第六章生物技术与食品

第六章生物技术与食品 • 【知识目标】 • ①了解现代生物技术在食品领域中应用的主要方面； • ②理解生物技术与食品生产的关系； • ③掌握生物技术在食品生产和检测中的应用；④掌握转基因食品的概念和安全性； • ⑤了解消费者对食品生物技术的观点； • ⑥理解食品生物技术未来的发展方向。

第六章生物技术与食品 • 【技能目标】 • ①能够把生物技术知识运用到食品领域中； • ②会处理生物技术与食品生产的关系； • ③会应用生物技术知识，处理食品生产和检测中的问题； • ④能够把握食品生物技术未来的发展方向。

第一节生物技术与食品生产 • 一、单细胞蛋白 • （一） SCP产生的背景 • 微生物生产SCP的优点：①在适宜条件下微生物可快速生长，有些微生物的生物量倍增时间为0.5~1 h；

第一节生物技术与食品生产 • 一、单细胞蛋白 • （一） SCP产生的背景 • ②微生物比动植物更容易进行基因改良，更容易通过大规模筛选出高产菌株，改善酸含量等，更容易采用转基因技术；③微生物蛋白质含量较高，且蛋白质营养价值好；④微生物可采用连续发酵工艺生产，占地面积小，不受气候影响；⑤微生物可在众多原料，特别是低价值废物中生长，一些微生物还可利用植物纤维。

第一节生物技术与食品生产 • 一、单细胞蛋白 • （二） SCP的安全性及其被接纳程度 • SCP生产过程中所用的原材料是影响安全性的关键因素 • 要想将SCP直接作为人类的食品，就必须具备高超的制作工艺和技能

第一节生物技术与食品生产 • 一、单细胞蛋白 • （三） SCP的生产 • 1.用能源物质生产SCP • 2.用废弃物生产SCP • 3.用农作物生产SCP • 4.用藻类生产SCP • （1）污水预处理 • （2）小球藻培养 • （3）收获及加工。

第一节生物技术与食品生产 • 一、单细胞蛋白 • （四）SCP的经济性 • SCP主要用途是作为动物饲料，可部分替代豆粉及鱼粉之类高蛋白原料 • SCP生产最终产物不受微生物，特别是人类致病菌的污染 • 开发SCP生产工艺中，发现了其他与工艺相关的一些新的技术方法 • SCP未来的发展主要依靠降低生产成本和提高产品质量。

第一节生物技术与食品生产 • 二、食品和饮料的发酵生产 • （一）酒精饮料 • 1.葡萄酒 • （1）白葡萄酒 • （2）红葡萄酒 • 2. 啤酒 • 制麦工序、糖化工序、发酵工序、加工与成熟工序、过滤工序、装罐工序： • 3.白酒和黄酒

啤酒工艺流程示意图

第一节生物技术与食品生产 • 二、食品和饮料的发酵生产 • （二）奶制品 • 1.奶酪 • 2.酸奶 • 3.双歧杆菌乳 • （三）蔬菜发酵（腌制）

第一节生物技术与食品生产 • 二、食品和饮料的发酵生产 • （四）谷类发酵食品 • 面包 • 食醋 • （五）豆类发酵食品 • 1.分子生态技术的应用 • 2.激活酶减曲酿造酱油技术

第一节生物技术与食品生产 • 二、食品和饮料的发酵生产 • （六）植物蛋白饮料 • 植物蛋白饮料是利用蛋白质含量较高的植物种子及各种核果类为主要原料，经加工制成的一种乳状饮料。在以大豆为代表的植物蛋白原料中，含较高的蛋白质、维生素、矿物质和其他营养成分。发酵型植物蛋白饮料兼有植物蛋白饮料和乳酸菌饮料的双重优点。豆奶饮料是一种理想的植物蛋白饮料，通过乳酸菌对其进行发酵作用，可进一步改善产品的品质。

第一节生物技术与食品生产 • 三、酶与食品加工

第一节生物技术与食品生产 • 四、新型甜味剂 • （一）功能性甜味剂 • 1.功能性低聚糖 • 2.糖醇

第一节生物技术与食品生产 • 四、新型甜味剂 • （二）高甜度新型甜昧剂 • 1.阿斯巴甜 • 2.甜蜜素 • 3.甜菊甙 • 4.甜蛋白 • 5.二氢查尔酮 • 6.其他

