现代食品生物技术绪论.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Modern,Food Biotechnology,现代食品生物技术,授课专业与年级:现代食品生物技术2009级,授课教师：王慧超,时间：2011年9月2011年12月,联系方式：,huichaow,13060263539,上本课程的几点基本要求,1.不迟到、不早退，不旷课且一般不请事假,决不允许代请任何理由的事假。,2.确实因病不能上课，愈后须出示医生的诊断书。,3.遵守课堂纪律，决不在课上私下说话。,4.同学之间的座位要集中。,5.认真做作业，绝不抄袭他人作业，按时交作业。,6.特别强调:上课一定要,用心听讲,、作好笔记，课后,及时复习、总结,。,返回,关于本课程(理论课)的考核方式,1.迟到、早退，每次扣0.5分，无故旷课，每次扣1分，从学期总成绩中扣除，最多扣至5分。,2.理论课总成绩，包括平时作业成绩（30%）和期末考试成绩（70%）。平时作业成绩为每次作业成绩之和除以本学期作业的总次数。如某次作业未交，该次作业成绩将记为0分。,课程安排：,总 学 时：34,周 学 时：2,授课周数：17,第一章 食品生物技术总论,（三）国际经济合作及发展组织的定义（1982）,生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂(酶或活细胞)的作用对物料进行加工，以提供产品为社会服务的技术,（四）1985年Moo-Young主编的综合生物技术中的定义,生物技术是对生物作用和生物物料加以评价和应用，并进行工业产品生产的技术,生物技术包括：,传统生物技术,：酿造技术和发酵技术,现代生物技术,：,以重组DNA技术为核心，其研究内容包括：,重组DNA技术及其他转基因技术；细胞和原生质融合技术；酶和细胞固定化技术；植物脱毒和快速繁殖技术；动物和植物细胞大量培养技术；动物胚胎工程技术；现代微生物发酵技术(高密度发酵、连续发酵和其他新型发酵技术)；现代生物反应工程和分离工程；蛋白质工程；分子进化工程,二、生物技术的构成,基因工程,细胞工程,酶工程,蛋白质工程,发酵工程,（一）基因工程（Gene engineering）,是20世纪70年代以后兴起的一门新技术，也称DNA重组技术,主要原理：以分子遗传学为基础，利用人工方法把生物的遗传物质分离出来，在体外进行切割、拼接和重组。然后将重组的DNA导入某种宿主细胞中，从而改变它们的遗传性质。这种创造新生物并赋予新生物以特殊功能的过程称为基因工程,（二）细胞工程,（Cell engineering）,基本原理,体外大量培养技术、细胞融合技术(也称细胞杂交技术)、细胞拆分、染色体工程和繁殖生物学技术等,（三）发酵工程,（Fermentation engineering）,主要原理,包括微生物生长动力学，发酵条件的优化和控制，生化反应器的设计，以及产品的分离、提取和精制等技术,（四）酶工程,（Enzyme engineering）,主要原理,酶固定化技术、细胞固定化技术、酶化学修饰技术和酶反应器设计等技术,（五）蛋白质工程,（Protein engineering）,主要原理,三、生物技术各构成成分之间的关系,生物技术中的五大工程之间是相互依赖、密切联系、难于分割的。,在生物技术中,基因工程,是,核心技术,，但是基因工程包括蛋白质工程所提供的新的、具有特殊功能的细胞，还必须通过,发酵工程,或细胞工程来实现它的潜在的经济价值。,酶工程中固定化酶和固定化细胞技术，它本来就是从发酵工程中分离出来的一部分，也是同发酵工程密不可分的技术。,细胞工程中的动物和植物细胞大量培养技术原理类似于发酵工程。