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1、基因工程在食品科学中的应用基因工程在食品科学中的应用 基因工程在食品产业中的应用基因工程在食品产业中的应用 一 利用基因工程改善食品原料的品质一 利用基因工程改善食品原料的品质 二 二 利用基因工程改进食品生产工艺利用基因工程改进食品生产工艺 三 三 利用基因工程生产食品添加剂及功能性食品利用基因工程生产食品添加剂及功能性食品 一 利用基因工程改善食品原料的品质一 利用基因工程改善食品原料的品质 一 改良动物食品性状 一 改良动物食品性状 二 改造植物性食品原料 二 改造植物性食品原料 一 改良动物食品性状 一 改良动物食品性状 1 改良牛奶品质 改良牛奶品质 1 提高牛奶中 提高牛奶中k 酪
2、蛋白的含量 奶酪的产率与牛奶中酪蛋白的含量 奶酪的产率与牛奶中 k 酪蛋白的含量成正比 应用基因工程将酪蛋白的含量成正比 应用基因工程将k 酪蛋白基因在酪蛋白基因在 奶牛乳腺中表达 奶牛乳腺中表达 2 生产无乳糖牛奶 乳糖是牛奶中的主要糖分 对牛 生产无乳糖牛奶 乳糖是牛奶中的主要糖分 对牛 奶过敏的人群就是由于体内缺乏能够消化乳糖的乳糖酶奶过敏的人群就是由于体内缺乏能够消化乳糖的乳糖酶 的缘故 将乳糖酶基因在牛乳腺细胞中表达能产生无乳的缘故 将乳糖酶基因在牛乳腺细胞中表达能产生无乳 糖牛奶 糖牛奶 1 利用大肠杆菌基因工程大量生产牛生长 利用大肠杆菌基因工程大量生产牛生长 激素激素 2 将牛
3、生长技术基因转入奶牛体内 将牛生长技术基因转入奶牛体内 提高乳牛的产奶量提高乳牛的产奶量 提高鱼的产量 生长激素基因导入到鲤鱼 虹鳟生长激素基因导入到鲤鱼 虹鳟 改善鱼的生存条件 Anti freeze peotein gene 二 二 改造植物性食品原料改造植物性食品原料 1 提高植物性食品氨基酸含量 提高植物性食品氨基酸含量 在植物细胞中 在植物细胞中 Lys是由是由Asp衍生而来的 在这个过程中有衍生而来的 在这个过程中有 两个起重要作用的酶 天冬氨酸激酶两个起重要作用的酶 天冬氨酸激酶 AK 和二氢吡啶二羧和二氢吡啶二羧 酸合成酶酸合成酶 DHDPS 现在已经从玉米等植物中克隆到了对现
4、在已经从玉米等植物中克隆到了对Lys的抑制作用不敏的抑制作用不敏 感的感的DHDPS的基因 并正在对转入此基因的植物进行检测 的基因 并正在对转入此基因的植物进行检测 玉米玉米 phaseolinphaseolin富含富含MetMet 将此蛋白基因转入豆科植物 将此蛋白基因转入豆科植物 就可以大大提高豆科植物种子贮存蛋白的就可以大大提高豆科植物种子贮存蛋白的MetMet含量 而含量 而 MetMet正是豆科植物种子贮存蛋白所缺少的成分 正是豆科植物种子贮存蛋白所缺少的成分 二 二 改造植物性食品原料改造植物性食品原料 1 提高植物性食品氨基酸含量 提高植物性食品氨基酸含量 2 增加食品的甜味
5、增加食品的甜味 非洲有一种植物叫应乐果 研究人员在其果实非洲有一种植物叫应乐果 研究人员在其果实 中发现了一种叫做应乐果蛋白的蛋白质中发现了一种叫做应乐果蛋白的蛋白质 monellin 咀嚼时比蔗糖大约甜咀嚼时比蔗糖大约甜1 01 0万倍 而它所含的蛋白万倍 而它所含的蛋白 质却又不会在新陈代谢中具有与蔗糖相同的作用 质却又不会在新陈代谢中具有与蔗糖相同的作用 它的这种特性使之成为蔗糖的理想替代品 它的这种特性使之成为蔗糖的理想替代品 二 二 改造植物性食品原料改造植物性食品原料 采用化学方法合成出应乐果蛋白基因 它可以编码同时包采用化学方法合成出应乐果蛋白基因 它可以编码同时包 括括A A
6、B B两条链的单链肽段 此融合蛋白在转基因番茄和莴两条链的单链肽段 此融合蛋白在转基因番茄和莴 苣中进行了表达 苣中进行了表达 二 二 改造植物性食品原料改造植物性食品原料 2 增加食品的甜味 增加食品的甜味 环化糊精环化糊精 cyclodextrin 就是一种新的糖类物质 就是一种新的糖类物质 将环化糊精糖基转移酶将环化糊精糖基转移酶 CGT 的基因转入植物 可以在的基因转入植物 可以在 转基因植物中获得环化糊精转基因植物中获得环化糊精 二 二 改造植物性食品原料改造植物性食品原料 2 增加食品的甜味 增加食品的甜味 3 改造油料作物 改造油料作物 最易用基因工程方法进行改造的油料作最易用基
