1、绪论绪论1）生物技术、食品生物技术定义2）在食品工业已应用的生物技术3）生物技术、食品生物技术的发展历程式内容提要内容提要:邵阳学院邵阳学院 曾祥燕曾祥燕绪论l 为什么要讲食品生物技术?l 食品工业是生物技术应用的重要领域之一l 利用生物技术可将农副产品原料加工成产品并产业化，进行二次开发形成新的产业(如啤酒生产)l 同时借助生物技术改造传统工艺提高产品质量(如GOD应用)。l 食品生物技术产业已逐渐成为食品工业的支柱(如食品酶制剂工业、活性干酵母生产)l 生物技术本身也将为全球性的食物、蛋白质、环保和健康等问题的有效解决提供有力支撑（基因工程奶牛、基因工程菌）一、食品生物技术的定义l食品生物
2、技术(food biotechnology)：是以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其它学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料的技术。是现代生物技术在食品领域中的应用。l食品生物技术在经历了数千年的发展，特别是20世纪60年代以后的发展后，它已成为现代生物技术的重要组成部分 l 食品生物技术它以包括分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫学、生理学、生物化学、生物物理学、遗传学、食品营养与毒理学等几乎所有生物学科的次级学科为支撑，同时又结合信息学、电子学、化学工程、食品工艺学、社会伦理学等非生物学科，从而形成一门多学科相互渗透的综合性学科。l 目前研究内容主
3、要集中在基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等技术领域。二、食品生物技术在食品工业发展中的地位和作用l食品生物技术研究的内容涉及食品工业的方方面面l从原料到加工l从产品到食品安全基因工程 l 基因工程技术为人类带来前所未有的改造生物的技术，利用基因工程技术可以根据人类的需要按按意愿设计新型的食品及食品原料意愿设计新型的食品及食品原料l 这些食品不再是传统意义上的食品，因为这些食品l 可以是具有免疫功能的食品l 可以是增加人所需维生素、微量元素的食品l 可以是调节人体代谢、增加人体免疫能力的功能性食品l 可以是满足时尚的休闲食品等。l基因工程还可以为发酵工程提供更优良的工程菌株，促进食品发酵工业
4、的发展。l可以肯定，基因工程将处在21世纪食品工业发展的核心位置现代发酵工程l 发酵技术很早就被人们利用于生产食品。l 如：通过微生物对发酵底物水果和谷类发酵产生酒精酿酒 l 利用乳酸菌发酵的奶制品-酸奶、奶酪l 利用酵母发酵面粉-面包生产l 豆类发酵生产酱油 l 用水果发酵生产的醋 l 各种食用有机酸(如柠檬酸)、氨基酸(如赖氨酸)、维生素(如VBl)、调味剂(如味精)生产l食品发酵技术不仅成为人类制造食品最重要的技术手段之一，而且在生产食品添加剂等食品原料方面更是其它技术无法替代的。l由此可见，发酵工程在食品工业中占有举足轻重的作用 酶工程技术l 食品与酶的关系密切，食品生产离不开酶的处理
5、。l 淀粉酶在食品生产中可以用于淀粉糖类的生产，为食品生产提供必不可少的原料。l 凝乳酶应用于奶酪的生产 l 酶应用于澄清果汁和啤酒；l 转谷氨酰胺酶广泛应用于肉制品、乳制品、植物蛋白制品、焙烤制品可以提高食品加工过程中的溶解性、酸碱稳定性、乳化性、凝胶性，改变食品的组织结构，增加食品的风味、口感和营养价值；l 溶菌酶用于食品保鲜。l利用酶解法生产新型低聚糖（如菊糖），为人类增添了可食用的具有保健功能的糖源。lGOD用天食品除氧 l随着酶工程技术的发展，将对新型酶的开发和对酶加工性能的改善有很大的促进作用。可以预见，酶工程在食品工业中所占比重将会更大。生物工程下游技术 l 生物工程下游技术是指
