生物技术在食品营养检测中的应用

专科生毕业论文生物技术在食品营养检测中的应用BiotechnologyinFoodandNutritiondetectionapplications学生姓名李志华学生学号200731201048所在专业食品加工技术时间2009-10-16生物技术在食品营养检测中的应用李志华（河南漯河462002）摘要：本文阐述了生物技术对食品原料和食品微生物的改良，从而提高食品的营养价值及加工性能;并论述了基因探针技术、PCR技术在食品检测中的应用。关键词：生物技术营养基因探针PCRBiotechnologyinFoodandNutritiondetectionapplicationsAbstract:Thisarticleelaboratedthebiologicaltechnologytofoodrawmaterialandfoodmicroorganism'simprovement,thusenhancesfoodthenutritionalvalueandworkability;Andelaboratedthegeneprobetechnology,thePCRtechnologyinfoodexaminationapplication.Keyword:BiologicaltechnologynutritiongeneprobePCR生物技术在食品工业中的应用首先是基因工程的应用，即以DNA重组技术或克隆技术为手段，实现动植物、微生物等的基因转移或DNA重组，以改良食品原料或食品微生物；其次是细胞工程的应用，即以细胞生物学的方法，按照人们预定的设计，有计划地改造遗传物质和细胞培养技术，包括细胞融合技术及动植物大量控制性培养技术，以生产各种保健食品的有效成分、新型食品和食品添加剂；再次是酶工程的应用，酶是活细胞产生的具有高度催化活性和高度专一性的生物催化剂，可应用于食品生产过程中物质的转化；最后是发酵工程的应用，即采用现代发酵设备，使经优选的细胞或经现代技术改造的菌株进行放大培养和控制性发酵，获得工业化生产预定的食品或食品的功能成分。1.利用生物技术对食品原料和食品微生物的改良，从而提高食品的营养价值及加工性能1.1基因工程和细胞工程的综合应用利用基因工程、细胞工程改造动物、植物、微生物资源向人类提供各种转基因食品和食品添加剂，一方面提高了农作物产量、改善农作物抗虫、抗病、抗除草剂和抗寒能力，另一方面使食品的营养价值、风味品质得到改善，食品储藏和保存时间有所延长。我国利用基因工程技术培育的转基因抗病番茄、抗病甜椒，目前累计种植3,000多亩，耐贮番茄在室温下储藏56天，好果率达70％以上。利用细胞工程技术培育出含水量大大降低的西红柿、洋葱、马铃薯新品种，培育出带咸味和奶味的适宜膨化加工的玉米新品种，获得了出油率高、不饱和脂肪酸含量较高的油料作物，以及我国已在田间试验中的超级水稻、转基因鲤鱼、高产奶量的转基因试管牛，等等。1.2诱变、杂交方法与细胞融合、基因工程技术的综合应用采用常规的诱变、杂交方法与细胞融合、基因工程技术结合进行菌种改造和采用基因工程和蛋白质工程技术构建“基因工程菌”，改良食品微生物的生产性能。生物技术已应用于啤酒酵母的改造，如将a-乙酰乳酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进行表达，可降低啤酒双乙酰含量而改善啤酒风味，选育出分解b-葡萄糖和糊精的啤酒酵母，能够明显提高麦芽汁的分解率并改善啤酒质量；构建具有优良嗜杀其它菌类活性的嗜杀啤酒酵母已成为纯种发酵的重要措施。2.生产各种功能食品的有效成分、新型食品和食品添加剂通过转基因技术制造有利于人类健康的食品或有效因子，如低胆固醇肉猪、低胆固醇蛋和高特种微量元素蛋、人类血液代用品、高异黄酮大豆、高胡萝卜素稻米，等等。利用细胞工程技术生产各种功能食品和功能成分，如对人参、西洋参、长春花、紫草和黄连等植物细胞进行培养生产活性细胞干粉、L-苏氨酸、免疫球蛋白、生长激素，等等。现代生物技术在肉、奶、水产品加工中也有广泛的应用，肉的加工保鲜方面主要是提高肉的综合品质以及瘦肉、肥肉、嫩肉的综合利用，如肉的嫩化、发酵香肠的生产和增加畜产品的花色品种等。乳品方面有利用外源激素提高乳的产量，增强乳的免疫功能，改善乳的组成成分；利用酶工程技术开发乳蛋白生物活性肽、发酵乳制品、双岐杆菌发酵乳，等等。水产品如人工淡水鱼、内脏、鱼眼、精卵巢中分离提取有效成分，开发研制保健食品和药品。3.生产预定食品或食品功能成分利用发酵工程生产功能食品或功能性成分，如低聚糖、糖醇、单细胞蛋白、EPA、DHA、r-亚麻酸、有益菌。利用酶工程制取高蛋白富含多种氨基酸和微量元素的功能食品，如以动植物、微生物蛋白为原料，利用酶技术将蛋白质分解成多肽和氨基酸，可作为功能食品或营养强化食品的原料。利用乳糖酶水解乳糖，加工出低乳糖食品作为乳糖缺乏者的保健饮品。利用现代生物技术进行玉米的综合利用，为新型糖源、变性淀粉、玉米油、发酵酒精、环状糊精等产品的开发提供充足的原料。如从玉米黄浆水中提取玉米黄色素，可用于人造黄油、人造奶油、糖果、冰淇淋等食品中取代人工合成色素；从玉米皮制取膳食纤维；用玉米淀粉制取高纯度低聚异麦芽糖900型第二代功能性保健食品生物糖。