第六章生物技術與食品【知識目標】①了解現代生物技術在食品領域中應用的主要方面；②理解生物技術與食品生產的關系；③掌握生物技術在食品生產和檢測中的應用；④掌握轉基因食品的概念和安全性；⑤了解消費者對食品生物技術的觀點；⑥理解食品生物技術未來的發展方向。第六章生物技術與食品【技能目標】①能夠把生物技術知識運用到食品領域中；②會處理生物技術與食品生產的關系；③會應用生物技術知識，處理食品生產和檢測中的問題；④能夠把握食品生物技術未來的發展方向。第一節生物技術與食品生產一、單細胞蛋白（一）SCP產生的背景微生物生產SCP的優點：①在適宜條件下微生物可快速生長，有些微生物的生物量倍增時間為0.5~1h；第一節生物技術與食品生產一、單細胞蛋白（一）SCP產生的背景②微生物比動植物更容易進行基因改良，更容易通過大規模篩選出高產菌株，改善酸含量等，更容易采用轉基因技術；③微生物蛋白質含量較高，且蛋白質營養價值好；④微生物可采用連續發酵工藝生產，占地面積小，不受氣候影響；⑤微生物可在眾多原料，特別是低價值廢物中生長，一些微生物還可利用植物纖維。第一節生物技術與食品生產一、單細胞蛋白（二）SCP的安全性及其被接納程度SCP生產過程中所用的原材料是影響安全性的關鍵因素要想將SCP直接作為人類的食品，就必須具備高超的制作工藝和技能第一節生物技術與食品生產一、單細胞蛋白（三）SCP的生產1.用能源物質生產SCP2.用廢棄物生產SCP3.用農作物生產SCP4.用藻類生產SCP（1）污水預處理（2）小球藻培養（3）收獲及加工。第一節生物技術與食品生產一、單細胞蛋白（四）SCP的經濟性SCP主要用途是作為動物飼料，可部分替代豆粉及魚粉之類高蛋白原料SCP生產最終產物不受微生物，特別是人類致病菌的污染開發SCP生產工藝中，發現了其他與工藝相關的一些新的技術方法SCP未來的發展主要依靠降低生產成本和提高產品質量。第一節生物技術與食品生產二、食品和飲料的發酵生產（一）酒精飲料1.葡萄酒（1）白葡萄酒（2）紅葡萄酒2.啤酒制麥工序、糖化工序、發酵工序、加工與成熟工序、過濾工序、裝罐工序：