6、生物产品分离、纯化技术l 是高新技术在食品生物工程中的应用l 是与食品加工工艺密切相关的技术，特别在生产功能性食品中，对功能因子的提取将会使生物工程下游技术得到充分的发挥l 功能因子大多是一些理化性质不稳定的物质，用常规的提取技术，不仅提取效率低而且提取产物容易被氧化或被酸碱破坏。l 现代分离技术可以很好地克服这些缺点，在提取效率、纯度和活性方面都远好于传统的提取方法。l 因此生物工程下游技术作为现代食品工业不可缺少的部分，将对食品工业的发展起到强有力的推动作用。l从以上的论述中可以发现，食品生物技术已经渗透到食品工业许多方面，特别是基因工程技术、酶工程技术、发酵工程技术等现代生物技术，将在2
7、1世纪的食品工业中充当重要角色。l可以说21世纪的食品工业，将是建立在现代食品生物技术和现代食品工程技术两大支柱上的一个全新的朝阳产业。三、食品生物技术的发展趋势l作为一项极富潜力和发展空间的新兴技术，生物技术在食品工业中的发展将会呈现出以下趋势。（一）开发食品添加剂新品种 l 目前国际上对食品添加剂品质要求是：l 使食品更加天然、新鲜；l 追求食品的低脂肪、低胆固醇、低热量；l 增强食品贮藏过程中品质的稳定性；l 不用或少用化学合成的添加剂。l 今后要从两个方面加大开发的力度l 一是用生物法代替化学法合成食品添加剂：迫切需要开发的有保鲜剂、香精香料、防腐剂、天然色素等；l 二是要大力开发功能
8、性食品添加剂，如具有免疫调节、延缓衰老、抗疲劳、耐缺氧、抗辐射、调节血脂、调整肠胃功能性等组分。（二）发展微生物保健食品 l 微生物食品有着悠久的历史，酱油、食醋、饮料酒、蘑菇都等属于这个领域，它们与双歧杆菌饮料、酵母片剂、乳制品等微生物医疗保健品一样，有着巨大的发展潜力。l 采用微生物生产食品有着独有的特点：l 繁殖过程快，在一定的设备条件下可以大规模生产；l 要求的营养物质简单；l 投入与产出比高；l 易于实现产业化；l 可采用固体培养，也可实行液体培养，还可混菌培养；l 得到的菌体既可研制成产品，还可提取有效成分，用途极其广泛。（三）发展螺旋藻等藻类食品 l螺旋藻是一类古老的单细胞水生藻
9、类，其蛋白质优于植物性蛋白。螺旋藻内含有1020的藻兰素，具有多种酶和激素的功能，已用于食品和化妆品着色剂，还可用于癌症治疗，是一种新的抗癌药。l科学家认为，螺旋藻是人和动物理想的纯天然的优质蛋白食品，l联合国粮农组织已将螺旋藻正式列入21世纪人类食品资源开发计划，我国也已将螺旋藻的研发列为工作重点。l目前我国的养殖条件为每平方米水面每天可产螺旋藻1020克，总体而言，我国螺旋藻的研发已位居世界先进水平。（四）应用生物技术大力开发某些虫类高蛋白食品 l如：苍蝇的幼虫（蛆）l富含62左右的蛋白质及各种氨基酸，从蛆壳中还可提取纯度很高的几丁质。l国内外对苍蝇的工业化开发兴趣浓厚，因为除了能为人类提
10、供高蛋白质源和壳聚糖生命要素外，苍蝇还可用于研制医药产品等。l 如中华稻蝗：蛋白质含量占虫体干重的73.5，其氮基酸组成与鸡蛋蛋白相似，称之为完全蛋白。l 蟋蟀、蝉、蝴蝶、蚂蚁的蛋白质分别占干重的75、72、71和67，都具有食用价值，完全可以开发利用。l 中华稻蝗、蝉、柞蚕等的氨基酸含量分别占总氨基酸的47.73、44.63和46，仅次于鸡蛋，高于猪、牛、鸡、鱼和大豆。l 可以说昆虫食物是人类较为理想的高营养食品，有望成为人类的重要保健食物来源。转基因技术l转基因技术的开发可以加速农业、林业和渔业的发展，提高农作物产量，进而通过未来基因食品解决发展中国家人民的饥饿以及营养不良等问题。l但人们
11、对于转基因生物技术的发展也存在争议，如对人类健康、环境及社会经济的影响等（五）生物技术用于食品中病原菌的检测l 食品安全是所有食品工业研究发展与制造上最重要的一个前提。l 生物技术以及检测手段对食品安全的检验更为精确与快速。如：l 传统对食品中病原菌的检定，须先经扩大培养一系列生化试验，既费时又不精确l 用酶或放射免疫分析法，可大大提高灵敏度（针对病原菌的特殊蛋白质或毒素做为抗原，让抗体抗原专一结合后，经由抗体上所连结的酶造成的反应或放射物质表现出来）l美国国家标准分析化学会（AOAC），也已正式将这种方法列入食品病原菌的检验方法之中。l免疫分析法是针对蛋白质做检验，因为食品安全中对病原菌的要
