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1、现代细胞工程技术在食品工业中的应用本章内容 一、细胞工程概述 二、细胞工程主要研究内容 三、细胞工程分类 四、应用 五、讨论一、细胞工程概述 细胞工程：指应用细胞生物学和分子生物学的方法，按照人们预定的设计，有计划的改造细胞遗传结构，从而培育出所需要的新的动植物品种或具有某些新性状的细胞群体，以生产各种保健食品有效成分、新型食品和食品添加剂。一、细胞工程概述 在食品生物工程领域中，我们常常利用各种微生物发酵生产蛋白质、酶制剂、氨基酸、维生素、多糖、低聚糖及食品添加剂等产品。为了使其高产优质，除了通过各种化学、物理方法诱变育种及基因工程育种外，采用细胞融合技术或原生质体融合技术也是一种有效的方法
2、。同时，采用动物、植物细胞大量培养生产各种保健食品的有效成分及天然食用色素等都是生物工程领域的重要组成部分，在食品、医药及化工等领域得到广泛应用。一、细胞工程概述 细胞工程涉及了细胞生物学和分子生物学的多种原理和方法，例如植物细胞全能性、动物细胞核全能性以及生物膜流动性等等。正是有着多项原理和方法的联合，为细胞工程提供了理论依据。二、细胞工程的主要研究内容1、动植物细胞与组织培养2、细胞融合（新的物种或品系、单克隆抗体）3、染色体工程（多倍体育种，例：八倍体小黑麦）4、胚胎工程（优良品种、试管婴儿）5、干细胞与组织工程（胚胎干细胞、组织干细胞）6、转基因生物与生物反应器（转基因动物、转基因植物
3、）二、细胞工程内容-细胞培养技术 细胞培养是指动物、植物和微生物细胞在体外无菌条件下的保存和生长。 其基本过程包括： a、取材和除菌 b、根据各类细胞的特点，配置细胞培养基并灭菌，采用无菌操作技术，将生物材料接种于培养基中； c、将接种后的培养基放入培养室或培养箱中，提供各类细胞生长所需的最佳培养条件，如温度、湿度、光照、氧气及二氧化碳等，当细胞达到一定生物量时应及时收获或传代。二、细胞工程内容-细胞融合技术 细胞融合技术是指在外力（诱导剂或促溶剂）作用下，两个或多个异源细胞或原生质体相互接触，从而发生膜融合，导致细胞合并，染色体等遗传物质重组，形成杂种细胞的过程，也称为原生质体融合。细胞融合
4、技术可克服天然性结合的屏障，并可进行遗传标记，可促进基因重组，对遗传育种、选育优良品系具有重要实践意义。二、细胞工程内容 细胞融合技术过程包括以下几点。 a、制备原生质体，两种不同亲株细胞经酶法除去细胞壁，得到两个球状原生质体或原生质体球； b、诱导细胞融合，两亲本细胞（原生质体）置于高渗溶液中，在促融剂和CaCl2存在的条件下，促使两者相互凝集并发生细胞之间的融合； c、筛选杂合细胞，将上述混合液移到特定的筛选培养基上，让杂合细胞有选择的生长，其他未融合细胞无法生长，获得具有双亲遗传特性的杂合细胞。 根据细胞融合技术研究进展和研究内容，促进细胞融合的方法有如下几种： a、生物学法，采用病毒促
5、进细胞融合，如仙台病毒、疱疹病毒、天花病毒均能诱导细胞融合。 b、化学融合剂法，70年代以来，采用的化学融合剂包括PEG、二甲亚砜、甘油醋酸酯、油酸盐及磷脂酰丝氨酸等脂类化合物。 c、电处理融合法，1973年，研究发现在高频电场脉冲条件下，细胞透性增加，这种效应称为可逆电降解。 以上方法属非专一性融合法，存在着双亲自体融合的问题。二、细胞工程内容-细胞拆合技术与细胞重组 细胞拆合技术是指用特殊的方法把完整细胞的细胞核和细胞质分离开来，或把细胞核从细胞质中吸取出来，或者用紫外线等把细胞中的核杀死，然后再把同种或异种的细胞核和细胞质重新组合起来，培育成新的细胞或新的生物个体。 细胞拆合技术常可分为
6、物理拆合法和化学拆合法。 细胞重组的基本方式有三种：a、胞质体与完整细胞重组形成胞质杂种；b、微细胞和完整细胞重组形成微细胞异核体；c、胞质体和核体重新组合形成重组细胞。三、细胞工程分类 细胞工程从对象上可分为三类： 动物细胞工程 植物细胞工程 微生物细胞工程。三、细胞工程分类-微生物细胞工程在食品生物工程领域中，可以利用各种微生物发酵生产蛋白质、酶制剂、氨基酸、维生素、多糖、低聚糖及食品添加剂等产品。采用细胞融合技术或原生质体融合技术或原生质体融合技术改造微生物种性、创造新品系是一种很有效的途径和方法。原核细胞的原生质体融合真菌的原生质体融合应用：氨基酸生产菌的育种、酶制剂生产菌的育种以及啤