,蛋白质工程是酶工程中酶的分子修饰同基因工程相结合的产物,一、传统生物技术,生物技术的发展与食品发展的历史是密不可分的，对促进人类社会的文明发展有着非常重要的意义，其发展简史如下：,BC 6000年，古埃及人和古巴比仑人利用,微生物,发酵生产酒精；,我国也在石器时代后期，开始利用谷物酿酒；,BC 4000年，古埃及人开始用,酵母菌,发酵生产面包；,BC 221年，周代后期我国人民开始制作豆腐、酱油和醋,第二节 生物技术的形成和发展,1865,年当时属奥地利的布隆（,Brunn,）基督教修道院的修士,格里高,孟德尔,（,Gregor,Johann Mendel,），根据他,8,年植物杂交实验的结果，,2,月,8,日在当地的科学协会上宣读了一篇题为,“植物杂交实验”,的论文，,1866,年正式发表在该协会的会刊上。,但这一伟大的发现被搁置了35年，孟德尔临终前说：,“等着瞧吧，我的时代总有一天要来临”,1885,年，,巴斯德,（,Louis Pasteur),首先证实发酵是由,微生物,引起的，,并建立了,微生物纯种培养技术,；,20,世纪,20,年代，工业生产中大规模采用,纯种培养技术,发酵生产,丙酮和丁醇,；,同时代，,Alexander Fleming,爵士发现了,青霉菌,可以产生,青霉素,，,50,年代青霉素大量生产，为人类疾病治疗做出了巨大贡献，同时带动了,发酵工业,和,酶制剂,工业的发展；,以上属于传统传统意义上的生物技术，,也是近代生物技术的建立和全盛时期。,细菌的发现,我们已经知道,单个的细菌是十分微小的,它们的奥秘是怎样被发现的?,细菌的发现者是谁?,他为什么能发现细菌?,细菌的发现者是谁?,17世纪的荷兰人列文虎克并非职业科学家，但是他十分热衷自己制造显微镜,经过几年的努力，他制造了能放大300倍的显微镜，是世界先进水平,列文虎克用自制的显微镜观察酵母菌、人的精液、雨水中的微生物等，发现了一个新的世界,他为什么能发现细菌?,他是怎样让世人知道他的发现的?,列文虎克把自己的发现仔细记录下来,他把观察结果寄给了当时的权威科学机构英国皇家学会，从此名扬天下，被誉为细菌学的开创者,他的成功是偶然的吗？,他善于发现和提出问题,:,微小的世界是怎样的,?,制定实施实验计划,:,自制显微镜,坚持观察各种微小物体,60,年,做详细记录,善于表达和交流,:,把观察结果寄给英国皇家学会,他的做法就是一个标准的科学探究过程,他还发现了毛细血管、人类的精子、多种原生动物，成功绝非偶然遗憾：微生物从哪来？,微生物学之父：法国人路易斯巴斯德,巴斯德以严谨的科学精神向世人揭示了细菌的许多秘密。例如，细菌不会在自然界凭空出现,著名的巴斯德鹅颈瓶实验让认为细菌是自然产生的人彻底闭嘴,鹅颈瓶实验的启示：,1细菌可以用高温杀灭；,2经杀菌的食物不接触细菌就不会腐败,鹅颈瓶实验原理的应用,1、外科手术用具的消毒，挽救了许多病人的生命,鹅颈瓶实验原理的应用,2、巴氏消毒法，这种灭菌法由巴斯德发明,因此得名。,牛奶、啤酒和葡萄酒、罐头等，加热到 7080维持5 30分钟，就能消灭绝大部分细菌，但不会影响味道和营养。,二、现代生物技术,R.Franklin,&,Wilkins,在,1952,年底拍得了,DNA,的,X-,射线衍射照片,1953,年，,沃森,（,J.D.Watson,）和,克里克,（,H.F.C.Crick,）提出,DNA,分子是双螺旋结构,（,double helix,），奠定了现代分子生物学研究的基础,。,1962年，Wilkins、Watson和Crick获的诺贝尔医学和生理学奖,1965,年，法国科学家,Jacob,和,Monod,提出了著名的,乳糖操纵子学说，,开创了基因表达调控研究的先河；,1968,年，,Holly,阐明了,酵母丙氨酸,tRNA,的核苷酸序列,，,Khorana,首次合成,核酸分子,，并且人工复制了,酵母基因,；从而分享了诺贝尔医学和生理学奖。