食品生物技术导论第1章绪论

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物传感器分析法(固定化酶和酶电极法),这说明了我国的生物传感器已发展到进入国 家标准的时代。
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现代食品生物技术的安全性问题 现代食品生物技术为人类解决食品短缺和环境的农药污染带来了希望,同时用这
些技术生产的食品是否存在安全性问题,也是人们所关注的,其中主要是转基因 食品的安全性问题。
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转基因食品的安全主要为以下几个方面: 1. 转基因食品中外源基因对人健康的潜在危险 2. 转基因作物中的新基因在无意中对食物链其他环节造成的不良后果 3. 转基因植物对生物多样性的影响
2.5.5发酵工程主要指在最适发酵条件下,发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺 技术。
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2.5.6根据不同的需要,发酵工艺上还分类批量发酵:即一次投料发酵; 流加批量发酵:即在一次投料发酵的基础上,流加一定量的营养,使细胞进一步的生长,
或得到更多的代谢产物; 连续发酵:不断地流加营养,并不断地取出发酵液。 2.5.7下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术:包括固液分离技术,细胞破壁技术,
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生物传感器的研究现状和发展方向 我们研究和开发生物传感器是为了向社会提供采用生物传感器原理的新仪器和分析
控制方法 ,使之可以广泛地应用于临床诊断和监护、食品分析、工业控制和环境状态 的监 测。
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生物传感器的开发和应用进展 在生物技术领域迫切需要建立的各种快速分析和优化控制方法中,生物传感器是目前
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2.7现代分子检测技术 2.7.1现代分子检测技术是应现代生物技术的发展以及其他如医学、食品、农业、环境保
护等产业发展的需要而发展起来的一门新技术。 2.7.2主要包括:核酸分子检测技术、蛋白质分子检测技术、生物芯片和生物传感器技术
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核酸分子检测技术 建立在核酸(DNA和RNA)基础上的检测技术。 由于DNA在生物体中是最稳定的物质之一,故对其的检测结果在重复性、准确性和检
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2.4酶工程(enzyme engineering) 2.4.1酶是一种在生物体内具有新陈代谢催化剂作用的蛋白质。 酶工程就是利用酶催化的作用,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。它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。
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2.4.2酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。如我们日常生活中所 见到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等,就是酶工程最直接的体现。
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2食品生物技术包含的内容 食品生物技术
基因工程
细胞工程 酶工程 发酵工程 蛋白质工程 下游工程
……
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2.1基因工程 基因工程(genetic engineering),也叫基因操作、遗传工程,或重组体DNA技术。 2.1.1基因克隆 重组体DNA技术发展中的主要突破就是克隆基因的能力。主要是从生物的染色体上分
蛋白质纯化技术,最后还有产品的包装处理技术。
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2.6生物工程下游技术(biotechnique downstream processing) 2.6.1生物工程下游技术是指将发酵工程、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。
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生物工程下游技术的发展: 1. 19世纪60年代以前的早期生物工程下游技术 2. 19世纪60年代-20世纪70年代,以过滤、蒸馏、精馏等为代表的近代分离技术 3. 20世纪70年代以后,这个时期生物工程下游技术发展迅速,形成了全新的产业
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2.4.4在当今日新月异的生物技术中,酶工程的主要任务在于: (1)分解天然大分子如纤维素、木质素等,使低分子有机物聚合、检测与分解有毒物质及
废物综合利用等的新酶开发: (2)利用基因工程技术开发新酶种和提高酶产量: (3)固定化酶和细胞、固定化多酶体系及辅因子再生,特定生物反应器的研究和应用:
测灵敏度上都要优于其它检测方法。 在核酸分子检测技术上,应用最广泛的是聚合酶链式反应技术(PCR)。
