1、Modern Food Biotechnology,現(xiàn)代食品生物技術(shù),授課專業(yè)與年級:現(xiàn)代食品生物技術(shù)2009級 授課教師：王慧超 時間：2011年9月2011年12月 聯(lián)系方式：上本課程的幾點(diǎn)基本要求,1.不遲到、不早退，不曠課且一般不請事假, 決不允許代請任何理由的事假。 2.確實因病不能上課，愈后須出示醫(yī)生的診斷書。 3.遵守課堂紀(jì)律，決不在課上私下說話。 4.同學(xué)之間的座位要集中。 5. 認(rèn)真做作業(yè)，絕不抄襲他人作業(yè)，按時交作業(yè)。 6.特別強(qiáng)調(diào):上課一定要用心聽講、作好筆記，課后及時復(fù)習(xí)、總結(jié)。,返回,關(guān)于本課程(理論課)的考核方式,1.遲到、早退，每次扣0.

2、5分，無故曠課，每次扣1分，從學(xué)期總成績中扣除，最多扣至5分。 2.理論課總成績，包括平時作業(yè)成績（30%）和期末考試成績（70% ）。平時作業(yè)成績?yōu)槊看巫鳂I(yè)成績之和除以本學(xué)期作業(yè)的總次數(shù)。如某次作業(yè)未交，該次作業(yè)成績將記為0分。,課程安排：,總 學(xué) 時：34 周 學(xué) 時：2 授課周數(shù)：17,第一章 食品生物技術(shù)總論,克隆羊多莉,轉(zhuǎn)基因延熟番茄,第一節(jié) 生物技術(shù)概述,一、生物技術(shù)的定義 生物技術(shù)代表著高新技術(shù)，但至今還沒有一個統(tǒng)一的定義。而從學(xué)術(shù)方面對生物技術(shù)下定義是在20世紀(jì)的事 （一）Biotechnology術(shù)語的誕生 1919年一位匈牙利農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Karl Ereky首創(chuàng)了“Biot

3、echnology”一詞 目的：表達(dá)一切用生物轉(zhuǎn)化手段進(jìn)行生產(chǎn)的概念，并表明生物學(xué)與技術(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系 （二）國際純粹及應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會的定義（1982） 生物技術(shù)是將生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)和化學(xué)工程等應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程及環(huán)境保護(hù)的技術(shù)。,（三）國際經(jīng)濟(jì)合作及發(fā)展組織的定義（1982） 生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)和工程學(xué)的原理，依靠生物催化劑(酶或活細(xì)胞)的作用對物料進(jìn)行加工，以提供產(chǎn)品為社會服務(wù)的技術(shù) （四）1985年Moo-Young主編的綜合生物技術(shù)中的定義 生物技術(shù)是對生物作用和生物物料加以評價和應(yīng)用，并進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù),生物技術(shù)包括： 傳統(tǒng)生物技術(shù)：釀造技術(shù)和發(fā)酵技術(shù) 現(xiàn)代生

4、物技術(shù)：以重組DNA技術(shù)為核心，其研究內(nèi)容包括： 重組DNA技術(shù)及其他轉(zhuǎn)基因技術(shù)；細(xì)胞和原生質(zhì)融合技術(shù)；酶和細(xì)胞固定化技術(shù)；植物脫毒和快速繁殖技術(shù)；動物和植物細(xì)胞大量培養(yǎng)技術(shù)；動物胚胎工程技術(shù)；現(xiàn)代微生物發(fā)酵技術(shù)(高密度發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵和其他新型發(fā)酵技術(shù))；現(xiàn)代生物反應(yīng)工程和分離工程；蛋白質(zhì)工程；分子進(jìn)化工程,二、生物技術(shù)的構(gòu)成,基因工程,細(xì)胞工程,酶工程,蛋白質(zhì)工程,發(fā)酵工程,（一）基因工程（Gene engineering） 是20世紀(jì)70年代以后興起的一門新技術(shù)，也稱DNA重組技術(shù) 主要原理：以分子遺傳學(xué)為基礎(chǔ)，利用人工方法把生物的遺傳物質(zhì)分離出來，在體外進(jìn)行切割、拼接和重組。然后將重組的

