（20世纪30年代至50年代）：- 食品生物化学作为一门独立学科逐渐形成，研究重点转向生物大分子的结构和功能。
- 发展了多种分析技术和方法，如色谱、电泳、光谱分析等。
3. 发展阶段（20世纪60年代至今）：- 研究领域不断拓展，涉及分子生物学、遗传工程、生物技术在食品中的应用。
生物科技-食品生物技术概论 精品
（三）国际经济合作及发展组织的定义（1982）
生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化 剂(酶或活细胞)的作用对物料进行加工，以提供产品为社会服 务的技术
（四）1985年Moo-Young主编的《综合生物技术》中的定义 生物技术是对生物作用和生物物料加以评价和应用，并进行
下游工程：从反应液中提取目的产物 加工 精制成合格产品。
5、生物技术涉及的具体技术包括:
DNA重组、细胞培养及融合、 抗体制备技术,
干细胞培养及定向分化, 显微注射技术,
动物饲养技术,
转基因技术, 胚胎克隆, 细胞及酶的固定化技术,
随着反向生物学的问世, 在20世纪八十年代诞生了 生物技术(Biotechnology)这门新学科。
生物技术学科的地位
世界新技术革命的主角之一, 生物技术
与新材料, 信息技术(包括微电子、计算机)一 起已成为新产业革命三大支柱之一；
阳光技术，朝阳产业，黄金工程，倍 受世界各国重视。
生物技术将成为21世纪高技术革命的核心 内容。
4．了解国内外生物技术发明创新保护与生物 安全性政策法规。
课程讲授的重点
①食品生物技术的基本概念、术语、基础理 论和基本技术;
②食品生物技术在科技教育、科学研究和生 产领域中的应用;
③使学生全面掌握食品生物技术的基本知识 和基本技术，并与相关学科有机衔接，使 其融会贯通，进一步系统化而形成完整的 知识和技术体系。
生物技术的重要性
有助于解决全球的重大难题：资源（能 源）、人口、粮食、生态环境、健康与疾病 和战争与灾害；
促进传统产业的技术改造和新产业的形成， 对人类社会生活产生深远的革命性影响；
第1章食品生物技术概论
生物技术与环境
3、生态环境生物防治和生物修复技术
生物修复是指利用生物的代谢活动减少环境
(包括土壤、地表及地下水或海洋)中有毒有害 化合物的工程技术系统
应用土壤植物和微生物修复
生物技术与环境
4、环境友好可再生 生物材料和能源开发技术
生物降解塑料——―天然产品聚交酯” 微生物在不平衡生长（如氮或磷不足）条件下，以颗粒
营养水平；健康水平；提高水果和蔬菜的货架期；预防疾病；
生物技术是指应用生物科学及工程学原理，依靠 生物体系作反应器，将物料进行加工改造，获得人类 所需产品的技术。
现代生物技术定义：
以现代生命科学为基础, 把生物体系与
工程学技术有机结合在一起，按照预先的 设计，定向地在不同水平上改造生物遗
传性状或加工生物原料, 产生对人类有用 的新产品(或达到某种目的)之综合性科学 技术。
功能稻米
基尔米：拥有降血压、改善睡眠、减肥美容等功能的大 米，售价最高的一种达１８元钱１斤
生物技术基因工程为培育抗病虫的作物提供了新的手段
目前，已经获得的转基因抗虫农作物包括烟草、番茄、 马铃薯、棉花、玉米等
在抗逆境育种上的应用为克服干旱、盐碱等提供 新思路
核心:
蛋白质空间结构, DNA重组, 人工定向改 造蛋白质功能域构象, 使得功能改变。 这被称为是生物技术发展的第二浪, 如通 过增加或减少人工二硫键、置换氨基酸等修 饰技术, 提高或改变活性多肽 (激素、酶、 细胞因子) 的稳定性。
1、生物技术与粮食
提高产量、品质