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在食品安全方面, PCR技术在检测产毒微生物、以食品为载体的病原微生物等方面 提供了一个快速、准确的检测手段
利用PCR技术对转基因食品进行检测是目前最行之有效的办法,
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蛋白质分子检测技术是以蛋白质分子以寄出的检测技术,最具有代表性的是酶联免疫 吸附检测技术(ELISA)和单克隆抗体技术(McAb)
最受到人们重视的一种。 生物传感器能对许多过去难于测定的生化物质进行定量分析。已经在实践中开始应用
的生物传感器都是固定化酶电极,包括葡萄糖、谷氨酸、乳酸、乙醇等多种
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生物传感器与国家标准中的食品分析方法 1996年12月开始实施新国家标准“食品中葡萄糖测定方法酶比色法酶电极法”,这
是在国家标准中第一次出现的生物分析方法的法规, 该标准不仅仅采用了常规的酶法分析方法,还同时采用了比常规酶法分析更进步的生
品制备、生化反应、检测等步骤)集成并移植到一块普通邮票大小的芯片上去,并使 这些分散的过程连续化、微型化,以实现对大量生物信息进行快速、并行处理的要求。
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生物传感器技术 用固定化生物成分或生物体作为敏感元件的传感器称为生物传感器(biosensor)。
生物传感器并不专指用于生物技术领域的传感器,它的应用领域还包括环境监测、医 疗卫生和食品检验等。
重要经济价值的植物与动物和利用微生物改良环境的技术”。 该定义强调了生物技术的商品属性
生物技术显著特点 高技术(精细和密集的复杂技术) 高投入(尤其是前期科研投入高) 高利润
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1.3 食品生物技术基本概念 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。
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通过改变酶促反应的Km和Vmax来提高催化效率
2. 改变蛋白质对酸碱和温度稳定的适应范围,拓宽应用
3. 改变酶在非水溶剂中的反应性,使蛋白在非生理条件下使用
4. 减少酶对辅助因子的需求,简化持续生产过程
5. 增加酶对底物的亲和力,增加酶的专一性,减少副反应
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6. 提高对蛋白酶的抗性,简化纯化过程,提高产率 7. 改变酶的别构调节位置,减少反馈抑制,提高产物产率 8. 提高蛋白的抗氧化能力 9. 改变酶对底物的专一性 10. 改变蛋白发生作用的种属特异性
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1953,Waston and Crick,DNA双螺旋结构 1965,Jacob and Monod, 乳糖操纵子学说 1969,破译DNA密码 20世纪60年代, DNA重组 1972,限制性内切酶的发现 1977, DNA分子内核苷酸序列测定 1984,单克隆抗体 1986,PCR技术
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蛋白质工程和酶工程的地位与作用 食品与酶的关系密切,酶在食品生产过程中起着很大的作用,如淀粉糖类生产中需要
用到淀粉酶、糖化酶等。 同时在食品加工过程中添加各种风味酶类,可以改善食品的风味、口感等。 蛋白质工程技术的发展,又促进了新型酶的开发和酶加工性能的改善。
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生物工程下游技术的地位与作用 生物工程下游技术与食品加工工艺有着密切的联系,特别是在生产功能性食品中,功 能因子的提取更是离不开下游技术的发展。因为功能因子一般都是理化性质不稳定的 物质,常规方法提取效率低下而且提取产物易被破坏。而用现代生物分离技术能很好 的克服这些缺点。
生CO2的现象。 发酵(fermentation)从狭义上讲是酵母在无氧条件下的呼吸过程,利用有机化合物分解
代谢释放能量的过程。
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2.5.2发酵工业就是利用生物的生命活动产生的酶,对无机或有机原料进行酶加工(生物 化学反应过程),获得产品的工业。
它包括:传统发酵(酿造),如酒类和一些食品的生产; 近代发酵工业,酒精、乳酸、丙酮-丁醇等; 新兴发酵工业,如抗生素、有机酸、氨基酸、生理活性物质、单细胞蛋白等的生产。
ELISA是以免疫学反应为基础,将抗原、抗体的特异性反应与酶对底物的高效催化作 用相结合起来的一种敏感性很高的试验技术。
ELISA已广泛用于许多检测领域。比如此次的“非典”病毒 ,以及“艾滋病”病毒, 都应用了此种检测技术
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生物芯片技术是近年来兴起的一项综合性的高新技术。 它以微机电系统技术和生物技术为依托,将生命科学研究中的许多不连续过程(如样
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食品生物技术的地位和作用 基因工程技术的作用: 1. 根据人类需要人为地设计新型的食品与食品原料。 2. 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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
