《食品生物技术导论》课件

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1、食品生物技术导论目 录第一章第一章 绪绪 论论第二章第二章 食品与基因工程食品与基因工程第三章第三章 食品与蛋白质工程食品与蛋白质工程第四章第四章 食品与酶工程食品与酶工程第五章第五章 食品与发酵工程食品与发酵工程第六章第六章 食品与细胞工程食品与细胞工程第七章第七章 食品生物工程中的下游过程食品生物工程中的下游过程第八章第八章 食品生物技术与食品安全检测食品生物技术与食品安全检测第九章第九章 生物技术与食品工业生物技术与食品工业“三废三废”治理治理第一章第一章 绪绪 论论第一节第一节 食品生物技术涵义食品生物技术涵义第二节第二节 食品生物技术研究内容食品生物技术研究内容第三节第三节 食品生物

2、技术特点食品生物技术特点第四节第四节 食品生物技术发展简史食品生物技术发展简史第五节第五节 分子生物学的形成和发展分子生物学的形成和发展第一节第一节 食品生物技术涵义食品生物技术涵义一、生物技术一、生物技术l所所谓谓生生物物工工程程是是达达到到特特殊殊目目的的生生物物过过程程的的控控制制性性工工程程 “操操纵纵生生物物 （微微生生物物、植植物物、动动物物）的的细细胞胞、组组织织或或酶酶，进进行行生生物物合合成成及分解转化及分解转化”。 二、食品生物技术二、食品生物技术l食食品品生生物物技技术术（food food biotechnologybiotechnology）是是利利用用生生物物体体及

3、及其其细细胞胞、亚亚细细胞胞和和分分子子组组成成部部分分，结结合合工工程程学学、信信息息学学等等手手段段去去研研究究及及加加工处理或制造食品产品的新技术。工处理或制造食品产品的新技术。 第二节 食品生物技术研究内容一、食品与基因工程一、食品与基因工程l基基因因工工程程又又称称遗遗传传工工程程，它它是是在在体体外外将将异异源源DNADNA（目目的的基基因因）与与基基因因载体（质粒、病毒等）重组成复制子并转移至宿主细胞的过程。载体（质粒、病毒等）重组成复制子并转移至宿主细胞的过程。 二、食品与酶工程二、食品与酶工程l酶是活细胞产生的具高度催化活性和高度专一性的生物催化剂。酶是活细胞产生的具高度催化

4、活性和高度专一性的生物催化剂。l所谓酶工程是把酶或细胞或经过修饰后直接应用于化学反应的生物催所谓酶工程是把酶或细胞或经过修饰后直接应用于化学反应的生物催化工程，包括固定化酶、固定化细胞和固定化活细胞体系等。化工程，包括固定化酶、固定化细胞和固定化活细胞体系等。l酶工程的应用能有效地改造传统的食品工业。酶工程的应用能有效地改造传统的食品工业。 三、食品与发酵工程三、食品与发酵工程发发酵酵工工程程其其涵涵义义是是采采用用现现代代发发酵酵设设备备，使使经经基基因因重重组组技技术术改改良良的的细细胞胞或或经经其其它它现现代代技技术术改改造造的的菌菌株株进进行行放放大大培培养养和和控控制制发发酵酵，获获

5、得得工工业业化化生产预定的食品产品或食品的功能成分。生产预定的食品产品或食品的功能成分。 四、食品与细胞工程四、食品与细胞工程l应用细胞生物学方法，按照人们预定的设计，有计划地改造遗传物质应用细胞生物学方法，按照人们预定的设计，有计划地改造遗传物质和细胞培养技术，包括细胞融合技术、细胞拆合技术以及动物、植物和细胞培养技术，包括细胞融合技术、细胞拆合技术以及动物、植物大量控制性培养技术，还包括染色体工程和细胞质工程等内容。大量控制性培养技术，还包括染色体工程和细胞质工程等内容。 l细胞工程与微生物细胞培养一样，在人工控制条件下在生物反应器中细胞工程与微生物细胞培养一样，在人工控制条件下在生物反应

