1--食品生物技术绪论

《现代食品生物技术》主讲人：布日额课程安排学时:36学时学分:1学分性质:专业必修,考试课考核方式:考试(笔试)占70%,平时出勤占20%，实验成绩10%。第一章绪论人类在1万年前就开始用牲畜耕种、饲养家畜，提供稳定的粮食和肉类。6千年前利用发酵、酿造技术生产酒类、面包。——均属生物技术！远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成了醇香可口的饮料—人类最早发明的酒丰富多彩的远古酒文化微生物发酵我国古代的酿酒作坊（四川新都县出土的汉代画像）↑公元前2300年左右，埃及人酿制啤酒的场面（某金字塔壁画）丰富多彩的酒文化(EdwardJenner,1749~1823)首创用牛痘预防天花，是免疫学的发展，开创了生物技术的先河。1676年荷兰人A.Leeuwenhoek用自磨镜片，创造了一架原始显微镜，生物工程进入微观形态学发展阶段。随着人类对生命现象本质与规律认识的不断深化，对于生物技术作用的认识也不断全面，感觉到这一技术非同凡响！各个国家争先投入，视为“高技术”，将其大力发展。——我国的“863”计划生物技术自20世纪70年代以后发展非常迅速，被视为高技术。成为21世纪发展最快、前景最好的学科。人类科技发展到今天，已经明显感觉到，还需要加快发展，通过生物技术园区建设更好地发挥其作用。对生物高技术寄予厚望。随着经济发展和人口增长出现——食品短缺健康问题资源短缺环境污染——传统技术已无能为力！粮食短缺解决世界粮食短缺的功臣疾病问题——新病增加、老病抬头艾滋病（获得性免疫缺陷综合症，英文缩写AIDS的音译，曾译为“爱滋病”、“爱死病”；至今年九月底，中国内地已发现艾滋病病毒感染者24万多人，其中艾滋病病人为7.7万人）疯牛病结核病抬头各种过敏性疾病高致病性禽流感食品中人为添加违禁物质（三聚氰胺）环境污染环境污染上述问题的最终解决要靠生物技术！！所以，生物技术必须渗透到其他学科，而且其趋势越来越明显，速度也越来越快，与其他学科实现融合，根据其需要形成了各种不同的新兴交叉学科。其中包括食品生物技术。生物技术渗透形成的交叉学科医药生物技术(免疫制剂、干扰素)农业生物技术（高产品种、超级水稻）动物生物技术（优良品种、动物反应器）微生物生物技术（特殊性能菌株）环境生物技术（生物治理）化工生物技术（可降解食品包装材料）食品生物技术（生产、加工、贮藏）第一节生物技术的定义和研究内容一、生物技术的定义及其沿革生物技术是大家非常熟悉的概念。但是至今没有太确定的概念。随着科技的发展，其内涵和外延也发生着变化。但是，不管如何表达均与bio-，technology分不开。目前认可的现代生物技术概念：生物技术是利用生物体系，以及先进的生物学和工程技术手段，对物料进行生物与物理作用，以获取各种产品的一门综合性、应用性学科技术。——这种高度概括的概念来之不易！——经历了漫长的概念沿革——“生物技术”一词的提出：1919年匈牙利学者为了表达一切利用生物转化手段进行生产的概念，同时也想表达生物学与工程技术之间的关系提出的“生物技术”一词。——开始在学术刊物上频频出现，成为“点击率”很高的名词。——二战期间得到快速发展。1982年国际经合组织的概念：生物技术是应用自然科学和工程学原理，依靠生物酶的催化作用进行产品生产的技术。如美国国家科技委员会将生物技术定义为：“生物技术包括一系列的技术，它可以利用生物体或细胞生产人类所需要的产物，这些新技术包括基因重组、细胞融合、和一些生物制造程序”。从定义的内涵来看并不神秘。其实就是指人类利用生物体或细胞生产产品。我们掌握概念时以现代生物技术的概念为准！-----沿革性的概念有的是表示传统生物技术的内涵。——从古代到20世纪60年代之前的生物技术基本属于传统生物技术。其特征是：酿造技术合发酵技术。——20世纪70年代，以DNA重组技术的诞生为标志，为现代生物技术的开始。——从而20世纪80年代造就了一个新兴产业——生物科技产业。