12、求极为严格，即使在大量（25克）的食物中有一株沙门氏菌也必须检验出来，因此免疫分析法仍需先将样品扩大培养，故并不比传统方法节省时间。l 生物技术在这方面的另一项突破是在核酸分子检测技术上，最重要也是最广泛使用的是聚合酶链式反应（polymerase chain reaction;PCR技术）。l 利用PCR技术检测肉毒梭菌、沙门菌、李斯特菌、大肠杆菌(Ecoli 0157)比传统的检测方法所用的时间短、准确、操作简单。检测可以在一个工作日里完成。l 利用PCR技术对转基因食品进行检测是目前最行之有效的方法。l 标签制是对转基因食品进行管理的内容之一，PCR检测技术为实施这一法规提供了技术上的支
13、持。（六）生物技术用于食品安全检测l 研究开发检测鉴定食品和原料中重组DNA及其表达产物的实际应用方法，是各国对转基因食品进行标签管理的基础。l 欧盟于1996年联合20多个实验室成立了Bgw研究转基因作物的检测方法，德国和Bgw合作检测香肠中的转基因成分，许多国家由政府相关部门或委托学术机构进行这一工作，如英国（The Institute for Food Research in Norwich）和日本(National Food Research Institute)。l目前实验室研究的检测技术可分为三大类：免疫学方法、核酸探针法和分子标记法，主要是检测食品或原料中重组DNA或其表达产物（
14、如蛋白质）。l 蛋白质分子检测技术是以蛋白质分子为基础的检测技术，最具代表性的是以免疫学为基础的酶联免疫吸附(enzyme linked immunosorbent assay，ELISA)检测技术和单克隆抗体(monoclonal antibody，McAb)技术。l ELISA技术已经广泛用于许多检测领域，在食品安全检测中ELISA检测技术可以对农药残留、重金属残留、毒性物质、转基因食品等方面进行快速检测，是一项非常有发展前途的检测技术。l物芯片(biochip)技术是20世纪90年代初期发展起来的一门新兴技术。通过微加工技术制作的生物芯片，是把成千上万个乃至几十万个生命信息集成在一个很小
15、的芯片上，以对基因、抗原和活体细胞等进行分析和检测 l用这些生物芯片制作的各种生化分析仪器和传统仪器相比较具有体积小、质量轻、便于携带、无污染、分析过程自动化、分析速度快、所需样品和试剂少等许多优点。l这类仪器的出现将给生命科学研究、疾病诊断、新药品的开发、生物武器战争、司法鉴定、食品卫生监督、航空航天技术等领域带来一场革命。l生物传感器(biosensor)是指将具有化学识别功能的生物分子固定在特定材料上，再由换能器、信号放大器、信号转换器等组成的分析检测系统。l该系统具有分析速度快、操作简单、价格低等优点，可以进行连续检测和在线分析 l在食品领域中，生物传感器已在食品新鲜度、食品口感、食品
16、分析和食品卫生检测等方面得到了应用。l在检测农药残留的研究中，已有对食品中农药残留物如甲基马拉松、乙基马拉松、敌百虫、二乙丙基磷酸、久效磷、百治磷、敌敌畏、速灭磷、二嗪农、涕灭威等的检测 的专用设备。（七）生物技术对农副产品深加工的影响l 食品工业总产值与农业总产值之比是衡量一个国家食品工业发展水平的重要标志。我国食品工业产值与农业总产值之比为0.30.4 1，远低于发达国家23 1的水平。l 生物技术可以迅速提高农副产品加工能力和水平，使我国农副产品加工技术在整体上实现跨越式发展，甚至能在一些重大关键技术领域达到世界先进水平。其在农副产品深加工和综合利用方面的应用，主要包括以下几个方面。l1
17、.适宜贮藏加工品种的选育推广：主要利用遗传工程技术选择培育对乙烯敏感性低的新品种，从基因工程角度解决农副产品的保鲜问题。l2.玉米深加工综合利用：生产新型糖源、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 l3.肉、奶、水产品加工利用l肉类方面重点是提高综合品质以及瘦肉、嫩肉和肥肉的综合利用；l奶制品的研究重点是发酵乳制品；l鱼类产品的研究主要是从淡水鱼内脏、鱼眼、精卵巢中分离提取有效成分，开发生产保健和药物制品。l4.优质植物蛋白加工利用及新植物蛋白资源的开发l主要是植物蛋白的营养健康功能的开发利用，如酶解法生产多肽及氨基酸等。l5.植物纤维素资源的开发l麦穗、稻草、
