食品生物技術(shù)2012第1頁/共137頁食品生物技術(shù)主要內(nèi)容（共八章）：緒論基因工程及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶工程及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用生物技術(shù)在飲料工業(yè)中的應(yīng)用生物傳感器及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用生物技術(shù)在食品工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用第2頁/共137頁食品生物技術(shù)

第一章緒論第一節(jié)食品生物技術(shù)研究的內(nèi)容生物工程及其研究內(nèi)容1917年匈牙利工程師KarlEreky提出（甜菜養(yǎng)豬，利用生物將原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品）生物工程：生物工程是一門應(yīng)用生物科學(xué)和工程學(xué)原理，來加工生物材料或利用微生物、動物植物體作為反應(yīng)器及其制備物（細(xì)胞或細(xì)胞器或某些組成成分如酶）來加工原料以提供產(chǎn)品為社會服務(wù)的綜合性科學(xué)技術(shù)。BiotechnologyorBioengineering第3頁/共137頁生物技術(shù)的發(fā)展歷史

生物技術(shù)是一個(gè)既古老又年輕的學(xué)科。古老：具有很悠久的歷史：公元前6000年，古代薩馬人和巴比倫人已經(jīng)開始喝啤酒；公元前4000年埃及人烤制發(fā)酵面包；《創(chuàng)世紀(jì)》一書問世時(shí)，葡萄酒就聞名于近東。發(fā)酵乳制品的生產(chǎn)（乳酪、酸奶等）和各種東方食品（如醬油）的生產(chǎn)都具有古老的淵源。日本的香菇的栽培可以追溯到幾百年前，傘菇的栽培大約有300年的歷史。5000年前我國的釀酒技術(shù)已相當(dāng)精湛。年輕：現(xiàn)代生物技術(shù)開始于20世紀(jì)70年代，即基因工程誕生之后。第4頁/共137頁生物技術(shù)的發(fā)展歷史

兩個(gè)發(fā)展階段：傳統(tǒng)生物工程和現(xiàn)代生物工程前者主要通過微生物的初級發(fā)酵來生產(chǎn)商品，后者以DNA重組技術(shù)出現(xiàn)為代表。三階段觀點(diǎn)：原始生物工程（第一代生物工程），非純種微生物發(fā)酵工藝為標(biāo)記；近代生物工程（第二代生物工程），采用純種微生物的發(fā)酵工藝；現(xiàn)代生物工程（第三代生物工程），以基因工程誕生為標(biāo)志。第5頁/共137頁生物技術(shù)的發(fā)展歷史

1857年P(guān)asteur發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程是由微生物作用的結(jié)果，并因此成為當(dāng)之無愧的生物工程之父。人類利用發(fā)酵生產(chǎn)是在19世紀(jì)，主要產(chǎn)品有乳酸、酒精、面包酵母、檸檬酸和蛋白質(zhì)及酶等初級產(chǎn)物。20世紀(jì)40年代，以獲取細(xì)菌的次生代謝物－－抗生素為主要特征的抗生素工業(yè)成為生物工程的支柱產(chǎn)業(yè)。50年代氨基酸發(fā)酵工業(yè)成為生物工程的一個(gè)重要組成部分。60年代又增加了酶制劑工業(yè)這一新成員。第6頁/共137頁

生物技術(shù)的發(fā)展歷史

傳統(tǒng)生物技術(shù)的三個(gè)重要步驟：第一步：上游處理過程，是指對粗材料進(jìn)行加工，作為微生物的營養(yǎng)和能量來源；第二步：發(fā)酵和轉(zhuǎn)化，即在大的生物反應(yīng)器（＞100L）大量生長微生物來生產(chǎn)某種產(chǎn)品，如抗生素、氨基酸或蛋白質(zhì)等；第三步：下游處理，對所需的目的產(chǎn)物的分離純化。傳統(tǒng)生物技術(shù)研究主要目標(biāo)：最大限度提高這三個(gè)步驟的整體效率，同時(shí)尋找可以制備食品和食品添加劑和藥物的微生物。第7頁/共137頁生物技術(shù)的發(fā)展歷史研究內(nèi)容：生物轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的優(yōu)化：菌種的選育和改良，包括化學(xué)突變、誘變或紫外線照射來產(chǎn)生突變體，通過選擇來改良菌株，提高產(chǎn)量（例如抗生素的大量生產(chǎn)）。生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、發(fā)酵過程的檢測和反應(yīng)體系的檢測技術(shù)下游產(chǎn)品的分離純化技術(shù)局限性：提高產(chǎn)量的幅度有限（突變株某一組分合成太多影響其它組分的合成進(jìn)而影響微生物在大規(guī)模發(fā)酵過程的生長）；誘變和選擇方法過程煩瑣，耗時(shí)長，費(fèi)用極高需篩選和檢測大量的克??；只能提高已有的遺傳性質(zhì)不能賦予其他新的遺傳性質(zhì)。傳統(tǒng)的生物技術(shù)僅僅局限在化學(xué)工程和微生物工程的領(lǐng)域。DNA重組技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展引發(fā)的根本性的改變，即現(xiàn)代生物技術(shù)的時(shí)代的到來。第8頁/共137頁DNA重組技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代生物技術(shù)的開始；1953年，Watson和Crick發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)的基礎(chǔ)，給整個(gè)生物學(xué)乃至人類社會帶來了一場革命。1973年HerberBoyer和StanleyCohen完成人類歷史第一次有目的的基因重組嘗試（pSC101，EcoRI,T4-DNAligase）；并據(jù)此提出了“基因克隆”的策略。第9頁/共137頁現(xiàn)代生物技術(shù)內(nèi)容生物轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)更為有效，不僅可以分離得到高產(chǎn)菌株，還可以人工制造高產(chǎn)菌株；原核生物化和真核生物都可以表達(dá)大量的外源蛋白（胰島素、病原抗原等），動植物也可以作為天然的生物反應(yīng)器；大大簡化新藥的開發(fā)和監(jiān)測系統(tǒng)；第10頁/共137頁現(xiàn)代生物技術(shù)內(nèi)容基因工程（GeneEngineering）細(xì)胞工程（CellEngineering）酶工程（EnzymeEngineering）發(fā)酵工程（FermentationEngineering）蛋白質(zhì)工程（ProteinEngineering）

第11頁/共137頁現(xiàn)代生物技術(shù)內(nèi)容基因工程：把生物體的遺傳物質(zhì)（通常為DNA）分離出來在體外切割、拼接和重組。然后把重組DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞或個(gè)體，從而改變它們的遺傳性質(zhì)或使新的遺傳信息大量表達(dá)以獲取基因產(chǎn)物。也稱DNA重組技術(shù)。細(xì)胞工程：指以細(xì)胞為單位，在體外進(jìn)行培養(yǎng)和繁殖或使細(xì)胞某些生物學(xué)特性按人們的意志發(fā)生改變，從而改良生物品種和創(chuàng)新品種，加快繁殖個(gè)體或獲得某種有用物質(zhì)的過程。細(xì)胞工程應(yīng)包括動植物細(xì)胞的體外培養(yǎng)、細(xì)胞融合技術(shù)（細(xì)胞雜交技術(shù)）、核移植技術(shù)等第12頁/共137頁現(xiàn)代生物技術(shù)內(nèi)容酶工程：利用酶、細(xì)胞器或細(xì)胞特有的催化功能，或?qū)γ高M(jìn)行修飾改造，并借助生物反應(yīng)器和工藝過程來生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的技術(shù)。包括酶的固定化技術(shù)、細(xì)胞固定化技術(shù)、酶的修飾改造技術(shù)及酶反應(yīng)器的設(shè)計(jì)等。發(fā)酵工程：利用微生物生長速度快、生長條件簡單以及代謝過程特殊的特點(diǎn)，在合適的條件下，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)手段，由微生物（或動植物細(xì)胞）的某種特定功能生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品。過去也稱微生物工程。第13頁/共137頁現(xiàn)代生物技術(shù)內(nèi)容蛋白質(zhì)工程：指在基因工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和蛋白質(zhì)化學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)知識，通過對基因的人工定向改造等手段，從而對蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾、改造、拼接以產(chǎn)生能滿足人類需要的新型蛋白質(zhì)。

基因工程和細(xì)胞工程特別是基因工程現(xiàn)代生物技術(shù)的核心，它們給傳統(tǒng)的酶工程和發(fā)酵工程注入了新的活力。第14頁/共137頁現(xiàn)代生物技術(shù)內(nèi)容

基因工程微生物動植物個(gè)體或細(xì)胞工程菌蛋白質(zhì)或酶發(fā)酵過程蛋白質(zhì)工程或酶工程細(xì)胞工程優(yōu)良的動植物品系產(chǎn)品現(xiàn)代生物技術(shù)內(nèi)容之間的關(guān)系第15頁/共137頁現(xiàn)代生物技術(shù)內(nèi)容

基因工程是基礎(chǔ)，而所以基因工程的結(jié)果都要通過生物體本身或其細(xì)胞（生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位）內(nèi)的酶（或發(fā)酵）作用而表現(xiàn)出來。因此，細(xì)胞工程是最基本的生物工程技術(shù)。蛋白質(zhì)工程與基因工程關(guān)系密不可分。不同的是基因工程操作單位是整個(gè)基因，而蛋白質(zhì)工程的操作是一個(gè)或一些堿基。第16頁/共137頁現(xiàn)代生物技術(shù)與其它學(xué)科的關(guān)系