发酵工程的的地位与作用 用来生产各种食品,如酒、发酵奶制品、面包、泡菜等 生产食品添加剂,如食用有机酸(柠檬酸)、氨基酸、维生素、调味品(味精)等
离特殊基因,通过把它插入到一个载体(vector)中进行克隆。
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基因工程流程模式图 10
2.2细胞工程(cell engineering) 2.2.1细胞是生物体的结构单位和功能单位。细胞工程就是利用细胞的全能性,采用组 织与细胞培养技术对动、植物进行修饰,为人类提供优良品种、产品和保存珍贵物 种。细胞工程主要包括体细胞融合,核移植,细胞器摄取和染色体片段的重组等。
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2.4.3生物酶工程是酶学原理和以基因重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物, 主要任务是:(1)采用基因重组技术大量生产酶(克隆酶),目前已成功地生产了 100多 种酶基因。(2)通过基因工程技术,使酶基因发生定位突变,产生遗传性修饰酶(突变 酶)。(3)设计新酶基因合成自然界不曾有的酶(新酶)。
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1.2什么是生物技术? 从应用在食品上来讲,生物技术通常包含以下几个方面内容: (1)对用于食品加工中的植物、动物和微生物的DNA进行直接修饰; (2)把微生物及其产物作为食品或食品添加剂; (3)用DNA或蛋白质的检测方法监测或鉴定食品中的微生物或其产物;
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美国政府技术顾问委员会(OAT)定义∶ “应用生物或来自生物体的物质制造或改进一种商品的技术,其还包括改良有
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2.2.5细胞核移植:将一个物种的细胞核与另一个物种的细胞质进行融合后,生殖发育形 成子代。
这一技术对动物优良杂交种的无性繁殖具有重大意义。 2.2.6细胞器的移植主要是指中绿体和线粒体的移植。 2.2.7染色体工程则是利用染色体替换来改变生物遗传特性,如利用染色体的易位、缺体、
三体等方法,获得新的染色体组合。
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2.3蛋白质工程(protein engineering) 2.3.1蛋白质工程就是通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和动力学的研究,获得有关蛋白
质理化特性和分子特性的信息,在此基础上对编码蛋白的基因进行有目的的设计改造, 通过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基因生物系统。
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主要包含以下几个方面的内容:
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2.2.2体细胞融合是指两个不同种类的细胞,加上融合剂,在一定条件下,彼此融合成杂 交细胞,使来自两个亲本细胞的基因有可能都被表达。
2.2.3目前动物的杂交细胞还只停留在分裂传代的水平,不能分化发育成完整的个体,但 在理论研究和基因定位上都有重大意义。
2.2.4而植物间的体细胞融合所得到的杂交细胞,已达到了完整的植株水平,获得了新的 杂交植物。
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2.5.3现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包,而且生产胰岛素、干扰素、生长 激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物,生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草 剂等农用生产资料,在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单 细胞蛋白等。
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2.5.4从广义上讲,发酵工程由三部分组成:上游工程,发酵工程和下游工程。其中上游 工程包括优良种株的选育,最适发酵条件(pH、温度、溶氧和营养组成)的确定, 营养物的准备等。
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(4)利用生物细胞(组织)研究酶传感器: (5)酶的非水相催化技术,酶分子修饰与改造以及酶型高效催化剂的人工合成的研究与应
用。
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2.5发酵工程(fermentation engineering) 2.5.1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。 发酵(fermentation)最初来源于拉丁语“发泡(fervere)”是指酵母作用于果汁或发芽谷物产
食品生物技术导论第1章绪 论
第一章 绪论
1食品生物技术发展历史事件与基本概念 1.1重大历史事件 公元前6000,微生物发酵生产酒精,酿造啤酒 公元前4000,酵母发酵生产面包 公元前221,制作豆腐、酱油和醋 1865,孟德尔遗传规律学说 1885,巴斯德微生物纯培养技术 1909,摩尔根基因学说
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