食品生物技术

• 细菌内源毒素和真菌的真菌毒素
一、免疫学技术的应用
• • • • • • 食品的成分 香气成分、不期望成分或有主要营养价值的成分 食品生产和加工 腐败微生物及其成分、酶等引起的质量问题 食品安全性 病原微生物或微生物毒素、杀虫剂、抗生素以及 食品掺假物等
二、分子生物学技术的应用
• PCR检测李斯特单核增生菌细胞溶素O （hlyA）基因。 • RAPD分析能用于非常相近的细菌品系 的鉴定和辨别。
二、发酵生产食品和饮料 食品和饮料的发酵是通过微生物或酶对 农产品原料的利用，发生相关的化学反应， 使最终产品口味、色泽等发生感官上的改 善，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。
表2
产 品 黄 酒 葡萄酒 白 酒
微生物生产的一些食品和饮料
生产的微生物 主要原料 青霉、毛霉、根霉、酵母 糯米、 黍米、粳米 酵母、纤细杆菌(Bacterium gracile) 葡萄 根霉、曲霉、毛霉、酵母、 高梁、米、玉米、薯、豆 乳酸菌、醋酸菌 啤 酒 酿酒酵母 大麦、酒花 豆腐乳 毛霉、曲霉、根霉 大豆、冷榨豆粕 酱 油 曲霉、酵母、乳酸菌 小麦、蚕豆、薯、米 酸 奶 乳酸杆菌 牛奶、羊奶 食 醋 醋酸杆菌、曲霉、酵母 米、麦、薯等 泡 菜 乳酸菌、明串珠菌(Leuconostoc) 蔬菜、瓜果 面包 发酵 酿酒酵母 小麦粉 味 精 谷氨酸棒杆菌 糖密、淀粉、葡萄糖、玉米 浆 食用真菌 香菇(Lentinus edodes) 木材、木屑、甘蔗渣 木耳(Auricularia auricula) 木材、棉籽壳、木屑
克隆食品
• 克隆技术可繁殖有益 于人类健康的优良家 畜，如低胆固醇的瘦 肉型猪，并加快繁殖 速率，加速产品的整 齐化、规格化，以扩 大食品资源。 • 克隆食品指克隆动物 生产的肉和奶 。
美国06年底允许销售克隆牲畜肉奶制品
• 评估结果显示：克隆肉不 存在安全问题 • 美国食品和药物管理局不 打算要求生产商注明产品 为“克隆肉”或“克隆 奶”。
6. Mushroom Producting
Mushroom Farm
三、酶与食品加工
• 食品加工业中应用的酶大部分是来自特定的微生物， 这些酶中60%属于蛋白水解酶类，10%属于糖水解酶 类，3%属于脂肪水解酶类，其余部分为较特殊的酶类。 • 酶可以促进甚至取代机械加工，在工业生产上淀粉转 变的化学作用已基本由酶代替。 • 蛋白质工程可以对酶进行适当修饰，甚至设计完全新 的酶催化剂。
多数奶酪蛋白生产的主要过程是： （1）通过乳酸菌将乳糖转化为乳酸； （2）蛋白水解和酸化联合作用是酪蛋白凝结。
cheese
Cheddar Cheese Production
Cheddar是英格兰的一个村庄
3、蔬菜发酵（腌制）
泡菜制作时，要加盐起 脱水作用，使糖从菜叶 中渗出，隔绝空气，以 利于乳酸菌生长产酸， 降低pH值，阻止有害菌 的生长，从而制成有营 养、口味好的食品。
生卷心菜
修剪
切碎
加盐
限制腐败 微生物
发酵20-30天
卷心菜脱水 产生乳酸
加工和包装
Sauerkraut 泡菜
4、谷类食品发酵 • 面包就是主要的谷类发酵食品。 • 目前应用生物技术改良酵母，使它们的活性更 高，生产的面包风味和品质更好。 5、豆类发酵 • 大豆是用于发酵的主要豆类。 • 发酵使这些豆类易于消化，破坏了不易消化的 成分和会在消化道引起肠胃胀气的化合物。
生物保健食品
• 微生态制剂 利用“工程双歧杆菌” （克隆了低聚糖有关 基因）制成的菌剂， 既含双歧杆菌（活疫 苗），又富含双歧因 子（低聚糖可增强人 体免疫力）。
生物保健食品
• 食用固氮菌剂 在非洲居民肠道系统中有行固氮作用的细菌的 存在，这些“土著固氮菌”的生命活动有利于 居民自身天然合成营养物质，为居民提供或扩 大新的食物源，即使是不进食，也不会挨饿。
5、调味剂或调味增强剂
• 谷氨酸钠（即味精），目前主要由天然微生物或工程 微生物发酵产生。 • 酶降解酵母菌RNA可产生核酸衍生物，也是很好的调 味剂 • 菇精
