食品生物技术.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,*,3 食品生物技术,生物技术与食品加工,生物技术与食品检测,遗传工程食品,食品生产是世界上最大的工业之一。在工业化国家，食品消费至少占家庭预算,20%30%,。,食品链主要开始于农业生产中的作物种植或动物饲养，终止于消费者对它们的利用。,农产品和消费者之间的环节是,食品加工业,。,食品生物技术包含的内容很广，如,提高食品质量、营养、安全性和食品保藏,等。,一、单细胞蛋白,1、蛋白质的需求,人口的增长，传统农业不能提供足够的食物满足人类的需求，尤其是蛋白质短缺；,发展中国家和发达国家间的蛋白质数量差距在扩大；,全球在粮食生产和食物分配方面存在严重的地区不平衡；,人类的饮食结构都有,从谷物向肉类转移,的趋势。,3.1 生物技术与食品加工,单细胞蛋白（,single cell protein,scp,）是指“生产”蛋白质的生物大都是,单细胞或丝状微生物个体,，而不是多细胞复杂结构的生物，如动物、植物等。,微生物含有丰富的蛋白，按其干重计算，酵母含40%60%，霉菌含30%，细菌含70%，藻类含60%70%，可以为人类提供日益短缺的蛋白质。,表1,不同生物的物质加倍时间,生 物 体 时 间,细菌和酵母菌 20120min,霉菌和藻类 26 h,草本植物 12星期,鸡 24星期,猪 46星期,小牛 12月,婴儿 36月,用微生物生产SCP的优点,：,（,1）在最佳条件下，一些微生物的生长量每隔蔼 0.51小时能加倍。,（2）比植物和动物更,容易进行遗传操作,（3）,蛋白含量高、,高营养价值。,（4）能在连续发酵反应器中,大量培养，占地少，不依赖气候,。,（5）,培养基来源广泛，低廉,，,2、SCP的生产,从能源物质生产SCP,英国的ICI公司采用利用,甲醇,的细菌生产 的SCP蛋白用于动物营养。,以,乙醇,作反应原料生产SCP，特别适合作为人类的食物。,以,甲烷,作反应原料生产SCP，由于存在太多的技术困难而不能开发利用。,以,多链烷烃,作反应原料生产SCP的生物技术加工过程复杂，且怀疑该法生产的SCP 可能含有致癌物而停止了大部分生产。,把有机废料转化为SCP,废料中的许多物质应该回收再利用，比如稻秸、蔗渣、柠檬酸废料、果核、糖浆、动物粪便和污物等。,2、SCP的生产,从藻类中得到SCP,在日本，把小球藻作为冰淇淋、面包等食品的蛋白质和纤维素的添加剂。,非洲和墨西哥，人们广泛利用,螺旋藻,。螺旋藻,在1974年的联合国世界粮食会议确定螺旋藻为重要蛋白质。,研究表明，,1g螺旋藻干粉所含营养，相当于1000g新鲜蔬菜；,一亩水田的螺旋藻按所含蛋白质当量计算，相当于735.7亩水稻，657.9亩小麦，403.4亩或300.3亩大豆的平均产量。,3、SCP的可接受程度,纯技术和经济因素,地理、政治、社会与心理,等因素,SCP产品的安全性、营养价值,二、发酵生产食品和饮料,食品和饮料的发酵是通过微生物或酶对农产品原料的利用，发生相关的化学反应，使最终产品口味、色泽等发生感官上的改善，产物通常更有营养，更易消化，口味更好，并且无病原微生物，无毒害。