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1、生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用,段素娟,陳東超,李素芳,尹小瑩,鄒平,張佳慧,2,主要內(nèi)容,一生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用概況,二生物技術(shù)手段,三生物技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,四,未來(lái)應(yīng)用前景,一,生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用概況,生物技術(shù)是對(duì)生命有機(jī)體進(jìn)行加工改造和利用的技術(shù)，,它是,21,世紀(jì)高新技術(shù)的核心之一。目前，生物技術(shù)已被應(yīng),用于工農(nóng)業(yè)、食品加工、醫(yī)療保健等眾多領(lǐng)域中。,而食品生物技術(shù)是生物技術(shù)的重要分支學(xué)科，主要指,生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用。,生物技術(shù)在食品工業(yè)中又有哪些應(yīng)用？,生物技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：,1.,是利用基因工程、細(xì)胞工程技術(shù)對(duì)食品資源的改造和改,良；,2.,是利用

2、發(fā)酵工程、酶工程技術(shù)將農(nóng)副原材料加工制成商,品，如調(diào)味品、酒類、酸奶等發(fā)酵制品；,3.,是利用這些生物技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，形成新的產(chǎn)品，,如高果糖漿，食用添加劑等；,4.,是利用酶工藝、發(fā)酵技術(shù)、生物反應(yīng)器等對(duì)傳統(tǒng)食品加,工工藝進(jìn)行改造，降低能耗、提高產(chǎn)率、改善食品品質(zhì)等。,另外,，在食品生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域如食品包裝、食品檢測(cè)等方面，,食品生物技術(shù)也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。所以生物技術(shù)在,食品領(lǐng)域的應(yīng)用有著廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展前景。,二,生物技術(shù)手段,生物技術(shù)包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、,蛋白質(zhì)工程,5,個(gè)方面。該技術(shù)是應(yīng)用生物體（微生物、動(dòng),物細(xì)胞、植物細(xì)胞）或其組成部分（細(xì)胞器、酶）在

3、最適,宜條件下，生產(chǎn)有價(jià)值的產(chǎn)物或進(jìn)行有益過(guò)程的技術(shù)。,技術(shù)路線如下,基因工程,微生物,蛋白質(zhì)或酶,動(dòng)植物個(gè)體或細(xì)胞,工程菌,發(fā)酵工程,蛋白質(zhì)或酶工程,特定產(chǎn)品,細(xì)胞工程,優(yōu)良品系,（一）基因工程,基因工程是以分子遺傳學(xué)為基礎(chǔ)，以,DNA,重組技術(shù),（克隆技術(shù)）為手段，用人工的方法把不同生物的遺傳物,質(zhì)（基因）分離出來(lái)，在體外進(jìn)行剪切、組合、拼裝，形,成基因重組體，然后把重組體引入宿主細(xì)胞內(nèi)或個(gè)體中以,得到高效表達(dá)，最終獲得人們所需要的基因產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)動(dòng),物、植物、微生物等物種之間的基因轉(zhuǎn)移，或,DNA,重組，,達(dá)到食品原料或微生物的改良。,主要應(yīng)用,:,1.,優(yōu)化食品生物資源及食品品質(zhì),2.,

4、改良食品工業(yè)菌種,1,優(yōu)化食品生物資源及食品品質(zhì),基因工程應(yīng)用,a.,植物食品原料的生產(chǎn)，可進(jìn)行品種改良、新品種開(kāi)發(fā)與原料增產(chǎn)，如,選育抗病植物、耐除草劑植物、抗蟲(chóng)性或抗病毒植物、耐鹽或耐旱植,物等，使食品原料的供應(yīng)更加多樣。,1,優(yōu)化食品生物資源及食品品質(zhì),b.,改善食品品質(zhì)，可以通過(guò)基因工程改變酶的性質(zhì)，生產(chǎn),食品結(jié)構(gòu)改良劑；,c.,氨基酸的生產(chǎn)，進(jìn)行氨基酸的工業(yè)化生產(chǎn)；,d.,天然食品防腐劑的大量生產(chǎn)，主要包括殺菌肽、防御素,等；,e.,食品工業(yè)中新型蛋白質(zhì)、單細(xì)胞蛋白、維生素酶制劑、,微生物多糖、淀粉糖的生產(chǎn)。,2,改良食品工業(yè)菌種,a.,基因工程應(yīng)用于微生物育種：食品工業(yè)如酒類、醬油

