最新现代食品生物技术

◆ 生物技术的确切定义:
人们运用现代生物科学，工程学和其他基础学科的知识，按照预先的设计，对生物进行控制和改造或模拟生物及其功能，用来发展商业性加工，产品生产和社会服务的新技术领域。

◆ 生物技术的构成 ◆ 生物技术各构成成分之间的关系
现代生物技术的核心是基因工程，而现代生物技术的基础和归宿则是发酵工程和酶工程，否则就不能获得产品和经济效益，也就体现不了基因工程和细胞工程的优越性。

基因工程的定义：
▼ 是指按照人们的意愿和设计方案，
▼ 以分子生物学，分子遗传学，生物化学和微生物学为理论基础， ▼ 通过将一种生物细胞的基因分离出来或人工合成新的基因， 在体外进行酶切和连接并插入载体分子构成遗传物质的新组合， ▼ 导入到自身细胞或另一种细胞中进行复制和表达等实验手段， ▼ 有目的的实现动物，植物和微生物等物种之间的DNA 重组和转移， 使现有物种在短时间内趋于完善或创造出新的生物特性。

发酵工程的定义 :
基因工程 细胞工程 发酵工程 酶工程
蛋白质工程
利用微生物的某种特性，通过现代化工程技术手段进行工业规模生产的技术.
包括:
①传统发酵（有时称酿造），
②近代的发酵工业如酒精，如乳酸，丙酮-丁醇等
③目前新兴的如抗生素，有机酸，氨基酸，酶制剂，
核苷酸，生理活性物质，单细胞蛋白等的发酵生产
酶工程的定义 :
酶工程是利用酶所特有的生物催化性能，将酶学理论与化工技术结合而成的一门生物技术。

也就是利用离体酶或者直接利用微生物细胞，动植物细胞，细胞器的特定功能，借助于工程学手段来生产酶制剂并应用于相关行业的一门科学。

细胞工程的定义 :
是利用细胞生物学和分子生物学技术，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿改变细胞内的遗传物质已获得新型生物或特定细胞产品的一门综合性科学技术。

蛋白质工程的定义 :
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的支持，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。

生物技术：农业生物技术、医药生物技术、食品生物技术、海洋生物
技术、环境生物技术、能源生物技术
食品生物技术（food biotechnology）：是生物技术在食品原料生产、加工和制造应用的一个学科。

◆食品生物工程下游技术
从由基因工程获得的动物、植物和微生物的有机体或器官中，从细胞工程、发酵工程和酶工程产物（发酵液、培养液）中，把目标化合物分离纯化出来，使之达到商业应用目的的过程。

食品发酵和酿造等最古老的生物技术加工过程，也包括了
①应用现代生物技术改良食品原料的加工品质基因，生产高质量的农产品。

②制造食品添加剂。

③植物和动物细胞的培养。

④与食品加工和制造相关的其它生物技术，如：酶工程、蛋白质工程和酶分子进化工程等。

组成DNA的基本单位是四种脱氧核苷酸, dAMP, dGMP, dCMP, dTMP 通过3′，5′(3′-羟基和 5′-磷酸）——磷酸二酯键一定顺序相连
基因工程的最大特点
1、打破生物种属界限
2、进行生物种内外基因的重组、遗传信息的转移
重组DNA技术：DNA克隆、分子克隆、基因克隆。

基因工程核心：糖酸骨架
基因工程的研究内容
1、目的基因的获取
2、构成重组DNA --目的基因与载体的重组
3、将重组DNA转移或导入到受体或宿主细胞
4、筛选重组转化体阳性克隆
5、从筛选出的阳性克隆中提取出扩增的
重组DNA分子或基因供分析和研究使用- 使目的基因在受体细胞中高效表达
、
◆限制性内切核酸酶(restriction endonuclease, RE)
简称内切酶
是指一类能够识别和切割双链DNA分子内核苷酸序列的内切核酸酶。