,Figure The,lac,operon includes three genes,Marshall W.Nirenberg,Robert W.Holley,Har Gobind Khorana,Cornell University Ithaca,NY,USA,University of Wisconsin Madison,WI,USA,National Institutes of Health Bethesda,MD,USA,1/3 of the prize,1/3 of the prize,1/3 of the prize,20,世纪,60,年代末，斯坦福大学的生物化学教授,Paul Berg,开始研究猴病毒,SV40,，于,1972,年获得了世界第一例,重组,DNA,，,1980,获得诺贝尔化学奖；,生物技术时代的新纪元,Paul Berg,Walter Gilbert,Frederick Sanger,1/2 of the prize,1/4 of the prize,1/4 of the prize,1972,年，美国加州大学的,Boyer,教授从大肠杆菌中分离出一种新的,核酸酶,EcoR,，它可以特异性地切割,DNA,，这种新的核酸酶就是一种,限制性内切酶,生物学家有了强大的生物刀,。,随后，陆续发现了近百种内切酶，可以更加自如地对,DNA,进行操作。,Boyer,教授成为美国第一家上市生物公司,Genentech,的副总裁。,Herbert Boyer,1977,年，美国科学家,Sanger,设计出了一种,DNA,测序,的方法，即,双脱氧末端链终止法,；同年，,Maxam,和,Gilberg,也发明了一种,化学测序方法,两种方法为,DNA,序列分析提供了,有力工具,，极大地推动了,分子生物学的研究,。,Frederick Sanger,Walter Gilbert,1980年获得了诺贝尔医学和生理学奖,1984,年，德国人,Kohler,、美国人,Milstein,和丹麦人,Jerne,由于发展了单克隆抗体技术，完善了极微量蛋白质的检测技术而分享了诺贝尔医学和生理学奖。,Niels K.Jerne,Csar Milstein,Georges J.F.Khler,1/3 of the prize,1/3 of the prize,1/3 of the prize,1985,年，美国科学家,Mullis,发明了,聚合酶链式反应技术,（,Polymerase Chain Reaction,PCR,），为分子检测、基因突变、基因工程提供了有力的工具，因此，,1993,年获得诺贝尔化学奖。,for his invention of the polymerase chain reaction(PCR)method,Kary B.Mullis,1/2 of the prize,当然，以上内容只是促进生物技术发展的几个重要研究成果和里程碑！,其实，还有许多重要的研究成果：,如，1928年,格里菲斯,（Frederick Griffith）的,细菌转化实验,；Avery的,离体转化实验,等证明DNA是遗传物质,Meselson 和Stahl关于DNA的,半保留复制,等为现代基因工程技术奠定了坚实的基础。与此同时，,细胞培养技术,、,细胞融合技术,、,现代发酵工程,、,现代酶工程,、,生物工程下游技术,和,现代分子检测技术,等也取得了长足的发展。,三、现代生物技术的前景,21世纪是以生物技术为主的一个世纪，原因在于：,现代生物技术发展迅速，在工业、农业、医药、环境等方面用途广泛,现代生物技术具有其他技术所无法比拟的优越性，即可持续发展,21,世纪生物技术会取得更大的发展，主要表现在：,（一）现代生物技术对人类生活的影响,疾病诊断、预防；提高作物产量和质量；开发药物；食品添加剂；创造优良家畜；净化环境；增加食物营养；解决能源危机等,（二）现代生物技术对经济社会发展及环境的影响,1、现代生物技术与粮食,提高产量、品质,普通大米实际上不是“健康食品”,大米中含有一种叫做肌醇六磷酸的小分子，它能与铁紧紧地结合，使得小肠难以吸收食物中的铁,以大米为主食的人，易患铁缺乏症而导致贫血,哪种大米更有益身体健康？,转基因水稻,“,金大米,”：转入胡萝卜素合成相关基因提高大米中维生素A前体的含量，以减少亚洲人普遍存在的维生素A缺乏症,解决铁吸收的问题，往“金大米”中再转入三种基因：,一种是来自真菌的酶基因，这种酶能够把肌醇六磷酸降解掉；,一种是来自菜豆的铁蛋白基因，铁蛋白能够储存铁；,还有一种是来自印度香米的基因，它生产的蛋白质有助于人的肠道吸收铁,低过敏性转基因水稻,低蛋白转基因水稻,哪种大米更有益身体健康？