現(xiàn)代生物技術(shù)是生物學(xué)與工程學(xué)原理綜合交叉的邊緣學(xué)科，亦為知識和技術(shù)密集型學(xué)科。本學(xué)科既是應(yīng)用生命活動的基本原理，則必需掌握生物體結(jié)構(gòu)、功能、代謝活動及其規(guī)律等有關(guān)知識，因此與細(xì)胞生物學(xué)、分子遺傳學(xué)、微生物學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)，甚至與物理學(xué)、化學(xué)及數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科均有密切關(guān)系。同時(shí)工程化要求掌握生物反應(yīng)器的構(gòu)造原理、生物反應(yīng)工程原理、物質(zhì)傳遞規(guī)律、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及其控制條件等基本知識，故與化學(xué)工程原理、發(fā)酵工程、生物化學(xué)工程、電子工程、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)及信息科學(xué)等密切相關(guān)。第17頁/共137頁現(xiàn)代生物技術(shù)的特點(diǎn)

高效和經(jīng)濟(jì)清潔、低耗和可持續(xù)發(fā)展可遺傳、易擴(kuò)散與自主擴(kuò)展對人類倫理和人性尊嚴(yán)有直接影響（如克隆人…..）第18頁/共137頁現(xiàn)代生物技術(shù)內(nèi)容

根據(jù)研究領(lǐng)域和內(nèi)容：農(nóng)業(yè)生物工程食品生物工程醫(yī)藥生物工程海洋生物工程.……………..第19頁/共137頁現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展趨勢基因操作技術(shù)日新月異，不斷完善，從發(fā)明到應(yīng)用時(shí)間不斷縮短；基因工程藥物和疫苗研發(fā)（R&D）突飛猛進(jìn)，將全面更新21世紀(jì)的醫(yī)藥工業(yè)；轉(zhuǎn)基因植物和動物取得重大突破，在21世紀(jì)將給農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)帶來新的飛躍；詮釋生命的本質(zhì)闡明生物體（如人類、水稻、擬南芥等）基因組及其編碼的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是生物科學(xué)發(fā)展的一個(gè)主流方向，與人類重大疾病和農(nóng)作物產(chǎn)量、質(zhì)量、抗性等有關(guān)的基因結(jié)構(gòu)與功能的研究是今后一個(gè)時(shí)期的熱點(diǎn)和重點(diǎn)；基因治療取得重大進(jìn)展，有望革新整個(gè)疾病的預(yù)防和治療領(lǐng)域，21世紀(jì)可能在惡性腫瘤、艾滋病等方面有所突破；蛋白質(zhì)工程形成了一門高度綜合的學(xué)科（分子生物學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等）。生物信息學(xué)廣泛深入發(fā)展，信息技術(shù)滲透到生命科學(xué)領(lǐng)域之中。第20頁/共137頁

生物技術(shù)對社會發(fā)展的影響

1改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決糧食短缺）2提高生命質(zhì)量，延長人類壽命3解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染4制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬人口、資源（包括能源）、糧食、環(huán)境是人類面臨的最重大的問題

第21頁/共137頁生物技術(shù)對社會發(fā)展的影響

1改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決糧食短缺（民以食為天）

1.1提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品種培育抗逆的作物優(yōu)良品系植物種苗的工廠化生產(chǎn)提高糧食品質(zhì)生物固氮，減少化肥使用量（減少了能耗和環(huán)境污染）

1.2發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)（豐富人們的飲食生活）動物的大量快速繁殖

英國的Roslin研究所培育出“多莉”（1997年2月綿羊乳腺細(xì)胞）培育動物的優(yōu)良品系

很多轉(zhuǎn)基因動物，羊、豬、魚…,轉(zhuǎn)基因鼠（1983，美國大鼠的生長素基因?qū)胄∈蟮氖芫眩┑?2頁/共137頁生物技術(shù)對社會發(fā)展的影響

提高生命質(zhì)量，延長人類壽命（醫(yī)藥生物技術(shù)發(fā)展最迅速、效益最顯著）開發(fā)生產(chǎn)奇特又貴重的藥品疾病的預(yù)防和診斷基因治療人類基因組計(jì)劃第23頁/共137頁生物技術(shù)對社會發(fā)展的影響

3解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染解決能源危機(jī)雜草木屑植物秸稈等生產(chǎn)乙醇；微生物發(fā)酵產(chǎn)生沼氣或氫氣提高石油開采率環(huán)境保護(hù)利用蘇云桿菌生產(chǎn)毒蛋白代替農(nóng)藥微生物降解各種污染物4制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬氨基酸類，酸味劑，甜味劑和化學(xué)工業(yè)原料如乙醇丙酮、丁醇等及重要原料如癸二酸（尼龍、香料）、丙烯酰胺（石油開采）、以康酸（合成樹脂、纖維、塑料）2,3-丁二醇（橡膠）和長鏈二羧酸（工程塑料、樹脂）第24頁/共137頁生物技術(shù)的商業(yè)化的特點(diǎn)屬于典型的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)市場迅速擴(kuò)張世界各國都投入了巨額資金有關(guān)產(chǎn)品不斷增加，且增加速度在加快有關(guān)經(jīng)營公司競爭激烈每一個(gè)公司研究目標(biāo)日趨集中，產(chǎn)品更加專一醫(yī)學(xué)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程最快第25頁/共137頁中國面臨的現(xiàn)代生物技術(shù)R&D的挑戰(zhàn)過多的仿制低水平的重復(fù)專業(yè)和管理人才短缺第26頁/共137頁食品生物技術(shù)

第一節(jié)食品生物技術(shù)研究的內(nèi)容

為什么學(xué)習(xí)食品生物技術(shù)？21世紀(jì)為生物工程的世紀(jì)生物工程與電子信息和新材料技術(shù)被列為當(dāng)今極為重要的三大高新技術(shù)。與食品科技的關(guān)系十分密切（從傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)來看都是如此，從油鹽醬醋，到轉(zhuǎn)基因動物和植物及它們的安全性）第27頁/共137頁食品生物技術(shù)

第一節(jié)食品生物技術(shù)研究的內(nèi)容

食品生物技術(shù)：主要是指生物技術(shù)在食品工業(yè)上的應(yīng)用?；蚬こ蹋阂訢NA重組技術(shù)為手段，改良食品原料和食品微生物。或者對蛋白質(zhì)分子定位突變，提高食品的營養(yǎng)價(jià)值。（轉(zhuǎn)基因植物與動物）細(xì)胞工程：應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)原理，有目的地改造遺傳物質(zhì)和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，通過細(xì)胞融合技術(shù)和動植物細(xì)胞（一般不包括微生物細(xì)胞）大量培養(yǎng)，來生產(chǎn)各種原來含量少和全新的保健食品有效成分、新型食品和食品添加劑。（鹿茸細(xì)胞和人參細(xì)胞的培養(yǎng)）第28頁/共137頁食品生物技術(shù)

第一節(jié)食品生物技術(shù)研究的內(nèi)容

酶工程：利用酶與細(xì)胞的固定化技術(shù)和酶的催化活性提高食品生產(chǎn)過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，以提高效率和降低成本。（葡萄糖果糖異構(gòu)酶，酸奶）發(fā)酵工程：采用現(xiàn)代化發(fā)酵設(shè)備和控制技術(shù)對改造后的菌株進(jìn)行放大培養(yǎng)和控制性發(fā)酵，獲得工業(yè)化生產(chǎn)預(yù)訂的食品和食品的功能成分。（如味精即谷氨酸鈉鹽）第29頁/共137頁食品生物技術(shù)主要參考書：1，現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論，瞿禮嘉等編，高等教育出版社，19982，生物技術(shù)概論，宋思揚(yáng)，樓士林主編，科學(xué)出版社，20013，生物工程與生命，羅琛主編，科學(xué)出版社，20004,食品生物技術(shù)導(dǎo)論，羅云波，生吉萍。化學(xué)工業(yè)出版社，2006第30頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二節(jié)分子生物學(xué)研究進(jìn)展

一、基因的本質(zhì)分子遺傳的功能單位，DNA分子上的一個(gè)片斷。二、DNA的結(jié)構(gòu)與功能

A（腺嘌呤）,G（鳥嘌呤）,C（胞嘧啶）,T（胸腺嘧啶）脫氧核糖+堿基+磷酸基=核苷酸，核苷酸聚合核酸

1953年，Watson&Crick,雙螺旋模型

3，5磷酸二酯鍵，氫鍵，配對原則：A與T，C與G遺傳基因載體（攜帶遺傳信息）半保留復(fù)制遺傳信息保存和傳遞的基礎(chǔ)（DNA轉(zhuǎn)錄合成RNA，mRNA翻譯蛋白質(zhì)）。

三、RNA的結(jié)構(gòu)與功能核糖，A,G,C,U,單鏈三類：rRNA：存在于核糖體(大腸桿菌中占2％，穩(wěn)定)tRNA：在蛋白質(zhì)的合成中運(yùn)轉(zhuǎn)氨基酸(大腸桿菌中占16％，穩(wěn)定)mRNA：遺傳信息，其核苷酸序列決定了蛋白質(zhì)的氨基酸序列(大腸桿菌中占82％，穩(wěn)定)第31頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二節(jié)分子生物學(xué)研究進(jìn)展

四、蛋白質(zhì)的生物合成主要參予者：tRNA、核糖體和mRNA等（1）氨基酸活化成氨基酰tRNA（2）tRNA的反密碼子與mRNA的三聯(lián)體密碼子配對。mRNA核苷酸順序決定了蛋白質(zhì)氨基酸順序（3）新鏈的生成方向?yàn)榘被讼螋然?。?）過程復(fù)雜，有很多酶、ATP或GTP及起始因子、延長因子和終止因子等因素參與。第32頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二節(jié)分子生物學(xué)研究進(jìn)展

