现代食品生物技术绪论.ppt

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1、Modern Food Biotechnology,现代食品生物技术,授课专业与年级:现代食品生物技术2009级授课教师：王慧超 时间：2011年9月2011年12月联系方式：,上本课程的几点基本要求,1.不迟到、不早退，不旷课且一般不请事假,决不允许代请任何理由的事假。2.确实因病不能上课，愈后须出示医生的诊断书。3.遵守课堂纪律，决不在课上私下说话。4.同学之间的座位要集中。5.认真做作业，绝不抄袭他人作业，按时交作业。6.特别强调:上课一定要用心听讲、作好笔记，课后及时复习、总结。,返回,关于本课程(理论课)的考核方式,1.迟到、早退，每次扣0.5分，无故旷课，每次扣1分，从学期总成绩中

2、扣除，最多扣至5分。2.理论课总成绩，包括平时作业成绩（30%）和期末考试成绩（70%）。平时作业成绩为每次作业成绩之和除以本学期作业的总次数。如某次作业未交，该次作业成绩将记为0分。,课程安排：,总 学 时：34 周 学 时：2 授课周数：17,第一章 食品生物技术总论,克隆羊多莉,转基因延熟番茄,第一节 生物技术概述,一、生物技术的定义 生物技术代表着高新技术，但至今还没有一个统一的定义。而从学术方面对生物技术下定义是在20世纪的事（一）Biotechnology术语的诞生 1919年一位匈牙利农业经济学家Karl Ereky首创了“Biotechnology”一词目的：表达一切用生物转化

3、手段进行生产的概念，并表明生物学与技术之间的内在联系（二）国际纯粹及应用化学联合会的定义（1982）生物技术是将生物化学、细胞生物学、微生物学和化学工程等应用于工业生产过程及环境保护的技术。,（三）国际经济合作及发展组织的定义（1982）生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂(酶或活细胞)的作用对物料进行加工，以提供产品为社会服务的技术（四）1985年Moo-Young主编的综合生物技术中的定义 生物技术是对生物作用和生物物料加以评价和应用，并进行工业产品生产的技术,生物技术包括：传统生物技术：酿造技术和发酵技术 现代生物技术：以重组DNA技术为核心，其研究内容包括：重组DNA技

4、术及其他转基因技术；细胞和原生质融合技术；酶和细胞固定化技术；植物脱毒和快速繁殖技术；动物和植物细胞大量培养技术；动物胚胎工程技术；现代微生物发酵技术(高密度发酵、连续发酵和其他新型发酵技术)；现代生物反应工程和分离工程；蛋白质工程；分子进化工程,二、生物技术的构成,基因工程,细胞工程,酶工程,蛋白质工程,发酵工程,（一）基因工程（Gene engineering）是20世纪70年代以后兴起的一门新技术，也称DNA重组技术 主要原理：以分子遗传学为基础，利用人工方法把生物的遗传物质分离出来，在体外进行切割、拼接和重组。然后将重组的DNA导入某种宿主细胞中，从而改变它们的遗传性质。这种创造新生物

5、并赋予新生物以特殊功能的过程称为基因工程,（二）细胞工程（Cell engineering）基本原理 体外大量培养技术、细胞融合技术(也称细胞杂交技术)、细胞拆分、染色体工程和繁殖生物学技术等,（三）发酵工程（Fermentation engineering）主要原理 包括微生物生长动力学，发酵条件的优化和控制，生化反应器的设计，以及产品的分离、提取和精制等技术,（四）酶工程（Enzyme engineering）主要原理 酶固定化技术、细胞固定化技术、酶化学修饰技术和酶反应器设计等技术,（五）蛋白质工程（Protein engineering）主要原理,三、生物技术各构成成分之间的关系 生物