哪种大米更有益身体健康？
普通大米实际上不是“健康食品”
食品保鲜：乳酸菌肽防腐
食品生物技术概论廖威第四章发酵工程及其在食品工业
脂肪 •螺旋藻具有低脂肪、低胆固醇的特点，其 脂类含量仅为4％左右，其中γ-亚麻酸占1％， 这种高度不饱和脂肪酸对降低胆固醇和作为 前列腺素合成的前体，并对降压、止痛、消 炎等具有重要的药理作用。
维生素 •螺旋藻中含有多种维生素，其中维生素 B12含量丰富，维生素E的含量也比麦芽的 含量高。
•美国Earthrise公司生产的螺旋藻片剂、粒剂和粉 剂，零售价格为129美元／kg
食品生物技术概论廖威第四章发酵工 程及其在食品工业
➢美国“Better Nutrition‘’杂志列举了螺旋藻 所含生理活性物质和医疗特性，认为螺旋藻对 糖尿病、贫血症、肝脏疾病、溃疡病、胰腺炎、 视力障碍、白血症、过敏症、癌症等均有治疗 和预防功效。
• 目前，人们已公认SCP是非常具有应用前景的 蛋白质资源。
食品生物技术概论廖威第四章发酵工 程及其在食品工业
•单细胞蛋白在食品工业中的应用：
•１、直接食用：蛋白粉、“人造肉” 等。
•２、作为食品添加剂，如：
食品的增鲜剂：已广泛应用于调味料中。
• 营养增强剂：补充蛋白质或维生素、矿物质
等。
• 抗氧化剂：常用于婴儿粉及汤料等中。
n 生产可食用的蛋白质：单细胞蛋白
食品生物技术概论廖威第四章发酵工 程及其在食品工业
•1、发酵法生产单细胞蛋白
•（1）SCP生产菌种和原料 •（2）SCP的发酵生产 •（3）SCP的分离和纯化 •（4）高活性干酵母的生产和应用
食品生物技术概论廖威第四章发酵工 程及其在食品工业
•单细胞蛋白（single cell protein ，简称SCP）： • 是指通过大规模培养酵母或细菌等微生物而生 产的用作食品或饲料的微生物蛋白。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中国科学院水生生物研究所朱作言首次用人的生长激素基 因(hGH)构建了转基因鱼，制作的主要目的是提高生长速 度、增加抗逆性以及为发育生物学和插入突变提供研究的 材料。 使用鱼类自身的基因元件构建转基因鱼，可以解决基因表 达强度问题和推广转基因鱼的环境和伦理道德问题。 自1984年以来先后进行了泥鳅、鲤鱼、鲫鱼等的转基因研 究。
农业领域的拓展
拓展领域
向食品轻工领域发展：酶工程、L-乳酸发酵工程 向能源：燃料：石油（黑金） →作物（绿金） 向材料环保：
全淀粉——乳酸——聚合塑料、生物全降解塑料 生物农药及生物防治技术
发展趋势
生物资源创新工程——专业、区域、企业、市场化 传统农业 “高投入、低产出” →“低投入、高产出” 投身生命科学
食品保鲜：乳酸菌肽防腐
生物技术与食品业
三、农副产品深加工和综合利用
玉米等深加工
作为新型糖源、变性淀粉、玉米油、发酵酒精、环状糊精
以及工业用材料提供优质充足的原料
肉、奶、水产品加工 植物纤维素资源
生物技术与食品业
四、生物技术与食品安全性检测
在食品检测中的应用
食源性病原菌快速检测 转基因食品检测
大米中含有一种叫做肌醇六磷酸的小分子，它能与铁紧 以大米为主食的人，易患铁缺乏症而导致贫血
紧地结合，使得小肠难以吸收食物中的铁
பைடு நூலகம்
哪种大米更有益身体健康？
转基因水稻
“金大米” ：转入胡萝卜素合成相关基因提高大米中 维生素A前体的含量，以减少亚洲人普遍存在的维生素A 缺乏症 解决铁吸收的问题，往“金大米”中再转入三种基因：
生物技术是指应用生物科学及工程学原理，依靠 生物体系作反应器，将物料进行加工改造，获得人类 所需产品的技术。
