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1、生物技术在食品工业中的应用,段素娟,陈东超,李素芳,尹小莹,邹平,张佳慧,2,主要内容,一生物技术在食品工业中的应用概况,二生物技术手段,三生物技术应用领域,四,未来应用前景,一,生物技术在食品工业中的应用概况,生物技术是对生命有机体进行加工改造和利用的技术，,它是,21,世纪高新技术的核心之一。目前，生物技术已被应,用于工农业、食品加工、医疗保健等众多领域中。,而食品生物技术是生物技术的重要分支学科，主要指,生物技术在食品工业中的应用。,生物技术在食品工业中又有哪些应用？,生物技术在食品工业中应用主要体现在四个方面：,1.,是利用基因工程、细胞工程技术对食品资源的改造和改,良；,2.,是利用
2、发酵工程、酶工程技术将农副原材料加工制成商,品，如调味品、酒类、酸奶等发酵制品；,3.,是利用这些生物技术产品进行二次开发，形成新的产品，,如高果糖浆，食用添加剂等；,4.,是利用酶工艺、发酵技术、生物反应器等对传统食品加,工工艺进行改造，降低能耗、提高产率、改善食品品质等。,另外,，在食品生产相关领域如食品包装、食品检测等方面，,食品生物技术也得到越来越广泛的应用。所以生物技术在,食品领域的应用有着广阔的市场和发展前景。,二,生物技术手段,生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、,蛋白质工程,5,个方面。该技术是应用生物体（微生物、动,物细胞、植物细胞）或其组成部分（细胞器、酶）在
3、最适,宜条件下，生产有价值的产物或进行有益过程的技术。,技术路线如下,基因工程,微生物,蛋白质或酶,动植物个体或细胞,工程菌,发酵工程,蛋白质或酶工程,特定产品,细胞工程,优良品系,（一）基因工程,基因工程是以分子遗传学为基础，以,DNA,重组技术,（克隆技术）为手段，用人工的方法把不同生物的遗传物,质（基因）分离出来，在体外进行剪切、组合、拼装，形,成基因重组体，然后把重组体引入宿主细胞内或个体中以,得到高效表达，最终获得人们所需要的基因产物，实现动,物、植物、微生物等物种之间的基因转移，或,DNA,重组，,达到食品原料或微生物的改良。,主要应用,:,1.,优化食品生物资源及食品品质,2.,
4、改良食品工业菌种,1,优化食品生物资源及食品品质,基因工程应用,a.,植物食品原料的生产，可进行品种改良、新品种开发与原料增产，如,选育抗病植物、耐除草剂植物、抗虫性或抗病毒植物、耐盐或耐旱植,物等，使食品原料的供应更加多样。,1,优化食品生物资源及食品品质,b.,改善食品品质，可以通过基因工程改变酶的性质，生产,食品结构改良剂；,c.,氨基酸的生产，进行氨基酸的工业化生产；,d.,天然食品防腐剂的大量生产，主要包括杀菌肽、防御素,等；,e.,食品工业中新型蛋白质、单细胞蛋白、维生素酶制剂、,微生物多糖、淀粉糖的生产。,2,改良食品工业菌种,a.,基因工程应用于微生物育种：食品工业如酒类、酱油
5、、食醋、发酵,乳制品等的发展，关键在于是否有优良的微生物菌种，将基因工程,应用于微生物育种，从事发酵菌种的改良研究，已经成为改良食品,工业菌种的一个重要途径。,例如，利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株,用以改进传统的酿酒工艺，在啤酒酵母的改良中，将,-,乙酰乳,酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达，可降低啤酒双乙酰含量,而改善啤酒风味；选育出分解,-,葡萄糖和糊精的啤酒酵母，能够明,显提高麦芽汁的分解率并改善啤酒质量；构建具有优良嗜杀其他茵,类活性的嗜杀啤酒酵母已成为纯种发酵的重要措施。,b.,基因工程技术还可以与食品卫生分析检测结合。,例如，采用基因探针技术检测有害微生物具有特异性强、灵