5、DNA導(dǎo)入某種宿主細(xì)胞中，從而改變它們的遺傳性質(zhì)。這種創(chuàng)造新生物并賦予新生物以特殊功能的過程稱為基因工程,（二）細(xì)胞工程 （Cell engineering） 基本原理 體外大量培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)(也稱細(xì)胞雜交技術(shù))、細(xì)胞拆分、染色體工程和繁殖生物學(xué)技術(shù)等,（三）發(fā)酵工程 （Fermentation engineering ） 主要原理 包括微生物生長動力學(xué)，發(fā)酵條件的優(yōu)化和控制，生化反應(yīng)器的設(shè)計，以及產(chǎn)品的分離、提取和精制等技術(shù),（四）酶工程（Enzyme engineering） 主要原理 酶固定化技術(shù)、細(xì)胞固定化技術(shù)、酶化學(xué)修飾技術(shù)和酶反應(yīng)器設(shè)計等技術(shù),（五）蛋白質(zhì)工程 （Prote

6、in engineering） 主要原理,三、生物技術(shù)各構(gòu)成成分之間的關(guān)系 生物技術(shù)中的五大工程之間是相互依賴、密切聯(lián)系、難于分割的。 在生物技術(shù)中基因工程是核心技術(shù)，但是基因工程包括蛋白質(zhì)工程所提供的新的、具有特殊功能的細(xì)胞，還必須通過發(fā)酵工程或細(xì)胞工程來實現(xiàn)它的潛在的經(jīng)濟(jì)價值。 酶工程中固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)，它本來就是從發(fā)酵工程中分離出來的一部分，也是同發(fā)酵工程密不可分的技術(shù)。 細(xì)胞工程中的動物和植物細(xì)胞大量培養(yǎng)技術(shù)原理類似于發(fā)酵工程。 蛋白質(zhì)工程是酶工程中酶的分子修飾同基因工程相結(jié)合的產(chǎn)物,一、傳統(tǒng)生物技術(shù) 生物技術(shù)的發(fā)展與食品發(fā)展的歷史是密不可分的，對促進(jìn)人類社會的文明發(fā)展有著非常

7、重要的意義，其發(fā)展簡史如下： BC 6000年，古埃及人和古巴比侖人利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)酒精； 我國也在石器時代后期，開始利用谷物釀酒； BC 4000年，古埃及人開始用酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)面包； BC 221年，周代后期我國人民開始制作豆腐、醬油和醋,第二節(jié) 生物技術(shù)的形成和發(fā)展,1865年當(dāng)時屬奧地利的布隆（Brunn）基督教修道院的修士格里高孟德爾（Gregor Johann Mendel），根據(jù)他8年植物雜交實驗的結(jié)果，2月8日在當(dāng)?shù)氐目茖W(xué)協(xié)會上宣讀了一篇題為“植物雜交實驗”的論文，1866年正式發(fā)表在該協(xié)會的會刊上。,但這一偉大的發(fā)現(xiàn)被擱置了35年，孟德爾臨終前說：“等著瞧吧，我的時代總有一