五、蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)操縱子：結(jié)構(gòu)基因＋操縱基因＋啟動子基因酶的誘導(dǎo)合成（誘導(dǎo)物（底物）通過與阻遏蛋白結(jié)合解除對酶合成的抑制而誘導(dǎo)酶的合成，如乳糖操縱子）酶合成的反饋?zhàn)瓒簦缸饔煤蟮淖罱K產(chǎn)物抑制酶的合成，終產(chǎn)物與阻遏物結(jié)合為共阻遏物阻止酶的合成）分解代謝對酶合成的阻遏作用（分解代謝物阻遏某種蛋白質(zhì)的合成，如葡萄糖效應(yīng)）控制酶活性的反饋抑制（終產(chǎn)物反過來抑制反應(yīng)鏈的第一個(gè)酶的活性，而不是阻遏酶的生成）第33頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二章基因工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用

第一節(jié)工具酶一、限制性內(nèi)切酶——裁縫的剪刀*

I型和II酶，基因工程主要使用的為II型（有的分為三類）。

II型，識別序列短，切割位點(diǎn)位于識別序列內(nèi)（或附近）。識別位點(diǎn)具有旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)（逥文結(jié)構(gòu)）。單功能酶，僅具有限制作用。命名：屬名和種名相結(jié)合的原則，即屬名第一個(gè)字母（大寫）和種名的前兩個(gè)字母（小寫）形成三字母縮寫（斜體）。若同株菌含有幾種酶，則分別用羅馬數(shù)字置于三字母之后如HaeI和HaeII。當(dāng)有株名或血清型時(shí)，把株名或血清型的第一個(gè)字母放在三字母之后。如HindII及HindIII，EcoRI產(chǎn)物：粘性末端和平頭末端(二者5’端都是－P基團(tuán)，3‘端都是－OH)切割后形成異源二聚體第34頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二章基因工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用

第一節(jié)工具酶二、連接酶－－－裁縫的針線（縫紉機(jī)）：大腸桿菌DNA連接酶和T4－DNA連接酶，前者NAD作輔助因子，只能連接具有互補(bǔ)粘性末端的DNA片斷；后者ATP作輔助因子，既可以連接互補(bǔ)的粘性末端的DNA片斷，也可以平頭末端的ＤＮＡ分子。即后者的連接活性高于前者。三、DNA聚合酶，催化脫氧核苷酸聚合的酶：缺口翻譯標(biāo)記和酶法DNA測序（該酶又稱為依賴DNA的DNA聚合酶，即以DNA作模板合成DNA）四、堿性磷酸酯酶－－偷走別人?；眨ㄈコ?’的磷酸基團(tuán)產(chǎn)生5‘OH，防止載體自我環(huán)化可以提高重組效率及為5‘標(biāo)記作準(zhǔn)備）五、T4多聚核苷酸激酶－－給人掛上?；眨由?’磷酸基團(tuán)，用于5’末端標(biāo)記）六、S1核酸酶－－專門欺負(fù)弱者的人（降解單鏈，除去單鏈形成鈍端和打開cDNA合成中的發(fā)夾狀環(huán)）七、逆轉(zhuǎn)錄酶－－反客為主的人（從RNA到DNA，因此稱為依賴RNA的DNA聚合酶，即RNA為模板合成DNA）第35頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二章基因工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用

第二節(jié)目的基因目的基因的來源：生物學(xué)途徑：shotgun和分子雜交酶促合成化學(xué)合成第36頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二章基因工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用

第三節(jié)分子克隆載體基本要求：

1、能夠自我復(fù)制（攜帶外援基因前后）

2、相對質(zhì)量要小，具有合適的酶切位點(diǎn)

3、具有有效的運(yùn)載能力，能攜帶大小不同的外源性基因。

4、能給宿主提供便于選擇的標(biāo)記或表征特性種類：質(zhì)粒，噬菌體，柯斯質(zhì)粒（cosmid），YAC載體（yeastartificialchromosome）等第37頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二章基因工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用

第四節(jié)基因重組原理：T4DNA連接酶形成3，5磷酸二酯鍵連接方式(P22,圖2-1)：粘性末端連接：直接連接和加尾連接（既可以用大腸桿菌DNA連接酶,也可以用T4DNA連接酶）平頭末端連接（只能用T4DNA連接酶）*平頭末端的連接效率低于粘性末端連接效率。*加尾連接法是在沒有粘性末端的情況下為提高連接效率人為的創(chuàng)造可配對的末端。一種分子用AAA....,另一邊用TTT…...或者一邊用CCC….,另一邊用GGG…….第38頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二章基因工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用

第五節(jié)轉(zhuǎn)化、增殖和表達(dá)轉(zhuǎn)化：將攜帶某種遺傳信息的DNA分子引入宿主細(xì)胞，通過DNA之間同源重組獲得具有新遺傳性狀生物細(xì)胞的過程。英文為transformation，轉(zhuǎn)化為DNA的單方向轉(zhuǎn)移，即外援DNA進(jìn)入受體細(xì)胞，而不是交換。一、受體細(xì)胞：定義：在轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和雜交過程中接受外源基因的細(xì)胞。要求：具有接受外源基因的能力。內(nèi)切酶缺陷性或DNA重組性菌株安全,在人體內(nèi)和離開特定的培養(yǎng)條件無法繁殖.種類:細(xì)菌,放線菌,酵母,哺乳動物細(xì)胞和植物細(xì)胞

第39頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二章基因工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用

第五節(jié)轉(zhuǎn)化、增殖和表達(dá)二、感受態(tài)和感受態(tài)細(xì)胞感受態(tài)：受體細(xì)胞能夠吸收外源DNA分子而有效地作為轉(zhuǎn)化受體的某些生理狀態(tài)。一般受體細(xì)胞在對數(shù)生長期轉(zhuǎn)化能力最強(qiáng)。還與重組DNA分子的構(gòu)型和大小有關(guān)。分子量越小越易轉(zhuǎn)化。三、擴(kuò)增篩選

陽性轉(zhuǎn)化子篩選：表現(xiàn)型分析法（如插入失活,如P30圖2－2）原位雜交法免疫分析法

PCR技術(shù)（PCR聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）

目的基因的擴(kuò)增：

通過轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞擴(kuò)增,受體細(xì)胞轉(zhuǎn)化繁殖后就實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)增。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR，polymerasechainreaction）四、基因表達(dá)：目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄翻譯為相應(yīng)的蛋白質(zhì)或酶，或進(jìn)而獲得它們的代謝產(chǎn)物的過程。啟動子和表達(dá)載體一般使用強(qiáng)啟動子，如lac啟動子，trp啟動子等真核生物還需要S－D順序（Shine-Dalgarnosequence,核糖體的一個(gè)結(jié)合位點(diǎn))，另一個(gè)為ATG即起始密碼子。第40頁/共137頁第41頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二章基因工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用第六節(jié)基因工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用一、改良食品加工原料

如基因工程生產(chǎn)的生長素注射牛和豬；提高植物油中不飽和脂肪酸的含量;延緩疏果成熟，提高抗病抗逆能力及加工性能等…..二、改良微生物菌種性能

轉(zhuǎn)基因改良的面包酵母，啤酒酵母和轉(zhuǎn)基因的大腸桿菌，以及用于生產(chǎn)食品添加劑和加工助劑的改良菌株三、應(yīng)用于酶制劑的生產(chǎn)

重組DNA技術(shù)生產(chǎn)小牛凝乳酶；耐熱的α-淀粉酶；糖化酶基因在酵母中表達(dá)和SOD在酵母和大腸桿菌中的高效表達(dá)等四、改良食品加工工藝

克隆基因降低大麥中的醇溶蛋白，利于啤酒的生產(chǎn)；提高牛奶的熱穩(wěn)定性。五、生產(chǎn)保健品的有效成分

鹿茸、牛黃的人工培養(yǎng)和人參細(xì)胞的培養(yǎng)；人的血紅素基因轉(zhuǎn)到豬中，用豬生產(chǎn)人血的替代品等。第42頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二章基因工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用第七節(jié)蛋白質(zhì)工程一、基因修飾改造蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)定位突變（P35和圖2-3）盒式突變二、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用溶菌酶穩(wěn)定性的改造，葡萄糖異構(gòu)酶最適pH的改變；單克隆抗體的“人類化”第43頁/共137頁第44頁/共137頁食品生物技術(shù)

第二章基因工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用

第八節(jié)基因工程食品衛(wèi)生安全管理規(guī)范美國提供給消費(fèi)者基因工程食品有三種：動物用藥、完整的食物和食品添加劑。英國基因工程食品四類標(biāo)準(zhǔn)：采用基因工程菌生產(chǎn)的與傳統(tǒng)食品質(zhì)量和成分相同；食品內(nèi)容含有與自身同種基因的基因工程菌生產(chǎn)的食品；食品中含有別的基因工程菌的成分；食品含有別的基因工程菌，而這種菌含有別的物種基因。*前兩種無需標(biāo)示，后兩類則需要標(biāo)示出來。第45頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用酶是一類生物催化劑，其催化活性是由其特定的空間結(jié)構(gòu)決定的。酶分子具有活性中心（對催化作用特別重要的極小的空間和區(qū)域，往往由幾個(gè)氨基酸組成），包括結(jié)合部位和催化部位。前者處于底物結(jié)合部位，決定酶的專一性，后者決定酶的催化類型和性質(zhì)。具有調(diào)節(jié)作用的酶還有“別構(gòu)部位”。這是酶的抑制劑或活化劑的結(jié)合部位。酶作用具有高度專一性、催化效率高、活性調(diào)節(jié)控制機(jī)制復(fù)雜、在常溫常壓和生理?xiàng)l件下行使功能。第46頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用酶工程：應(yīng)用酶的特異的催化功能并通過工程化為人類生產(chǎn)有用產(chǎn)品和提供有益服務(wù)的技術(shù)。從動植物體及微生物發(fā)酵物中制取的酶稱為第一代酶(已形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模)。固定化酶稱為第二代酶（已得到推廣應(yīng)用）；固定化生長態(tài)細(xì)胞和多酶體系及固定化輔酶稱為第三代酶（已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化）。后二者稱為現(xiàn)代酶工程。酶工程是研究酶的生成和應(yīng)用的一門技術(shù)性學(xué)科，包括酶制劑的制備、酶的固定化、酶的修飾改造及酶反應(yīng)器等方面的內(nèi)容。第47頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用酶的來源：生物界有3000多種酶，來源有動植物組織（如來自動物的胰蛋白酶和來自植物的木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶），大多數(shù)來自微生物及其發(fā)酵液（葡萄糖異構(gòu)酶、枯草桿菌蛋白酶等）。微生物包括細(xì)菌、真菌、放線菌、霉菌、酵母等。第48頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用固定化酶及其特性固定化酶：限定或位于特定空間的酶，又稱固著酶（Immobilizedenzyme）。固定化酶屬于修飾酶（與天然酶對應(yīng)），修飾酶還包括蛋白質(zhì)工程技術(shù)改良的酶。固定化酶有包埋型及結(jié)合型（酶結(jié)合在載體上）。包埋型有凝膠包埋及微囊化包埋兩類；結(jié)合型又分為吸附與共價(jià)兩種。固定化酶