——现代生物技术的特征;P2,略为什么生物技术在近几年如此受到世人瞩目？归功于科学技术的发展；归功于社会可持续发展的需要！该产业形成后其发展势头非常强劲！改变了人类生活的许多方面。从此意义上，就连大名鼎鼎的比尔盖茨在1996年都说过：“生物科技就象电脑软件一样改变了这个世界”！的确，生物科技在目前已经渗透到了各个领域。包括生物医药、食品、农业、环境保护、特用化学品行业。已经有155种药品和疫苗被美国的食品药品管理局批准上市。出现基因工程植物——基因重组木瓜、番茄、玉米、大豆等。在食品方面，利用发酵工艺技术生产乳酸菌、灵芝、冬虫夏草等健康食品。可以说，人类生活的各个方面的问题都可以借助生物技术来解决，随着其自身的发展，已形成了真正意义上的现代生物技术。基因工程细胞工程酶工程发酵工程蛋白质工程二、生物技术的构成（一）基因工程1、基因工程的概念是现代生物技术的核心，它能按人类需要，把遗传物质DNA分子从生物体中分离出来，进行体外剪切、拼接重组形成新的DNA分子。再将导入某种细胞活生物体中，使遗传信息在新的宿主细胞或个体中得到表达，以达到定向改造或重建新物种目的的技术。基因克隆操作基因操作的基本过程分、切、连、转、筛5步。上堂讲到这操作水平：DNA分子水平目的：定向改变遗传物质或获得新的基因产物。2、基因工程的应用在基因工程领域中影响最大的应算是人类基因组草图绘制完成。3号染色体由中国测定，有1445307个碱基。从1999年9月开始，不到一年完成。其中包括与肺癌、卵巢癌、鼻咽癌等有关的基因。6国科学家组成的国家人类基因组中心主要研究比例美国：WASH＆MIT等7家研究中心，贡献率为54％。英国：SANGER一家研究中心，贡献率为33％。日本：RIKEN等两家研究中心，贡献率为7％。法国：GENOSCOPE研究中心，贡献率为2.8％。德国：IMB等3家研究中心，贡献率为2.2％。中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究中心等三家，贡献率为1％。二000年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成结果于2001年2月12日公布（二）细胞工程1、细胞工程的概念利用细胞融合技术把含有不同遗传物质的细胞融合成杂种细胞。并使之分裂生长成为杂种生物，培育出人们所希望的新物种的技术。它包括体的技术：动植物细胞的大量培养、细胞融合、细胞拆分、染色体工程、繁育生物学等。操作水平：细胞整体水平或细胞器水平目的：定向改变遗传物质或获得细胞产品。2、细胞工程的理论基础——细胞全能性依据——生物体的每一个干细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。3、主要技术植物组织培养植物体细胞杂交动物细胞培养动物细胞融合单克隆抗体技术胚胎移植核移植植物细胞工程技术动物细胞工程技术异种植物细胞杂种细胞转基因植物异种动物细胞动物细胞群重组细胞体细胞核早期胚胎受精卵去核卵细胞克隆动物试管动物动物细胞融合植物体细胞杂交植物组织培养动物细胞培养核移植胚胎移植体外受精从一个绵羊普通的体细胞（如乳腺上皮）中提取遗传物质，和一个无DNA遗传物质，但具有活性的另一只母绵羊的卵细胞进行电击融合或显微操作融合，然后将结合后的新细胞在体外培养，经试管分裂。形成胚胎后再移植到第三只母绵羊子宫内生长。然后产出与第一只绵羊一样的羊。细胞工程的优势在哪里？1.避免了基因的分离、提纯、剪切、拼接、重组、转化等繁琐的基因操作，只是将遗传物质转入到受体细胞内就形成杂交细胞。2.可以在不同种属生物间进行杂交。细胞工程领域最具代表性的成果应该是单克隆抗体。（三）发酵工程1、发酵工程的概念发酵工程是利用现代工程技术手段和微生物的快速大量繁殖等特点，生产人类所需产品的技术。