7、因工程方法进行改造的油料作 物是物是油菜油菜 迄今为止 在世界范围内种植的 迄今为止 在世界范围内种植的 良种油菜有良种油菜有3131 是转基因品种 是转基因品种 二 二 改造植物性食品原料改造植物性食品原料 用基因工程技术可以提高用基因工程技术可以提高油脂中抗氧化剂的油脂中抗氧化剂的 含量含量 已成功地从拟南芥中克隆已成功地从拟南芥中克隆甲基转移酶基因甲基转移酶基因并并 转导到了大豆中 甲基转移酶是转导到了大豆中 甲基转移酶是 生育酚形成生育酚形成 生育酚生育酚的关键酶 转这种酶基因的大豆能在不的关键酶 转这种酶基因的大豆能在不 降低总生育酚的前提下 使降低总生育酚的前提下 使 生育酚的含量
8、提生育酚的含量提 高高8080 以上 以上 3 改造油料作物 改造油料作物 二 二 改造植物性食品原料改造植物性食品原料 4 改良植物食品的蛋白质品质 改良植物食品的蛋白质品质 秘鲁 国际马铃薯培育中心 培育出一种蛋白质含量与肉秘鲁 国际马铃薯培育中心 培育出一种蛋白质含量与肉 类相当的薯类 类相当的薯类 山东农业大学将小牛胸腺山东农业大学将小牛胸腺DNA导入小麦系导入小麦系814527 在第二 在第二 代出现了蛋白质含量高达代出现了蛋白质含量高达16 51 的小麦变异株 的小麦变异株 中国农业科学院作物研究所将大米草中国农业科学院作物研究所将大米草DNA引入水稻品种早引入水稻品种早 丰 出现
9、了籽粒蛋白质含量高达丰 出现了籽粒蛋白质含量高达12 74 的受体变异类型 的受体变异类型 小麦 玉米等谷物种子缺乏小麦 玉米等谷物种子缺乏赖氨酸赖氨酸 豆类作物种子缺 豆类作物种子缺 乏乏蛋氨酸蛋氨酸 将富含赖氨酸和蛋氨酸的种子基因进行分 将富含赖氨酸和蛋氨酸的种子基因进行分 离鉴定 并转入相应的作物中 可得到营养品质较为离鉴定 并转入相应的作物中 可得到营养品质较为 完全的蛋白质 完全的蛋白质 将巴西坚果或豌豆蛋白基因转入大豆中 获得含将巴西坚果或豌豆蛋白基因转入大豆中 获得含 有较高含硫氨基酸的转基因大豆 有较高含硫氨基酸的转基因大豆 4 改良植物食品的蛋白质品质 改良植物食品的蛋白质品
10、质 5 改善淀粉品质 直链淀粉是直链淀粉是 1 4 糖苷键连接而成的多聚糖 糖苷键连接而成的多聚糖 占占30 左右 左右 支链淀粉是由支链淀粉是由 1 4 糖苷键和糖苷键和 1 6 糖苷键连糖苷键连 接而成的多聚糖 占接而成的多聚糖 占70 左右 左右 淀粉合成酶和淀粉分支酶淀粉合成酶和淀粉分支酶 6 提高维生素的含量提高维生素的含量 转基因水稻 金米 富含类胡萝卜素的大 米 金米中含有三个外源基因 水仙花编码八氢番 茄红素合成酶的基因 psy 和番茄红素 环 化酶的基因 lyc 欧文杆菌编码细菌番茄 红素脱饱和酶基因 crt I 胡萝卜素 7 提高微量元素的含量提高微量元素的含量 铁蛋白是生
11、命有机体铁贮藏蛋白的一个主要方 式 在水稻中引入大豆铁蛋白基因 该基因在 水稻种子特异性表达启动子的调控下表达 转 基因水稻种子中铁元素的含量增加了3倍 PG在果实成熟过程中合成 利用转基因技术得到在果实成熟过程中合成 利用转基因技术得到 的反义的反义PG番茄 果实采后的贮藏期可延长番茄 果实采后的贮藏期可延长1倍 可以倍 可以 减少因过熟和腐烂所造成的损失 果实抗裂 抗机械减少因过熟和腐烂所造成的损失 果实抗裂 抗机械 损伤 便于运输 抗真菌感染 由于果胶水解受到抑损伤 便于运输 抗真菌感染 由于果胶水解受到抑 制 用其加工果酱可提高出品率 制 用其加工果酱可提高出品率 目前已经从桃 猕猴桃