5、、食醋、發(fā)酵,乳制品等的發(fā)展，關(guān)鍵在于是否有優(yōu)良的微生物菌種，將基因工程,應(yīng)用于微生物育種，從事發(fā)酵菌種的改良研究，已經(jīng)成為改良食品,工業(yè)菌種的一個(gè)重要途徑。,例如，利用基因工程技術(shù)培育出新的釀酒酵母菌株,用以改進(jìn)傳統(tǒng)的釀酒工藝，在啤酒酵母的改良中，將,-,乙酰乳,酸脫羧酶基因克隆到啤酒酵母中進(jìn)行表達(dá)，可降低啤酒雙乙酰含量,而改善啤酒風(fēng)味；選育出分解,-,葡萄糖和糊精的啤酒酵母，能夠明,顯提高麥芽汁的分解率并改善啤酒質(zhì)量；構(gòu)建具有優(yōu)良嗜殺其他茵,類活性的嗜殺啤酒酵母已成為純種發(fā)酵的重要措施。,b.,基因工程技術(shù)還可以與食品衛(wèi)生分析檢測(cè)結(jié)合。,例如，采用基因探針技術(shù)檢測(cè)有害微生物具有特異性強(qiáng)、靈

6、敏度高,和操作簡(jiǎn)便、省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)考查待測(cè)樣品與標(biāo)記性,DNA,探針能,否形成雜交分子，即可判斷樣品中是否含有此種微生物，并且還可,以通過(guò)測(cè)定放射性強(qiáng)度以考查樣品中微生物數(shù)量。,（二）蛋白質(zhì)工程,1,提高其應(yīng)用價(jià)值,蛋白質(zhì)工程是利用,X-,射線衍射和電子計(jì)算機(jī)圖像顯示,計(jì)算，確定天然蛋白質(zhì)的三維構(gòu)想和活性部位，分析設(shè)計(jì),需要改造的氨基酸殘基，然后采用基因定位突變的方法，,修飾或人工合成基因，按照設(shè)計(jì)改造天然蛋白質(zhì)或酶，提,高其應(yīng)用價(jià)值。,2,生產(chǎn)新型功能性食品,蛋白質(zhì)工程可以按照人類的需求創(chuàng)造出原來(lái)不曾有過(guò)、,具有不同功能的蛋白質(zhì)及其新產(chǎn)品，或生產(chǎn)具有特定氨基,酸順序、高級(jí)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和生

7、理功能的新型蛋白質(zhì)，,可以定向改造酶的性能，生產(chǎn)新型功能性食品。,1,改善凝乳酶性質(zhì),在干酪加工中，凝乳酶作為重要的凝結(jié)劑而被廣泛應(yīng),用。市場(chǎng)生產(chǎn)凝乳酶的,缺點(diǎn),：酶類在特異性、凝結(jié)活性、,蛋白分解活性、最適,pH,值、熱穩(wěn)定性等性質(zhì)上與天然凝,乳酶有一定的差異，因此在食品加工中易引起產(chǎn)量降低和,成熟中出現(xiàn)不良風(fēng)味。,在,凝乳酶蛋白質(zhì)工程技術(shù),的研究,優(yōu)點(diǎn),，目前已經(jīng)在解,釋酶的某些結(jié)構(gòu)與功能性質(zhì)、基團(tuán)與功能性質(zhì)、酶的翻譯,和激活等方面取得了一定進(jìn)展，在改變酶的某些性質(zhì)方面,取得了一定效果。這項(xiàng)工程可以潛在地增強(qiáng)和優(yōu)化凝乳酶,的各項(xiàng)酶學(xué)性質(zhì)，為凝乳酶資源的開(kāi)發(fā)和在食品加工中的,合理利用帶來(lái)了光