7、酒酵母的育种、食品添加剂、保健品的生产、肉类行业等等。四、在食品工业中的应用-L-苏氨酸产生菌的原生质体融合育种原生质体形成方法：谷氨酸棒杆菌GY360（A）+乳糖发酵短杆菌HS58（B）A、B菌液分别，青霉素和甘氨酸预处理后离心弃上清液后，配成高渗菌悬液稀释，测定细胞数溶菌酶于32保温13h弃上清液高渗液离心洗涤2次原生质体再生：将原生质体高渗悬浮液用高渗液适当稀释半固体再生完全培养基培养31培养48h72h原生质体融合：A、B两株菌的原生质体高渗悬浮液等量混合离心弃上清液加PEG-6000溶液与新生磷酸钙液混合均匀于32保温30min离心弃上清液配成高渗融合细胞悬浮液目的融合子筛选遗传稳定
8、性测验发酵实验四、在食品工业中的应用-西洋参细胞培养工艺 1.工艺流程 西洋参根乙醇消毒无菌根诱导培养愈伤组织悬浮培养悬浮细胞培养物大量培养发酵液过滤细胞干燥西洋参细胞干粉成品 2.工艺过程 （1）西洋参细胞种质的选择与处理：工栽培西洋参根弃病变、受伤及形态不规则个体小尼龙刷于流动的自来水下充分洗刷50-100mm厚的片段70乙醇中30s浸于5安替福民（含5.25的NaCl溶液）、10漂白粉10-20min用无菌水充分洗去消毒剂，备用。 （2）愈伤组织的诱导：诱导西洋参愈伤组织的培养基添加2.5mgL2,4-D、0.8mgLKT及0.7gL酪蛋白水解物的MS培养基。50ml三角瓶中培养基装量为
9、20ml。琼脂浓度为0.8，灭菌后备用。然后取已消毒的西洋参根的片段切成1mm厚、4-5mm见方的立方小块组织，再向每个培养瓶中接入1g左右的小组织块，于25-26培养20d后即长成愈伤组织。采用同样培养基进行移植继代培养，移植过程每瓶均用同一块愈伤组织切割分散和接种培养。如此往复循环，进行20-30次移植继代培养，即可获得多个西洋参愈伤组织无性系。 （3）西洋参细胞悬浮培养：西洋参细胞悬浮培养的培养基为添加1.25mgL2,4-D、0.4mgLKT及0.7gL酪蛋白水解物的MS培养基。500ml三角瓶中培养基装量为100ml，PH5.8，在9.9104Pa-1.0108Pa压力下灭菌15-2
10、0min，冷却至室温，备用。然后在无菌操作条件下，用50ml培养基将每瓶西洋参愈伤组织无性系洗下并通过筛网流入无菌量筒中，沉淀10-15min，倾去上清液，下层细胞倾入含100ml培养基的500ml培养瓶中，接种量为1-2gL的细胞干重，然后置于摇床中于27-29以120rmin速度摇荡，振幅为2.5cm，培养20-25d后即得到西洋参细胞悬浮培养物。 （4）西洋参细胞大量培养：西洋参细胞大量培养所用的培养基与细胞悬浮培养基相同，反应器为10L通气搅拌罐，培养基充满系数为0.7-0.8.将上述悬浮细胞培养物直接接种到搅拌罐反应器中，细胞接种量为1-2mgL（干重），在27-29下，以50-70
11、rmin速度搅拌，0.6-0.8m3（m3min）通气量为18-20d，即得到西洋参细胞培养物。 （5）西洋参细胞的收获与干燥：细胞大量培养结束后，用过滤或离心方法收集细胞，用去离子水洗涤3-5次，每次抽干，然后于50以下真空干燥或冻干制得培养的西洋参细胞干粉，收率一般为3-5gL（干重）。四、在食品工业中的应用-肉类工业中的应用提高冻结肉的质量，就必须做到如下几点：1、防止冻结中冰结晶的成长，要快速冻结，缩短冻结时间，使冰晶体大小整齐。2、降低冻结终温，以提高结冰率，使残存液相浓度变高，减少残留液相的数量，降低冰结冷藏温度，以降低各相的饱和蒸汽压。3、不使冷藏中温度出现上下波动，防止冰结晶的
12、成长。第一、二很难做得完美，从而造成肉在解冻后汁液流失严重、肉质呈多孔状等不良现象，主要原因是在现有的冻结条件下，肉类冻结时间长，要达到冻结要求，所需要的冻结终温又较低。冰核细菌的应用将有望促进冻结技术的发展。冰核活性(INA)细菌具有在较高温度(-2-5)下形成规则、细腻、微小异质冰晶的能力，因此，国外已将INA菌液及其胞外冰核应用于食品的冷冻浓缩、冷冻干燥和改善食品的冷冻质地等方面。冰核细菌或其胞外冰核应用于肉类食品的冻结具有以下特点：(1)可以提高过冷却点、缩短冻结时间，从而确保冻结的质量。从表1可以看出，含有冰核细胞的样品核温度提高，这样就能保证肉类食品在零下较高的温度下冻结，从而大大缩短冻结的时问，提高冷冻效果。(2)可以改善肉食品的质地。常规冷冻食品的结构是冰晶无序形成和全面生长，产生海绵状的各向同质结构，使解冻后的食品具有各向同质的机械特性。利用冰核细菌的冷冻导致各向非同质结构产品的形成，达到有效冷冻和质地改善的目的。七、讨论 优点： a、快速繁殖，周期短 b、可以培育无菌植株 c、可以克服远缘杂交不亲和 缺点： a、技术复杂 b、成本较大 c、不稳定谢谢六、应用六、应用谢谢！
