基因工程技术的基本原理与步骤.ppt
基因工程技术在食品中的应用,前言 基因工程技术是现代生物技术的核心内容。自从二十世纪七十年代诞生以来,在短短的几十年间已得到了迅速的发展和广泛的应用。它具有从本质上改变生物及食品性能的特性,越来越受到食品科技工作者的重视,并使食品的概念从农业食品,工业食品发展到了基因工程或生物技术食品。在二十一世纪,以基因工程为核心的生物技术必将给食品工业带来一场革命。,1 基因工程的基本概念,1.1 基因工程主要是DAN重组技术是指在体外把不同基因进行人工“剪切”、“组合”和“拼接”使基因得以重新组合，然后通过载体（微生物或动植物细胞）进行无性繁殖（即所谓克隆），要使新的基因在受体细胞的表达，产生人类所需要的物质，或组建新的生物类型。,1.2 基因工程技术的基本原理与步骤,基因工程研究的主要内容包括以下6 个步骤:(1)从生物有机体复杂的基因组中,分离出带有目的基因的DNA片段。(2)在体外,将带有目的基因的DNA 片段连接到能够自我复制并具有选择标记的载体分子上,形成重组DNA分子。(3)将重组DNA 分子引入到受体细胞(亦称宿主细胞或寄主细胞)。http:/(4)带有重组体的细胞扩增,获得大量的细胞繁殖体。(5)从大量的细胞繁殖群体中,筛选出具有重组DNA 分子的细胞克隆。(6)将选出的细胞克隆的目的基因进一步研究分析,并设法使之实现功能蛋白的表达。,电泳 层析 离心 分光光度 基因操作 其它 分（离目的基因）切（割目的基因和载体）接（连目的基因和载体）转（化宿主细胞）筛（选阳性克隆）表（达目的基因）,基本模式,“纵向”体系,“横向”体系,生化技术 电泳 层析 离心 分光光度 基因操作 其它,基因工程 分 切 接 转 筛 表,2 基因工程在食品工业中的应用,2.1 酶制剂方面应用2.2 改造食品原材料2.3 提高食品品质和改善食品风味2.4 生产保健食品及特殊食品,2.1 酶制剂方面应用,酶的传统来源是动物脏器和植物种子，后来随着发酵工程的发展，逐渐出现了以微生物为主要酶源的格局。近年来，由于基因工程技术的发展，更使我们可以按照需要来定向改造酶，甚至创造出自然界从未发现的新酶种，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、糖化酶和植物酶等均可利用基因工程技术进行生产。,2.2 改造食品原材料 转基因植物源食品,转基因植物可被改革而具有抗病虫害的能力，这具有深远的经济意义。1986年首次获得能够抗烟草花叶病毒的转基因烟草植株，对烟草花叶病毒的预防效果可达70%。,目前利用基因工程不断获得了各种抗病毒植株，黄瓜花叶病毒、马铃薯病毒和Y病毒，抗病虫害长颈南瓜和抗虫害转基因土豆。我国及菲律宾培育出“超级水稻”和“超超级水稻”，为人口日益增长、粮食日益短缺的世界带来一线。利用重组技术和细胞融合技术相结合，培育出高产、抗病、抗虫、生长快、抗逆、高蛋白的基因改良植物，对食品工业具有重要意义。,2.2.2 转基因动物源食品转基因技术对动物性资源改造原理：,通过转基因技术改良新的动物品种是一项发展迅速的生物技术。其主要技术是：从目的供体物种体内获得带有特定优良遗传性状的DNA 片段，即目的基因，直接或通过载体导入被改造物种即受体物种的胚胎内，从而培养出优良的新品种。,目的基因,基因载体,受体物种的胚胎,分,导入,培育,新物种,总体技术路线,转基因技术在家畜及鱼类育种上初见成效：,1982年转基因“超级鼠”的构建成功。1985年转基因鱼的出现，揭开了基因工程技术在食品领域中应用的序幕。1997年6月，上海医学遗传研究所与复旦大学合作的转基因羊的乳汁中含有人的凝血因子，既可以食用，又可以药用，为通过动物廉价生产人类的珍贵药物迈出了重大的一步。1999年2月诞生的我国首例转基因试管牛“陶陶”，产奶量可望高达10000Kg，比山羊高20多倍。,2.3 提高食品品质和改善食品风味,2.3.1 食品添加剂食品添加剂主要有防腐剂、抗氧化剂、增鲜剂、酸味剂和甜味剂、食品强化剂等。国外采用基因工程和细胞融合技术，培育出生产谷氨酸、苏氨酸、精氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸等的优良菌种，在提高产量和缩短发酵周期方面已取得显著成就。目前通过基因工程技术生产的高效乳酸链球菌素就是一个极好的例子。,利用基因技术和细胞工程技术还可以生产独特的食品香味剂和风味剂，如香草素、可可香素、菠萝风味剂，以及高级的天然色素，如类胡萝卜素、花色素、咖喱黄、紫色素、辣椒素和靛蓝等，并且通过这杂种选育的色素含量高、色调和稳定性好转基因的E.coli的玉米黄素最高产量达289ug/g。通过把风味前体转变为风味物质的酶基因的克隆或通过发酵产生风味物质都可使食品芳香风味得以增强。另外VB2 和VC 也都有已化的基因工程产品。,用于食品工业中的酶,工业化酶制剂的品质改良及新品种开发是现代生物技术介入最多的一个领域，并已取得令人瞩目的成果。DNA重组技术对酶工业的渗透，导致了酶工业质的飞跃。例如：日本利用基因技术，使淀粉酶发酵产率提高近200 倍，而且有极强的热稳定性。目前，已经商品化的基因工程酶还有枯草杆菌蛋白酶、水解酶、脂酶、凝乳酶等。,2.4 应用于生产保健食品及特殊食品,当今，保健食品的发展有赖基因工程这个新技术。可以采用转基因手段，在动、植物细胞中，得到基因表达而制造有益于人类健康的保健成分或有效因子。例如，把人的血红素基因克隆至猪中，最后，猪的血可以用做人类血液的代用品。又例如，将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至牛或羊中，便可以在牛乳或羊乳中产生这种酶。,3 基因食品的安全性,基因工程应用于食品工业已给人们带来了巨大的社会经济效益，但基因工程体（Gemos）及基因工程食品的环境释放安全性及食用安全生也越来越受到广泛的关注。食品与人类生命健康直接相关，开发基因食品除了要解决技术问题，还要使之被社会所接受。,人们对基因食品的顾虑,归结为三个方面：一是：基因食品中加进的新基因在无意中给人们带来的危害；http:/二是：基因食品中的新基因通过食物链其他环节无意中造成的后果；三是：对自然界生物多样性的影响。,新的基因工程食品将不断问世。从长远来看，基因工程食品的安全性评价体系的构建及基因食品的安全性评价将是今后食品安全性研究的热点课题。,4 展望,随着基因工程技术提供越来越多的好处,以及基因改良作物商品化的不断成功,基因工程技术将给人们带来更加丰富,更有利于健康、更富有营养的食品,为人类的衣食住行和保健发挥无穷无尽的力量。,谢谢,