包埋型

結(jié)合型凝膠包埋微囊化包埋吸附結(jié)合型共價(jià)結(jié)合型第49頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用固定化酶的優(yōu)點(diǎn)（可溶性的酶變?yōu)椴蝗苡谒拿福悍€(wěn)定性高于天然酶反應(yīng)后酶與底物易于分開，并可長期反復(fù)利用反應(yīng)液中無殘留酶，產(chǎn)物易于純化，產(chǎn)品質(zhì)量高可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)連續(xù)化和管道化和自動控制生產(chǎn)酶的利用率高，降低了生產(chǎn)成本轉(zhuǎn)化過程基本上無三廢排出（被稱為“無公害酶”）第50頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用固定化細(xì)胞及其特性固定化細(xì)胞：被限制或定位于特定空間位置的細(xì)胞（與固定化酶一起統(tǒng)稱固定化生物催化劑）。此技術(shù)已擴(kuò)展至動植物細(xì)胞甚至線粒體和葉綠體等細(xì)胞器的固定化。其應(yīng)用比固定化酶更為普遍。固定化細(xì)胞的特點(diǎn)：無需進(jìn)行酶的分離純化，減少投資；細(xì)胞保持原初生命狀態(tài)，固定化過程酶回收率高；細(xì)胞內(nèi)酶較固定化酶穩(wěn)定性更高；細(xì)胞內(nèi)輔助因子可以自動再生；細(xì)胞本身含多酶體系，可催化一系列反應(yīng)；抗污染能力強(qiáng)。第51頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用細(xì)胞固定化方法：載體結(jié)合法：吸附法和共價(jià)結(jié)合法包埋法（凝膠或微囊）交聯(lián)法（crosslinking）選擇性熱變性（在適當(dāng)溫度下使細(xì)胞膜蛋白變性但不使酶變性而使酶固定在細(xì)胞內(nèi)）第52頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用酶法應(yīng)用于纖維素的水解纖維素大量廣泛存在，加強(qiáng)綜合利用和提高利用效率對凈化環(huán)境和開辟新能源等意義重大。纖維素酶是降解纖維素成葡萄糖的一組酶的總稱（不是一種單一純酶）即包括多種水解酶，是一種復(fù)合酶。一般分為三類：葡萄糖內(nèi)切酶（endo-1,4-β-D-glucanase,EG），產(chǎn)物為非還原末端的小分子纖維素葡萄糖外切酶（exo-1,4-βD-glucanase）,又叫纖維二糖水解酶（cellobiosehydrolase，CBH），產(chǎn)物纖維二糖分子。β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase，BG）底物為纖維二糖和纖維寡糖，產(chǎn)物為葡萄糖。產(chǎn)酶菌種：細(xì)菌、放線菌、真菌和酵母第53頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用測定纖維素酶活力的方法：濾紙崩潰法，棉花糖化力，CMC糖化力（以還原糖表示），CMC液化力（以粘度表示）和濾紙?zhí)腔Φ取Ｆ渲?，CMC糖化力主要代表外切-β1,4-葡萄糖酶的活力和內(nèi)切酶活力的總和；CMC液化力主要代表內(nèi)切-β1,4-葡萄糖酶活力；濾紙?zhí)腔Υ怼袄w維素糖化”酶活力或總纖維素的酶活力。*CMC（carboxylmethylcellulose）:羧甲基纖維素*HEC(hydroxyethylcellulose):羥乙基纖維素第54頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用影響纖維素酶作用的因素：底物、酶組成、pH、溫度和抑制劑和活化劑。纖維素酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用P47～481.果汁生產(chǎn)：促進(jìn)果汁提取與澄清。果皮渣酶解轉(zhuǎn)化為可溶性糖和降解為短鏈低聚糖即膳食纖維。

2.香料生產(chǎn)：利于香料在提取液擴(kuò)散與分配，增加得率和產(chǎn)量。

3.果蔬生產(chǎn)：提高可消化性改進(jìn)口感和脫水蔬菜的燒煮性和復(fù)原性。

4.種子蛋白利用：增加大豆或豆餅水溶性蛋白質(zhì)的得率，縮短時(shí)間，提高質(zhì)量。

5.速溶茶生產(chǎn)：提高得率保持原來的色、香、味，縮短提取時(shí)間，提高水溶性較差的茶單寧和咖啡因的提取率。

6.可發(fā)酵糖的生產(chǎn)：糖化酶處理產(chǎn)生可供微生物發(fā)酵利用的碳源，來生產(chǎn)酒精和單細(xì)胞蛋白。對利用豐富的纖維素資源意義重大。

7.瓊脂生產(chǎn)：提高得率，簡化工藝，避免瓊脂的分解。第55頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用纖維素酶在發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用的兩種方式：一種先糖化再經(jīng)微生物發(fā)酵生產(chǎn)；另一種是在加入纖維素酶的同時(shí)接種用于微生物發(fā)酵。后一種解除了第一種方式中降解產(chǎn)物（如葡萄糖）對纖維素酶的抑制作用，提高了產(chǎn)量。主要應(yīng)用于醬油釀造、制酒工業(yè)和纖維素廢渣轉(zhuǎn)化利用。酶法應(yīng)用于淀粉糖類的生產(chǎn)P48～62酶法生產(chǎn)新型低聚糖酶法應(yīng)用于干酪產(chǎn)品生產(chǎn)酶法應(yīng)用于環(huán)壯糊精的生產(chǎn)其它酶在食品加工中的應(yīng)用第56頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用第二節(jié)：酶法應(yīng)用于淀粉糖類的生產(chǎn)α-淀粉酶：底物淀粉，作用位置底物內(nèi)部隨機(jī)α-1,4糖苷鍵，產(chǎn)物為分子量不等的糊精和少量低聚糖和麥芽糖和葡萄糖。不水解支鏈淀粉的α-1,6糖苷鍵和靠近分枝點(diǎn)α-1,6糖苷鍵外的α-1,4糖苷鍵。工業(yè)上稱為液化型淀粉酶。隨淀粉分子分子量變小，水解速度變慢，底物分子量越小，水解速度越慢。鈣離子對保持酶的最大活性與穩(wěn)定性和適當(dāng)?shù)臉?gòu)像很重要。來源：動物、植物和微生物，工業(yè)α-淀粉酶主要來自細(xì)菌和曲霉。細(xì)菌芽孢桿菌，特別是耐熱性的α-淀粉酶。第57頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用β-淀粉酶：底物為淀粉，位點(diǎn)為非還原端，產(chǎn)物兩個(gè)葡萄糖單位并把原來的α構(gòu)型轉(zhuǎn)化為β構(gòu)型。特點(diǎn)只水解α-1,4糖苷鍵，不水解α-1,6糖苷鍵，因此水解支鏈淀粉不完全，產(chǎn)生較大的極限糊精和生成50～60％的麥芽糖。廣泛存在于植物和微生物中，生成β-淀粉酶的微生物主要有芽孢桿菌、假單胞桿菌、放線菌等。工業(yè)上主要以植物為主生產(chǎn)麥芽糖。第58頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用葡萄糖淀粉酶：作用于淀粉的非還原端依次水解一個(gè)葡萄糖分子并把構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)棣聵?gòu)型。可以水解α-1,4糖苷鍵、α-1,6糖苷鍵和α-1,3糖苷鍵脫枝酶：作用于支鏈淀粉、糖原的分枝點(diǎn)的α-1,6糖苷鍵。與β淀粉酶一起來制造麥芽糖可使麥芽糖的得率從50％～60％提高到90％；與糖化酶一起可將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的得率提高到90％以上。第59頁/共137頁食品生物技術(shù)