3.白酒和黃酒啤酒工藝流程示意圖第一節生物技術與食品生產二、食品和飲料的發酵生產（二）奶制品1.奶酪2.酸奶3.雙歧桿菌乳（三）蔬菜發酵（腌制）第一節生物技術與食品生產二、食品和飲料的發酵生產（四）谷類發酵食品面包食醋（五）豆類發酵食品1.分子生態技術的應用2.激活酶減曲釀造醬油技術第一節生物技術與食品生產二、食品和飲料的發酵生產（六）植物蛋白飲料植物蛋白飲料是利用蛋白質含量較高的植物種子及各種核果類為主要原料，經加工制成的一種乳狀飲料。在以大豆為代表的植物蛋白原料中，含較高的蛋白質、維生素、礦物質和其他營養成分。發酵型植物蛋白飲料兼有植物蛋白飲料和乳酸菌飲料的雙重優點。豆奶飲料是一種理想的植物蛋白飲料，通過乳酸菌對其進行發酵作用，可進一步改善產品的品質。第一節生物技術與食品生產三、酶與食品加工第一節生物技術與食品生產四、新型甜味劑（一）功能性甜味劑1.功能性低聚糖2.糖醇第一節生物技術與食品生產四、新型甜味劑（二）高甜度新型甜昧劑1.阿斯巴甜2.甜蜜素3.甜菊甙4.甜蛋白5.二氫查爾酮6.其他第一節生物技術與食品生產五、其他食品添加劑（一）食用有機酸（二）氨基酸和維生素（三）調味劑或調味增強劑第一節生物技術與食品生產六、轉基因食品（一）產生的背景（二）轉基因食品的概念轉基因食品（geneticallymodifiedfood）是指以轉基因生物為原料加工生產的食品，轉基因食品包括轉基因動物性食品、轉基因植物性食品和轉基因微生物性食品。第一節生物技術與食品生產六、轉基因食品（三）轉基因食品的主要優點1.延長水果和蔬菜的貨架期及感官特性2.提高食品的品質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、奶和畜類產品的數量和質量6.增加農作物抗逆能力7.生產可食性疫苗或藥物8.生產功能性食品第一節生物技術與食品生產六、轉基因食品（四）轉基因食品的檢查轉基因產品的檢測實質就是檢測轉基因產品中是否存在外源DNA序列或重組蛋白產物。對植物性轉基因食品的檢測采用的技術路線有兩條，一是檢測表達的重組蛋白，主要采用ELISA法、蛋白雜交和生物學活性檢測等；二是檢測插入的外源基因，主要應用生物芯片技術、PCR技術和核酸雜交技術等。第一節生物技術與食品生產七、重組牛生長激素（rBST）牛生長激素（bovinegrowthhormone，bGH）是由腦垂體前葉嗜酸性細胞分泌的一種具有調節生長和催乳功能的內源性激素蛋白質。1993年，美國FDA允許在奶牛中使用rBST，作為bGH人工合成的替代品，給奶牛注射，可以人工增加奶牛產量，最高可增產15％－20％。研究證明，rBGH使用會增加牛奶中IGF-l的濃度。人和牛的IGF-l幾乎完全相同，免疫學分析方法無法區別。可能會對消費者有害。第一節生物技術與食品生產八、轉基因動物（一）促進動物生長，提高生產性能。（二）提高抗病力和適應性（三）利用動物生物反應器提取保健蛋白（四）提高動物性食品的相關特性第一節生物技術與食品生產九、轉基因植物（一）改善食品營養品質1.改善食品營養成份2.改善食品風味3.增加食品的藥用價值和保健功能（二）改善食品加工品質（三）改善食品貯藏品質第二節生物技術與食品包裝一、酶工程在食品包裝中的應用（一）葡萄糖氧化酶（二）細胞壁溶解酶（三）轉谷氨酰胺酶第二節生物技術與食品包裝二、基因工程在食品包裝中的應用塑料作為四大包裝材料之一，由于其質輕、強度好，用量逐年遞增。聚β-羥基脂肪酸（PHA）是一類微生物合成的大分子聚合物，其結構簡單，是可生物降解材料研究的熱點。目前，PHB的生產成本依然太高?？上蛑参矬w內引入PHB生物合成途徑，以植物為表達載體，利用CO2及光能合成。這是大規模廉價生產PHB的一種很有前景的方法，用轉基因植物來生產PHB是降低生產成本的較好選擇。第二節生物技術與食品包裝三、包裝檢測指示劑在食品包裝中的應用反映商品質量的信息型智能包裝技術，主要是利用化學、微生物和動力學的方法，通過指示劑的顏色變化記錄包裝商品在生命周期內商品質量的改變，主要研究成果有包裝滲漏指示劑和保鮮指示劑。保鮮指示劑通過對微生物生長期間新陳代謝的反應，直接指示出食品的微生物質量。第二節生物技術與食品包裝四、生物信息技術在食品包裝檢測中的應用①酶技術將會在食品包裝中發揮先驅性的作用，利用生物酶技術已經可以很好地實現保鮮和防腐功能。②開發新的環保型包裝材料,減少白色污染。③致力于開發包裝檢測指示劑，及時發現包裝中存在的問題,使檢測更加及時準確。

④開展基因芯片技術在包裝中的應用研究，將基因芯包裝的安全性和促進包裝的長足進步。第三節生物技術與食品檢測一、核酸探針技術核酸探針（nucleicacidprobe）技術又名基因探針技術或核酸分子雜交技術，是在20世紀70年代基因工程學基礎上發展起來的一項新技術。具有敏感性高和特異性強等優點。第三節生物技術與食品檢測一、核酸探針技術（一）原理核酸探針技術原理是堿基配對（二）制備核酸探針的制備就是合成含有標記的核苷酸序列。常用的標記方法有2類：放射性同位素標記法和非放射性標記。探針的標記RNA探針的制備cDNA探針的合成第三節生物技術與食品檢測一、核酸探針技術（三）在食品檢測中的應用與操作核酸探針技術已被用于檢驗食品中一些常見的病原菌。如大腸桿菌和沙門氏菌等。核酸探針技術在檢測食品中其他致病菌及產毒素菌等方面也有廣泛的應用。

利用核酸探針檢測食物中沙門氏菌病原體的過程

第三節生物技術與食品檢測二、聚合酶鏈反應技術（PCR）（一）原理PCR的基本原理是在體外對特定的雙鏈DNA片段（或稱靶DNA）進行高效擴增，故又稱基因體外擴增法。傳統的PCR分析實時熒光PCR檢測技術實時熒光PCR不僅具有傳統PCR的高靈敏性和特異性，而且進行定量分析，具有光譜技術的高精確性，并且克服了傳統PCR的許多缺點第三節生物技術與食品檢測二、聚合酶鏈反應技術（PCR）（二）在食品檢測中的應用