◆DNA甲基化酶（DNA methycase）
简称甲基化酶
是指一类能够识别DNA特定序列，并其特定碱基的特定位置上
引入甲基而发生修饰作用的酶。

※限制酶和甲基化酶主要是从多种微生物中分离纯化而来的。

◆Eco RⅠ表示从（Escherichia coli或大肠埃希氏菌）菌株RY13中
分离出的第（1）种限制性内切酶。

同裂酶：在Ⅱ型限制性内切核酸酶中，来源不同而识别序列和切割方式相同者称为同裂酶
例如：HpaⅡMspⅠ,两者的识别序列都是 CCGG
同尾酶：虽来源及识别序列不同，但DNA经其切割后能形成相同粘性末端者称为同尾酶。

基因工程载体（Vactor）：
质粒载体(plasmid)-细菌等生物细胞内一类能自我复制的遗传物质
噬菌体载体(bacteriophage)-细菌病毒的总称
柯斯质粒载体(cosmidvactor)
◆按照介导的作用目的分类：克隆载体、表达载体
◆按照介导的受体生物分类：大肠杆菌载体（原核生物）、酵母载体（真核生物）、植物载体（病毒）、动物载体
启动子（promoter）:DNA转录起点部位的DNA序列
增强子（enhancer）:使DNA转录加速的DNA序列
衰减子（attenuator）:使DNA转录衰减的DNA序列
终止子（terminator）:使DNA转录终止的DNA序列
操纵基因（operator）:直接负责DNA转录开启和关闭的DNA序列
PCR技术:
定义：PCR技术又称聚合酶链式反应（polymerase
chain reaction)，是通过模拟体内 DNA 复制的方式，在体外选择性地将 DNA 某个特殊区域扩增出来的技术。

PCR技术的基本原理
在微量离心管中,加入适量的缓冲液, 微量的模板DNA,四种脱氧单核苷酸,耐热性多聚酶, 一对合成DNA的引物,通过高温变性、低温退火和中温延伸三个阶段为一个循环的反应过程,每一次循环使特异区段的基因拷贝数放大一倍,一般样品是经过30次循环,最终使基因放大了数百万倍; 扩增了特异区段的DNA带。

转化（transformation）:是感受态的大肠杆菌细胞接受及表达质粒DNA分子的生命过程
转染（transfection）：是感受态的大肠杆菌细胞接受及表达噬菌体DNA 分子的的生命过程
ICP基因工程概念：
ICP基因工程主要运用脓杆菌介导法，基因枪法等对植物进行ICP基因
遗传转化，借助于伴胞晶体蛋白的毒性，达到抗虫害的目的的工程之一。

基因工程在食品科学中的应用
一、基因工程与动物、植物和微生物产品品质的改良
(一) 培育抗病虫害抗除草剂的植物新品种及抗冻动物新品种的
基因工程
(二) 改良微生物菌种特性的基因工程
(三) 改良动植物品种质量的基因工程
二、基因工程与植物产品的贮藏保鲜
三、基因工程与食品资源的开发：非洲的应乐果蛋白第三章发酵工程原理及其在食品工业中的应用
◆菌种活化与扩大培养：是指将保存的处于休眠状态的生产菌种接
入试管斜面培养活化后，再经过茄子瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。

这些纯种培养物又称为种子。

功能性食品（Functional food) : 又称保健功能食品（Funtional health food),是指具有调节人体生理功能，适宜特定人群食用，不以治疗疾病为目的的一类食品。

这类食品既具有普通食品的营养功能和感官功能，还具备调节人体生理功能的作用。

功能性食品与一般食品的区别:
共同点→都能提供人体生存必需的基本营养物质，
都具有色，香，味，形等感官功能。

区别→1. 功能性食品→含有一定量的功效成分，具有调节人体机能
的功效，而一般食品不强调其特定的生理功能。

◆
活性肽的三种生理功能：促免疫，降血压，促进钙吸收
谷胱甘肽（Glutathion，GSH）是谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸，通过肽键缩合而成的三肽化合物。