3.2 生物技术与食品检测
• 所有食品加工提供的产品必须没有有害微 生物或其毒素的污染。
• • • •
主要的食品病原体: Listeria（李斯特菌属） Salmonella（沙门氏菌属） Campylobacter（弯曲菌属）
生物保健食品
• 纳豆菌剂
• 纳豆菌为一类枯草芽孢杆菌，“纳豆” 类似中国 的豆豉,而这类细菌含有一种耐热性成分---2，6吡 啶二羧酸。 • 该菌剂对赤痢、霍乱、伤寒等疾病有预防作用； • 对病系菌O-157菌的生长繁殖有很强抑制效果。 • 该菌产生的纳豆激酶（又称血栓溶解酶），对心 脑血管有预防作用。
1、酒精饮料 Large banks used for wine production
1、酒精饮料
压榨葡萄
灭菌,加入酵母 由糖类产生乙醇 果汁发酵
丙-乳酸发酵 发酵罐
最终酒精饮料的形成 陈酿化
装瓶
葡萄酒的生产工艺
1、酒精饮料
丹麦哥本哈根Carlsberg啤酒厂的酿酒罐
2、奶制品
• 发酵的奶制品占所有发酵食品的10%。 • 乳酸杆菌对奶制品有很多好处： （1）乳酸杆菌对人无害，但对许多不良细菌有抑制作用， 因此使奶制品能保存； （2）可改善奶制品的口味和质地； （3）对肠道微生物生态有着十分有利健康的影响。
转基因药用乳制品：
霍乱疫苗马铃薯
狂犬疫苗番茄 含抗生物素蛋白和-葡萄糖苷酶的玉米（美国 ProdiGene Inc. ）
食用疫苗
• 含乙肝病毒蛋白的转基因马铃薯、西红柿 • 带有乙肝表面抗原（HBsAg）DNA的烟草 • 导入一种引起腹泻的病毒DNA的莴笋、马铃薯 和西红柿 • 抗猪线毛虫的转基因马铃薯 • 工程香焦（生产口服疫苗） • 工程马铃薯（生产口服流感疫苗、干扰素、胰 岛素、医用酶） • 工程西红柿（生产降血压物质）
2、SCP的生产
• 把有机废料转化为SCP • 废料中的许多物质应该回收再利用，比 如稻秸、蔗渣、柠檬酸废料、果核、糖 浆、动物粪便和污物等。
• 从藻类中得到SCP • 在日本，把小球藻作为冰淇淋、面包等食品的蛋白质 和纤维素的添加剂。 • 非洲和墨西哥，人们广泛利用螺旋藻。螺旋藻 • 在1974年的联合国世界粮食会议确定螺旋藻为重要蛋 白质。
• 日本出售克隆牛肉，从未 标明。
• 欧盟则要求转基因食品的 基因改变不得超过基因总 量的1％，市场上出售的转 基因食品必须贴标签。
• 公众在某种程度上对食品的过度人为操 作常持反对态度并表现出一些抵制，特 别对遗传工程食品，担心会影响健康和 环境等。
• 食品工业非常保守，对新技术革新接受 很慢，最终能否接受新技术有赖于经济、 消费者的接受程度、规章程序和技术类 型等因素的制约。
• 研究表明，1g螺旋藻干粉所含营养，相当于1000g新鲜 蔬菜；
• 一亩水田的螺旋藻按所含蛋白质当量计算，相当于 735.7亩水稻， 657.9亩小麦，403.4亩或300.3亩大豆的 平均产量。
3、SCP的可接受程度
• 纯技术和经济因素 • 地理、政治、社会与心理等因素 • SCP产品的安全性、营养价值
生物技术对食品的影响越来越 大。无论如何，所有食品的生物 技术进步都要记住一点： ： 生产的食品必须是可吃的并且 是好吃的。
3.1
生物技术与食品加工
一、单细胞蛋白 1、蛋白质的需求
• 人口的增长，传统农业不能提供足够的食物满足人类的需 求，尤其是蛋白质短缺；
• 发展中国家和发达国家间的蛋白质数量差距在扩大；
• 全球在粮食生产和食物分配方面存在严重的地区不平衡； • 人类的饮食结构都有从谷物向肉类转移的趋势。
ห้องสมุดไป่ตู้
• 单细胞蛋白（single cell protein,scp）是指“生 产”蛋白质的生物大都是单细胞或丝状微生物 个体，而不是多细胞复杂结构的生物，如动物、 植物等。 • 微生物含有丰富的蛋白，按其干重计算， 酵母 含40%~60%， 霉菌含30%，细菌含70%，藻 类含60%~70%，可以为人类提供日益短缺的 蛋白质。
• 酶也将广泛而深入地用在新型功能食品的开发上，如 低热量的寡聚糖、人工脂肪和特殊的食物纤维成分等 在日本研究较多。