第一节生物技术与食品生产 • 五、其他食品添加剂 • （一）食用有机酸 • （二）氨基酸和维生素 • （三）调味剂或调味增强剂

第一节生物技术与食品生产 • 六、转基因食品 • （一）产生的背景 • （二）转基因食品的概念 • 转基因食品（genetically modified food）是指以转基因生物为原料加工生产的食品，转基因食品包括转基因动物性食品、转基因植物性食品和转基因微生物性食品。

第一节生物技术与食品生产 • 六、转基因食品 • （三）转基因食品的主要优点 • 1.延长水果和蔬菜的货架期及感官特性 • 2.提高食品的品质 • 3.提高必需氨基酸的含量 • 4.增加碳水化合物含量 • 5.提高肉、奶和畜类产品的数量和质量 • 6.增加农作物抗逆能力 • 7.生产可食性疫苗或药物 • 8.生产功能性食品

第一节生物技术与食品生产 • 六、转基因食品 • （四）转基因食品的检查 • 转基因产品的检测实质就是检测转基因产品中是否存在外源DNA序列或重组蛋白产物。对植物性转基因食品的检测采用的技术路线有两条，一是检测表达的重组蛋白，主要采用ELISA法、蛋白杂交和生物学活性检测等；二是检测插入的外源基因，主要应用生物芯片技术、PCR技术和核酸杂交技术等。

第一节生物技术与食品生产 • 七、重组牛生长激素（rBST） • 牛生长激素（bovine growth hormone，bGH）是由脑垂体前叶嗜酸性细胞分泌的一种具有调节生长和催乳功能的内源性激素蛋白质。1993年，美国FDA允许在奶牛中使用rBST，作为bGH人工合成的替代品，给奶牛注射，可以人工增加奶牛产量，最高可增产15％－20％。 • 研究证明，rBGH使用会增加牛奶中IGF-l的浓度。人和牛的IGF-l几乎完全相同，免疫学分析方法无法区别。可能会对消费者有害。

第一节生物技术与食品生产 • 八、转基因动物 • （一）促进动物生长，提高生产性能。 • （二）提高抗病力和适应性 • （三）利用动物生物反应器提取保健蛋白 • （四）提高动物性食品的相关特性

第一节生物技术与食品生产 • 九、转基因植物 • （一）改善食品营养品质 • 1.改善食品营养成份 • 2.改善食品风味 • 3.增加食品的药用价值和保健功能 • （二）改善食品加工品质 • （三）改善食品贮藏品质

第二节生物技术与食品包装 • 一、酶工程在食品包装中的应用 • （一）葡萄糖氧化酶 • （二）细胞壁溶解酶 • （三）转谷氨酰胺酶

第二节生物技术与食品包装 • 二、基因工程在食品包装中的应用 • 塑料作为四大包装材料之一，由于其质轻、强度好，用量逐年递增。聚β-羟基脂肪酸（PHA）是一类微生物合成的大分子聚合物，其结构简单，是可生物降解材料研究的热点。目前，PHB的生产成本依然太高。可向植物体内引入PHB生物合成途径，以植物为表达载体，利用CO2及光能合成。这是大规模廉价生产PHB的一种很有前景的方法，用转基因植物来生产PHB是降低生产成本的较好选择。

第二节生物技术与食品包装 • 三、包装检测指示剂在食品包装中的应用 • 反映商品质量的信息型智能包装技术，主要是利用化学、微生物和动力学的方法，通过指示剂的颜色变化记录包装商品在生命周期内商品质量的改变，主要研究成果有包装渗漏指示剂和保鲜指示剂。保鲜指示剂通过对微生物生长期间新陈代谢的反应，直接指示出食品的微生物质量。

第二节生物技术与食品包装 • 四、生物信息技术在食品包装检测中的应用 • ①酶技术将会在食品包装中发挥先驱性的作用，利用生物酶技术已经可以很好地实现保鲜和防腐功能。 • ②开发新的环保型包装材料,减少白色污染。 • ③致力于开发包装检测指示剂，及时发现包装中存在的问题,使检测更加及时准确。 • ④开展基因芯片技术在包装中的应用研究，将基因芯包装的安全性和促进包装的长足进步。

第三节生物技术与食品检测 • 一、核酸探针技术 • 核酸探针（nucleic acid probe）技术又名基因探针技术或核酸分子杂交技术，是在20世纪70年代基因工程学基础上发展起来的一项新技术。具有敏感性高和特异性强等优点。

第三节生物技术与食品检测 • 一、核酸探针技术 • （一）原理 • 核酸探针技术原理是碱基配对 • （二）制备 • 核酸探针的制备就是合成含有标记的核苷酸序列。 • 常用的标记方法有2类：放射性同位素标记法和非放射性标记。 • 探针的标记 • RNA探针的制备 • cDNA探针的合成