谷胱甘肽的结构特点：分子中有一个特殊的肽键（谷氨酸的γ-羧基与半胱氨酸的α-氨基缩合二成肽键）；谷胱甘肽中含有一个活泼的巯基（-SH)易被氧化脱氢
还原型：GSH 氧化型：GSHG
常用乳杆菌的种类：乳杆菌属（Lactobacillus链球菌属（Streptococcus) （增强机体免疫力）明串珠球菌属（Pediococcus）
黄原胶的发酵法生产：生产菌种：野油菜黄单孢菌：◇发酵工艺流程◇分离、提取与纯化
结冷胶的发酵法生产
少动鞘脂单孢菌（Spningomonas campestris）
海藻糖在食品工业中的应用：用作食品添加剂或食品甜味剂，可使某些干燥食品在重新得水后仍保持原有的形状
第四章酶工程
酶工程：（enzyme engieering)是又称酶技术，就是利用酶催化作用，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，它是酶学理论与化工技术结合而成的一种新技术。

酶活性中心：组成具有特定空间结构的区域，能与底物特意结合并底物转化为产物，这一区域从称为酶的活性中心。

酶活性中心内的必需基团
固定化酶的制备方法：共价键结合法吸附法交联法包埋法
机械破碎法记种类：
酶的提取：是指在一定条件下，用适当的溶剂处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂中的过程，也称作酶的抽提，酶的初步纯化。

凝胶过滤法中常用的凝胶
交联葡聚糖凝胶（Sephadex）交联琼脂糖凝胶(Sepharose) 聚丙烯酰胺凝胶（Biogel)
淀粉糖加工利用的4种淀粉酶
α-淀粉酶从淀粉分子的内部切开α-1.4糖苷键，但不能水解α-1.6糖苷键和及靠近α-1.6糖苷键的几个α-1.4糖苷键。

β-淀粉酶从淀粉分子的非还原末端逐个切下麦芽糖单位，但不能水解α-1.6糖苷键和及靠近α-1.6糖苷键的几个α-1.4糖苷键。

葡萄糖淀粉酶从淀粉分子的非还原末端逐个切下葡萄糖单位，它既能水解α-1.4糖苷键，也能水解α-1.6糖苷键。

由于形成的产物几乎都是葡萄糖，因此称为糖化酶。

异淀粉酶专一水解α-1.6糖苷键。

因此能切开支链淀粉的分支。

DE、DP值
果胶酶→果汁澄清，果酒澄清，柑去囊衣
第五章细胞工程原理及其在食品工业中的应用
细胞工程（Cell engineering）的概念 : 细胞工程是利用细胞生物学和分子生物学技术，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿改变细胞内的遗传物质以获得新型生物或特定细胞产品的一门综合性科学技术。

细胞融合的定义:是利用自然或人工的方法使两个或几个不同细胞融合为一个细胞，用于制造新的物种或品系及产生单克隆抗体等。

细胞拆分的定义：细胞拆分又称细胞质工程，是通过物理或化学方法将细胞质与细胞核分开，再进行不同细胞间核质的重新组合，重建成新细胞，也包括各种细胞器的分离和重新组合，可用于研究细胞核与细胞质的关系的基础研究和育种工作。

核移植技术：定义——是指将不同发育时期的胚胎或成体动物的细胞核，利用显微技术和细胞融合方法→移植到去核卵母细胞中→重新组成胚胎并使之发育成熟的过程。

举例说明（P269）：
动物细胞培养：
植物细胞工程及其在食品工程中的应用（简答或论述P275）
植物细胞工程是细胞工程的一个重要组成部分，主要包括，植物细胞培养技术，细胞遗传操作技术，细胞保藏技术，细胞培养技术等。

研究起步较早，各种培养物的制备及其他很多操作方法已经基本成熟和规范化.
原生质体融合：通过酶解作用将两个亲株的细胞壁去除，在高渗条件下释放出只有原生质膜包被着的球状原生质体。

