第八章生物技术与食品工业

葡 萄 酒 的 制 作
红 葡 萄 酒 酿 造 过 程
白葡萄酒的酿造过程
• 4、改良酒精生产工艺
• 将枯草菌淀粉水解酶的基因克隆到啤酒酵 母中，变成能利用淀粉进行酒精发酵。
• 四、生产食品添加剂及功能性食品的有 效成分
• • • • 1、生产氨基酸 2、生产黄原胶 3、生产功能性食品的有效成分 如：醋、食用有机酸、低聚糖、调味剂或调味 增强剂等
•
乙烯生物合成也直接影响果实采摘后的品质。采用 基因工程手段可控制乙烯生成，如导入反义ACC（1-氨 基环丙烷-1-羧酸）合成酶基因，导入反义ACC氧化酶 基因。 • ACC合成酶（简称ACS）基因： • ACC合成酶是乙烯生物合成的关键酶，由一个多 基因家族所编码。 • 目前，已经从番茄、苹果、康乃馨、绿豆、夏南瓜、 笋瓜等植物中得到了ACC合成酶基因。1995年中国农大 罗云波等培育出转反义ACC的转基因番茄，在室温下课 贮存3个月。
• 瘦肉型的猪 • 一是活体调控钙激活酶系统 • 另一个是调控脂肪在畜体内沉积顺序
• 2、利用基因工程改良植物性食品性状
• （1）改良植物食品蛋白质的品质 • 提高植物性食品氨基酸含量，可以对赖氨酸代谢 途径中的各种酶进行修饰或加工，从而使细胞积累更 大量的Lys。在植物细胞中Lys作用的酶，天冬氨酸酶 （AK）和二氢吡啶二羧酸合成酶（DHDPS）。在抑制作 用不敏感在DHDPS在基因，并正在对转入此基因的植物 进行检测。
• 3、生产单细胞蛋白的菌种
• （1）能源物质生产SCP
细菌和酵母可利用甲醇、乙醇、甲烷和 多链烷烃生产单细胞蛋白
• （2）工农业废弃物生产SCP • 稻秸、蔗渣、柠檬酸、糖蜜、动物粪便和其他 有机废物回收并加以利用 • （3）从藻类中生产SCP
• 3、蛋白质工程 • 在食品生物技术的领域中，利用蛋白质工程主 要目的是生产出人类需要的更高生物活性或独特 性质的蛋白质，多用于生产实践。
• 4、酶工程 • 酶在食品制造，食品添加剂的生产等过程中均 起重要作用，利用酶的催化作用可将原料转化为 人们需求的有用物质及食品。
• 5、发酵工程 • 将经优选的细胞或经现代生物技术改造的菌株， 利用现代发酵设备进行放大培养和控制性发酵，以 获得工业化生产预订的食品或保健食品的功能成分。
• 3、利用基因工程菌生产酶制剂
• 改变编码a-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的基因 • 使它们具有同样最适温度和最适pH值，使液 化、糖化在同一条件下进行，减少生产步骤，降 低生产成本。 • 利用DNA重组技术获得能够直接分解粗淀粉的酶 • 可降低能量消耗，提高效率，降低成本。 • 寻找或人工“创造”一种分泌葡萄糖淀粉酶发酵 微生物 • 葡萄糖淀粉酶能将淀粉全部水解成葡萄糖， 在发酵过程中可不再添加淀粉酶，直接生产果糖 或乙醇。
• 二、食品生物技术研究的内容 • 1、基因工程 • 以分子遗传学为基础，以DNA重组技术为手段， 通过一系列的技术操作过程，完成动物、植物、 微生物等种之间的基因转移，以达到获取或改良 食品原料以及食品微生物的目的。
• 2、细胞工程 • 运用细胞生物学的方法，以人们的需求为目标， 设计改造细胞的遗传基础，通过细胞融合，细胞 培养技术，改良生物品种，创造新品种，生产各 种新型食品，食品添加剂，以及保健食品的有效 成分。
• 三、利用基因工程改进食品生产工艺