8、天要來臨”,1885年，巴斯德（Louis Pasteur)首先證實發(fā)酵是由微生物引起的，并建立了微生物純種培養(yǎng)技術(shù)； 20世紀(jì)20年代，工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模采用純種培養(yǎng)技術(shù)發(fā)酵生產(chǎn)丙酮和丁醇； 同時代，Alexander Fleming爵士發(fā)現(xiàn)了青霉菌可以產(chǎn)生青霉素，50年代青霉素大量生產(chǎn)，為人類疾病治療做出了巨大貢獻(xiàn)，同時帶動了發(fā)酵工業(yè)和酶制劑工業(yè)的發(fā)展； 以上屬于傳統(tǒng)傳統(tǒng)意義上的生物技術(shù)， 也是近代生物技術(shù)的建立和全盛時期。,細(xì)菌的發(fā)現(xiàn),我們已經(jīng)知道,單個的細(xì)菌是十分微小的,它們的奧秘是怎樣被發(fā)現(xiàn)的? 細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)者是誰? 他為什么能發(fā)現(xiàn)細(xì)菌?,細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)者是誰?,17世紀(jì)的荷蘭人列文虎克并非

9、職業(yè)科學(xué)家，但是他十分熱衷自己制造顯微鏡 經(jīng)過幾年的努力，他制造了能放大300倍的顯微鏡，是世界先進(jìn)水平,列文虎克用自制的顯微鏡觀察酵母菌、人的精液、雨水中的微生物等，發(fā)現(xiàn)了一個新的世界,他為什么能發(fā)現(xiàn)細(xì)菌?,他是怎樣讓世人知道他的發(fā)現(xiàn)的?,列文虎克把自己的發(fā)現(xiàn)仔細(xì)記錄下來 他把觀察結(jié)果寄給了當(dāng)時的權(quán)威科學(xué)機(jī)構(gòu)英國皇家學(xué)會，從此名揚(yáng)天下，被譽(yù)為細(xì)菌學(xué)的開創(chuàng)者,他的成功是偶然的嗎？,他善于發(fā)現(xiàn)和提出問題:微小的世界是怎樣的? 制定實施實驗計劃:自制顯微鏡,堅持觀察各種微小物體60年,做詳細(xì)記錄 善于表達(dá)和交流:把觀察結(jié)果寄給英國皇家學(xué)會 他的做法就是一個標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)探究過程 他還發(fā)現(xiàn)了毛細(xì)血管、人

10、類的精子、多種原生動物，成功絕非偶然遺憾：微生物從哪來？,微生物學(xué)之父：法國人路易斯巴斯德,巴斯德以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神向世人揭示了細(xì)菌的許多秘密。例如，細(xì)菌不會在自然界憑空出現(xiàn),著名的巴斯德鵝頸瓶實驗讓認(rèn)為細(xì)菌是自然產(chǎn)生的人徹底閉嘴,鵝頸瓶實驗的啟示： 1細(xì)菌可以用高溫殺滅； 2經(jīng)殺菌的食物不接觸細(xì)菌就不會腐敗,鵝頸瓶實驗原理的應(yīng)用,1、外科手術(shù)用具的消毒，挽救了許多病人的生命,鵝頸瓶實驗原理的應(yīng)用,2、巴氏消毒法，這種滅菌法由巴斯德發(fā)明,因此得名。 牛奶、啤酒和葡萄酒、罐頭等，加熱到 7080維持5 30分鐘，就能消滅絕大部分細(xì)菌，但不會影響味道和營養(yǎng)。,二、現(xiàn)代生物技術(shù),R.Franklin

11、& Wilkins在1952年底拍得了DNA的X-射線衍射照片,1953年，沃森（J.D.Watson）和克里克（H.F.C.Crick）提出DNA分子是雙螺旋結(jié)構(gòu)（double helix），奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。,1962年，Wilkins、 Watson和Crick獲的諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎,1965年，法國科學(xué)家Jacob和Monod提出了著名的乳糖操縱子學(xué)說，開創(chuàng)了基因表達(dá)調(diào)控研究的先河； 1968年，Holly闡明了酵母丙氨酸t(yī)RNA的核苷酸序列，Khorana首次合成核酸分子，并且人工復(fù)制了酵母基因；從而分享了諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎。,Figure The lac oper