第三章酶工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用果糖糖漿的生產(chǎn)分為淀粉液化、糖化和葡萄糖異構(gòu)化幾個(gè)工序。超高麥芽糖的生產(chǎn)也包括液化、糖化階段，其中糖化可以利用糖化型淀粉酶糖化，也可以利用β淀粉酶和脫枝酶協(xié)同糖化。麥芽糖的精制的方法有吸附分離法（活性炭柱精制法和陰離子交換樹脂法）、有機(jī)溶劑沉淀法、膜分離法（超濾、反滲透）、結(jié)晶法等方法。第60頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用發(fā)酵工程：利用微生物生長速度快、生長條件簡單以及代謝過程特殊的特點(diǎn)，在合適的條件下，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)手段和微生物（或動植物細(xì)胞）的某種特定功能生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品。過去也稱微生物工程（由于以培養(yǎng)微生物為主）。發(fā)酵工程是生物技術(shù)的重要組成部分，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)，它將微生物學(xué)、生物化學(xué)和化學(xué)工程的基本原理有機(jī)地結(jié)合起來，是一門利用微生物的生長和代謝來生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的工程技術(shù)。發(fā)酵技術(shù)有著悠久的歷史。發(fā)酵（fermentation），來自拉丁語發(fā)泡（fervere），是指酵母作用于果汁或發(fā)芽谷物產(chǎn)生CO2的現(xiàn)象。巴斯德研究酒精發(fā)酵的生理意義，認(rèn)為發(fā)酵是酵母在無氧狀態(tài)下的呼吸過程。生物化學(xué)上的定義為“微生物在無氧狀態(tài)的呼吸過程”。目前，把利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來準(zhǔn)備微生物體或其代謝產(chǎn)物的過程統(tǒng)稱為發(fā)酵。第61頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用從開始的釀酒、制醬、制奶酪，到40年代抗生素工業(yè)的興起，再到在傳統(tǒng)發(fā)酵的基礎(chǔ)上結(jié)合了現(xiàn)代DNA重組、細(xì)胞融合、分子修飾改造等新技術(shù)的現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：投資省，見效快、污染小、外源目的基因在微生物菌體中高效表達(dá)等。發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量與初期相比，至少增加了幾十倍。發(fā)酵生產(chǎn)的抗生素品種高達(dá)200多個(gè)，發(fā)達(dá)國家發(fā)酵工業(yè)的產(chǎn)值占國民生產(chǎn)總值的5％。在醫(yī)藥行業(yè)占20％。涉及到許多領(lǐng)域。發(fā)酵過程主要內(nèi)容包括生產(chǎn)菌株的選育，發(fā)酵條件的優(yōu)化與控制，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的分離、提取與精制等。第62頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用目前已知具有生產(chǎn)價(jià)值的發(fā)酵類型有以下五種：微生物菌體的發(fā)酵，比較傳統(tǒng)的菌體發(fā)酵工業(yè)，有用于面包制作的酵母發(fā)酵及用于人類或動物食品的微生物菌體蛋白（即單細(xì)胞蛋白，SCP）發(fā)酵兩種類型。新的菌體發(fā)酵可用來生產(chǎn)一些真菌，如香菇類、依賴蟲蛹而生存的冬蟲夏草菌、與天麻共生的密環(huán)菌以及從多孔菌科的茯苓菌獲得的名貴中藥茯苓和擔(dān)子菌的靈芝等藥用菌。有的微生物菌體還可用作生物防治劑，如蘇云桿菌。微生物酶發(fā)酵，目前工業(yè)上應(yīng)用的酶大多數(shù)來自微生物發(fā)酵。因?yàn)槲⑸锞哂蟹N類多、產(chǎn)酶的品質(zhì)多、生產(chǎn)容易和成本低等優(yōu)點(diǎn)。如微生物生產(chǎn)的淀粉酶和糖化酶用于生產(chǎn)葡萄糖。微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵，包括初級代謝產(chǎn)物（在菌體對數(shù)生長期的產(chǎn)物，如氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)、糖類等（這些在食品工業(yè)具有相當(dāng)?shù)闹匾?，分別形成不同的發(fā)酵產(chǎn)業(yè)）和次級代謝產(chǎn)物（在菌體生長的靜止期合成，是一些具有特定功能的產(chǎn)物如抗生素、生物堿、細(xì)菌毒素、植物生長因子等）。前者是菌體生長繁殖所必須的。后者和菌體的生長繁殖無明顯關(guān)系。特別是抗生素的發(fā)酵已成為發(fā)酵工業(yè)的重要支柱。微生物的轉(zhuǎn)化發(fā)酵，利用微生物細(xì)胞的一種或多種酶，把一種化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)相關(guān)的更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物。如菌體將乙醇轉(zhuǎn)化為醋酸的發(fā)酵。生物工程細(xì)胞的發(fā)酵，指利用生物工程技術(shù)所獲得的細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)的新型發(fā)酵，如基因工程菌生產(chǎn)胰島素、干擾素、青霉素?；傅?，雜交瘤細(xì)胞生產(chǎn)單克隆抗體等第63頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用菌種的篩選的標(biāo)準(zhǔn)即菌種需具備的特性：1，穩(wěn)定而高產(chǎn)的遺傳特性；2，抗噬菌體能力強(qiáng)；3，發(fā)酵過程泡沫少；4，需氧量低；5，底物轉(zhuǎn)化率高；6，對培養(yǎng)物和前提耐受力強(qiáng)；7，營養(yǎng)特性和發(fā)酵過程可用廉價(jià)原料為培養(yǎng)基；8，最適溫度高；9，既具有高的遺傳穩(wěn)定性又要有基因操作可修飾性；10，產(chǎn)物易于從發(fā)酵液中回收。第64頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用微生物的發(fā)酵過程：根據(jù)微生物的種類不同（好氧、厭氧、兼性厭氧），可分為好氧性發(fā)酵和厭氧性發(fā)酵兩大類。好氧性發(fā)酵，在發(fā)酵過程中需要不斷地加入一定量的無菌空氣，如利用黑曲菌進(jìn)行檸檬酸的發(fā)酵、利用棒狀桿菌進(jìn)行的谷氨酸的發(fā)酵和黃單胞菌進(jìn)行多糖的發(fā)酵等等。厭氧性發(fā)酵，不需要供給空氣，如乳酸菌引起的乳酸發(fā)酵、梭狀芽孢桿菌引起的丙酮、丁醇發(fā)酵等，兼性厭氧，酵母菌是兼性厭氧微生物，在缺氧條件下厭氧性發(fā)酵積累酒精，而在有氧條件下則進(jìn)行好氧性發(fā)酵，大量繁殖菌體細(xì)胞。第65頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用按照設(shè)備來分：敞口發(fā)酵、密閉發(fā)酵、淺盤發(fā)酵和深層發(fā)酵。敞口發(fā)酵，設(shè)備要求簡單，用于繁殖快并進(jìn)行好氧性發(fā)酵的類型，如酵母的生產(chǎn)。由于酵母的迅速大量的生產(chǎn)抑制了其它雜菌的生長。密閉發(fā)酵，設(shè)備要求嚴(yán)格，工藝復(fù)雜。淺盤發(fā)酵，一薄層培養(yǎng)液，接種后在液體上面形成一層菌膜。用于繁殖快好氧性微生物的培養(yǎng)。深層發(fā)酵，在液體培養(yǎng)基內(nèi)部（不僅僅在表面）進(jìn)行微生物的培養(yǎng)。第66頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用深層發(fā)酵具有很多優(yōu)點(diǎn)：液體懸浮狀態(tài)是微生物最適的生長環(huán)境；液體中菌體及營養(yǎng)物、產(chǎn)物易于擴(kuò)散，發(fā)酵在均質(zhì)或擬均質(zhì)的條件下進(jìn)行，便于控制，易于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模；液體輸送方便，易于機(jī)械化操作；廠房面積小，生產(chǎn)效率高。易于自動化控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；產(chǎn)品易于提取、精制等。第67頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用發(fā)酵工業(yè)常用的微生物：細(xì)菌（枯草芽孢桿菌、乳酸桿菌、醋酸桿菌、短桿菌，用于淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等的生產(chǎn)）放線菌（主要來自其下的鏈霉菌屬、小單胞菌屬和諾卡氏菌屬?？股氐?0％是由放線菌生產(chǎn)的）酵母菌（啤酒酵母、假絲酵母、類酵母，用于釀酒、制造面包、生產(chǎn)脂肪酶，可食用、藥用和飼料用的酵母菌蛋白）霉菌（藻狀菌綱的根酶、毛霉、梨頭霉，子囊菌綱的紅曲霉，半知菌類的曲霉、青霉等，用于酶制劑、抗生素、有機(jī)酸及甾體激素的生產(chǎn)）其它微生物（擔(dān)子菌即通常所說的菇類微生物，如香菇多糖，靈芝多糖類物質(zhì)都有抗癌作用；藻類，如螺旋藻）第68頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用培養(yǎng)基的種類和組成培養(yǎng)基的種類：

孢子培養(yǎng)基，供制備孢子用，要求：形成大量優(yōu)質(zhì)孢子但不能引起菌株變異?；|(zhì)濃度特別是有機(jī)氮源要低些，無機(jī)鹽的濃度要適當(dāng)