然后将两个亲株的原生质体在高渗条件下混合，加入融合促进剂聚乙二醇，仙台病毒（生物）或电融合等助融，使它们相互凝集。

通过细胞质融合，促使两套基因组之间的接触，交换，遗传重组，在适宜条件下使细胞再生，在再生的细胞中获得重组体。

原生质体融合技术的特点：
1．重组频率较高。

由于没有细胞壁的阻碍，且在原生质体融合时又加入融合促进剂，所以微生物的原生质体间的杂交频率明显高于常规的杂交方法。

2．受接合型或致育性的限制较小。

两亲株中任何一株都可能起受体或供体的作用，因而有利于不同属间微生物的杂交。

另外，原生质体融合是和性无关的杂交，所以受接合型或致育性的限制比较小。

3．重组体种类较多。

由于原生质体融合后，两个亲株的整个基因之间发生相互接触，有机会发生多次交换，产生各种各样的基因组而得到多种类型的重组子；参与融合的亲株不限于两株，这是常规的杂交所达不到的。

第六章蛋白质工程
蛋白质工程的定义：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的支持，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。

蛋白质工程举例——葡萄糖异构酶（P310）
生物工程下游技术
第七章生物技术与食品安全和品质控制
生物传感器的分类：（按照生物敏感材料分）
分析有机磷农药残留的机理：（P345）
免疫技术在食品安全检测中的应用：
生物芯片：
定义：将大量生物识别分子按预先设置的排列固定于一种载体（如硅片、玻片及高聚物载体等）表面，利用生物分子的特意性亲和反应，如核酸杂交反应，抗原抗体反应等来分子各种生物分子存在的量的一种技术.
特点：具有高通量、微型化、自动化以及检测样品用量少等优点
分类：
生物芯片的应用
生物芯片应用领域：疾病诊断和治疗、药物筛选、农作物的优育优选、司法鉴定、食品卫生监督、环境检测、国防、航天等领域。

生物芯片在食品中的应用：
1．食源性致病微生物检测方面的应用
许多常见微生物如水产品中的霍乱弧菌、副溶血弧菌，奶制品、禽肉及其制品中的单增李斯特菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌O157，炭疽杆菌、绿脓杆菌、结核杆菌、SARS 病毒、禽流感病毒等均可污染食品而导致多种疾病的爆发与流行，严重威胁着人类的健康。

2.生物芯片技术在兽药残留检测方面的应用
近20 年来，兽药在畜牧业中的应用日益广泛，但兽药残留对人体及环境会造成各种危害（包括慢性、远期和蓄积性等），如致癌、发育毒性、体内蓄积、免疫抑制、致敏和诱导耐药菌株等。

第八章转基因食品的发展和食品安全
对转基因食品的理解
转基因食品定义：利用分子生物学技术，将某些生物（动物，植物，微生物）或改变的基因转移到其它物种中去，改造其生物的遗传物质使其性状：营养物质，消费品质，向人们所需要的目标转变。

以转基因生物为食品或以其为原料加工生产的食品称为转基因食品。

分类:转基因植物食品（如转基因玉米、大豆、土豆、西红柿、香蕉、苹果、菠菜等）、转基因动物食品（如转基因鱼、肉类等）、转基因微生物食品（如转基因发酵而得到的葡萄酒、啤酒、酱油等）。

转基因食品的安全性评价：国际上，对生物技术食品安全性评价主要应用“实质等同性原则”。

这是1993年经济合作发展组织（DECD）提出的。

所谓“实质等同性”即对于应用现状生物技术生产的来自生物体的食品和食品成分及安全分析的最实际的办法，就是考虑它们与目前市售食品是否实质等同。

转基因食品的安全性评价原则
1）根据受体生物，基因工程操作和转基因农业生物的安全等级，确定转基因食品的安全性进行分类评价
2）根据转基因食品的类型和用途等特性进行分类评价
3）对每一个转基因食品应用个案处理的原则
4）参照“实质等同性”原则对转基因食品的安全性进行评价
5）对照国际组织国外相应机构对同一转基因食品的评价原则和方法进行评价。