12、on includes three genes,Marshall W. Nirenberg,Robert W. Holley,Har Gobind Khorana,20世紀(jì)60年代末，斯坦福大學(xué)的生物化學(xué)教授Paul Berg開始研究猴病毒SV40，于1972年獲得了世界第一例重組DNA，1980獲得諾貝爾化學(xué)獎；生物技術(shù)時代的新紀(jì)元,Paul Berg,Walter Gilbert,Frederick Sanger,1972年，美國加州大學(xué)的Boyer教授從大腸桿菌中分離出一種新的核酸酶EcoR，它可以特異性地切割DNA，這種新的核酸酶就是一種限制性內(nèi)切酶生物學(xué)家有了強(qiáng)大的生物刀。 隨后，陸

13、續(xù)發(fā)現(xiàn)了近百種內(nèi)切酶，可以更加自如地對DNA進(jìn)行操作。Boyer教授成為美國第一家上市生物公司Genentech的副總裁。,Herbert Boyer,1977年，美國科學(xué)家Sanger設(shè)計出了一種DNA測序的方法，即雙脫氧末端鏈終止法；同年，Maxam和Gilberg也發(fā)明了一種化學(xué)測序方法兩種方法為DNA序列分析提供了有力工具，極大地推動了分子生物學(xué)的研究。,Frederick Sanger,Walter Gilbert,1980年獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎,1984年，德國人Kohler、美國人Milstein和丹麥人Jerne 由于發(fā)展了單克隆抗體技術(shù)，完善了極微量蛋白質(zhì)的檢測技術(shù)而分

14、享了諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎。,Niels K. Jerne,Csar Milstein,Georges J.F. Khler,1985年，美國科學(xué)家Mullis發(fā)明了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（Polymerase Chain Reaction, PCR），為分子檢測、基因突變、基因工程提供了有力的工具，因此，1993年獲得諾貝爾化學(xué)獎。,for his invention of the polymerase chain reaction (PCR) method,Kary B. Mullis,1/2 of the prize,當(dāng)然，以上內(nèi)容只是促進(jìn)生物技術(shù)發(fā)展的幾個重要研究成果和里程碑！ 其實，還有許

15、多重要的研究成果：如，1928年格里菲斯（Frederick Griffith）的細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗；Avery的離體轉(zhuǎn)化實驗等證明DNA是遺傳物質(zhì),Meselson 和Stahl關(guān)于DNA的半保留復(fù)制等為現(xiàn)代基因工程技術(shù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。與此同時，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)、現(xiàn)代發(fā)酵工程、現(xiàn)代酶工程、生物工程下游技術(shù)和現(xiàn)代分子檢測技術(shù)等也取得了長足的發(fā)展。,三、現(xiàn)代生物技術(shù)的前景 21世紀(jì)是以生物技術(shù)為主的一個世紀(jì)，原因在于： 現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展迅速，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境等方面用途廣泛 現(xiàn)代生物技術(shù)具有其他技術(shù)所無法比擬的優(yōu)越性，即可持續(xù)發(fā)展 21世紀(jì)生物技術(shù)會取得更大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在： （一

16、）現(xiàn)代生物技術(shù)對人類生活的影響 疾病診斷、預(yù)防；提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量；開發(fā)藥物；食品添加劑；創(chuàng)造優(yōu)良家畜；凈化環(huán)境；增加食物營養(yǎng)；解決能源危機(jī)等 （二）現(xiàn)代生物技術(shù)對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展及環(huán)境的影響,1、現(xiàn)代生物技術(shù)與糧食 提高產(chǎn)量、品質(zhì),普通大米實際上不是“健康食品” 大米中含有一種叫做肌醇六磷酸的小分子，它能與鐵緊緊地結(jié)合，使得小腸難以吸收食物中的鐵 以大米為主食的人，易患鐵缺乏癥而導(dǎo)致貧血,哪種大米更有益身體健康？,轉(zhuǎn)基因水稻 “金大米” ：轉(zhuǎn)入胡蘿卜素合成相關(guān)基因提高大米中維生素A前體的含量，以減少亞洲人普遍存在的維生素A缺乏癥 解決鐵吸收的問題，往“金大米”中再轉(zhuǎn)入三種基因： 一種是來自真菌的