• 食品和饮料的发酵是通过微生物或酶对农产品原料的 作用发生的化学反应，使最终产品口味、色泽等发生 感官上的改变，产物通常更有营养，更易消化，口味 更好，并且无病原微生物、无毒害。 • 发酵食物包括面包乳酪、泡菜、酱油等；发酵的饮料 包括啤酒、葡萄酒、茶、咖啡等。 • 发展发酵技术的一个重要作用是防止有机物的腐坏。 另一个重要作用是使口味平淡的原料发生感观的、物 理的和营养方面的变化，改善风味和维生素成分。
• 改变编码a-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的基因 • 使它们具有同样最适温度和最适pH值，使液 化、糖化在同一条件下进行，减少生产步骤，降 低生产成本。 • 利用DNA重组技术获得能够直接分解粗淀粉的酶 • 可降低能量消耗，提高效率，降低成本。 • 寻找或人工“创造”一种分泌葡萄糖淀粉酶发酵 微生物 • 葡萄糖淀粉酶能将淀粉全部水解成葡萄糖， 在发酵过程中可不再添加淀粉酶，直接生产果糖 或乙醇。
该方法是以淀粉为原料，先经a-淀粉酶的 作用将淀粉液化成糊精，再经糖化酶催化生成 葡萄糖。
• 2、果葡糖浆的生产
果葡糖浆是一种以果糖和葡萄糖为主要成 分的混合糖浆。工艺流程包括淀粉液化、糖化 、葡萄糖异构、果糖与葡萄糖的分离等工序。
3、生产功能性食品的有效成分
功能性食品是指除能满足人体营养与感官 外，还具有各种治疗、免疫作用基因的功能性 食品。
• 四、酶在果蔬加工中的应用
• • • • ◆使用果胶获得澄清果汁 ◆葡萄糖氧化酶延长食品保质期 ◆黑曲霉改善成品的感官性能 ◆纤维素酶提高可溶性固形物的含量
• 五、酶在烘烤食品加工中的应用 • 1、脂肪酶
用于改良面包的质地、风味、进行漂白。 提高面制品的烘培品质，改善面包质地， 延长制品的货架期。
在最佳条件下，微生物以惊人的速度生长，有些微生 物的生产量每隔0.5-1h增加一倍 微生物相当高的蛋白质含量，蛋白质的营养价值高 微生物能在相对小的连接发酵反应器中大量培养，占 地小，不依赖气候 微生物的培养基来源广泛、低廉，特别是利用废料， 如有些微生物能利用植物的“残渣”——纤维素作原 料 微生物比植物和动物更容易进行遗传操作，它们更适 宜于大规模筛选高生长的个体，更容易实施转基因技 术
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还可针对性地将富含某种特异性的氨基酸的蛋白基 因转入目的植物，以提高相应植物中的特定氨基酸的含 量。例如通过分析发现，玉米β -phaseolin富含Met,将 此蛋白基因转入豆科植物，就可以大大提高豆科植物种 子贮存蛋白的Met含量，而Met正是豆科植物种子贮存蛋 白所缺少的成分。
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增加食品的甜味，非洲有一种植物叫应乐果，研 究人员在其果实中发现了一种叫做应乐果蛋白的蛋白 质，咀嚼时比蔗糖大约甜1.0万倍，而它所含的蛋白 质却又不会在新陈代谢中具有与蔗糖相同的作用，它 的这种特性使之成为蔗糖的理想替代品。
第二节 基因工程在食品工业中的应用
• 一、改良食品加工原料的性状
• 1、利用基因工程改良动物性食品性状 • 为了提高乳牛的产奶量，可将采用基因工 程技术生产激素（BST）注射到母牛体内，既 可达到提高母牛产奶量的目的，又不影响奶的 质量。
同样，为了提高猪的瘦肉含量或降低猪脂肪含量， 可将采用基因重组技术生产的猪生长激素，注射至猪 体内，便可使猪瘦肉型化，有利于改善肉食品质。