6、敏度高,和操作简便、省时等优点，通过考查待测样品与标记性,DNA,探针能,否形成杂交分子，即可判断样品中是否含有此种微生物，并且还可,以通过测定放射性强度以考查样品中微生物数量。,（二）蛋白质工程,1,提高其应用价值,蛋白质工程是利用,X-,射线衍射和电子计算机图像显示,计算，确定天然蛋白质的三维构想和活性部位，分析设计,需要改造的氨基酸残基，然后采用基因定位突变的方法，,修饰或人工合成基因，按照设计改造天然蛋白质或酶，提,高其应用价值。,2,生产新型功能性食品,蛋白质工程可以按照人类的需求创造出原来不曾有过、,具有不同功能的蛋白质及其新产品，或生产具有特定氨基,酸顺序、高级结构、理化性质和生
7、理功能的新型蛋白质，,可以定向改造酶的性能，生产新型功能性食品。,1,改善凝乳酶性质,在干酪加工中，凝乳酶作为重要的凝结剂而被广泛应,用。市场生产凝乳酶的,缺点,：酶类在特异性、凝结活性、,蛋白分解活性、最适,pH,值、热稳定性等性质上与天然凝,乳酶有一定的差异，因此在食品加工中易引起产量降低和,成熟中出现不良风味。,在,凝乳酶蛋白质工程技术,的研究,优点,，目前已经在解,释酶的某些结构与功能性质、基团与功能性质、酶的翻译,和激活等方面取得了一定进展，在改变酶的某些性质方面,取得了一定效果。这项工程可以潜在地增强和优化凝乳酶,的各项酶学性质，为凝乳酶资源的开发和在食品加工中的,合理利用带来了光
8、明的前景。,2,研究和优化纤维素酶的性质,?,纤维素酶是糖苷水解酶的一种，它可以将纤维素水解成单,糖，进而发酵成乙醇，从而解决农业、再生能源以及环境,污染等问题。为了更好地利用纤维素，愈来愈多的国内外,学者开始关注纤维素酶的研究。,?,蛋白质工程作为一种工具用来研究纤维素酶的催化机制，,主要包括：,?,潜在活性中心氨基酸残基进行基因定点突变；,?,体外分子定向进化和对定点突变酶进行动力学分析。,?,通常采用基因定点突变技术对典型纤维素酶家族序列不,变残基和三维构像进行确认，并通过设计新的三维复合体,来对酶进行修整和探索。,（三）细胞工程,?,细胞工程是在细胞水平上改造生物遗传特性和生产性能，,
9、以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的技术。,?,包括,细胞融合、细胞培养及细胞核移植,等。,?,利用细胞杂交、,细胞培养等技术可获得遗传性状有所改,良的新菌株或动植物细胞、生产食品添加剂与酶制剂等。,主要应用：,1,细胞工程育种,2,细胞培养,1,细胞工程育种,?,在细胞水平上的原生质体制备与融合有利于实现远缘遗传,物质的直接交换，,促进遗传资源的创新。,?,有研究者利用曲霉种间的原生质体融合获得了比亲本菌株,淀粉酶产量提高,114204.81%,，且耐高温性能也有所提高,的新菌株。,?,再如，大多数难以栽培的食用菌都与植物有共生或寄生关,系，人工栽培出菇问题一直无法解决，原生质体融合技术,
10、则可以去除细胞壁的屏障，实现远缘杂交，为难以人工栽,培的食用菌育种提供了新方法。,2,细胞培养,?,利用细胞工程技术生产生物来源的天然食品或天然食品添,加剂，是细胞工程的一个重要领域，应用范围包括生产天,然药物（人参皂苷、紫杉醇、长春碱等）、食品添加剂,（花青素、胡萝卜素、紫草色素、天然香料等）和酶制剂,（,SOD,酶、木瓜蛋白酶等）。,?,典型的应用是用于味精生产的优良谷氨酸生产菌的育种，,继而出现的必需氨基酸生产菌株的育种都应用到细胞融合,技术。,?,如,L-,苏氨酸和,L-,赖氨酸均已用于生产；,?,酱油曲霉菌经细胞融合技术选育后，酱油的品质明显提高。,另外，酒精酵母、酶制剂生产菌的育种