PCR技術在檢測食品中致病微生物和追蹤傳染源方面已被廣泛應用。該方法尤其適合于那些培養困難的細菌和抗原性復雜細菌的檢測鑒定PCR技術不僅可以用于細菌、螺旋體等病原菌的檢測，并且可用于病毒的檢測。尤其是對那些難以進行病毒培養和血清學檢驗的病毒，用PCR法可快速檢測與診斷。第三節生物技術與食品檢測三、DNA芯片與微陣列技術（一）原理DNA微陣列或芯片“探針”可與用放射標記物如32P或熒光物如熒光素、麗絲胺等標記的目的材料中的DNA或cDNA

互補核酸序列相結合，通過放射自顯影或激光共聚焦顯微鏡掃描后，對雜交結果進行計算機軟件處理分析，獲得雜交信號的強度及分布模式圖，以此反映目的材料中有關基因表達強弱的表達譜第三節生物技術與食品檢測三、DNA芯片與微陣列技術（二）操作過程

DNA芯片和微陣列技術二者本質上是傳統核酸雜交技術小型化的延伸。（三）在食品檢測中的應用生物芯片與微陣列技術已經在食物微生物技術中得到許多應用，例如，在病原體細菌中由酸性防腐劑接觸而引發的基因表達，在作為檢測手段方面上有很大的潛力，不過目前仍然處于研究和開發階段。第三節生物技術與食品檢測四、抗體檢測系統（一）原理基本原理是抗原抗體反應，抗原抗體反應是指抗原與相應抗體之間所發生的特異性結合反應，不同的微生物有其特異的抗原，并能激發機體產生相應的特異性抗體。在免疫檢測中，可利用單克隆抗體檢測微生物的特異抗原，也可利用微生物抗原檢測體內產生的特異抗體。兩種方法均能判斷機體的感染狀況。第三節生物技術與食品檢測四、抗體檢測系統（二）方法及應用其應用范圍包括：①食品成分的檢測，包括食品中諸如蛋白質等營養成分、香氣成分及某些不期望成分的檢測等；②食品生產和加工過程中某些引起食品質量問題的成分的檢測，如定性或定量檢測腐敗微生物及其酶等；③食品安全性的檢測，如病原微生物或微生物毒素、殺蟲劑、抗生素以及食品摻假物等檢測。第三節生物技術與食品檢測四、抗體檢測系統1.酶免疫測定技術根據抗原抗體反應是否需要分離結合的和游離的酶標記物而分為均相和非均相兩種類型。測定方法：①測定抗體的間接法；②測定抗原的雙抗體夾心法；③測定抗原的競爭法；④測IgM抗體的捕獲法；⑤ABS（avidinbiotinsystem）-ELISA法；⑥PCRELISA法；⑦斑點免疫酶結合試驗（DIA）等。第三節生物技術與食品檢測四、抗體檢測系統2.免疫層析技術免疫層析（immunochromatography,IC）將免疫學原理和層析原理相結合，借助毛細管的作用,樣品在條狀纖維制成的膜上泳動，其中的待測物與膜上一定區域的配體結合，通過酶促顯色反應或直接使用著色標記物，在短時間（20min內）便可得到直觀的結果。免疫層析按其原理可分為兩類：一類以酶促反應顯色為基礎，以顯色高度來定量；另一類則使用著色標記物如乳膠顆粒、膠體硒、膠體金以及脂質體等。第三節生物技術與食品檢測四、抗體檢測系統3.免疫熒光技術（IFT）免疫熒光技術（immunofluorescenceTechnique,IFT）就是將不影響抗原抗體活性的熒光色素標記在抗體（或抗原）上，與其相應的抗原（或抗體）結合后，在熒光顯微鏡下呈現一種特異性熒光反應。免疫熒光技術在實際應用上主要有直接法和間接法。第三節生物技術與食品檢測四、抗體檢測系統4.酶聯熒光免疫分析技術酶聯熒光免疫分析技術（enzyme-linkedfluorescentimmunoassay,ELFIA）是在酶聯免疫吸附分析的基礎上發展起來的一種快速檢測微生物的方法。該方法將酶系統與熒光免疫分析結合起來，在普通酶免疫分析的基礎上用理想的熒光底物代替生色底物，可提高分析的靈敏度和增寬測量范圍，減少試劑的用量。5.免疫印跡技術6.乳膠凝集試驗第三節生物技術與食品檢測五、熒光檢測技術（一）衛生評測用檢測ATP（三磷酸腺苷）的方法來指示設備上的微生物含量ATP的檢測首先收集檢測區域的物質并且溶解收集到的微生物細胞。如果有ATP存在，熒光酶會引起熒光反應，反應如下：產生光的量與ATP的量成比例。由于這種檢測依賴于對低亮度光的感應性，所以用ATP法監測衛生需要特殊的設備（照度計）。