第三节生物技术与食品检测 • 一、核酸探针技术 • （三）在食品检测中的应用与操作 • 核酸探针技术已被用于检验食品中一些常见的病原菌。如大肠杆菌和沙门氏菌等。 • 核酸探针技术在检测食品中其他致病菌及产毒素菌等方面也有广泛的应用。

利用核酸探针检测食物中沙门氏菌病原体的过程利用核酸探针检测食物中沙门氏菌病原体的过程

第三节生物技术与食品检测 • 二、聚合酶链反应技术（PCR） • （一）原理 • PCR的基本原理是在体外对特定的双链DNA片段（或称靶DNA）进行高效扩增，故又称基因体外扩增法。 • 传统的PCR分析 • 实时荧光PCR检测技术 • 实时荧光PCR不仅具有传统PCR的高灵敏性和特异性，而且进行定量分析，具有光谱技术的高精确性，并且克服了传统PCR的许多缺点

第三节生物技术与食品检测 • 二、聚合酶链反应技术（PCR） • （二）在食品检测中的应用 • PCR技术在检测食品中致病微生物和追踪传染源方面已被广泛应用。该方法尤其适合于那些培养困难的细菌和抗原性复杂细菌的检测鉴定 • PCR技术不仅可以用于细菌、螺旋体等病原菌的检测，并且可用于病毒的检测。尤其是对那些难以进行病毒培养和血清学检验的病毒，用PCR法可快速检测与诊断。

第三节生物技术与食品检测 • 三、DNA芯片与微阵列技术 • （一）原理 • DNA 微阵列或芯片 • “探针”可与用放射标记物如32 P 或荧光物如荧光素、丽丝胺等标记的目的材料中的DNA 或cDNA 互补核酸序列相结合，通过放射自显影或激光共聚焦显微镜扫描后，对杂交结果进行计算机软件处理分析，获得杂交信号的强度及分布模式图，以此反映目的材料中有关基因表达强弱的表达谱

第三节生物技术与食品检测 • 三、DNA芯片与微阵列技术 • （二）操作过程 • DNA芯片和微阵列技术二者本质上是传统核酸杂交技术小型化的延伸。 • （三）在食品检测中的应用 • 生物芯片与微阵列技术已经在食物微生物技术中得到许多应用，例如，在病原体细菌中由酸性防腐剂接触而引发的基因表达，在作为检测手段方面上有很大的潜力，不过目前仍然处于研究和开发阶段。

第三节生物技术与食品检测 • 四、抗体检测系统 • （一）原理 • 基本原理是抗原抗体反应，抗原抗体反应是指抗原与相应抗体之间所发生的特异性结合反应，不同的微生物有其特异的抗原，并能激发机体产生相应的特异性抗体。在免疫检测中，可利用单克隆抗体检测微生物的特异抗原，也可利用微生物抗原检测体内产生的特异抗体。两种方法均能判断机体的感染状况。

第三节生物技术与食品检测 • 四、抗体检测系统 • （二）方法及应用 • 其应用范围包括：①食品成分的检测，包括食品中诸如蛋白质等营养成分、香气成分及某些不期望成分的检测等；②食品生产和加工过程中某些引起食品质量问题的成分的检测，如定性或定量检测腐败微生物及其酶等；③食品安全性的检测，如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检测。

第三节生物技术与食品检测 • 四、抗体检测系统 • 1.酶免疫测定技术 • 根据抗原抗体反应是否需要分离结合的和游离的酶标记物而分为均相和非均相两种类型。 • 测定方法：①测定抗体的间接法；②测定抗原的双抗体夹心法；③测定抗原的竞争法；④测IgM抗体的捕获法；⑤ABS（avidin biotin system）- ELISA 法；⑥PCRELISA法；⑦斑点免疫酶结合试验（DIA）等。

第三节生物技术与食品检测 • 四、抗体检测系统 • 2.免疫层析技术 • 免疫层析（immunochromatography, IC）将免疫学原理和层析原理相结合，借助毛细管的作用, 样品在条状纤维制成的膜上泳动，其中的待测物与膜上一定区域的配体结合，通过酶促显色反应或直接使用着色标记物，在短时间（20min 内）便可得到直观的结果。 • 免疫层析按其原理可分为两类：一类以酶促反应显色为基础，以显色高度来定量；另一类则使用着色标记物如乳胶颗粒、胶体硒、胶体金以及脂质体等。