6、技术中的五大工程之间是相互依赖、密切联系、难于分割的。在生物技术中基因工程是核心技术，但是基因工程包括蛋白质工程所提供的新的、具有特殊功能的细胞，还必须通过发酵工程或细胞工程来实现它的潜在的经济价值。酶工程中固定化酶和固定化细胞技术，它本来就是从发酵工程中分离出来的一部分，也是同发酵工程密不可分的技术。细胞工程中的动物和植物细胞大量培养技术原理类似于发酵工程。蛋白质工程是酶工程中酶的分子修饰同基因工程相结合的产物,一、传统生物技术 生物技术的发展与食品发展的历史是密不可分的，对促进人类社会的文明发展有着非常重要的意义，其发展简史如下：BC 6000年，古埃及人和古巴比仑人利用微生物发酵生产酒精

7、；我国也在石器时代后期，开始利用谷物酿酒；BC 4000年，古埃及人开始用酵母菌发酵生产面包；BC 221年，周代后期我国人民开始制作豆腐、酱油和醋,第二节 生物技术的形成和发展,1865年当时属奥地利的布隆（Brunn）基督教修道院的修士格里高孟德尔（Gregor Johann Mendel），根据他8年植物杂交实验的结果，2月8日在当地的科学协会上宣读了一篇题为“植物杂交实验”的论文，1866年正式发表在该协会的会刊上。,但这一伟大的发现被搁置了35年，孟德尔临终前说：“等着瞧吧，我的时代总有一天要来临”,1885年，巴斯德（Louis Pasteur)首先证实发酵是由微生物引起的，并建立

8、了微生物纯种培养技术；20世纪20年代，工业生产中大规模采用纯种培养技术发酵生产丙酮和丁醇；同时代，Alexander Fleming爵士发现了青霉菌可以产生青霉素，50年代青霉素大量生产，为人类疾病治疗做出了巨大贡献，同时带动了发酵工业和酶制剂工业的发展；以上属于传统传统意义上的生物技术，也是近代生物技术的建立和全盛时期。,细菌的发现,我们已经知道,单个的细菌是十分微小的,它们的奥秘是怎样被发现的?细菌的发现者是谁?他为什么能发现细菌?,细菌的发现者是谁?,17世纪的荷兰人列文虎克并非职业科学家，但是他十分热衷自己制造显微镜经过几年的努力，他制造了能放大300倍的显微镜，是世界先进水平,列文

9、虎克用自制的显微镜观察酵母菌、人的精液、雨水中的微生物等，发现了一个新的世界,他为什么能发现细菌?,他是怎样让世人知道他的发现的?,列文虎克把自己的发现仔细记录下来他把观察结果寄给了当时的权威科学机构英国皇家学会，从此名扬天下，被誉为细菌学的开创者,他的成功是偶然的吗？,他善于发现和提出问题:微小的世界是怎样的?制定实施实验计划:自制显微镜,坚持观察各种微小物体60年,做详细记录善于表达和交流:把观察结果寄给英国皇家学会 他的做法就是一个标准的科学探究过程他还发现了毛细血管、人类的精子、多种原生动物，成功绝非偶然遗憾：微生物从哪来？,微生物学之父：法国人路易斯巴斯德,巴斯德以严谨的科学精神向世

10、人揭示了细菌的许多秘密。例如，细菌不会在自然界凭空出现,著名的巴斯德鹅颈瓶实验让认为细菌是自然产生的人彻底闭嘴,鹅颈瓶实验的启示：1细菌可以用高温杀灭；2经杀菌的食物不接触细菌就不会腐败,鹅颈瓶实验原理的应用,1、外科手术用具的消毒，挽救了许多病人的生命,鹅颈瓶实验原理的应用,2、巴氏消毒法，这种灭菌法由巴斯德发明,因此得名。牛奶、啤酒和葡萄酒、罐头等，加热到 7080维持5 30分钟，就能消灭绝大部分细菌，但不会影响味道和营养。,二、现代生物技术,R.Franklin&Wilkins在1952年底拍得了DNA的X-射线衍射照片,1953年，沃森（）和克里克（）提出DNA分子是双螺旋结构（do