四、新型甜味剂
• 酶技术创造出一类来自淀粉的新甜味剂。 • 阿斯巴甜是一种二肽（L-天冬氨酰-L-苯丙氨 酸甲脂）。 • 在合成过程中，最贵的成分是苯丙氨酸，现在 大部分由发酵生产。 • 阿斯巴甜在安全性上是研究得最完全的一种食 品添加剂。 • 它不升高血糖，特别适合于糖尿病、高血压、 肥胖症、心血管疾病患者使用。
用微生物生产SCP的优点：
（1）在最佳条件下，一些微生物的生长量
每隔蔼 0.5~1小时能加倍。 （2）比植物和动物更容易进行遗传操作
（3）蛋白含量高、高营养价值。
（4）能在连续发酵反应器中大量培养，占 地少，不依赖气候。 （5）培养基来源广泛，低廉，
2、SCP的生产
• 从能源物质生产SCP • 英国的ICI公司采用利用甲醇的细菌生产 的SCP蛋白用于 动物营养。 • 以乙醇作反应原料生产SCP，特别适合作为人类的食物。 • 以甲烷作反应原料生产SCP，由于存在太多的技术困难而 不能开发利用。 • 以多链烷烃作反应原料生产SCP的生物技术加工过程复杂， 且怀疑该法生产的SCP 可能含有致癌物而停止了大部分 生产。
• 主要原因： • 缺适应高浓度醋酸的醋酸菌菌种； • 生料制醋工艺易受各种微生物污染。 • 解决办法： • 采用回交法、基因突变和细胞融合等手段培育新菌种； • 采用固定化活细胞发酵法提高生产效率。
2、食用有机酸
• 常用的有柠檬酸、醋酸、乳酸、葡萄糖酸、苹果 酸和酒石酸，这些有机酸都需要通过微生物的发 酵制成。其中以柠檬酸的产量和用量最大。 • 柠檬酸在食品工业中用途广泛，如水果饮料、糖 果点心、果酱的生产，以及水果的保存等。 • 我国的柠檬酸的总产量已超过4万吨，它是以糖 蜜为原料，通过黑曲霉发酵而生产的。
SCP可补充人和动物的蛋白质需求
• SCP可作为食品添加剂，以改变食品风味，并可 代替动物蛋白。 • 在动物饲养上，可代替传统的蛋白质添加剂，如 鱼粉、豆粉等，特别在水产养殖业，如养虾、养 鱼等方面。
表1 不同生物的物质加倍时间
生物体 细菌和酵母菌 霉菌和藻类 草本植物 鸡 猪 小牛 婴儿
时 间 20~120min 2~6 h 1~2星期 2~4星期 4~6星期 1~2月 3~6月
3.3 遗传工程食品
• 利用遗传工程手段改善农 作物的品质，如口感、营 养、质地、颜色、形态、 酸甜度以及成熟度等。 • 目前已批准上市的转基 因食品有：大豆、谷物、 马铃薯、番茄、木瓜、 canola，红心菊苣、南瓜、 以及用生长激素基因突变 的牛生产的奶制品。
转基因保健食物
兼有营养和药物价值的转基因动植物产品：
表4
部分有机酸国内外技术水平比较
产品名称 柠檬酸 衣康酸 L-乳酸
国 外 国 内 产酸25% 12~13%（生产） ，中试20% 产酸12~14% 7~8% 产酸18% 10~12%
4、低聚糖
• 低聚糖是微生物分泌到胞外的一种物质，许多种微生 物的分泌量都很高， • 它们可使食品更粘稠或形成凝胶，稳定食品结构，改 善外观和口味。
表3 传统的和可替代的甜味剂 产 品 相对甜度 蔗糖 1.0 55%高果糖浆 1.4 cyclamate 50 安赛蜜 (Acesulfame) 150 阿斯巴甜 (aspartame) 200 糖精 300~650 thaumatin 3000
五、其他食品添加剂
1、醋
• • • • • • 含至少4%的醋酸，少量的酯糖、酒精和盐； 它通常来自葡萄、麦芽或苹果汁。 发酵菌通常是醋酸菌。 它广泛用作酸味剂和调味剂。 目前高浓度（15% w/v）的醋在国际市场上大受欢迎 国内市场上未见醋酸含量大于10%的产品
3 食品生物技术
生物技术与食品加工
生物技术与食品检测
遗传工程食品
食品生产是世界上最大的工业之一。在工业化 国家，食品消费至少占家庭预算20%~30%。 食品链主要开始于农业生产中的作物种植或动 物饲养，终止于消费者对它们的利用。
农产品和消费者之间的环节是食品加工业。
食品生物技术包含的内容很广，如提高食品质 量、营养、安全性和食品保藏等。