现代生物技术定义：
以现代生命科学为基础, 把生物体系与
工程学技术有机结合在一起，按照预先的 设计，定向地在不同水平上改造生物遗
传性状或加工生物原料, 产生对人类有用 的新产品(或达到某种目的)之综合性科学 技术。
（三）发酵工程
（Fermentation engineering ）
主要原理
包括微生物生长动力学，发酵条件的优化
和控制，生化反应器的设计，以及产品的分
离、提取和精制等技术
对象:
微生物在常规发酵工艺上发展而成。有时也称
微生物工程。
定义:
利用微生物特定性状（生长快、培养简单和代
谢过程特殊等）, 通过现代化工程技术, 快速、连续
美国斯坦福大学把仙人掌基因导入小麦、大豆等作物， 育成抗旱、抗逆的新品种。 我国已克隆了耐盐碱相关基因， 通过遗传转化已获得了耐盐烟草、 水稻、西红柿、草莓等。
转基因抗虫棉
我国是世界上最大的棉花生产国和消费国，约占世界 自90年代以来，由于棉铃虫在我国大部分棉区持续性
产棉总量的25%以上 大发生或暴发，给我国棉花生产带来了巨大的威胁，棉农 谈虫色变，面积、单产、总产一直处于低谷的徘徊阶段
生物技术与环境
1、环境污染监控技术
生物传感器利用固定化生物层与目标污染物之间的专
一性作用进行检测。
根据所用敏感物质可将生物传感器分为
生物催化和免疫(酶、微生物等) 利用核酸做探针的DNA 传感器
生物技术与环境
水污染监测
在水质评价过程中最常用、最重要的指标之一是生化 需氧量(BOD) 常规BOD测定方法是:在(20 ±1) ℃培养5d ,分别测定 样品培养前后的溶解氧,二者之差即为5d 的生化需氧 量,并以BOD5 表示
4、生物技术的上中下游
上游工程：实验室研究和开发阶段，包括 基因、细胞、干细胞、转基因生物、组织 工程等获得优良菌株、细胞系或固定化的 菌体等。
中游工程：中游加工以生物反应器为中心， 优化和放大生产工艺。 下游工程：从反应液中提取目的产物 加工 精制成合格产品。
（一）基因工程（Gene
3、花卉基因工程
花色工程 花卉香味工程
通过合成酶的引入，增强单萜的合成 通过导入反义ACC合成酶基因及反义ACC氧化 酶基因可阻止乙烯生化合成，延长花期和鲜 切花寿命
花卉保鲜
花卉抗性基因工程
生物技术与农业科学
4、 在畜牧业中的应用
运用基因工程技术，不但可以培养优质、 高产、抗性好的畜、禽新品种，还可以 培养出具有特殊用途的动物
状态在细胞内储存各种生物高分子聚合物统称为聚羟基脂 肪酸酯
二、食品生物技术的定义 ：
是现代生物技术在食品领域中的应用。是以 现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程 技术手段和其他学科的研究成果，用全新的方法 和手段设计新型的食品和食品原料。
六、现代食品生物技术的作用
主要表现在两方面： （一）现代食品生物技术对人类健康和营养的影响
主要原理 酶固定化技术、细胞固定化技术、酶化学 修饰技术和酶反应器设计等技术
对象:
酶分子修饰、生产应用和酶的固定化
定义:
利用酶、细胞器或细胞所具有的特 异催化功能，或对酶进行修饰改造，并 借助生物反应器和工艺过程来生产人类 所需产品的一项技术。
（五）蛋白质工程
（Protein engineering）
生物技术与农业科学
5、生物技术与农药
绿色农药包括微生物杀虫剂、微生物杀菌剂、 农畜抗菌素、植物源农药等
植物源生物水剂农药（松脂酸钠和茶皂素的复合 制剂、苦楝油） 生物农药菌种资源（苏云金杆菌） 环保，良好的环境相容性 先天弱势：药效慢、击倒慢、适应力差