菌種（種子）培養(yǎng)基，供孢子發(fā)芽和菌體生長繁殖用，營養(yǎng)成分比較豐富完整易吸收，氮源和維生素含量應(yīng)略高些。

發(fā)酵培養(yǎng)基，供菌體生長繁殖和合成大量代謝物，要求營養(yǎng)成分豐富完整，濃度和粘度適中。第69頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用培養(yǎng)基的組成：碳源：單糖（如葡萄糖、果糖）、雙糖（如蔗糖、麥芽糖）和緩慢利用的淀粉和纖維素等。其中，玉米淀粉及其水解液常用于抗生素、氨基酸、核苷酸、酶制劑等的發(fā)酵；馬鈴薯、小麥、燕麥淀粉等用于有機(jī)酸、醇的發(fā)酵生產(chǎn)。有些有機(jī)酸、醇作在單細(xì)胞蛋白、氨基酸、維生素、麥角堿和某些抗生素的發(fā)酵碳源。有些石油產(chǎn)品作為微生物發(fā)酵的主要原料。氮源：有機(jī)氮（黃豆餅、棉子餅、蛋白胨、酵母粉、魚粉等）和無機(jī)氮源（硫酸銨、氯化銨和硝酸銨等）無機(jī)鹽和微量元素：功能為構(gòu)成原生質(zhì)體的成分（如磷硫等）、作為酶的組成成分和維持酶的活性（鎂、鐵、錳、鋅鈷等）、調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓和影響細(xì)胞膜的透性（氯化鈉、氯化鉀等）和參與產(chǎn)物的生物合成等。微量因素一般有0.1ppm濃度就可以滿足要求。生長因子：維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶的衍生物等。水：深井水、自來水和地表水產(chǎn)物形成的誘導(dǎo)物、前體和促進(jìn)劑：許多胞外酶的合成需要適當(dāng)?shù)恼T導(dǎo)物存在。前提是指被菌體直接用于產(chǎn)物合成而自身結(jié)構(gòu)無顯著改變的物質(zhì)。當(dāng)前體物質(zhì)的合成是產(chǎn)物合成的限制因素時(shí)，加入前體可以增加產(chǎn)物的產(chǎn)量和在某種程度上控制生物合成的方向。加入促進(jìn)劑可刺激菌株的生長，提高發(fā)酵產(chǎn)量，縮短發(fā)酵周期。第70頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用發(fā)酵工程的一般過程：菌株的純化育種：菌株來源有三種途徑：a,從自然界分離篩選;b.從菌株保存機(jī)構(gòu)已知菌種中分離；c.從生產(chǎn)過程中分離篩選，包括基因工程手段改造工程菌。還需要定期對菌株純化和育種。種子的擴(kuò)大培養(yǎng)：是個(gè)逐級擴(kuò)大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種的過程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。發(fā)酵：發(fā)酵過程的中心環(huán)節(jié)，所用的培養(yǎng)基和培養(yǎng)設(shè)備都必須滅菌，通入的空氣或中途補(bǔ)料都是無菌的，轉(zhuǎn)移種子也要常用無菌培養(yǎng)技術(shù)。下游處理：指發(fā)酵結(jié)束后對發(fā)酵液或生物細(xì)胞進(jìn)行分離和精制，制成符合要求的產(chǎn)品。第71頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用發(fā)酵的方式：分批發(fā)酵：營養(yǎng)物和菌種一次加入進(jìn)行培養(yǎng)，直到結(jié)束放出，中間除了空氣進(jìn)入和尾氣排除外，與外部沒有物料交換。傳統(tǒng)的生物產(chǎn)品的發(fā)酵多用此過程。除了控制溫度和pH及通氣以外，不進(jìn)行其他控制，操作簡單。從細(xì)胞所處的環(huán)境來看，則變化明顯，發(fā)酵初期營養(yǎng)物過多，可能抑制微生物的生長，而中期又因營養(yǎng)物減少而降低培養(yǎng)效率。從細(xì)胞增殖來說，初期細(xì)胞濃度低，增長慢，后期細(xì)胞濃度雖高，但營養(yǎng)物濃度過低也長不快，總的生產(chǎn)能力不高。（畫圖表示六個(gè)時(shí)期的生長曲線：延滯期、短暫的加速期、指數(shù)生長期、減速期、穩(wěn)定期和衰亡期），分批發(fā)酵屬于封閉系統(tǒng)。連續(xù)發(fā)酵：指以一定的速度向發(fā)酵灌內(nèi)添加新鮮培養(yǎng)基，同時(shí)以相同的速度流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵灌內(nèi)的液體量維持恒定，微生物在穩(wěn)定狀態(tài)下生長。穩(wěn)定狀態(tài)可以有效地延長分批培養(yǎng)中的對數(shù)期。微生物所處的環(huán)境條件，如營養(yǎng)物的濃度、產(chǎn)物濃度、pH值等保持穩(wěn)定，微生物細(xì)胞的濃度及其比生長速率也可維持不變。甚至可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。補(bǔ)料連續(xù)發(fā)酵：又叫半連續(xù)發(fā)酵，介于分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種發(fā)酵技術(shù)。指在微生物分批發(fā)酵中，以某種方式向培養(yǎng)系統(tǒng)補(bǔ)加一定的物料的培養(yǎng)技術(shù)。通過補(bǔ)充物料，可以使培養(yǎng)液中的營養(yǎng)物濃度較長時(shí)間地保持在一定范圍內(nèi)，既保證了微生物的生長需要，又不造成不利影響，從而提高了產(chǎn)率。第72頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)（與分批發(fā)酵相比）：優(yōu)點(diǎn)：維持穩(wěn)定的操作條件，利于微生物生長代謝，產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量也保持穩(wěn)定；更有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，降低勞動強(qiáng)度，減少操作人員與病原微生物和毒性物質(zhì)接觸的機(jī)會；減少了設(shè)備清洗、準(zhǔn)備和滅菌等非生產(chǎn)占的時(shí)間，提高設(shè)備利用率；延長了儀器探頭的壽命（由于滅菌次數(shù)的減少）；容易對過程進(jìn)行優(yōu)化，有效提高發(fā)酵產(chǎn)率。缺點(diǎn)：容易造成污染（由于系統(tǒng)開放和發(fā)酵周期長）；對設(shè)備、儀器及控制元器件的技術(shù)要求高；粘性絲狀菌菌體容易附壁上生長和在發(fā)酵液里結(jié)團(tuán)，給連續(xù)操作帶來困難。＃連續(xù)發(fā)酵技術(shù)目前主要用于理論研究，基本上未進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。第73頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用兩種補(bǔ)料分批發(fā)酵：單一補(bǔ)料分批發(fā)酵，開始時(shí)投入一定量的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，到發(fā)酵過程的適當(dāng)時(shí)期，開始補(bǔ)加碳源和（或）氮源或（和）其他必需基質(zhì)，直到發(fā)酵液的體積達(dá)到發(fā)酵灌最大操作容積后，停止補(bǔ)料，最后發(fā)酵液一次全部放出。由于受發(fā)酵灌操作容積的限制，發(fā)酵周期只能控制在較短的范圍內(nèi)；反復(fù)補(bǔ)料分批發(fā)酵，在單一補(bǔ)料分批發(fā)酵的基礎(chǔ)上，每隔一定時(shí)間按一定比例放出一部分發(fā)酵液，使發(fā)酵液的體積始終不超過發(fā)酵灌的最大操作容積，延長發(fā)酵周期，直至發(fā)酵產(chǎn)率明顯下降，才最終將發(fā)酵液全部放出。既保留了單一補(bǔ)料分批發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)，又避免了它的缺點(diǎn)。第74頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用補(bǔ)料分批發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)：補(bǔ)料分批發(fā)酵是分批發(fā)酵向連續(xù)發(fā)酵的過渡，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩者的缺點(diǎn)。與分批發(fā)酵相比，首先可以解除營養(yǎng)物基質(zhì)的抑制、產(chǎn)物反饋抑制和葡萄糖分解阻遏效應(yīng)。對于好氧發(fā)酵，可以避免分批發(fā)酵中一次性投入糖過多造成細(xì)胞大量生長，耗氧過多，導(dǎo)致通風(fēng)設(shè)備不能匹配的狀況。還可以減少菌體生長量，提高有用產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率。與連續(xù)發(fā)酵相比，它不會產(chǎn)生菌種老化和變異的問題，適用范圍也比連續(xù)發(fā)酵廣。隨著研究工作的深入和微機(jī)在發(fā)酵過程自動控制中的應(yīng)用，補(bǔ)料分批發(fā)酵技術(shù)將日益發(fā)揮其巨大的優(yōu)勢。第75頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用發(fā)酵工藝的控制：溫度：最適溫度是既適合菌體的生長，又適合代謝合成的溫度。隨菌種、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件和菌體生長階段不同而改變。pH值：pH值的變化取決于菌種、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件溶解氧濃度，發(fā)酵液的需氧量受菌體濃度、基質(zhì)種類和濃度以及培養(yǎng)條件等因素的影響，其中以菌體濃度最為明顯。放灌時(shí)間，根據(jù)不同發(fā)酵時(shí)間所得到的產(chǎn)物產(chǎn)量計(jì)算出發(fā)酵的生產(chǎn)力和產(chǎn)品成本，采用生產(chǎn)力高而成本又低的時(shí)間作為發(fā)給時(shí)間。要考慮的指標(biāo)有產(chǎn)物的產(chǎn)量、過濾速度、氨基氮含量、菌絲形態(tài)、pH值、發(fā)酵液的外觀和粘度等，第76頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用發(fā)酵設(shè)備好氧發(fā)酵設(shè)備機(jī)械攪拌式發(fā)酵灌通風(fēng)攪拌式發(fā)酵灌厭氧發(fā)酵設(shè)備第77頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用下游加工過程：發(fā)酵液預(yù)處理和固液分離：預(yù)處理的目的是改善發(fā)酵液的性質(zhì)，以利于固液分離（常用酸化、加熱、加絮凝劑等方法）。固液分離常用過濾、離心等方法。如目的產(chǎn)物在細(xì)胞內(nèi)，還需要破碎細(xì)胞。方法有機(jī)械的（如研磨，超聲波處理，高壓均質(zhì)法，冷凍－解凍交替處理法），生物的（酶處理）和化學(xué)的（氫氧化鈉、乙酸、草酸、檸檬酸、尿素甲苯、氯仿和甲醇－鹽酸等）提取,目的主要是濃縮，也有一定的純化作用。常用的方法有：1、吸附法2、離子交換法3、沉淀法4、萃取法5、超濾法等精制：提取中方法也可以用于精制。大分子（蛋白質(zhì)）依賴于層析分離；小分子物質(zhì)的精制常利用結(jié)晶操作。成品加工：根據(jù)產(chǎn)品要求，進(jìn)一步濃縮、無菌過濾、去熱原、干燥、加穩(wěn)定劑等步驟。隨著膜質(zhì)量的改進(jìn)和膜裝置性能的改善，膜技術(shù)在下游加工過程中使用越來越多。濃縮可采用升膜或降膜式的薄膜蒸發(fā)，熱敏感性物質(zhì)，可用離心膜蒸發(fā)。對大分子溶液的可用超濾膜濃縮，小分子溶液可用反滲透膜。截?cái)喾肿恿繛?0，000的超濾膜可以除去分子量在1000以內(nèi)的產(chǎn)品中的熱原同時(shí)達(dá)到了除菌的目的。干燥方法因物料性質(zhì)、狀態(tài)及具體條件可選用真空干燥、噴霧干燥和冷凍干燥等方法。第78頁/共137頁食品生物技術(shù)