,表2微生物生产的一些食品和饮料,产 品,生产的微生物,主要原料,黄酒 青霉、毛霉、根霉、酵母 糯米、黍米、粳米,葡萄酒 酵母、纤细杆菌(,Bacterium gracile,)葡萄,白酒 根霉、曲霉、毛霉、酵母、高梁、米、玉米、薯、豆,乳酸菌、醋酸菌,啤酒 酿酒酵母 大麦、酒花,豆腐乳 毛霉、曲霉、根霉 大豆、冷榨豆粕,酱油 曲霉、酵母、乳酸菌 小麦、蚕豆、薯、米,酸奶 乳酸杆菌 牛奶、羊奶,食醋 醋酸杆菌、曲霉、酵母 米、麦、薯等,泡菜 乳酸菌、明串珠菌(,Leuconostoc,)蔬菜、瓜果,面包 发酵 酿酒酵母 小麦粉,味精 谷氨酸棒杆菌 糖密、淀粉、葡萄糖、玉米 浆,食用真菌 香菇(,Lentinus edodes,)木材、木屑、甘蔗渣,木耳(,Auricularia auricula,)木材、棉籽壳、木屑,Large banks used for wine production,1、酒精饮料,1、酒精饮料,葡萄酒的生产工艺,压榨葡萄,灭菌,加入酵母,果汁发酵,发酵罐,陈酿化,装瓶,丙-乳酸发酵,由糖类产生乙醇,最终酒精饮料的形成,1、酒精饮料,丹麦哥本哈根Carlsberg啤酒厂的酿酒罐,2、奶制品,发酵的奶制品占所有发酵食品的10%。,乳酸杆菌对奶制品有很多好处,：,（1）乳酸杆菌对人无害，但对许多不良细菌有抑制作用，因此使奶制品能保存；,（2）可改善奶制品的口味和质地；,（3）对肠道微生物生态有着十分有利健康的影响。,多数奶酪蛋白生产的主要过程是,：,（1）通过乳酸菌将乳糖转化为乳酸；,（2）蛋白水解和酸化联合作用是酪蛋白凝结。,cheese,Cheddar Cheese Production,Cheddar是英格兰的一个村庄,3、蔬菜发酵（腌制）,泡菜制作时，要加盐起脱水作用，使糖从菜叶中渗出，隔绝空气，以利于乳酸菌生长产酸，降低pH值，阻止有害菌的生长，从而制成有营养、口味好的食品。,Sauerkraut 泡菜,生卷心菜,修剪,切碎,加盐,发酵20-30天,加工和包装,卷心菜脱水产生乳酸,限制腐败微生物,4、谷类食品发酵,面包就是主要的谷类发酵食品。,目前应用生物技术改良酵母，使它们的活性更高，生产的面包风味和品质更好。,5、豆类发酵,大豆是用于发酵的主要豆类。,发酵使这些豆类易于消化，破坏了不易消化的成分和会在消化道引起肠胃胀气的化合物。,6.Mushroom Producting,Mushroom Farm,三、酶与食品加工,食品加工业中应用的酶大部分是来自特定的微生物，这些酶中60%属于蛋白水解酶类，10%属于糖水解酶类，3%属于脂肪水解酶类，其余部分为较特殊的酶类。,酶可以促进甚至取代机械加工，在工业生产上淀粉转变的化学作用已基本由酶代替。,蛋白质工程可以对酶进行适当修饰，甚至设计完全新的酶催化剂。,酶也将广泛而深入地用在新型功能食品的开发上，如低热量的寡聚糖、人工脂肪和特殊的食物纤维成分等在日本研究较多。,四、新型甜味剂,酶技术创造出一类来自淀粉的新甜味剂。,阿斯巴甜是一种二肽（L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲脂）。,在合成过程中，最贵的成分是苯丙氨酸，现在大部分由发酵生产。,阿斯巴甜在安全性上是研究得最完全的一种食品添加剂。,它不升高血糖，特别适合于糖尿病、高血压、肥胖症、心血管疾病患者使用。,表3 传统的和可替代的甜味剂,产 品 相对甜度,蔗糖 1.0,55%高果糖浆 1.4,cyclamate 50,安赛蜜(Acesulfame)150,阿斯巴甜(aspartame)200,糖精 300650,thaumatin 3000,五、其他食品添加剂,1、醋,含至少4%的醋酸，少量的酯糖、酒精和盐；,它通常来自葡萄、麦芽或苹果汁。