6、器中大规模培养，获得人类所需要的各种食品产品及保健产品大规模培养，获得人类所需要的各种食品产品及保健产品 五、食品与蛋白质工程五、食品与蛋白质工程19831983年年 美美 国国 Genex Genex 公公 司司 K KUtrnerUtrner提提 出出 蛋蛋 白白 质质 工工 程程 （ protein protein engineeringengineering）概概念念，其其涵涵义义是是指指从从蛋蛋白白质质分分子子结结构构的的设设计计入入手手，将将待待改改进进的的蛋蛋白白质质提提纯纯为为结结晶晶，用用x x射射线线衍衍射射等等手手段段研研究究其其空空间间构构象象，确确定定其其需需要要改改

7、变变的的氨氨基基酸酸残残基基，然然后后再再用用基基因因定定位位突突变变和和体体外外定定向向进进化化等等方方法法达达到修饰蛋白质分子空间结构的目的。到修饰蛋白质分子空间结构的目的。 六、食品与后基因组学六、食品与后基因组学l20032003年年随随着着人人类类基基因因组组图图谱谱草草图图绘绘制制成成功功，为为后后基基因因组组学学（post-post-genomicsgenomics）的的诞诞生生拉拉开开了了序序幕幕。而而现现代代研研究究认认为为，一一个个基基因因可可以以编编码码数数个个蛋蛋白白质质，随随之之形形成成所所谓谓基基因因组组学学（genomicsgenomics）和和蛋蛋白白质质组组学

8、学（proteomicsproteomics），近近年年来来，在在日日本本、美美国国和和德德国国等等国国又又启启动动了了营营养养基基因因组学（组学（nutrigenomicsnutrigenomics）的研究。）的研究。 七、食品与食品安全七、食品与食品安全生生物物技技术术的的发发展展为为食食品品安安全全的的检检测测提提供供高高速速高高效效的的PCRPCR系系统统检检测测技技术术。为为加加强强食食品品安安全全在在食食品品加加工工过过程程除除必必须须严严格格执执行行CACCAC、HACCPHACCP、GMPGMP和和ACPACP安全体系外。还必须制订切实可行的食品安全监督管理体系。安全体系外。还

9、必须制订切实可行的食品安全监督管理体系。 第三节第三节 食品生物技术特点食品生物技术特点一、食品生物技术与食品产业化紧密相关一、食品生物技术与食品产业化紧密相关l食食品品生生物物技技术术对对改改造造传传统统食食品品工工业业和和农农副副产产品品深深加加工工，具具有有革革命命性性意意义义和和较较大大的的经经济济价价值值。食食品品生生物物技技术术即即食食品品生生物物工工程程包包括括上上游游工工程程（up up stream stream processprocess）和和下下 游游 工工 程程 （ down down stream stream processprocess），整整个个过过程程有有多

10、多个个操操作作工工序序，一一环环扣扣一一环环，核核心心技技术术为为生生物物技技术术和和酶酶工工程程，形形成成较较为为完完整的产业链，如图整的产业链，如图1-11-1所示。所示。 图图1-1 1-1 食品生物技术产业链示意图食品生物技术产业链示意图二、食品生物技术属边缘性交叉学科二、食品生物技术属边缘性交叉学科生生物物技技术术是是研研究究生生命命的的科科学学技技术术，是是生生物物科科学学和和工工程程学学综综合合交交叉叉的的边边缘学科。缘学科。 三、食品生物技术具有三、食品生物技术具有“六高六高”基本特征基本特征l食食品品生生物物技技术术与与其其他他高高新新技技术术一一样样，对对国国民民经经济济的

11、的发发展展和和食食品品工工业业的的革革新新具具有有“六六高高”的的基基本本特特征征：即即高高效效益益，高高智智力力、高高投投入入、高高竞竞争争、高风险和高潜力。高风险和高潜力。 四、食品生物技术属高新技术范畴四、食品生物技术属高新技术范畴l根根据据当当今今世世界界科科技技发发展展对对世世界界经经济济发发展展贡贡献献情情况况。信信息息、能能源源、生生物物技术、航天、材料、汽车和环境等己被列为世界技术、航天、材料、汽车和环境等己被列为世界“七大七大”高科技领域。高科技领域。 五、食品生物技术已成为食品科学发展的重要研究方向五、食品生物技术已成为食品科学发展的重要研究方向食食品品生生物物技技术术作作