11、uble helix），奠定了现代分子生物学研究的基础。,1962年，Wilkins、Watson和Crick获的诺贝尔医学和生理学奖,1965年，法国科学家Jacob和Monod提出了著名的乳糖操纵子学说，开创了基因表达调控研究的先河；1968年，Holly阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列，Khorana首次合成核酸分子，并且人工复制了酵母基因；从而分享了诺贝尔医学和生理学奖。,Figure The lac operon includes three genes,Marshall W.Nirenberg,Robert W.Holley,Har Gobind Khorana,20世纪60年

12、代末，斯坦福大学的生物化学教授Paul Berg开始研究猴病毒SV40，于1972年获得了世界第一例重组DNA，1980获得诺贝尔化学奖；生物技术时代的新纪元,Paul Berg,Walter Gilbert,Frederick Sanger,1972年，美国加州大学的Boyer教授从大肠杆菌中分离出一种新的核酸酶EcoR，它可以特异性地切割DNA，这种新的核酸酶就是一种限制性内切酶生物学家有了强大的生物刀。随后，陆续发现了近百种内切酶，可以更加自如地对DNA进行操作。Boyer教授成为美国第一家上市生物公司Genentech的副总裁。,Herbert Boyer,1977年，美国科学家San

13、ger设计出了一种DNA测序的方法，即双脱氧末端链终止法；同年，Maxam和Gilberg也发明了一种化学测序方法两种方法为DNA序列分析提供了有力工具，极大地推动了分子生物学的研究。,Frederick Sanger,Walter Gilbert,1980年获得了诺贝尔医学和生理学奖,1984年，德国人Kohler、美国人Milstein和丹麦人Jerne 由于发展了单克隆抗体技术，完善了极微量蛋白质的检测技术而分享了诺贝尔医学和生理学奖。,Niels K.Jerne,Csar Milstein,Georges J.F.Khler,1985年，美国科学家Mullis发明了聚合酶链式反应技术（

14、Polymerase Chain Reaction,PCR），为分子检测、基因突变、基因工程提供了有力的工具，因此，1993年获得诺贝尔化学奖。,for his invention of the polymerase chain reaction(PCR)method,Kary B.Mullis,1/2 of the prize,当然，以上内容只是促进生物技术发展的几个重要研究成果和里程碑！其实，还有许多重要的研究成果：如，1928年格里菲斯（Frederick Griffith）的细菌转化实验；Avery的离体转化实验等证明DNA是遗传物质,Meselson 和Stahl关于DNA的半保留复

15、制等为现代基因工程技术奠定了坚实的基础。与此同时，细胞培养技术、细胞融合技术、现代发酵工程、现代酶工程、生物工程下游技术和现代分子检测技术等也取得了长足的发展。,三、现代生物技术的前景 21世纪是以生物技术为主的一个世纪，原因在于：现代生物技术发展迅速，在工业、农业、医药、环境等方面用途广泛 现代生物技术具有其他技术所无法比拟的优越性，即可持续发展 21世纪生物技术会取得更大的发展，主要表现在：（一）现代生物技术对人类生活的影响 疾病诊断、预防；提高作物产量和质量；开发药物；食品添加剂；创造优良家畜；净化环境；增加食物营养；解决能源危机等（二）现代生物技术对经济社会发展及环境的影响,1、现代生

16、物技术与粮食 提高产量、品质,普通大米实际上不是“健康食品”大米中含有一种叫做肌醇六磷酸的小分子，它能与铁紧紧地结合，使得小肠难以吸收食物中的铁以大米为主食的人，易患铁缺乏症而导致贫血,哪种大米更有益身体健康？,转基因水稻“金大米”：转入胡萝卜素合成相关基因提高大米中维生素A前体的含量，以减少亚洲人普遍存在的维生素A缺乏症解决铁吸收的问题，往“金大米”中再转入三种基因：一种是来自真菌的酶基因，这种酶能够把肌醇六磷酸降解掉；一种是来自菜豆的铁蛋白基因，铁蛋白能够储存铁；还有一种是来自印度香米的基因，它生产的蛋白质有助于人的肠道吸收铁低过敏性转基因水稻低蛋白转基因水稻,哪种大米更有益身体健康？,超

