生物技术在食品中的应用

最常用的的发酵微生物是酿酒酵母，这种微生物可
以吸收并利用单糖，将它们转化成酒精。 用粮食酿酒，先得把粮食中的淀粉分解成葡萄糖(即 糖化)，再使葡萄糖发酵生成酒精。我国酿酒和西方不 同的地方是用“曲”酿酒，而西方是用麦芽和酵母菌。
酒曲
在经过强烈蒸煮的白米中，移入曲霉的分生孢子，然后 保温，米粒上即茂盛地生长出菌丝，此即酒曲。在曲霉 的淀粉酶的强力作用而糖化米的淀粉，因此，自古以来 就把它和麦芽同时作为糖的原料，用来制造酒、甜酒和 豆酱等。用麦类代替米者称麦曲。
4 生物毒素的检测 细菌毒素 真菌毒素
5 食品新鲜度的分析
生物芯片及其食品安全检测中的应用
生物芯片
按预先的设臵排列固定有大量生物识别分子（例 如DNA片段、RNA片段、抗原抗体分子或蛋白质、肽分 子）的面积很小的载体（硅片、载玻片等） 将待测样品加在芯片表面，由于生物分子牧民性 亲和反应，检测样品中的待检测成分分别和芯片上固 定化的生物识别分子结合反应，从而实现对样品的分 析和检测
2.5 转基因食品
利用现代分子生物技术， 将某些生物的基因转移到 其他物种中去，改造生物 的遗传物质，使其在形状、 营养品质、消费品质等方 面向人们所需要的目标转 变。以转基因生物为直接 食品或为原料加工生产的 食品就是“转基因食品”。
转基因食品—— 实例
诚然利用基因工程技术能够改善农作物的品质（ 口感、营养、质地、颜色、形态、酸甜度以及 成熟度）
1.组织培养法 2.微生物发酵法 3.酶反应法
2.3.3 生物防腐剂
目前使用的食品防腐剂主要是化学合成的，其高残留
性高毒性越来越受到消费者的排斥。
生物防腐剂指从生物体通过生物培养、提取和分 离技术获得的具有抑制和杀灭微生物的物质。
乳酸链球菌素（Nisin），是乳酸链球菌产生的一种多肽物 质，由34个氨基酸残基组成。食用后在人体的生理pH条件 和α—胰凝乳蛋白酶作用下很快水解成氨基酸，不会改变人 体肠道内正常菌群以及产生如其它抗菌素所出现的抗性问 题，更不会与其它抗菌素出现交叉抗性，是一种高效、无 毒、安全、无副作用的天然食品防腐剂。
那我们能否利用微生物帮助我们大量生产蛋白质呢？
答案是肯定的。在我们生物技术中，有scp技术。
1.1
生物技术与食品加工
1.1 单细胞蛋白
（single cell protein来自百度文库 SCP）
单细胞蛋白是指通过发酵获 取酵母、细菌、霉菌，以及 培养蘑菇、单细胞藻类等微 生物，进一步由此制取大量 蛋白质。
含有大量的微生物糖化和酒精 发酵两个过程同时进行
1.4 蔬菜腌制
腌制是早期保存蔬菜的一种非常有效的方法。现今， 蔬菜的腌制已从简单的保存手段转变为独特风味蔬菜产品 的加工技术。酱腌菜这一传统食品是我国人民历代智慧的 结晶，是祖国宝贵文化财富的一部分。
目的是抑制微生物，两个方面：高渗 高酸性坏境 泡菜主要是靠乳酸菌的发酵生成大量乳酸而不 是靠盐的渗透压来抑制腐败微生物的
很多氨基酸的生产都是通过微生 物的发酵获得的。如谷氨酸和赖 氨酸是由 棒状杆菌和短杆菌生产 获得
3.甜味剂
指赋予食品或饲料以甜味的食物添加剂。
糖类和非糖类甜味剂 4.食用香料 食用香味料简称食用香料。是为了提高食品的风味而 添加的香味物质
新型甜味剂
传统甜味剂主要是甜菜糖和蔗糖。
缺点：
甜菊苷
阿斯巴甜
那它如何应用于保鲜？
直接杀死微生物 利用酶耗掉氧气
法一：利用酶耗掉氧气
葡萄糖氧化酶（EFAD）
是一种需氧脱氢酶。采用葡萄糖氧化酶可以除去
食品和容器中的氧，从而有效地防止食物的变质，因 此可以应用于茶叶、冰淇淋、奶粉、啤酒、果酒及其 他饮料制品的包装中
法二：直接杀死微生物
溶菌酶
机理：
催化细菌细胞壁肽聚糖N-乙酰氨基葡糖与N-乙酰
膳食营养金字塔
食 品 安 全
转 基 因 食 品
生 物 技 术 在 食 品 分 析 中 的 应 用
生 物 技 术 与 食 品 添 加 剂
生 物 技 术 与 食 品 储 藏 与 保 鲜
生 物 技 术 与 食 品 加 工
生 物 技 术 与 食 品
生物工程技术应用于食品目的
Quantity：数量的上升