第三节 酶工程在食品工业中的应用
• 酶的应用是生物技术在食品工业中应用的典型代表， 它不仅改善了食品的色、香、味，以及富有营养的新 产品。
• 一、酶在制糖工业的应用 • 1、酶法生产葡萄糖 • 葡萄糖氧化酶（glucose oxidase,简写GOX），系
统名称为β-D-葡萄糖：是一种典型的氧化还原酶。分 子量约160000道尔顿的蛋白质，有二个（或四个）多肽 链构成，酶反应的最适PH5-7，最适温度是30-40℃，催 化时需要黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）作为辅酶参与作 用。反应时葡萄糖先进行脱氧形成葡萄糖酸内酯，使 FAD还原为还原型FAD，葡萄糖酸内酯进一步水解为葡萄 糖酸。还原型FAD与空气中的氧反应形成过氧化氢。为 此起到转化葡萄糖和去除氧的功用。
• 二、改造食品微生物菌种
• 1、改善微生物菌种性能 • ▲最早成功应用的基因工程菌是面板酵母菌 • ▲利用转基因技术将外源a-乙酰乳酸脱羧酶基 因导入啤酒酵母细胞，并使其表达，是降低啤酒中乙 酰含量的有效途径。
• 2、改善乳酸菌遗传特性
• • 利用基因工程筛选无耐药性基因的乳酸菌菌株。 基因工程选育风味物质产量高的乳酸菌菌株。
第四节 发酵工程在食品工业中的应用
• 一、发酵工程在单细胞蛋白生产中的应 用
• 1、单细胞蛋白的概念 单细胞蛋白（SCP），它是指细菌、真菌 和某类低等藻类生物发酵生产的高营养价值的 单细胞或丝状微生物个体而获得的菌体蛋白。
菌 体 蛋 白
• 2、发酵工程生产单细胞蛋白的优势
• 用微生物生产SCP的优点：
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还可以用基因工程的方法获得新的糖类。例如 环化糊精（CD）就是一种新的糖类物质。这种物质有 可能作为一种新型甜味剂用于食品工业，研究表明， 环化糊精除了具有甜味外还有分解食物中的咖啡因和 胆固醇等有害物质的功能。将环化糊精基转移酶 （CGT）的基因转入植物，可以在转基因植物中获得 环化糊精。
• （2）改良油料作物的品质 • 最易用基因工程方法进行改造的油料作物是 油菜，迄今为止，在世界范围内种植的良种油菜 有31％是转基因品种。 • 用基因工程技术可以提高油脂中抗氧化剂的 含量。 • 已成功地从拟南芥中克隆甲基转移酶基因并 转导到了大豆中，甲基转移酶是γ一生育酚形成 降低总生育酚的关键酶。转这种酶基因的大豆能 在不降低总生育酶的前提下，使α一生生育酚的 含量提高80％以上。 • 利用反义基因技术构建的基因大豆、亚油酸 含量从8％下降到了2％以下。
• 2、葡萄糖氧化酶 延长保存期，又能改善面粉中的面筋强度 和弹性 • 3、淀粉酶 改善产品加工性能 • 4、蛋白酶 缩短调粉时间 • 5、半纤维素酶 提高面团稳定性，操作性
• 六、酶法用于食品保鲜
• • • • 1、利用葡萄糖氧化酶保鲜 （1）食品的除氧保鲜 （2）蛋类制品的脱糖保鲜 2、利用溶菌酶保鲜 溶菌酶只对革兰氏阳性菌有作用
• （4）改良植物性食品原料的加工品质
• 利用基因工程技术，增加小麦储藏蛋白含量，增 强加工特性； • SOD新品番茄
• （5）利用基因工程生产带疫苗的食品
• 利用基因工程使食品转变成疫苗方面取得了可 喜的成果。含乙肝疫苗的转基因马铃薯、含霍乱疫苗 的香蕉、含麻疹疫苗的莴笋等，方法简单，且成本低 廉。