第三节生物技术与食品检测 • 四、抗体检测系统 • 3.免疫荧光技术（IFT） • 免疫荧光技术（ immunofluorescence Technique, IFT）就是将不影响抗原抗体活性的荧光色素标记在抗体（或抗原）上，与其相应的抗原（或抗体）结合后，在荧光显微镜下呈现一种特异性荧光反应。免疫荧光技术在实际应用上主要有直接法和间接法。

第三节生物技术与食品检测 • 四、抗体检测系统 • 4.酶联荧光免疫分析技术 • 酶联荧光免疫分析技术（enzyme- linked fluorescent immunoassay, ELFIA）是在酶联免疫吸附分析的基础上发展起来的一种快速检测微生物的方法。该方法将酶系统与荧光免疫分析结合起来，在普通酶免疫分析的基础上用理想的荧光底物代替生色底物，可提高分析的灵敏度和增宽测量范围，减少试剂的用量。 • 5.免疫印迹技术 • 6.乳胶凝集试验

第三节生物技术与食品检测 • 五、荧光检测技术 • （一）卫生评测 • 用检测ATP（三磷酸腺苷）的方法来指示设备上的微生物含量 • ATP的检测首先收集检测区域的物质并且溶解收集到的微生物细胞。如果有ATP存在，荧光酶会引起荧光反应，反应如下： • 产生光的量与ATP的量成比例。由于这种检测依赖于对低亮度光的感应性，所以用ATP法监测卫生需要特殊的设备（照度计）。

第三节生物技术与食品检测 • 五、荧光检测技术 • （二）荧光技术的新应用 • 荧光技术在其他的食品安全应用方面也有巨大的潜力。 • 荧光技术的另一个应用是带有细菌荧光酶基因的重组噬菌体的使用

第三节生物技术与食品检测 • 六、生物传感器检测技术 • 生物传感器选用选择性良好的生物材料（例如酶、DNA和抗原等）作为分子识别元件，当待测物与分子识别元件特异性结合后，所产生的复合物（或光、热等）通过信号转换器变为可以输出的电信号、光信号等并予以放大输出，从而得到相应的检测结果。生物传感器具有较好的敏感性和特异性，其操作简便、反应速度快，正逐步挑战传统检测方法的主体地位。 • 生物传感器可大大缩短检测时间，如对沙门氏菌的检测时间可缩短到24h以内。

第四节转基因生物与食品安全 • 一、转基因食品的PCR检测 • PCR技术是当前检测转基因食品的常用方法 • PCR技术已用于检测转基因大豆、马铃薯等产品中的CaMV35S启动子、T-NOS终止子和某些常用的目的基因，建立了PCR定性检测作为转基因产品的初步筛选方法。在初筛结果阳性的基础上再用酶切试验或Southern杂交进一步验证。

第四节转基因生物与食品安全 • 二、转基因食品的ELISA检测 • 转基因食品也可以通过转基因的表达产物蛋白质进行检测，ELISA方法是检测转基因作物中的重组蛋白产物的常用方法。在美国和日本已经出现了定量检测转基因“新”蛋白质的试剂盒。主要应用于原料和半成品分析，在终产品分析方面灵敏度低于PCR法。另外，该项技术还需要特殊的抗体和“新”蛋白的表达，应用上受到了一定的限制。

第四节转基因生物与食品安全 • 三、转基因食品的生物芯片检测 • 生物芯片是转基因食品检测的新方法。基因芯片具有高通量且能并行检测的优点，仅靠一个实验就能筛选出大量的各种转基因食品，被认为是最具潜力的检测手段之一。 • Rudi等研制出一种基于PCR的复合定性DNA阵列，并将其用于食物中转基因玉米的定量检测，

第五节伦理、安全和规范 • 一、消费者的观点和食品生物技术 • 消费者对转基因技术及转基因食品了解的多寡有时成为是否接受转基因食品的一个重要因素。 • 我国消费者对转基因食品的接受程度偏低，而且高校研究生对转基因食品的接受程度比普通消费者要低，这可能是因为学历越高对食品的安全性的关注也越高

第五节伦理、安全和规范 • 一、消费者的观点和食品生物技术 • 接受转基因食品的主要原因 • 购买意愿是指消费者根据自己对物品效用的价值估算来决定是否购买的愿望。对消费者购买意愿的研究成为近来学者们研究的热点。

第五节伦理、安全和规范 • 二、转基因作物的安全评估和规范 • （一）评估内容 • 1.过敏原 • 2.毒性 • 3.营养成分 • 4.标记基因的安全

第六章 生物技术与食品