第四章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用固體發(fā)酵：是指微生物在無游離水或幾乎沒有游離水的固體物質(zhì)上生長發(fā)酵的過程。某些微生物生長需水很少，可以利用疏松而含有必需營養(yǎng)物的固體培養(yǎng)基進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。我國傳統(tǒng)的釀酒、制醬及天培（大豆發(fā)酵食品）的生產(chǎn)均有一個(gè)固體發(fā)酵期。固體發(fā)酵還可以用于蘑菇的生產(chǎn)、奶酪、泡菜的制作以及動植物廢料的堆肥等。固體發(fā)酵所用原料一般為經(jīng)濟(jì)易得、富含營養(yǎng)的工農(nóng)業(yè)中的副、廢品，如麩皮、薯粉、大豆餅粉、高梁、玉米粉等。固體發(fā)酵一般都是開放的，無菌要求不高。所需設(shè)備簡單，操作容易，可因陋就簡、因地制宜。但勞動強(qiáng)度大、不便于機(jī)械化操作、微生物品質(zhì)少，生長慢，產(chǎn)品有限等。目前主要的發(fā)酵生產(chǎn)多為液體發(fā)酵。第79頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用細(xì)胞工程：指以細(xì)胞為單位，在體外進(jìn)行培養(yǎng)和繁殖或使細(xì)胞某些生物學(xué)特性按人們的意志發(fā)生改變，從而達(dá)到改良生物品種和創(chuàng)新品種，加快繁殖個(gè)體或獲得某種有用物質(zhì)的過程。細(xì)胞工程是在細(xì)胞水平研究開發(fā)、利用各類細(xì)胞的工程。操作對象是細(xì)胞。細(xì)胞工程應(yīng)包括動植物細(xì)胞的體外培養(yǎng)、細(xì)胞融合技術(shù)（細(xì)胞雜交技術(shù)）、核移植技術(shù)、細(xì)胞代謝物的生產(chǎn)和生物克隆等。第80頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用第一節(jié)細(xì)胞工程基礎(chǔ)知識原核細(xì)胞（細(xì)菌、放線菌等），外有細(xì)胞壁（由肽聚糖組成，細(xì)胞融合的主要障礙），生長迅速，是細(xì)胞改造的良好材料。真核細(xì)胞（酵母、動植物細(xì)胞），植物細(xì)胞有細(xì)胞壁（由纖維素組成）細(xì)胞工程的所有實(shí)驗(yàn)都要求在無菌條件下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)在無菌室內(nèi)進(jìn)行，超凈工作臺是最基本的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對生物材料和所用的一切器械、器皿和藥品都應(yīng)滅菌或除菌。無菌操作意識和徹底除菌是成功的一個(gè)關(guān)鍵。第81頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用細(xì)胞融合：兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞相互接觸后，其細(xì)胞膜發(fā)生分子重排，導(dǎo)致細(xì)胞合并、染色體等遺傳物質(zhì)重組的工程稱為細(xì)胞融合。是細(xì)胞工程的重要基礎(chǔ)技術(shù)。細(xì)胞融合的主要過程：1.制備原生質(zhì)體（除去植物細(xì)胞和微生物細(xì)胞的細(xì)胞壁）2.誘導(dǎo)細(xì)胞（原生質(zhì)體）融合（PEG，CaCI2，或電激方法）3.篩選雜合細(xì)胞（讓雜合細(xì)胞選擇性地長出，未融合細(xì)胞無法生長）*原生質(zhì)體：包括細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中所有內(nèi)容物的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)一塊統(tǒng)稱為原生質(zhì)體。第82頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用促進(jìn)細(xì)胞融合的方法（P175）生物學(xué)法（病毒促進(jìn)細(xì)胞融合，仙臺病毒、皰疹病毒、天花病毒等）化學(xué)融合劑（PEG，二甲基亞碸、甘油磷酸酯等，PEG最為廣泛）電處理融合法（電激法，高頻電場脈沖）第83頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用原生質(zhì)體融合的步驟:1.具有標(biāo)記菌種的篩選和穩(wěn)定性鑒定(營養(yǎng)缺陷型，高滲溶液保存)2.原生質(zhì)體制備與再生

超聲波破碎法：很難得到完整的原生質(zhì)體球

酶法：細(xì)菌、放線菌（EDTA＋溶菌酶）；革蘭氏陽性（溶菌酶）；革蘭氏陰性菌（EDTA＋溶菌酶）。酵母（蝸牛酶，helicase）；絲狀菌（纖維素酶和纖維素酶加上蝸牛酶）；霉菌（單獨(dú)殼聚糖酶或與其它酶配合）*用對數(shù)生長期的培養(yǎng)物制備原生質(zhì)體較為合適。*原生質(zhì)體的再生（原生質(zhì)體經(jīng)培養(yǎng)后回復(fù)原來細(xì)胞形態(tài)的過程）十分重要，再生率一般為3%~10%,最高的達(dá)50～80％。再生培養(yǎng)基加入牛血清蛋白，再生率幾乎可達(dá)100％。3.原生質(zhì)體融合：原生質(zhì)體數(shù)＝A－BA——未經(jīng)滲透休克處理的即用高滲穩(wěn)定液作稀釋液涂布于再生平板長出的菌落，即原生質(zhì)與未去壁細(xì)胞的總和B——涂布之前用低滲溶液（如水）滲透休克處理使原生質(zhì)體破裂失活后，再涂布長出的菌落，即為未破壁的菌體細(xì)胞數(shù)。第84頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用融合重組體的鑒別直接法：融合液直接涂布于沒有補(bǔ)充兩親株生長所需要的營養(yǎng)物的培養(yǎng)基的平板上，直接篩選出融合重組體；間接法：先將融合液涂布于營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基的平板上，使未融合的親本菌株和重組的菌株都能生長，然后再用影印法接種到選擇培養(yǎng)基上找出重組體菌株。*選擇的困難在于融合子的不穩(wěn)定性和融合子的復(fù)雜性：雜合雙倍體或單倍重組體屬真正的融合，較為穩(wěn)定。凡不穩(wěn)定而易分離為親本類型的融合作用，稱為暫融。第85頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)細(xì)胞培養(yǎng)指的是動物、植物和微生物細(xì)胞在體外無菌條件下的保存和生長。不同來源的細(xì)胞培養(yǎng)對營養(yǎng)要求差異很大，但作為細(xì)胞培養(yǎng)有一定的共同之處：

1、取材和除菌：動物細(xì)胞在取材前，植物細(xì)胞在取材前后都要對取材部位進(jìn)行嚴(yán)格的表面清洗消毒（有時(shí)用酶處理以得到分散生長的細(xì)胞）；2、配制培養(yǎng)基并消毒，無菌操作把材料接種到培養(yǎng)基上（中）；3、接種好的培養(yǎng)基在培養(yǎng)室或培養(yǎng)箱中培養(yǎng)；4、當(dāng)細(xì)胞生長到一定生物量時(shí)，及時(shí)收獲或傳代。*培養(yǎng)過程中提供最佳條件：溫度、濕度、光照、氧氣和二氧化碳等。第86頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用組織培養(yǎng)和細(xì)胞培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)指的是離體細(xì)胞在無菌條件下的分裂、生長，在整個(gè)培養(yǎng)過程中不出現(xiàn)分化，不形成組織；而組織培養(yǎng)意味著取自動物體（植物體）的某類組織，在體外培養(yǎng)時(shí)細(xì)胞一直保持原本分化的特性，該組織的結(jié)構(gòu)和功能持續(xù)不發(fā)生明顯變化。*經(jīng)常有很多人混淆了兩個(gè)概念。第87頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用第二節(jié)動物細(xì)胞的培養(yǎng)方法動物細(xì)胞工程是細(xì)胞工程的重要分枝。利用生物學(xué)及工程學(xué)的原理定向改造動物細(xì)胞遺傳性，創(chuàng)造新物種，通過工程化為人類提供名貴藥品及服務(wù)的技術(shù)，謂之動物細(xì)胞工程。1907harision培養(yǎng)蛙胚神經(jīng)細(xì)胞（存活數(shù)周并長出了軸突），稱為公認(rèn)的動物組織培養(yǎng)的鼻祖。1958岡田善雄發(fā)現(xiàn)滅活后仙臺病毒可以誘導(dǎo)艾氏腹水瘤細(xì)胞融合1960s，童弟周等進(jìn)行了魚類和兩棲類中大量的核移植1975kohler和milstein巧妙地創(chuàng)立了淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)并得到單克隆抗體。1997英國的Wilmut領(lǐng)導(dǎo)的小組用體細(xì)胞核克隆出Dolly綿羊，動物細(xì)胞工程已達(dá)到世紀(jì)輝煌頂峰。第88頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用動物細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)：細(xì)胞生長緩慢，易受微生物污染，培養(yǎng)時(shí)需用抗生素；動物細(xì)胞大（比微生物細(xì)胞大得多），無細(xì)胞壁，機(jī)械強(qiáng)度低，適應(yīng)環(huán)境能力差；培養(yǎng)過程需要氧量少，不耐強(qiáng)力通風(fēng)和攪拌；培養(yǎng)中具有群體效應(yīng)、錨地依賴性（需要附著在固體半固體表面上才能生長）、接觸抑制性及功能全能性。培養(yǎng)過程中產(chǎn)物分泌到細(xì)胞內(nèi)外，過程成本高，產(chǎn)品價(jià)值昂貴；除需要植物、微生物培養(yǎng)基成分外，還需要加入血清成分和動物激素；對環(huán)境敏感，培養(yǎng)條件要求控制嚴(yán)格。原代細(xì)胞一般繁殖50代即退化死亡。第89頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用無血清細(xì)胞培養(yǎng)基P180～181