17、级杂交稻 2005年5月13日，位于三亚市田独镇新村田洋的中国超级杂交稻第一块“百亩片试种示范田”正式通过了海南省级验收。经由全国多位农业专家共同检测，这批超级杂交稻的亩产高达833.23公斤 功能稻米 基尔米：拥有降血压、改善睡眠、减肥美容等功能的大米，售价最高的一种达元钱斤,生物技术与农业科学,2、抗性基因工程育种,基因工程为培育抗病虫的作物提供了新的手段目前，已经获得的转基因抗虫农作物包括烟草、番茄、马铃薯、棉花、玉米等在抗逆境育种上的应用为克服干旱、盐碱等提供新思路美国斯坦福大学把仙人掌基因导入小麦、大豆等作物，育成抗旱、抗逆的新品种。我国已克隆了耐盐碱相关基因，通过遗传转化已获得了耐

18、盐烟草、水稻、西红柿、草莓等。,生物技术与农业科学,四、现代生物技术在食品领域的应用,主要应用在食品生物资源的改造、提高食品品质和改善食品风味、油脂生产以及食品卫生检测等不是仅仅解决粮食问题,更重要的是，满足人们 对食物感官舒适、营养丰富、功能全面的完美要求,食品级壳聚糖：用于功能性食品，保健品，胶粘剂，人体补铁剂，可降解性食品包装袋等,1、应用现状,主要技术基因工程细胞工程酶工程应用领域发酵工程食品添加剂:用生物法代替化学合成，要大力开发功能性食品添加剂等,生物技术与食品业,2、在食品加工过程的应用,工程菌改良食品微生物的生产性能 改变合成途径，改善风味 氨基酸生产 生产食品酶制剂，提高活性

19、、稳定性（淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶等，添加酶类进行食品组分的改性）食品保鲜：乳酸菌肽防腐,生物技术与食品业,3、农副产品深加工和综合利用,玉米等深加工作为新型糖源、变性淀粉、玉米油、发酵酒精、环状糊精以及工业用材料提供优质充足的原料 肉、奶、水产品加工 植物纤维素资源,生物技术与食品业,在食品检测中的应用食源性病原菌快速检测转基因食品检测我国农业转基因生物安全管理2004年10月，我国制定农业转基因生物安全管理条例一般应经过中间试验、环境释放和生产性试验,4、现代生物技术与食品安全性检测,生物技术与食品业,第三节 食品生物技术的基本特征和研究内容,一、食品生物技术的基本特征与定义 食品生物技术

20、(food biotechnology)是生物技术在食品原料生产、加工和制造中应用的一个学科。它包括了食品发酵和酿造等最古老的生物技术加工过程，也包括了应用现代生物技术来改良食品原料的加工品质的基因、生产高质量的农产品、制造食品添加剂、植物和动物细胞的培养以及与食品加工和制造相关的其他生物技术，如酶工程、蛋白质工程和酶分子的进化工程等。因此，现代食品生物技术是现代生物技术与食品科学技术相互渗透而形成的一门交叉学科。,二、食品生物技术的研究内容 通过基因工程和细胞工程改善食品原料农产品的品质和提高产量 利用基因工程、发酵工程生产用于农产品保鲜的“绿色”抗氧化剂、防腐剂等 通过基因工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程和分子进化工程使食品加工工艺高效化，提高食品的附加值，提高农产品的利用率，以及提高食品的保健功能利用基因工程、酶工程和发酵工程减少食品的损失、提高食品质量管理的效率和保证食品质量和安全性通过发酵工程和酶工程处理废弃物，提高资源的利用率并减少环境污染,三、现代食品生物技术的作用主要表现在两方面：（一）现代食品生物技术对人类健康和营养的影响 营养水平；健康水平；提高水果和蔬菜的货架期；预防疾病；增加农产品的附加值等（二）现代食品生物技术对经济发展和环境的影响缓解粮食短缺问题；提高农产品质量和产量；改进作物抗逆性特性；增加农产品的附加值，促进经济发展；污水处理，改善环境等,