17、酶基因，這種酶能夠把肌醇六磷酸降解掉； 一種是來自菜豆的鐵蛋白基因，鐵蛋白能夠儲存鐵； 還有一種是來自印度香米的基因，它生產(chǎn)的蛋白質(zhì)有助于人的腸道吸收鐵 低過敏性轉(zhuǎn)基因水稻 低蛋白轉(zhuǎn)基因水稻,哪種大米更有益身體健康？,超級雜交稻 2005年5月13日，位于三亞市田獨(dú)鎮(zhèn)新村田洋的中國超級雜交稻第一塊“百畝片試種示范田”正式通過了海南省級驗收。經(jīng)由全國多位農(nóng)業(yè)專家共同檢測，這批超級雜交稻的畝產(chǎn)高達(dá)833.23公斤 功能稻米 基爾米：擁有降血壓、改善睡眠、減肥美容等功能的大米，售價最高的一種達(dá)元錢斤,生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)科學(xué),2、抗性基因工程育種,基因工程為培育抗病蟲的作物提供了新的手段 目前，已經(jīng)獲得的

18、轉(zhuǎn)基因抗蟲農(nóng)作物包括煙草、番茄、馬鈴薯、棉花、玉米等 在抗逆境育種上的應(yīng)用為克服干旱、鹽堿等提供新思路 美國斯坦福大學(xué)把仙人掌基因?qū)胄←?、大豆等作物，育成抗旱、抗逆的新品種。 我國已克隆了耐鹽堿相關(guān)基因， 通過遺傳轉(zhuǎn)化已獲得了耐鹽煙草、 水稻、西紅柿、草莓等。,生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)科學(xué),四、現(xiàn)代生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用,主要應(yīng)用在食品生物資源的改造、提高食品品質(zhì)和改善食品風(fēng)味、油脂生產(chǎn)以及食品衛(wèi)生檢測等 不是僅僅解決糧食問題, 更重要的是，滿足人們 對食物感官舒適、營養(yǎng)豐富、功能全面的完美要求,食品級殼聚糖：用于功能性食品，保健品，膠粘劑，人體補(bǔ)鐵劑，可降解性食品包裝袋等,1、應(yīng)用現(xiàn)狀,主要技術(shù)

19、基因工程 細(xì)胞工程 酶工程 應(yīng)用領(lǐng)域 發(fā)酵工程 食品添加劑:用生物法代替化學(xué)合成，要大力開發(fā)功能性食品添加劑等,生物技術(shù)與食品業(yè),2、在食品加工過程的應(yīng)用,工程菌改良食品微生物的生產(chǎn)性能 改變合成途徑，改善風(fēng)味 氨基酸生產(chǎn) 生產(chǎn)食品酶制劑，提高活性、穩(wěn)定性（淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶等，添加酶類進(jìn)行食品組分的改性） 食品保鮮：乳酸菌肽防腐,生物技術(shù)與食品業(yè),3、農(nóng)副產(chǎn)品深加工和綜合利用,玉米等深加工 作為新型糖源、變性淀粉、玉米油、發(fā)酵酒精、環(huán)狀糊精以及工業(yè)用材料提供優(yōu)質(zhì)充足的原料 肉、奶、水產(chǎn)品加工 植物纖維素資源,生物技術(shù)與食品業(yè),在食品檢測中的應(yīng)用 食源性病原菌快速檢測 轉(zhuǎn)基因食品檢測 我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理 2004年10月，我國制定農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例 一般應(yīng)經(jīng)過中間試驗、 環(huán)境釋放和生產(chǎn)性試驗,4、現(xiàn)代生物技術(shù)與食品安全性檢測,生物技術(shù)與食品業(yè),第三節(jié) 食