现在人类发展面临的一个很大问题就是人口爆炸，在我们发展中国家尤为突出，那么 随之而来的问题就是食物的短缺，食物短缺中又以蛋白质短缺为主。对蛋白质的巨大 需求催生了SCP技术。SCP技术是利用富含蛋白质的藻类，微生物进行大规模培养， 并从中提取蛋白质。因为利用微生物进行生产蛋白质，我们不难推出其几个优点。
动植物个体或细胞
优良品系
人体需要的营养素
矿物质、脂类、蛋白质、维生素、碳水化合物、水和膳食纤维 功能： 其一是作为能源物质，供给人体所需要的能量（主要是蛋白质、 碳水化合物和脂类）； 其二是作为人体“建筑”材料。供给人体所需要的能量，主要有 蛋白质；
其三是作为调节物质，调节人体的生理功能，主要有维生素、矿 物质和膳食纤维等。 国以民为天 民以食为天 食以安为先
纯化凝乳酶使之商品化
1.3 酿造类食品
包括两类：调味品和酒精饮 料两大类。 其生产技术属于传统的微生 物发酵。
调味品
调味品
酱油俗称豉油，主要由大豆、淀粉、小麦、食盐经过制
油、发酵等程序酿制而成的。酱油的成分比较复杂，除 食盐的成分外，还有多种氨基酸、糖类、有机酸、色素 及香料等成分。以咸味为主，亦有鲜味、香味等。
食品加工业中的主要用酶
工业
酿造
奶制品 面包 果蔬加工 淀粉和糖
是否可以利用基 因工程大规模生产呢？
酶
α 淀粉酶﹑β 淀粉酶﹑蛋白酶﹑木聚糖酶﹑木瓜蛋白酶﹑淀粉转糖苷酶
动物/微生物凝乳酶﹑乳糖酶﹑脂酶﹑溶菌酶 α 淀粉酶﹑木聚糖酶﹑蛋白酶﹑磷酸酯酶A和D﹑脂肪氧合酶 果胶酯酶﹑多聚半乳糖醛酸酶﹑果胶水解酶﹑半纤维素酶 α 淀粉酶﹑β 淀粉酶﹑淀粉葡萄糖苷酶﹑木聚糖酶﹑异构酶、支链淀粉酶﹑ 寡聚淀粉酶、纤维素酶
几种重要的单细胞蛋白
酵母蛋白
真菌中的酵母在食品加工中应用较早，包括酿造、烘烤等食品
细菌蛋白
细菌蛋白的生产一般是以碳氢化合物（如天然气或沥青）或甲 醇作为底物
藻类蛋白
以小球藻和螺旋藻最引人注目，它们是在海水中快速生长的两 种微藻，必需氨基酸中除含硫氨基酸较少外，其他的必需氨基 酸却很丰富
利用微生物生产SCP的优点
胞壁酸之间的1，4-β-糖苷键水解。
2.3 生物技术与食品添加剂
食品添加剂是指为改善食品的品质色泽香味以及为防腐 和加工工艺单额需要而加入化学合成物或者天然物质。
能否合理使用 ？？？
2.3.1 调味剂和香料
醋 香料 味 精
1.酸味剂 是以赋予食品酸味为主要目的的食品添加剂，给人 爽快的感觉，可增进食欲。一般具有防腐效用，又有助 于溶解纤维素及钙、磷等物质，帮助消化，增加营养 2.鲜味剂 能增强食品风味的食品添加剂。按化学性质主要分 为两类。包括氨基酸类和核苷酸类
50
150 200 300~650 2000 3000
食用香料
为什么食物会有香味？
香料中含有大量的内酯类化合物，包括γ-或δ-内酯。
目前全世界80%的香料都是化学合成的，其使用安全 性受到诸多的限制，而天然的香料是从动植物种提取获得 的，安全无毒，但来源有限，价格昂贵。
如何解决这个问题呢？
2.3.2 天然色素
已经商业化，应用于 罐头食品的防腐。人 体是可吸收的。
2.4 生物技术在食品分析中的应用
生物传感器及其在食品检测中的应用
免疫学技术与食品安全检测
分子生物学技术及其在食品安全检测中的应用
生物芯片及其食品安全检测中的应用
在食品检测中的应用
1 农药和抗生素残留的分析
2 食品添加剂的分析
3 污染微生物的检测
醋是调味品中常用的一个品类，醋又称为食醋、醯、苦
酒等，是烹饪中常用的一种液体酸味调味料。
味精是调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠。味精的主
要作用是增加食品的鲜味，在中国菜里用的最多，也可 用于汤和调味汁。
酒精饮料
酒精饮料
酒精发酵的原材料主要有两种：糖类物质（水果、
树汁和蜂蜜等）和淀粉物质（谷类）。
食用色素，是色素的一种，即能被人适量食用的 可使食物在一定程度上改变原有颜色的食品添加剂。
为什么人们会“谈色色变”？
天然色素相比于合成色素有着其无法比拟的优点： 绝大多数安全无毒，无副作用；且不大部分天然色素 属于花青素、类黄酮类、类胡萝卜素化合物。