11、多采用细胞工程技,术，均得到了非凡的成果，,?,在食用酒精和食品专用酶的生产中发挥了巨大的效能。,?,在实验室利用细胞工程技术生产天然食品或添加剂已取得,了很好的成果，为工业生产开辟了很好的前景。,(,四）酶工程,?,酶工程是指利用酶、细胞或细胞器等具有的特异催化功能，,借助生物反应装置和通过一定的工艺手段生产出人类所需,要产品。,?,酶工程在食品工程中的应用技术已经比较成熟，包括各种,酶的开发和生产、酶的分离和纯化、酶或细胞的固定化技,术、固定化酶反应器的研制以及酶的应用等。,?,主要应用,：,1,开发新型食品添加剂,2,在食品保鲜中的应用,3,食品分析和检测中的应用,1,开发新型食品添加剂
12、,?,例如，甜菊苷是一种非营养型功能性甜味剂。甜菊苷具有,轻微的苦涩味，通过酶法改质后可除去苦涩味，从而改善,了其风味。甘草中所含的甜味物质甘草苷是一种功能性甜,味剂，具有补脾益气、解毒保肝、润肺止咳的功效。甘草,苷经,-,葡糖苷酸酶处理，生成单葡糖苷酶基甘草酸，其甜,度为甘草甜素的,5,倍，是高甜度的甜味剂和解毒剂。,?,近年来在发达国家，酶工程加快了新酶源的开发，使功能,性食品添加剂，如营养强化剂、低热量的甜味剂、食用纤,维和脂肪替代品等得到迅速发展。,2,在食品保鲜中的应用,?,酶制剂保鲜技术是利用酶的催化作用，防止或消除外界因,素对食品的不良影响，从而保持食品原有的优良品质与特,性的技
13、术。,?,例如葡萄糖氧化酶加在瓶装饮料中，吸去瓶颈空隙中氧而,延长保鲜期；,?,溶菌酶对革兰氏阳性菌有较强的溶菌作用，可用于肉制品、,干酪、水产品、乳制品、水果等的保鲜，且具无毒性、底,物专一、高度催化、作用条件温和等优点。,3,食品分析和检测中的应用,?,由于酶具有特异性，因此，也适合于动植物化学组分的定,性和定量分析。,?,此外，在食品中加入一种或几种酶，根据它们作用于食品,中某些组分的结果，可以评价食品的质量，这是一种十分,简便的方法。,（五,）发酵工程,?,发酵工程是指采用工程技术手段，利用微生物和有活性离,体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或者直接,用微生物参与控制某些生产的
14、一种技术。,?,现代发酵工程包括微生物资源的开发利用、微生物菌种的,选育固定化细胞技术、生物反应器设计、发酵条件的利用,及自动化控制、发酵产品的分离与提纯等技术。,?,发酵工程技术涉及到新食品配料、食品加工催化剂、饮料,稳定剂、,D-,氨基酸及其衍生物制造等诸多食品工业领域。,?,一,改造传统食品加工工艺,?,二,开发大型真菌,一,改造传统食品加工工艺,不足：,?,从植物中萃取食品添加剂不仅成本高，而且来源有限。,?,化学合成法生产食品添加剂虽然成本低，但是化学合成率,低、周期长，而且可能危害人体健康。,因此，生物技术，尤其是发酵工程技术成为食品添加剂生产,的首选方法。,目前，利用微生物发酵生
15、产的食品添加剂主要有,Vc,、,V,B12,、,V,B2,、甜味剂、增香剂和色素等。,发酵工程生产的天然色素、天然新型香味剂正在逐步取代人,工合成的色素和香精。,二,开发大型真菌,?,一些药用真菌，如灵芝、冬虫夏草、茯苓等，含有调节机,体免疫功能、抗癌、,防衰老的有效成分，是发展功能性,食品的一个重要原料来源。,灵芝,26,冬虫夏草,27,茯苓,?,对于这些名贵的药用真菌，,?,一方面可通过野外采摘和人工种植相结合的方式进行资源,收集，但是这种方式的产量低，易受天气和季节的影响；,另一方面，则可以通过发酵途径实现工业化生产。,?,例如河北省科学院微生物研究所等筛选出了繁殖快、生物,量高的优良灵