8、明的前景。,2,研究和優(yōu)化纖維素酶的性質(zhì),?,纖維素酶是糖苷水解酶的一種，它可以將纖維素水解成單,糖，進(jìn)而發(fā)酵成乙醇，從而解決農(nóng)業(yè)、再生能源以及環(huán)境,污染等問(wèn)題。為了更好地利用纖維素，愈來(lái)愈多的國(guó)內(nèi)外,學(xué)者開(kāi)始關(guān)注纖維素酶的研究。,?,蛋白質(zhì)工程作為一種工具用來(lái)研究纖維素酶的催化機(jī)制，,主要包括：,?,潛在活性中心氨基酸殘基進(jìn)行基因定點(diǎn)突變；,?,體外分子定向進(jìn)化和對(duì)定點(diǎn)突變酶進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。,?,通常采用基因定點(diǎn)突變技術(shù)對(duì)典型纖維素酶家族序列不,變殘基和三維構(gòu)像進(jìn)行確認(rèn)，并通過(guò)設(shè)計(jì)新的三維復(fù)合體,來(lái)對(duì)酶進(jìn)行修整和探索。,（三）細(xì)胞工程,?,細(xì)胞工程是在細(xì)胞水平上改造生物遺傳特性和生產(chǎn)性能，,

9、以獲得特定的細(xì)胞、細(xì)胞產(chǎn)品或新生物體的技術(shù)。,?,包括,細(xì)胞融合、細(xì)胞培養(yǎng)及細(xì)胞核移植,等。,?,利用細(xì)胞雜交、,細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)可獲得遺傳性狀有所改,良的新菌株或動(dòng)植物細(xì)胞、生產(chǎn)食品添加劑與酶制劑等。,主要應(yīng)用：,1,細(xì)胞工程育種,2,細(xì)胞培養(yǎng),1,細(xì)胞工程育種,?,在細(xì)胞水平上的原生質(zhì)體制備與融合有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣遺傳,物質(zhì)的直接交換，,促進(jìn)遺傳資源的創(chuàng)新。,?,有研究者利用曲霉種間的原生質(zhì)體融合獲得了比親本菌株,淀粉酶產(chǎn)量提高,114204.81%,，且耐高溫性能也有所提高,的新菌株。,?,再如，大多數(shù)難以栽培的食用菌都與植物有共生或寄生關(guān),系，人工栽培出菇問(wèn)題一直無(wú)法解決，原生質(zhì)體融合技術(shù),

10、則可以去除細(xì)胞壁的屏障，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交，為難以人工栽,培的食用菌育種提供了新方法。,2,細(xì)胞培養(yǎng),?,利用細(xì)胞工程技術(shù)生產(chǎn)生物來(lái)源的天然食品或天然食品添,加劑，是細(xì)胞工程的一個(gè)重要領(lǐng)域，應(yīng)用范圍包括生產(chǎn)天,然藥物（人參皂苷、紫杉醇、長(zhǎng)春堿等）、食品添加劑,（花青素、胡蘿卜素、紫草色素、天然香料等）和酶制劑,（,SOD,酶、木瓜蛋白酶等）。,?,典型的應(yīng)用是用于味精生產(chǎn)的優(yōu)良谷氨酸生產(chǎn)菌的育種，,繼而出現(xiàn)的必需氨基酸生產(chǎn)菌株的育種都應(yīng)用到細(xì)胞融合,技術(shù)。,?,如,L-,蘇氨酸和,L-,賴氨酸均已用于生產(chǎn)；,?,醬油曲霉菌經(jīng)細(xì)胞融合技術(shù)選育后，醬油的品質(zhì)明顯提高。,另外，酒精酵母、酶制劑生產(chǎn)菌的育種