12、 苹果 西洋梨 砂梨 鳄目前已经从桃 猕猴桃 苹果 西洋梨 砂梨 鳄 梨 番茄 黄瓜 甜瓜 马铃薯 玉米 水稻 大豆 梨 番茄 黄瓜 甜瓜 马铃薯 玉米 水稻 大豆 烟草 甜菜 油菜 拟南芥等植物中克隆得到烟草 甜菜 油菜 拟南芥等植物中克隆得到PG的的 编码基因 编码基因 8 改善园艺产品的采后品质 改善园艺产品的采后品质 1 1 多聚半乳糖醛酸酶 多聚半乳糖醛酸酶 PGPG 2 乙烯合成相关酶基因 乙烯合成相关酶基因 采用基因工程手段可控制乙烯生成 如导入反义采用基因工程手段可控制乙烯生成 如导入反义ACC 1 氨基环丙烷氨基环丙烷 1 羧酸羧酸 合成酶基因 导入反义 合成酶基因 导入反义
13、ACC氧化氧化 酶基因 酶基因 8 改善园艺产品的采后品质 改善园艺产品的采后品质 ACCACC合成酶合成酶 简称简称ACS ACS 基因 基因 ACCACC合成酶是乙烯生物合成的关键酶 由一个多基因家合成酶是乙烯生物合成的关键酶 由一个多基因家 族所编码 族所编码 目前 已经从番茄 苹果 康乃馨 绿豆 夏南瓜 目前 已经从番茄 苹果 康乃馨 绿豆 夏南瓜 笋瓜等植物中得到了笋瓜等植物中得到了ACCACC合成酶基因 合成酶基因 19951995年中国农大罗年中国农大罗 云波等培育出转反义云波等培育出转反义 ACSACS的转基因的番茄 在室温下可贮的转基因的番茄 在室温下可贮 存存3 3个月 个
14、月 ACC氧化酶基因 氧化酶基因 又叫乙烯形成酶又叫乙烯形成酶 EFE EFE 也是乙烯生物合成途径中的 也是乙烯生物合成途径中的 关键酶 在细胞中的含量比关键酶 在细胞中的含量比ACCACC合成酶还少 也是由一个合成酶还少 也是由一个 多基因家族编码 多基因家族编码 目前已经从番茄 甜瓜 苹果 鳄梨 猕猴桃以及衰目前已经从番茄 甜瓜 苹果 鳄梨 猕猴桃以及衰 老的麝香石竹花 豌豆 甜瓜等分离出老的麝香石竹花 豌豆 甜瓜等分离出ACCACC氧化酶基因 氧化酶基因 利用基因工程方法延缓蔬果成熟衰老 控制果实软利用基因工程方法延缓蔬果成熟衰老 控制果实软 化 提高抗病虫和抗冷害能力等方面均有广阔的
15、应用前化 提高抗病虫和抗冷害能力等方面均有广阔的应用前 景景 8 改善园艺产品的采后品质 改善园艺产品的采后品质 利用基因工程改造食品微生物利用基因工程改造食品微生物 一 一 改良微生物菌种改良微生物菌种 最早成功应用的基因工程菌最早成功应用的基因工程菌 采用基因工程改采用基因工程改 造的微生物造的微生物 是是面包酵母菌面包酵母菌 面包酵母为荷兰面包酵母为荷兰GistGist BrocadesBrocades公司之产品 含公司之产品 含 有外源的有外源的麦芽糖代谢基因麦芽糖代谢基因 maltose permease maltose permease 与与 maltasemaltase基因 在相
16、同的面团发酵时间转基因面基因 在相同的面团发酵时间转基因面 包酵母所产生的包酵母所产生的COCO2 2较原面包酵母多较原面包酵母多11 11 及及33 33 生物技术已用于啤酒酵母的改造 如将生物技术已用于啤酒酵母的改造 如将 乙乙 酰乳酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达 可酰乳酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达 可 降低啤酒降低啤酒双乙酰双乙酰含量而改善啤酒风味 含量而改善啤酒风味 一 一 改良微生物菌种改良微生物菌种 采用基因工程技术 将大麦中采用基因工程技术 将大麦中 淀粉酶基因转淀粉酶基因转 入啤酒酵母中并实现高速表达 这种酵母便可直接入啤酒酵母中并实现高速表达 这种酵母便可直接 利用淀粉进行发酵 无需麦芽生产利用淀粉进行发酵 无需麦芽生产 淀粉酶的过淀粉酶的过 程 可缩短生产流程 简化工序 推动啤酒生产的程 可缩短生产流程 简化工序 推动啤酒生产的 技术革新 技术革新 一 一 改良微生物菌种改良微生物菌种 1 1 提高米曲霉中羧肽酶和碱性蛋白酶的活性 增 提高米曲霉中羧肽酶和碱性蛋白酶的活性 增 加酱油中氨基酸的含量 加酱油中氨基酸的含量 2 2 提高米曲霉中纤维素酶 果