16、芝菌株，应用于深层液体发酵研究并取得了,成功，建立了一整套发酵和提取新工艺，为研制功能性食,品提供更为广阔的药材原料。发酵培养虫草菌也在中国医,学科学院药物研究所实现，分析其产品的化学成分和药理,功效，与天然冬虫夏草基本一致。,六,生物技术在食品生产相关领域的应用,1,在食品包装贮藏中的应用：用生物技术能开发出新型的,保鲜和包装材料，替代传统的防腐剂和包装材料。,2,生物技术在食品检测中的应用：现代生物技术使食品检,测实现了快速、准确、成本低的愿望。在食品卫生检验,中应用的几种典型的生物技术主要包括基因探针技术、,PCR,技术、生物传感器技术和免疫法。,3,按照需要的目的构建工程菌。,六,生物
17、技术在食品生产相关领域的应用,4,利用生物技术手段生产保健食品功能成分。如,L-,肉碱、活,性多肽、抗体等。为保健食品工业发展提供充足的原材,料。,5,应用生物技术解决食品工业生产中的环保问题：在控制水,污染、治理大气污染、有毒有害物质的降解、可再生资,源的开发、环境监测、环境友好材料的合成、污染环境,的修复以及清洁生产等与食品工业可持续发展密切相关,的各个方面生物技术均发挥着极其重要的作用。,四,未来应用前景,?,生物技术是一门新兴的高新技术。对解决人类面临的食物、,资源、健康、环境等重大问题发挥着越来越重要的作用。,?,随着研究的不断深入，生物技术正在深刻地改变着经济、,生活以及应用科学的
18、发展进程。各国也将此作为重点发展,的领域。相信不久的将来。,?,生物技术必能克服种种技术困难和经济因素，为食品工业,的上、中、下游，即食品资源改造、食品生产工艺改良及,加工品的包装、贮运、检测等方面的发展开拓更为广阔的,前景。,而其中的绿色食品在我国的发展状况与前景,又怎样呢？,a.,发展状况：,中国绿色食品形成了一定的生产和贸易规模。截止,2006,年,12,月,全国有效使用绿色食品标志企业总数达到,4,615,家,产品总数达到,12 868,个。我国绿色食品在保持较快,发展速度的同时,产品质量合格率稳中有升,产业水平不断,提升,品牌效应日益增强。我国绿色食品年产量达,7 200,万,吨,产
19、品年销售额突破,1 500,亿元,出口额,19.6,亿美元。,在中国农产品出口贸易面临国际,“绿色壁垒”挑战的严峻形势下,绿色,食品出口成为了农产品贸易的亮点和,热点,出口规模、出口产品类别和出口,区域都在不断增加。但是,中国出口的,绿色食品主要是,AA,级,而生产量占绝对,优势的,A,级绿色食品,因生产环节允许,限量使用限定的化学合成物质等而不,被国外认可,所以,我国绿色食品还难以,大规模走向国际市场。,AA,级,A,级,b.,我国绿色食品发展前景：,目前,我国各省市都在大力发展绿色食品,各地都成立,了绿色食品办,旨在加强本地绿色食品的开发与管理。但,是我国绿色食品的主产区仍集中在东北与西部省份,各地,区发展很不平衡。黑龙江省是我国绿色食品大省,其产量,一直稳居全国第一,被国家绿色食品发展中心等有关部门,誉为“行业龙头”。,在我国绿色食品资源丰富,开发潜力,大,无论从国内绿色食品销售前景来看,还是从国际需求量,来看,发展我国绿色食品意义重大,，前景广阔,应从“战略,制高点”和新的“经济增长点”的高度来谋求我国绿色食,品的发展与壮大。,现如今，转基因食品又是一大热潮，且已经深入人们,的生活中。在这给大家提供几张有趣的图片已引起同学们,的兴趣与思考！,Thank you!,