11、多采用細(xì)胞工程技,術(shù)，均得到了非凡的成果，,?,在食用酒精和食品專用酶的生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的效能。,?,在實(shí)驗(yàn)室利用細(xì)胞工程技術(shù)生產(chǎn)天然食品或添加劑已取得,了很好的成果，為工業(yè)生產(chǎn)開(kāi)辟了很好的前景。,(,四）酶工程,?,酶工程是指利用酶、細(xì)胞或細(xì)胞器等具有的特異催化功能，,借助生物反應(yīng)裝置和通過(guò)一定的工藝手段生產(chǎn)出人類所需,要產(chǎn)品。,?,酶工程在食品工程中的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)比較成熟，包括各種,酶的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)、酶的分離和純化、酶或細(xì)胞的固定化技,術(shù)、固定化酶反應(yīng)器的研制以及酶的應(yīng)用等。,?,主要應(yīng)用,：,1,開(kāi)發(fā)新型食品添加劑,2,在食品保鮮中的應(yīng)用,3,食品分析和檢測(cè)中的應(yīng)用,1,開(kāi)發(fā)新型食品添加劑

12、,?,例如，甜菊苷是一種非營(yíng)養(yǎng)型功能性甜味劑。甜菊苷具有,輕微的苦澀味，通過(guò)酶法改質(zhì)后可除去苦澀味，從而改善,了其風(fēng)味。甘草中所含的甜味物質(zhì)甘草苷是一種功能性甜,味劑，具有補(bǔ)脾益氣、解毒保肝、潤(rùn)肺止咳的功效。甘草,苷經(jīng),-,葡糖苷酸酶處理，生成單葡糖苷酶基甘草酸，其甜,度為甘草甜素的,5,倍，是高甜度的甜味劑和解毒劑。,?,近年來(lái)在發(fā)達(dá)國(guó)家，酶工程加快了新酶源的開(kāi)發(fā)，使功能,性食品添加劑，如營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑、低熱量的甜味劑、食用纖,維和脂肪替代品等得到迅速發(fā)展。,2,在食品保鮮中的應(yīng)用,?,酶制劑保鮮技術(shù)是利用酶的催化作用，防止或消除外界因,素對(duì)食品的不良影響，從而保持食品原有的優(yōu)良品質(zhì)與特,性的技

13、術(shù)。,?,例如葡萄糖氧化酶加在瓶裝飲料中，吸去瓶頸空隙中氧而,延長(zhǎng)保鮮期；,?,溶菌酶對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌有較強(qiáng)的溶菌作用，可用于肉制品、,干酪、水產(chǎn)品、乳制品、水果等的保鮮，且具無(wú)毒性、底,物專一、高度催化、作用條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。,3,食品分析和檢測(cè)中的應(yīng)用,?,由于酶具有特異性，因此，也適合于動(dòng)植物化學(xué)組分的定,性和定量分析。,?,此外，在食品中加入一種或幾種酶，根據(jù)它們作用于食品,中某些組分的結(jié)果，可以評(píng)價(jià)食品的質(zhì)量，這是一種十分,簡(jiǎn)便的方法。,（五,）發(fā)酵工程,?,發(fā)酵工程是指采用工程技術(shù)手段，利用微生物和有活性離,體酶的某些功能，為人類生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品，或者直接,用微生物參與控制某些生產(chǎn)的

