第八章 生物技术与食品工业

[ 学习目标 ]

掌握现代生物技术的基本概念及内涵；重点掌握基因工程、酶工程、以及发酵工程在食品领域的应用；认识研究食品生物技术的目的与意义；了解现代生物技术在食品领域的应用前景

第一节 概述

一、基本概念

指以现代生命科学的研究成果作为基础，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。

二、食品生物技术的研究内容

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。

1 、基因工程

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，生茶各种新型食品，食品添加剂，异己保健食品的有效成分。

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的物质及食品。

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。

三、食品生物技术在食品工业发展中的 作用与展望

1. 食品生物技术在食品工业发展中的作用

2. 食品生物技术的发展趋势

（ 1 ）加强遗传育种

（ 2 ）新酶种的开发利用，固定化技术和装置结构优化

（ 3 ）不断开发现代生物技术新产品

(4) 酒类传统酿造工艺的改进及菌种的改良

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

（一）利用基因工程改良动物性食品性状生长速度快，抗病力强，肉质好的转基因兔，猪，鸡

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

1. 改良植物食品蛋白质的品质

（二）利用基因工程改良植物性食品性状

秘鲁 国际马铃薯培养中心，培育出蛋白质含量高的薯类

2 改良油料作物的品质

利用反义基因技术构建的转基因大豆，亚油酸含量从 8%下降到了 2%以下

全世界范围种植的良种油菜有 31%是转基因品种。

3 改良果蔬采摘后的品质

（ 1 ）多聚半乳糖醛酸酶基因

反义 PG番茄具有很多明显的经济价值，果实抗裂，抗机械伤，便于运输

（ 2 ）乙烯合成相关酶基因乙烯合成缺陷型番茄 ，室温储存三个月

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 新品西红柿

5. 利用基因工程生产带疫苗的食品

乙肝疫苗的转基因土豆

霍乱疫苗的香蕉

霍乱疫苗的香蕉

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包酵母菌

利用转基因技术将外源 a-乙酰乳酸脱羧酶基因导人啤酒酵母细胞，并使其表达，是降低啤酒中双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

3. 利用基因工程生产酶制剂

三、利用基因工程改进食品生产工艺

1. 改善牛奶加工特性

采用基因操作技术，将酪蛋白编码基因进行置换和增加拷贝数，酪蛋白稳定性就提高。

2. 改善啤酒大麦的加工特性

利用基因工程技术降低大麦中醇溶蛋白含量，适应生产要求

3. 改进果糖和乙醇的生产方法

（ 1 ）利用微生物培养技术，大量生产所需的酶。

（ 2 ）利用 a-淀粉酶的高温突变体

(3) 改变编码 a-淀粉酶和葡糖糖淀粉酶的基因

（ 4 ）寻找人工：创造一种发酵微生物

4. 改良酒精生产工艺

将枯草杆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

第三节 酶工程在食品工业中的应用

一、酶在制糖工业的应用

1. 酶法生产葡萄糖

2. 果葡糖浆的生产

3.超高麦芽糖浆的生产

二 酶法用于蛋白制品的生产

三、酶在啤酒工业中的应用

1 、固定化酶技术

2 、添加蛋白酶和葡萄糖氧化酶，提高啤酒的稳定性

3 降低啤酒中双乙酰含量

4 、改进工艺，生产干啤

四、酶在果蔬加工中的应用

使用果胶酶获得澄清果汁

葡糖糖氧化酶延长食品保质期。

黑曲霉改善产品的感官性能

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。

提高面制品的烘焙品质，改善面包质地，延长制品的货架期。

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

5 半纤维素酶

缩短调粉时间

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

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

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

(3) 从藻类中生产 SCP

螺旋藻

二、发酵工程在食品添加剂生产中的应用

1 、发酵法生产氨基酸中的应用

2 、发酵法在黄原胶生产中的应用

黄原胶是食品工业的稳定剂，乳化剂，增稠剂

谷氨酸钠 -味精

三、发酵法在调味品生产中的应用

四、发酵工程在功能性食品工业中的应用

功能性食品是指含有某些有效成分的食品，它们具有对人体生理作用产生功能性影响及调节功效，实施医食同源，具有良好的营养性保险性和治疗性

1. 应用发酵工程生产大型食用或药用真菌

2 、利用发酵工程生产功能性油脂

用豆粕玉米粉麸皮等作为培养物，液体深层发酵制

备ｒ -亚麻酸油脂

SOD

3 、应用发酵工程生产超氧化物歧化酶

五、发酵工程在饮料生产中的应用

1 、酒精饮料的生产

糖类物质（果汁蜂蜜）淀粉类物质（谷类等）发酵而来

2 、乳制品生产

酸乳、乳酪、酸奶酒等

3 、发酵型植物蛋白饮料生产

第五节 生物技术在食品检测中的应用一、基因探针技术

1. 原理

两条碱基互补的 DNA链在适当条件下可以按照碱基互补配对原则，形成杂合 DNA 分子

将某一微生物的特征基因 DAN链中的一条进行标记，即可做成探针，由于 DNA 分子杂交时严格遵守碱基配对原则，通过考察待测样品与标记性 DNA探针是否能形成杂交分子，即可判断样品中是否含有此病原微生物。

2. 应用

已用 DNA探针检测食品中的大肠杆菌、沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌等

食品安全快速检测试剂盒

A. 加热变性（ 93 ℃~95 ℃ ）

模板双链 DNA

单链 DNA

B. 降温复性（ 50 ℃~70 ℃ ）

引物与模板结合

二、 PCR

第三个循环后形成了 8 个DNA 分子

2. 应用：

（ 1 ）用于食品中致病微生物的检测

细菌中编码 rRNA 的一些基因保守性很强

（ 2 ）用于食品中转基因成分检测

三、免疫学技术

1. 原理：

免疫分析法（ IA ）通过对抗原或抗体进行标记（放射性核素、酶、荧光素标记等）利用标记物的生物、物理或化学放大作用来进行工作

酶联免疫分析法（ ELISA ）

是抗原或抗体的固定化及抗原或抗体的酶标记，根据酶反应底物显色的深浅进行定性或定量分析。

2. 应用

（ 1 ）食品中农业、兽药残留的免疫学检测

检测食品中的残留农药主要为除草剂、杀虫剂、杀菌剂

（ 2 ）食源性病原菌的免疫学检测

污染食品病原菌多为沙门氏菌、李斯特氏菌、大肠杆菌等

（ 3 ）转基因食品的检测

草甘膦系列转基因作物检测

四、生物传感器技术（自学）

五、生物芯片技术（自学）