基礎(chǔ)培養(yǎng)基加上代血清的補(bǔ)充因子，見表5-2和表5-3動物細(xì)胞的培養(yǎng)方法（根據(jù)錨地依賴性）：灌注懸浮培養(yǎng)貼壁細(xì)胞培養(yǎng)固定化細(xì)胞培養(yǎng)第90頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用動物細(xì)胞大量培養(yǎng)的應(yīng)用例子生產(chǎn)疫苗（如口蹄疫疫苗、狂犬疫苗、脊髓灰質(zhì)炎疫苗、白血病疫苗等，即可節(jié)約大量的動物，且生產(chǎn)周期短，安全可靠，可以大量生產(chǎn)）生產(chǎn)生物活性物質(zhì)（如蛋白質(zhì)干擾素、單克隆抗體）基因工程細(xì)胞培養(yǎng)（可以轉(zhuǎn)譯和加工較大的或更復(fù)雜的克隆蛋白質(zhì)，并進(jìn)行大量生產(chǎn)，如免疫球蛋白、血凝因子、促細(xì)胞生成素及各種抗原）第91頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用第三節(jié)植物細(xì)胞工程及應(yīng)用定義與內(nèi)容：根據(jù)生物學(xué)及工程學(xué)的原理定向改造植物細(xì)胞遺傳性，利用植物細(xì)胞為人類提供名貴藥品及服務(wù)的技術(shù)，謂之植物細(xì)胞工程。內(nèi)容包括植物細(xì)胞及其原生質(zhì)體的培養(yǎng)、植物原生質(zhì)體的融合、植物細(xì)胞反應(yīng)器及其反應(yīng)動力學(xué)、細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)及次生代謝物的生產(chǎn)等。植物細(xì)胞的培養(yǎng)特性1.植物細(xì)胞較微生物細(xì)胞大的多，外有纖維素細(xì)胞壁，耐拉不耐扭，抵抗剪切力差；2.生長緩慢，易受微生物污染，需用抗生素；3.細(xì)胞生長的中期和對數(shù)期易凝聚成團(tuán)，懸浮培養(yǎng)困難；4.培養(yǎng)需過氧，培養(yǎng)液粘度大，不耐強(qiáng)力通風(fēng)攪拌；5.具有群體效應(yīng)，無錨地依賴性及接觸抑制性；6.培養(yǎng)的細(xì)胞產(chǎn)物潴留在細(xì)胞內(nèi)，且產(chǎn)量低；7.培養(yǎng)過程具有結(jié)構(gòu)和功能全能性。培養(yǎng)的類型愈傷組織培養(yǎng)、懸浮細(xì)胞培養(yǎng)、器官培養(yǎng)、莖尖分生組織培養(yǎng)、原生質(zhì)體培養(yǎng)和固定化細(xì)胞培養(yǎng)第92頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用植物細(xì)胞的營養(yǎng)成分和培養(yǎng)基

#初級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)和次級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)，因此，適于細(xì)胞生長的培養(yǎng)基不一定利于二次代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)。

#培養(yǎng)基應(yīng)包括植物生長所需要的16種元素和某些生理活性物質(zhì)，可分為5大類：無機(jī)營養(yǎng)物，13種元素為植物所必需的因素，其中6種為大量元素（N,K,Ca,Mg,S）,另外7種必需的微量元素（Fe,B，Mn,Cu,Zn,Mo,Cl）有機(jī)物質(zhì),分為有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)（提供碳、氫、氧、氮等因素，如糖類、氨基酸及其酰胺類如天冬酰胺）和生理活性物質(zhì)如維生素如硫胺素（B1）、吡哆醇（B6）、煙酸、生物素、肌醇、單核苷酸及其堿基如腺嘌呤等。植物生長刺激物，主要為天然植物激素和人工合成的類似生長激素的物質(zhì)如生長素（吲哚乙酸、萘乙酸等）、細(xì)胞分裂素（激動素、玉米素）、赤霉素、脫落酸和乙烯類激素。其它附加物，不是必需的，但是有利的，如瓊脂（不要成分）、活性炭（吸附有害代謝物）、聚蔗糖（Ficoll）和瓊脂糖（agrose）（改善供氧狀況）。其它對生長有益的未知成分，如植物的天然汁液如椰乳、酵母提取物、蘋果汁等，作用是提供必要的微量元素和生理活性物質(zhì)和生長激素類物質(zhì)。第93頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用培養(yǎng)基的種類：很多種，根據(jù)培養(yǎng)的材料和目的選擇合適的培養(yǎng)基。P187～191培養(yǎng)基的配制P191～1921.培養(yǎng)基母液的配制：大量元素混合母液（10X）微量元素混合母液（100～1000x）鐵鹽母液（FeSO4與Na2-EDTA）(200x)

有機(jī)化合物母液（0.1~10mg/ml）植物激素（0.1~10mg/ml）2.培養(yǎng)基的配制：混合培養(yǎng)基的各成分溶化瓊脂混合調(diào)pH分裝滅菌備用第94頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用植物細(xì)胞培養(yǎng)的類型與技術(shù)植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)技術(shù)：分批培養(yǎng)法、半連續(xù)培養(yǎng)法和連續(xù)培養(yǎng)法*懸浮培養(yǎng)技術(shù)適于大量快速地增殖細(xì)胞，不利于次生物質(zhì)的積累。

*懸浮培養(yǎng)中培養(yǎng)物所處的微環(huán)境不同（不均一性）由于植物細(xì)胞在培養(yǎng)中結(jié)塊，塊內(nèi)外部的細(xì)胞所得到的養(yǎng)分、空氣和生長物質(zhì)不同，導(dǎo)致細(xì)胞大小、形狀、代謝和生長的不均一性。這是該法的特征和缺陷。單細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)：看護(hù)培養(yǎng)法、微室培養(yǎng)法和平板培養(yǎng)法植物細(xì)胞固定化培養(yǎng)技術(shù)**細(xì)胞生長緩慢而次生物質(zhì)的含量相對較高。第95頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用植物細(xì)胞培養(yǎng)要解決的技術(shù)難點(diǎn)P197～198縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本：與微生物細(xì)胞相比，植物細(xì)胞生長緩慢生產(chǎn)周期一般25～35天（微生物一般只有3天左右）。設(shè)備、人力能源消耗多成本高，效率低下。提高培養(yǎng)細(xì)胞中有效成分的含量：培養(yǎng)細(xì)胞中的有效成分往往比原來細(xì)胞中的含量低，要選出有效成分高的細(xì)胞株進(jìn)行培養(yǎng)。防止細(xì)胞聚積成塊：成塊導(dǎo)致培養(yǎng)細(xì)胞不均一性，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。從選材（選易分散）、提高生長素濃度和加入試劑（EDTA－Na螯合劑和果膠酶）幾個(gè)途徑解決。防止細(xì)胞株退化與變異。第96頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用單細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)單細(xì)胞培養(yǎng)方法P198～201影響細(xì)胞生長的因素看護(hù)培養(yǎng)法微室培養(yǎng)法平板培養(yǎng)法條件培養(yǎng)基（生長懸浮細(xì)胞的液體培養(yǎng)基）的作用細(xì)胞密度（要高于臨界濃度，因?yàn)橹参锛?xì)胞培養(yǎng)具有群體效應(yīng)）生長激素pHCO2濃度（大氣CO2濃度為0.03%,提高到濃度1％促進(jìn)分裂，2％則抑制分裂）第97頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用植物細(xì)胞固定化培養(yǎng)技術(shù)（自學(xué)）固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)：高度保持反應(yīng)槽內(nèi)細(xì)胞的量（即生物體催化劑的量），提高反應(yīng)效率；反應(yīng)活性穩(wěn)定，可長期連續(xù)運(yùn)行；易與產(chǎn)物分離；最適宜的環(huán)境條件和基質(zhì)濃度等易于控制；大多數(shù)次生代謝物主要由處于穩(wěn)定增殖期的細(xì)胞生產(chǎn)，所以應(yīng)固定穩(wěn)定期的細(xì)胞，以避免固定化對細(xì)胞生長發(fā)育的抑制。第98頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用植物細(xì)胞固定化培養(yǎng)技術(shù)（自學(xué)）植物細(xì)胞固定化的方法和材料P201～204包埋（海藻酸鹽，k-角叉菜膠，瓊脂及瓊脂糖，聚丙烯酰胺凝膠和其它包埋載體如聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料和氨基酸乙酯聚合物等以及膜包埋固定化）吸附共價(jià)結(jié)合生物反應(yīng)器的放大，在放大過程中常常由于物理或化學(xué)條件的改變而引起產(chǎn)物產(chǎn)率的下降，原因有多方面的。第99頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的類型及其放大

機(jī)械攪拌罐非機(jī)械攪拌罐反應(yīng)器類型懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器固定化細(xì)胞生物反應(yīng)器填充床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器膜反應(yīng)器第100頁/共137頁食品生物技術(shù)

第五章細(xì)胞工程及其在食品工業(yè)中應(yīng)用

植物細(xì)胞培養(yǎng)的應(yīng)用一、植物細(xì)胞的生產(chǎn)（西洋參為例）二、初級和次級代謝物的生產(chǎn)（食用色素為例）三、生物轉(zhuǎn)化

影響次生代謝物產(chǎn)生的因素組織來源培養(yǎng)條件化學(xué)條件：碳水化合物、氮供應(yīng)、生長調(diào)節(jié)物質(zhì)物理?xiàng)l件：光、溫度、通氣、pH影響因素第