18、豆秸、木屑、枝叶、玉米秸杆、花生壳、薯蔓等通过生物转化，可生产一些重要的生物产品（酒精）（八）生物技术推动食品工业的可持续发展l 生物技术是保证食品工业可持续发展应用范围最广，最为重要的单项技术。l 控制水污染l 治理大气污染l 有毒有害物质的降解l 可再生资源的开发l 环境监测l 污染环境的修复l 清洁生产等l 与食品工业可持续发展密切相关的各个方面，均发挥着极其重要的作用，其内容包括以下几个方面。l1.生物技术在处理污染物时，最终产物大都是无毒无害且性质稳定的物质，如二氧化碳、水、氮气、甲烷等。l因此，它是一种安全而彻底的消除污染的方法。l2.由于大部分食品工业污染物有机物质含量较高，本身
19、无毒性，适用于生物反应的底物l如一些有机污染物经生物处理后可转化为沼气、酒精、生物柴油、生物蛋白质等有用物质l用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平，有利于实现工艺过程生态化或无废生产，真正实现清洁生产的目的 l3.生物过程是以酶促反应为基础的，作为催化剂的酶是一种活性蛋白，而且酶对底物有高度的特异性，因此生物反应过程通常是在常温、常压下进行，生物转化的效率高、副产物少。l与需要高温、高压条件下的生产过程相比，反应条件大为简化，而且投资小、费用少、消耗低，且效果好、过程稳定、操作简便。l4.用生物制品取代化学药物、人工合成物等，有助于把人类活动产生的环境污染降至最低水平，使经济发展进
20、入可持续发展的轨道。l当前最具代表性的是生物可降解的食品包装材料、薄膜，还有生物农药、农用化学品等（九）在食品组分的改性及加工中的应用l食品组分的功能性质对其食用价值具有重要的影响。l酶制剂可用于食品中的蛋白质、碳水化合物和脂肪的改性。l例如，蛋白酶可以改善蛋白质的溶解性；新型食品酶制剂转谷氨酰胺酶可以使蛋白质分子间发生交联，因而可用于增加大豆蛋白的胶凝性能，使其具有更好的加工品质。l 在食品加工过程中，通过适当、适量地添加一些酶类，可以改善产品的色泽，风味和质构，l 如用葡萄糖氧化酶可去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色泽；l 葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香；l 木瓜蛋白酶可分解胶原蛋白，用
21、于肉制品的嫩化。l 对于含有难消化成分的食品，可以通过添加一些酶类，来改善这些食品的营养和消化利用性能等。四、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l 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。l 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
22、学科。二、食品生物技术的研究内容l 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l 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l 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l 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l 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l思考与练习l1什么是食品生物技术，你对食品生物技术在食品工业发展的地位持什么态度?l2食品生物技术主要包含哪些内容，基因工程技术对未来新食品有什么作用?l3你对生物技术食品的安全性，特别是遗传重组食品的安全性是怎样理解的?l4你认为现代生物技术将对食品工业产生怎样的影响