,发酵菌通常是,醋酸菌,。,它广泛用作,酸味剂和调味剂,。,目前高浓度（,15%w/v,）的醋在国际市场上大受欢迎,国内市场上未见醋酸含量大于10%的产品,主要原因,：,缺适应高浓度醋酸的醋酸菌菌种；,生料制醋工艺易受各种微生物污染。,解决办法,：,采用回交法、基因突变和细胞融合等手段培育新菌种；,采用固定化活细胞发酵法提高生产效率。,2、食用有机酸,常用的有柠檬酸、醋酸、乳酸、葡萄糖酸、苹果酸和酒石酸，这些有机酸都需要通过微生物的发酵制成。其中以柠檬酸的产量和用量最大。,柠檬酸在食品工业中用途广泛，如水果饮料、糖果点心、果酱的生产，以及水果的保存等。,我国的柠檬酸的总产量已超过4万吨，它是以糖蜜为原料，通过黑曲霉发酵而生产的。,表4 部分有机酸国内外技术水平比较,产品名称,国 外,国 内,柠檬酸,产酸25%,1213%（生产），中试20%,衣康酸,产酸1214%,78%,L-乳酸,产酸18%,1012%,4、低聚糖,低聚糖是微生物分泌到胞外的一种物质，许多种微生物的分泌量都很高，,它们可使食品更粘稠或形成凝胶，稳定食品结构，改善外观和口味。,5、调味剂或调味增强剂,谷氨酸钠（即味精），目前主要由天然微生物或工程微生物发酵产生。,酶降解酵母菌RNA可产生核酸衍生物，也是很好的调味剂,菇精,3.2 生物技术与食品检测,所有食品加工提供的产品必须没有有害微生物或其毒素的污染,。,主要的食品病原体:,Listeria（,李斯特菌属,）,Salmonella（,沙门氏菌属,）,Campylobacter（,弯曲菌属,）,细菌内源毒素和真菌的真菌毒素,一、免疫学技术的应用,食品的成分,香气成分、不期望成分或有主要营养价值的成分,食品生产和加工,腐败微生物及其成分、酶等引起的质量问题,食品安全性,病原微生物或微生物毒素、杀虫剂、抗生素以及食品掺假物等,二、分子生物学技术的应用,PCR检测李斯特单核增生菌细胞溶素O（,hly,A）基因。,RAPD分析能用于非常相近的细菌品系的鉴定和辨别。,3.3 遗传工程食品,利用遗传工程手段改善农作物的品质，如,口感、营养、质地、颜色、形态、酸甜度以及成熟度等,。,目前已批准上市的转基因食品,有：大豆、谷物、马铃薯、番茄、木瓜、canola，红心菊苣、南瓜、以及用生长激素基因突变的牛生产的奶制品。,转基因保健食物,兼有营养和药物价值的转基因动植物产品：,转基因药用乳制品：,霍乱疫苗马铃薯,狂犬疫苗番茄,含抗生物素蛋白和,-葡萄糖苷酶的玉米（美国ProdiGene Inc.）,食用疫苗,含乙肝病毒蛋白的转基因马铃薯、西红柿,带有乙肝表面抗原（HBsAg）DNA的烟草,导入一种引起腹泻的病毒DNA的莴笋、马铃薯和西红柿,抗猪线毛虫的转基因马铃薯,工程香焦（生产口服疫苗）,工程马铃薯（生产口服流感疫苗、干扰素、胰岛素、医用酶）,工程西红柿（生产降血压物质）,生物保健食品,微生态制剂,利用“工程双歧杆菌”（克隆了低聚糖有关基因）制成的菌剂，既含双歧杆菌（活疫苗），又富含双歧因子（低聚糖可增强人体免疫力）。,生物保健食品,食用固氮菌剂,在非洲居民肠道系统中有行固氮作用的细菌的存在，这些“土著固氮菌”的生命活动有利于居民自身天然合成营养物质，为居民提供或扩大新的食物源，即使是不进食，也不会挨饿。,生物保健食品,纳豆菌剂,纳豆菌为一类枯草芽孢杆菌，“纳豆”类似中国的豆豉,而这类细菌含有一种耐热性成分-2，6吡啶二羧酸。