14、一種技術(shù)。,?,現(xiàn)代發(fā)酵工程包括微生物資源的開(kāi)發(fā)利用、微生物菌種的,選育固定化細(xì)胞技術(shù)、生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)、發(fā)酵條件的利用,及自動(dòng)化控制、發(fā)酵產(chǎn)品的分離與提純等技術(shù)。,?,發(fā)酵工程技術(shù)涉及到新食品配料、食品加工催化劑、飲料,穩(wěn)定劑、,D-,氨基酸及其衍生物制造等諸多食品工業(yè)領(lǐng)域。,?,一,改造傳統(tǒng)食品加工工藝,?,二,開(kāi)發(fā)大型真菌,一,改造傳統(tǒng)食品加工工藝,不足：,?,從植物中萃取食品添加劑不僅成本高，而且來(lái)源有限。,?,化學(xué)合成法生產(chǎn)食品添加劑雖然成本低，但是化學(xué)合成率,低、周期長(zhǎng)，而且可能危害人體健康。,因此，生物技術(shù)，尤其是發(fā)酵工程技術(shù)成為食品添加劑生產(chǎn),的首選方法。,目前，利用微生物發(fā)酵生

15、產(chǎn)的食品添加劑主要有,Vc,、,V,B12,、,V,B2,、甜味劑、增香劑和色素等。,發(fā)酵工程生產(chǎn)的天然色素、天然新型香味劑正在逐步取代人,工合成的色素和香精。,二,開(kāi)發(fā)大型真菌,?,一些藥用真菌，如靈芝、冬蟲(chóng)夏草、茯苓等，含有調(diào)節(jié)機(jī),體免疫功能、抗癌、,防衰老的有效成分，是發(fā)展功能性,食品的一個(gè)重要原料來(lái)源。,靈芝,26,冬蟲(chóng)夏草,27,茯苓,?,對(duì)于這些名貴的藥用真菌，,?,一方面可通過(guò)野外采摘和人工種植相結(jié)合的方式進(jìn)行資源,收集，但是這種方式的產(chǎn)量低，易受天氣和季節(jié)的影響；,另一方面，則可以通過(guò)發(fā)酵途徑實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。,?,例如河北省科學(xué)院微生物研究所等篩選出了繁殖快、生物,量高的優(yōu)良靈

16、芝菌株，應(yīng)用于深層液體發(fā)酵研究并取得了,成功，建立了一整套發(fā)酵和提取新工藝，為研制功能性食,品提供更為廣闊的藥材原料。發(fā)酵培養(yǎng)蟲(chóng)草菌也在中國(guó)醫(yī),學(xué)科學(xué)院藥物研究所實(shí)現(xiàn)，分析其產(chǎn)品的化學(xué)成分和藥理,功效，與天然冬蟲(chóng)夏草基本一致。,六,生物技術(shù)在食品生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用,1,在食品包裝貯藏中的應(yīng)用：用生物技術(shù)能開(kāi)發(fā)出新型的,保鮮和包裝材料，替代傳統(tǒng)的防腐劑和包裝材料。,2,生物技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用：現(xiàn)代生物技術(shù)使食品檢,測(cè)實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、成本低的愿望。在食品衛(wèi)生檢驗(yàn),中應(yīng)用的幾種典型的生物技術(shù)主要包括基因探針技術(shù)、,PCR,技術(shù)、生物傳感器技術(shù)和免疫法。,3,按照需要的目的構(gòu)建工程菌。,六,生物技術(shù)在食品生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用,4,利用生物技術(shù)手段生產(chǎn)保健食品功能成分。如,L-,肉堿、活,性多肽、抗體等。為保健食品工業(yè)發(fā)展提供充足的原材,料。,5,應(yīng)用生物技術(shù)解決食品工業(yè)生產(chǎn)中的環(huán)保問(wèn)題：在控制水,污染、治理大氣污染、有毒有害物質(zhì)的降解、可再生資,源的開(kāi)發(fā)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境友好材料的合成、污染環(huán)境,的修復(fù)以及清潔生產(chǎn)等與食品工業(yè)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān),的各個(gè)方面生物技術(shù)均發(fā)揮著極其重要的作用。,四