2、发酵工程的技术要点目的——定向地改造菌种,大量生产微生物菌体或代谢产物菌种的选育——诱变育种、基因工程、细胞工程环境条件控制——营养、PH、温度、溶氧等3、流程发酵工程商品生产改造物种常规菌(或常规细胞株)①遗传工程②细胞工程“工程菌”（或“工程细胞株”）③微生物工程④酶工程⑤生物反应器工程经济效益大量产品社会效益生态效益（四）酶工程酶工程是利用天然与人工酶的特有催化功能和生物反应器，将一种物质转化为另一种物质，以获得产物的技术。这里讲的酶，可以是纯化的酶，也可以是细胞器、细胞。另外，其含义还包括设计和改造酶的结构，以优化其功能。根据上述解释，酶工程应包括的技术：酶的固定化技术；细胞的固定化技术；酶反应器设计；酶的化学修饰和改造酶工程广泛应用于食品工业。啤酒、酱油、葡萄糖等都可用酶工程生产。（五）蛋白质工程和分子进化工程蛋白质工程：是指应用基因工程、蛋白质学、计算机模拟技术等，将蛋白质从基因层次上进行定向改造，获得人们所需要的优化蛋白质或酶的技术。分子进化工程：是指在实验条件下将生物大分子的漫长进化过程在实验室进行短期模拟的技术。主要观察基因突变情况。五大工程的关系通常，把生物技术主要分为发酵工程(微生物工程)、酶工程、基因工程和细胞工程四个分科。它们相互依存，相互促进。其中，基因工程是生物工程的重要组成部分。第二节食品生物技术的定义及其研究内容一、食品生物技术的定义根据生物技术的定义可以看出，其内涵极其丰富，相关的学科也多。因此是涉及多学科的交叉学科。食品生物技术是生物技术的一个分支，也是生物技术在食品科学中的应用，是一门现代生物技术与食品科学技术相互渗透而形成的综合性、应用性交叉学科。二、食品生物技术研究内容1.改善食品原料的品质（酶-高蛋白食品）2.提高食品产量；（主要为基因工程）3.食品保鲜技术研究；（酶、基因工程）4.改善食品加工工艺，提高产品价值；（酶）5.有效处理废弃物、提高资源利用率；6.提高食品的安全性：安全、有机、绿色（发酵法生产防腐剂）有机食品：这一词是从英文OrganicFood直译过来的。有机食品指来自有机农业生产体系，根据有机农业生产要求和相应标准生产加工，并且通过合法的、独立的有机食品认证机构认证的农副产品及其加工品。绿色食品：是中国政府推出的一个认证农产品，他有绿色AA级，和A级之分，而其AA级的生产标准基本上等同于有机农业标准。三、现代食品生物技术的作用“民以食为天”，任何国家要想取得进步和发展，首要前提是必须让国民填饱肚子。所以，食品工业始终是国民经济的主要组成部分。食品工业的发展水平直接代表一个国家民众的生活水平与健康水平。1.现代食品生物技术对人类健康和营养的影响（1）是解决人类食物短缺的主要途径：超级杂交稻分三个阶段：第一个阶段，亩产700kg，在2000年就实现了。第二个阶段是2001年到2005年，亩产要800kg，这个我们提前一年实现了。现在我们要2006年到2010年实现900kg再下一个就是1000公斤了。2001年2月19日，中国工程院院士袁隆平获2000年度“国家最高科学技术奖”。2007年4月29日，世界杂交水稻之父、中国工程院院士袁隆平在美国首都华盛顿正式就任美国科学院外籍院士，是中国工程院院士中的惟一当选者。超级水稻之父（2）提高民众的营养和健康水平：含有胡罗卜素的“金大米”；含减低胆固醇蛋白基因的“降胆固醇大米”；含积累铁蛋白基因的“防贫血大米”；含有肝炎疫苗基因的水稻；（3）提高食品的耐存性：番茄（4）开发多种有利于健康的保健品：免疫乳、低聚糖、酶解牛乳、鱼肉等。2.现代食品生物技术对经济发展和环境的影响：（1）促进畜牧业经济的发展：微生态制剂、生长素的使用，减少抗生素的使用、加快生长。改善肉品的质量。（2）增加作物的产量和质量，减少环境污染：培育抗病性、抗虫性和抗除草剂品种。（3）节约资源，增强经济的可持续发展微生物资源是可再生资源；充分利用资源；减少污染排放；利用酶技术降解废弃物。留给我们的思考1、生态灾难转基因生物大规模释放到环境中，可能会有基因扩散、生长失控、危害其他生物、物种异化和产生病毒等。2、未来的阴影转基因活生物体