第三節生物技術與食品檢測五、熒光檢測技術（二）熒光技術的新應用熒光技術在其他的食品安全應用方面也有巨大的潛力。熒光技術的另一個應用是帶有細菌熒光酶基因的重組噬菌體的使用第三節生物技術與食品檢測六、生物傳感器檢測技術生物傳感器選用選擇性良好的生物材料（例如酶、DNA和抗原等）作為分子識別元件，當待測物與分子識別元件特異性結合后，所產生的復合物（或光、熱等）通過信號轉換器變為可以輸出的電信號、光信號等并予以放大輸出，從而得到相應的檢測結果。生物傳感器具有較好的敏感性和特異性，其操作簡便、反應速度快，正逐步挑戰傳統檢測方法的主體地位。生物傳感器可大大縮短檢測時間，如對沙門氏菌的檢測時間可縮短到24h以內。第四節轉基因生物與食品安全一、轉基因食品的PCR檢測PCR技術是當前檢測轉基因食品的常用方法PCR技術已用于檢測轉基因大豆、馬鈴薯等產品中的CaMV35S啟動子、T-NOS終止子和某些常用的目的基因，建立了PCR定性檢測作為轉基因產品的初步篩選方法。在初篩結果陽性的基礎上再用酶切試驗或Southern雜交進一步驗證。第四節轉基因生物與食品安全二、轉基因食品的ELISA檢測轉基因食品也可以通過轉基因的表達產物蛋白質進行檢測，ELISA方法是檢測轉基因作物中的重組蛋白產物的常用方法。在美國和日本已經出現了定量檢測轉基因“新”蛋白質的試劑盒。主要應用于原料和半成品分析，在終產品分析方面靈敏度低于PCR法。另外，該項技術還需要特殊的抗體和“新”蛋白的表達，應用上受到了一定的限制。第四節轉基因生物與食品安全三、轉基因食品的生物芯片檢測生物芯片是轉基因食品檢測的新方法?；蛐酒哂懈咄壳夷懿⑿袡z測的優點，僅靠一個實驗就能篩選出大量的各種轉基因食品，被認為是最具潛力的檢測手段之一。Rudi等研制出一種基于PCR的復合定性DNA陣列，并將其用于食物中轉基因玉米的定量檢測，第五節倫理、安全和規范一、消費者的觀點和食品生物技術消費者對轉基因技術及轉基因食品了解的多寡有時成為是否接受轉基因食品的一個重要因素。我國消費者對轉基因食品的接受程度偏低，而且高校研究生對轉基因食品的接受程度比普通消費者要低，這可能是因為學歷越高對食品的安全性的關注也越高第五節倫理、安全和規范一、消費者的觀點和食品生物技術接受轉基因食品的主要原因購買意愿是指消費者根據自己對物品效用的價值估算來決定是否購買的愿望。對消費者購買意愿的研究成為近來學者們研究的熱點。第五節倫理、安全和規范二、轉基因作物的安全評估和規范（一）評估內容1.過敏原2.毒性3.營養成分4.標記基因的安全第五節倫理、安全和規范二、轉基因作物的安全評估和規范（二）評估原則1.實質等同性原則及其爭議2.預先防范的原則3.個案評估的原則4.逐步評估的原則5.風險效益平衡的原則6.熟悉性原則第五節倫理、安全和規范二、轉基因作物的安全評估和規范（三）評估方法1.Monsanto公司的評價方法（1）插入基因所表達蛋白的安全性評價；（2）用選擇性和特異性的分析檢驗來進行非預期（多效性的）影響（3）健康顯示（Wholesomeness）測試的選擇性應用2.數據庫的應用3.活體（invivo）和離體（invitro）動物模型4.轉基因食品致敏性的評價方法第五節倫理、安全和規范二、轉基因作物的安全評估和規范（四）安全性評價法規及標準各國在轉基因產品安全性評價法規和管理方面的差異較大。1990年FAO和WHO研究建立了有關生物技術食物安全評估程序1996年，FAO／WHO提出生物技術食物安全性問題國際統一的具體操作規程第五節倫理、安全和規范二、轉基因作物的安全評估和規范（四）安全性評價法規及標準2000年，FAO／WHO在日內瓦召開了轉基因食物聯合專家顧問委員會會議，會后發布了《關于轉基因植物食物的健康安全問題》聯合國2000年制定的轉基因產品貿易協定已由62個國家簽署通過?！叮ㄉ锒鄻有怨s）卡塔赫納生物安全議定書》規定第六節生物技術與未來食品工業一、新時代食品工業的特點首先，食品生產模式發生“綠色位移”。其次，食品加工“重心前移”。第三，“食品安全”的內涵發生變化最后，