,该菌剂对赤痢、霍乱、伤寒等疾病有预防作用；,对病系菌O-157菌的生长繁殖有很强抑制效果。,该菌产生的纳豆激酶（又称血栓溶解酶），对心脑血管有预防作用。,克隆食品,克隆技术可繁殖有益于人类健康的优良家畜，如低胆固醇的瘦肉型猪，并加快繁殖速率，加速产品的整齐化、规格化，以扩大食品资源。,克隆食品指克隆动物生产的肉和奶,。,美国06年底允许销售克隆牲畜肉奶制品,评估结果显示：克隆肉不存在安全问题,美国食品和药物管理局不打算要求生产商注明产品为“克隆肉”或“克隆奶”。,日本出售克隆牛肉，从未标明。,欧盟则要求转基因食品的基因改变不得超过基因总量的1，市场上出售的转基因食品必须贴标签。,公众在某种程度上对食品的过度人为操作常持反对态度并表现出一些抵制，特别对遗传工程食品，担心会影响健康和环境等。,食品工业非常保守，对新技术革新接受很慢，最终能否接受新技术有赖于经济、消费者的接受程度、规章程序和技术类型等因素的制约。,生物技术对食品的影响越来越大。无论如何，所有食品的生物技术进步都要记住一点：,：,生产的食品必须是可吃的并且是好吃的。,Discussion on,Transgenic,Food),Lifes at stake.In a few years most of what we eat could be genetically manipulated.Powerful multinationals guarantee that it is secure,nutritious and riskless.Independent scientists,instead,raise their guard:we know too little about genetic heritage,and warn us:genetic engineering is an imperfect and dangerous technology.,转基因食品安全问题,转基因食品已经是人类必须面对和接受的事实。,转基因食品到底有没有害？,转基因马铃薯风波,英国苏格兰一位科学家报告：一种基因修饰的马铃薯会损害人类免疫系统,法国,比较无脊椎动物生物学研究室：,转基因的抗虫植物的毒蛋白毒害蜜蜂的消化系统，学习能力受损。,英国,一个实验室将一种巴西坚果的基因转进大豆中，这种基因可以产生一种营养蛋白质，提高大豆营养价值，,研究者发现转基因大豆使食者产生对巴西坚果的过敏反应，这项研究已经取消。,WHO（1991）和FDA（1994）对标记基因安全性的观点,1）,进入人体的可能性,食物DNA在肠胃道已经降解失活。,人工下，DNA转移和整合进细胞的过程很复杂。天然状态中几乎不可能发生。,假如DNA 进入上皮细胞（第一道屏障），由于上皮细胞半衰期很短，因此保存下来的可能性极小。,2）抗生素抗性基因进入肠道微生物的可能性：极不可能,3）触发其他效应的可能性：可能，目前不能都预测到,转基因食品安全性的概念,：,经合发展组织（1991年）：如果能合理地肯定，在长期的条件下消费某食品不会有害，则该食品是安全的,食品安全性,。,实质等同原则,：评价的目的，不是要了解该食品的绝对安全性，而是评价它与非转基因类食品比较的相对安全性。,关于食品的自然性：,人类对主要农作物的遗传修饰已近万年；,自然的不一定是安全的；,安全性是相对的。,关于食品安全性的长期效应,：,人类在开辟新食品领域很少问及，我们现在的大多数食品未经过毒性试验。,