,超级杂交稻,2005年5月13日，位于三亚市田独镇新村田洋的中国超级杂交稻第一块“百亩片试种示范田”正式通过了海南省级验收。经由全国多位农业专家共同检测，这批超级杂交稻的亩产高达833.23公斤,功能稻米,基尔米：拥有降血压、改善睡眠、减肥美容等功能的大米，售价最高的一种达元钱斤,生物技术与农业科学,2、抗性基因工程育种,基因工程为培育抗病虫的作物提供了新的手段,目前，已经获得的转基因抗虫农作物包括烟草、番茄、马铃薯、棉花、玉米等,在抗逆境育种上的应用为克服干旱、盐碱等提供新思路,美国斯坦福大学把仙人掌基因导入小麦、大豆等作物，育成抗旱、抗逆的新品种。,我国已克隆了耐盐碱相关基因，,通过遗传转化已获得了耐盐烟草、,水稻、西红柿、草莓等。,生物技术与农业科学,四、现代生物技术在食品领域的应用,主要应用,在食品生物,资源的改造,、,提高食品品质,和,改善食品风味,、,油脂生产,以及,食品卫生检测等,不是仅仅解决粮食问题,更重要的是，满足人们,对食物感官舒适、营养丰富、功能全面的完美要求,食品级壳聚糖,：,用于功能性食品，保健品，胶粘剂，人体补铁剂，可降解性食品包装袋等,1、,应用现状,主要技术,基因工程,细胞工程,酶工程,应用领域,发酵工程,食品添加剂:,用生物法代替化学合成，要大力开发功能性食品添加剂等,生物技术与食品业,2、在食品加工过程的应用,工程菌,改良食品微生物的生产性能,改变合成途径，改善风味,氨基酸生产,生产食品酶制剂，提高活性、稳定性（淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶等，添加酶类进行食品组分的改性）,食品保鲜：乳酸菌肽防腐,生物技术与食品业,3、农副产品深加工和综合利用,玉米等深加工,作为新型糖源、变性淀粉、玉米油、发酵酒精、环状糊精以及工业用材料提供优质充足的原料,肉、奶、水产品加工,植物纤维素资源,生物技术与食品业,在食品检测中的应用,食源性病原菌快速检测,转基因食品检测,我国农业转基因生物安全管理,2004年10月，我国制定农业转基因生物安全管理条例,一般应经过中间试验、,环境释放和生产性试验,4、现代生物技术与食品安全性检测,生物技术与食品业,第三节 食品生物技术的基本特征和研究内容,一、食品生物技术的基本特征与定义,食品生物技术,(food biotechnology)是生物技术在,食品原料生产,、,加工,和,制造中,应用的一个学科。它包括了,食品发酵,和,酿造,等最古老的生物技术加工过程，也包括了应用,现代生物技术,来改良,食品原料的加工品质的基因,、,生产高质量的农产品,、,制造食品添加剂,、,植物,和,动物细胞的培养,以及与,食品加工,和,制造相关,的其他生物技术，如酶工程、蛋白质工程和酶分子的进化工程等。,因此，,现代食品生物技术,是,现代生物技术,与,食品科学技术,相互渗透而形成的一门,交叉学科。,二、食品生物技术的研究内容,通过,基因工程,和,细胞工程,改善食品原料农产品的,品质,和,提高,产量,利用,基因工程,、,发酵工程,生产用于农产品保鲜的“绿色”,抗氧化剂,、,防腐剂,等,通过,基因工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程和分子进化工程,使食品加工工艺,高效化,，提高食品的,附加值,，提高农产品的,利用率,，以及提高食品的,保健功能,利用,基因工程,、,酶工程,和,发酵工程,减少食品的,损失,、提高食品质量管理的,效率,和保证食品,质量,和,安全性,通过,发酵工程和酶工程,处理,废弃物,，提高资源的,利用率,并减少,环境污染,三、现代食品生物技术的作用,主要表现在两方面：,（一）现代食品生物技术对人类健康和营养的影响,营养水平,；,健康水平,；,提高水果和蔬菜的货架期,；,预防疾病,；,增加农产品的附加值,等,（二）现代食品生物技术对经济发展和环境的影响,缓解粮食短缺问题,；,提高农产品质量和产量,；,改进作物抗逆性特性,；,增加农产品的附加值，促进经济发展,；,污水处理，改善环境等,