特点
综合防治
生物技术与农业科学
生产人类所需物质的技术。
要点: ① ②
核心是提高产率, 过程包括: 菌种选育、生产、代谢产物的利用。
③
所用技术包括大规模悬浮培养,细胞固定化, 产
物分离提取。
应用:
药物生产(
活性多肽、抗生素)、单细胞蛋白生产、
环境保护、微生物冶金技术。
（四）酶工程（Enzyme engineering）
（二）细胞工程
（Cell engineering）
基本原理
体外大量培养技术、细胞融合技术(也称
细胞杂交技术)、细胞拆分、染色体工程和 繁殖生物学技术等
对象: 细胞, 在细胞水平上实现基因转移或改 变生物学性状。
定义:
指在体外条件下对细胞进行培养、繁殖， 按人们的意愿改变细胞某些生物学特性，获得 有用的产品或达到改良生物品种的技术。
对象: 基因序列——DNA分子中改造, 最终导 致蛋白分子氨基酸序列改变。
定义:
蛋白质工程，是以蛋白质结构和功能的研究为基 础，运用遗传工程的方法，借助计算机信息处理技 术，从改变或合成基因入手，定向地改造天然蛋白 质或设计全新的人工蛋白质分子，使之具有特定的 结构、性质和功能，能更好地为人类服务的一种生 物技术。
核心:
蛋白质空间结构, DNA重组, 人工定向改 造蛋白质功能域构象, 使得功能改变。 这被称为是生物技术发展的第二浪, 如通 过增加或减少人工二硫键、置换氨基酸等修 饰技术, 提高或改变活性多肽 (激素、酶、 细胞因子) 的稳定性。
1、生物技术与粮食
提高产量、品质
哪种大米更有益身体健康？
普通大米实际上不是“健康食品”
生物传感器测定BOD 只涉及到初始氧化速率,两者之间
的相关性可以通过对标准溶液的测定获得, 将测定时 间缩短到1h以内。
生物技术与环境
基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环 境中的病毒、细菌等污染
生物技术与环境
2、环境污染治理：
生物降解：基因工程做成的“超级细菌”能吞食 和分解油（烷烃类）、有机农药等多种污染环境的物 质。
一、应用现状
主要技术
基因工程 细胞工程 酶工程
发酵工程 食品添加剂:用生物法代替化学合成，要大力 开发功能性食品添加剂等
应用领域
生物技术与食品业
二、在食品加工过程的应用
工程菌改良食品微生物的生产性能
改变合成途径，改善风味 氨基酸生产
生产食品酶制剂，提高活性、稳定性（淀粉酶、纤维 素酶、蛋白酶等，添加酶类进行食品组分的改性）
engineering）
主要原理：以分子遗传学为基础，利用人 工方法把生物的遗传物质分离出来，在体 外进行切割、拼接和重组。然后将重组的 DNA导入某种宿主细胞中，从而改变它们 的遗传性质。这种创造新生物并赋予新生 物以特殊功能的过程称为基因工程
对象: 在核酸分子 (DNA或RNA) 或基因上操作。 定义: 在体外对DNA进行切割、拼接, 使遗传 物质重新组合, 经载体转移到细胞中扩增 表达, 获得人类所需产品, 或组建新生物 类型的技术。
生物技术与环境
3、生态环境生物防治和生物修复技术
生物修复是指利用生物的代谢活动减少环境
(包括土壤、地表及地下水或海洋)中有毒有害 化合物的工程技术系统
应用土壤植物和微生物修复
生物技术与环境
4、环境友好可再生 生物材料和能源开发技术
生物降解塑料——―天然产品聚交酯” 微生物在不平衡生长（如氮或磷不足）条件下，以颗粒
功能稻米
基尔米：拥有降血压、改善睡眠、减肥美容等功能的大 米，售价最高的一种达１８元钱１斤
生物技术与农业科学
2、抗性基因工程育种