12、为为生生物物技技术术的的分分支支学学科科，在在自自然然科科学学中中涵涵盖盖范范围围广广为为其特征。其特征。 第四节第四节 食品生物技术发展简史食品生物技术发展简史一、史前时期一、史前时期l从从出出土土文文物物发发现现，追追溯溯至至距距今今数数千千多多年年前前的的龙龙山山文文化化时时期期。酿酿酒酒、制制醋和制酱等发酵技艺已经发展到世界一流水平。醋和制酱等发酵技艺已经发展到世界一流水平。 二、近代时期二、近代时期从从1919世世纪纪5050年年代代开开始始，伴伴随随着着欧欧洲洲的的文文艺艺复复兴兴带带来来科科学学和和工工业业的的繁繁荣荣。由由于于法法国国科科学学家家巴巴斯斯德德（PasteurPa

13、steur）对对微微生生物物学学创创立立的的贡贡献献，德德国国科科学学家家柯柯赫赫（KochKoch）发发明明了了微微生生物物的的分分离离和和纯纯种种培培养养技技术术和和法法国国学学者者布布合合乃乃尔尔（BuchnerBuchner）兄兄弟弟俩俩通通过过实实验验揭揭示示了了发发酵酵本本质质是是细细胞胞中中酶酶的的作作用用。标标志志着着传传统统食食品品生生物物技技术术向向近近代代食食品品生生物物技技术术的的发发展展。从从传传统统发发酵食品的生产靠天然微生物作用酵食品的生产靠天然微生物作用 。三、现代的发展三、现代的发展l从从2020世世纪纪5050年年代代初初开开始始，伴伴随随着着生生物物化化学

14、学，遗遗传传学学和和化化学学分分析析技技术术的的发发展展。特特别别是是19531953年年“DNADNA双双螺螺旋旋结结构构”的的发发现现、19691969年年酶酶固固定定化化技技术术的的应应用用成成果果和和19731973年年基基因因工工程程诞诞生生等等重重大大科科技技成成就就为为标标志志的的划划时时代代发展发展 第五节第五节 分子生物学的形成和发展分子生物学的形成和发展一、细胞学说一、细胞学说l在在1919世世纪纪中中时时施施莱莱登登和和施施旺旺（SchwannSchwann）两两位位学学者者经经过过2020年年的的研研究究绘绘出有关细胞结构明显图象和细胞组成，从而创立了细胞学说。出有关细

15、胞结构明显图象和细胞组成，从而创立了细胞学说。 二、生物进化论二、生物进化论l奥奥地地利利学学者者格格里里哥哥尔尔. .孟孟德德尔尔（Gregor Gregor MendelMendel）研研究究认认为为，遗遗传传性性状状是由一对遗传因子决定的，是由一对遗传因子决定的， 四、摩尔根的基因学说四、摩尔根的基因学说摩摩尔尔根根提提出出：“物物质质必必须须由由某某种种独独立立的的要要素素组组成成，正正是是这这些些要要素素我我们们叫做遗传因子，或者更简单地叫做基因叫做遗传因子，或者更简单地叫做基因”。五、基因本质的发现五、基因本质的发现l摩摩尔尔根根提提出出：“物物质质必必须须由由某某种种独独立立的的

16、要要素素组组成成，正正是是这这些些要要素素我我们们叫叫做做遗遗传传因因子子，或或者者更更简简单单地地叫叫做做基基因因”。多多年年来来研研究究证证实实这这种种转转化化物质就是物质就是DNADNA，这是基因本质的重大发现。，这是基因本质的重大发现。 六、分子生物学的诞生六、分子生物学的诞生19531953年年美美国国遗遗传传学学家家詹詹姆姆斯斯. .沃沃森森（James James D D .Watson.Watson）和和英英国国生生物物物物理理学学家家弗弗朗朗西西斯斯. .克克里里克克（Francis Francis crickcrick）根根据据莫莫. .休休. .弗弗. .威威尔尔金金斯斯（M.H.F.wilkinsM.H.F.wilkins）的的x-x-射射线线衍衍射射等等系系列列图图谱谱结结构构分分析析基基础础上上，用用标标度度分分子子模模型型在在英英国国Max Max PerutzPerutz教教授授分分子子生生物物学学实实验验室室进进行行研研究究。其其研研究究成成果果，在在英英国国自自然然杂杂志志上上发发表表的的DNADNA结结构构一一文文，提提出出了了“DNADNA双双螺