含有酮类，具有 抗氧化作用
天然色素虽好，但难求呀！如何解决呢？
生物技术与食品
闫洁 2013-11
何为生物技术？
生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工
程5个方面。该技术是应用生物体（微生物、动物细胞、植物细胞 ）或其组成部分（细胞器、酶）在最适宜条件下，生产有价值的产 物或进行有益过程的技术。
微生物
基因工程 蛋白质或酶
工程菌
发酵工程
食品
蛋白质或酶工程 细胞工程 特定产品
还可有目的的将有利的形状转移到生物细胞内， 使这些有机体或得有利的特性（如产量高，抗 虫，营养高）
但它安全吗？
二、人们对转基因食品的争论
（一）对人类健康产生影响
1.微生物繁殖生长速度快
2.相比动植物更以筛选优良高生长率的个体 3.蛋白质含量高，营养价值高。 4.生产所需场地小 5.原料来源广泛
SCP目前应用 限制 更为现实的考虑是暂不把 scp直接供给人们使用， 而作为家畜饲养
就目前而言，scp所生产的食物，可接受程度还是比较低的。人们的政 治心理和心理因素，往往对来自微生物的产品有抵触心理，宗教社会 的影响，不同地区的饮食习惯和禁忌等。
目前生物技术在乳制品行业最大的革新主要就是利用基因工 革新（牛凝乳酶） 程将目的基因移至微生物，使其表达，以或得目的产物。
从小牛细胞分离凝乳酶原mRNA
测定其氨基酸序列
mRNA反转录为cDNA
凝乳酶原DNA的生化合成
cDNA克隆进表达载体
载体移如适宜的微生物
凝乳酶原表达并分泌到 肉汤培养基 低PH下凝乳酶原转化为 活性凝乳酶
1.5 面包焙烤和谷类食品发酵
无论是馒头还是面包都是利用酵母进行发酵的。
面包
所谓面包，就是以黑麦、小麦等粮食作物为基本 原料，先磨成粉，再加水、盐、酵母等和面并制成面 团坯料，然后再以烘、烤、蒸或煎等方式加热制成的 食品。
整个发酵目的是：发酵（产生co2）、出味和面团 疏松膨胀。
蓬松多孔 馒头和面包的区别就在于：酸面团 烘烤 和蒸熟
1.生活水平的提高，产量不能满足需求，需要寻找替代品 2.食糖的大量摄入对人体健康有着不良的影响
甜度上升
新型甜味剂
不影响体 内糖代谢
新型甜味剂
传统的和替代的甜味剂的甜度比较
产品 蔗糖 55%高果糖浆 相对甜度 1.0 1.4
Cyclamate
安赛蜜(Acesulfame K) 阿斯巴甜(Aspartame) 糖精 天丙甲酯 Thaumatin蛋白
各种美味的乳制品
日常生活中很多人都喜欢酸奶，等乳制品， 它的生产是离开不了我们生物技术的。
1.2 乳品生产
乳品包括以生鲜牛（羊）乳及其制品为主要原料，经加
工制成的产品。包括酸奶、奶酪及酸奶酪等。
乳酸杆菌对奶制品的益处：
1.对人无害，对不良细菌有抑制作用 2.改善奶制品的口味质地 3.对人体胃肠道有着十分有利的作用
1.6 豆类发酵
毛霉
腐乳是一种二次加工的豆制食品，是我国著名的具民族特色的发酵调味品
1.7 酶与食品加工
往往化学反应的进行都需要高温高压，条件苛刻，而 如果用生物发酵法，酶法等则显得简单许多，条件易 于控制实现，并且生产效率也大幅提升。在我们食品 加工中应用很多的是酶的应用。
目的
增加食品产量 提高食品质量 减低原材料和能源消耗 改善劳动条件 减低成本
Quality：质量的提高 Cost：成本的下降（酶，生物发酵技术的应用大幅 降低生产成本） Control：安全与品质控制
木瓜蛋白酶
有人会做菜吗？想要让肉类食物鲜嫩， 我们常用的是什么？ 对，是嫩肉粉， 它的主要成分是从番木瓜中提取的疏 松剂木瓜蛋白酶。从木瓜等动植物种 提取我们所需的酶，有很多不便，量 少，原料少。
2.1 生物技术与食品储藏与保鲜
食物食用一个很重要 的问题便是储藏与保 鲜，我们所处的环境 是充满大量微生物的， 食物中大量的水分及 营养物质是微生物生 长繁殖的绝佳场所。 防止微生物污染： 低温、隔绝空气、冷 冻等
物理方法
2.2.1 酶工程在食品保鲜中的应用
酶是一种生物催化剂，食品都是由于酶的作用而产生 变质糜烂的。