4．基因探针技术在安全检测方面的应用4.1基因探针技术原理基因探针技术或DNA探针技术检测微生物的依据是核酸杂交，其工作原理是2条碱基互补的DNA链在适当条件下可以按碱基配对原则，形成杂交DAN分子。已知每个生物体的各种性质和特征都是由其所含的遗传基因所决定的，例如一种微生物病原性就是由于这种微生物含有并表达了某个或某些有害的基因而产生的。从理论上讲，任何一个决定生物替特定生物学特性DNA序列都应该是独特的。如果将某一种微生物的特征基因DNA双链中的一条进行标记，即可制成DNA探针。由于DNA分子杂交时严格遵守碱基配对的原则，通过考察待测样品与标记性DNA探针能否形成杂交分子，即可判断样品中是否含有此种微生物，并且还可以通过测定放射性强度考察样品中微生物数量。4.2DNA探针技术在微生物检测中的应用近年来，DNA探针杂交技术在食品微生物检测中的应用十分活跃，目前已用DNA探针技术检测食品中的大肠杆菌，沙门氏菌，志贺氏菌，金黄色葡萄球菌等。用DNA探针杂交技术检测食品微生物的关键是DNA探针的构建。为了保证检测方法的高度特异性，必须根据具体的检测目标，构建各种不同的DNA探针。构建检测食品微生物DNA探针的原则是以待测微生物中的特异性保守基因序列为目标DNA，以序列的互补DNA作为杂交探针。对一般微生物而言，可以用决定微生物特有的生理，生化特性的基因序列构建特有性的DNA探针。例如与其他微生物相比，大肠杆菌具有葡糖苷酸酶的特性，用大肠杆菌中编码该酶的基因序列作为目标DNA，并制成DNA探针，用以检测食品中的总大肠杆菌。而对不同种类的大肠杆菌，如产毒素的大肠杆菌，致肠出血大肠杆菌以及致肠病的大肠杆菌等的检测鉴别，已分别使用产肠毒素基因序列，致肠出血的基因序列及致肠病的基因序列作为目标DNA，构造出相应的DNA探针，用以鉴别上述不同种类的大肠杆菌。目前利用DNA探针技术检测食品中的微生物已取得了不少重要成果。美国的GT公司已开发出检测大肠杆菌的商品化DNA探针系统。美国环保署早在1990年就已正式使用DNA探针杂交技术检测饮用水中大肠杆菌总数。该技术在卫生检查和食品安全检测等方面得到广泛应用。5.PCR生物技术在检测食品安全性中的应用5.1PCR技术的原理PCR技术是根据已知待扩增的DNA片段人工合成与该DNA两条链末端的核苷酸互补的两段引物，酶促作用下在体外扩增该DNA片段。它用于检测的主要步骤是：（1）运用化学手段对目标DNA提取如：提取样品的DNA采用改良的CTAB法[3]，以紫外分光光度法测定核酸的纯度和浓度。；（2）设计并合成引物，引物的设计与合成的好坏直接决定PCR扩增的成效，通常要求引物位于待分析基因组中的高度保守区域；（3）进行扩增，是由高温变性低温退火和适温延伸几步反应作为一个周期，循环，从而达到扩增DNA片段的目的。（4）克隆并筛选鉴定PCR产物，将扩增产物进行电泳和染色，在紫外光照射下可见扩增特异区段的DNA带，根据带的不同可鉴别不同的DNA片段；(5)DNA序列分析5.2应用PCR技术检测转基因食品的安全性20世纪70年代以来，随着以基因工程为特征的现代生物技术的飞速发展，转基因技术在食品资源改造中得到广泛应用。但转基因作物及其食品的环境释放安全性及食用安全性也受到越来越广泛的关注[。PCR技术应用于转基因产品的检测，其敏感快速简便的特点是其它检测技术所无法比拟的，荧光PCR技术（FluorescencePCR,FPCR）集PCR和探针杂交技术的优点为一体，直接探测PCR过程中的荧光变化，可获得DNA模板的准确定量结果，是目前最先进的PCR技术，将FPCR技术用于转基因食品的检测，无疑会有很高的研究和实用价值。目前，国外较为成熟的方法有半定量PCR法、定量竞争PCR法和Real-timePCR法。其中定量竞争PCR是因为有的发达国家对转基因食品有含量限制，所以通常还需要测定转基因食品在事物中的含量，1998年欧洲12个实验室合作研究了事物样品中的转基因事物的含量测定，使用内标以测定目标DNA（修饰DNA）的相对含量，采用定量竞争技术。5.3应用PCR技术检测食品原料的种类同一物种的不同种类在价格上差距较大，例如：同是羚羊而藏羚羊就较其他普通的羚羊珍贵的多，价值当然不同。为了维护消费者的利益，保证食品的安全性，避免以次充好的事情发生，就有必要检验厂商产品的内容物是否与标签标注的一致，这种检验在国际贸易和高级食品中为保证人们食用的安全性尤为重要。另外，为了避免不法商贩以保护动物为原料，如用sturgeon或paddlefish及鲸鱼生产鱼子酱，也有必要对其产品的来源做鉴定。对于食品原料，一般从其外部的形态特点即可分辨其种类，还可以对原料进行蛋白质分析，将原料的水溶性蛋白质经等点聚焦后观察是否有种属特异的蛋白质谱带。担对于加工食品，尤其是经过热处理的食品，如烟熏、蒸煮、煎炸等加工使水溶性蛋白质不可逆变性而不可溶，则需要采取其他手段。基于DNA分析的PCR技术目前在鱼、肉产品的鉴别中研究较多。Rehbein等人的8个实验室联合研究了罐装金枪鱼的分类鉴定方法，对经过热加工的鱼和肉类来说，通常DNA严重降解，以至仅可检测到100bp的片段，给鉴定工作带来了一定的难度。用细胞色素b基因的短片段进行PCR扩增，采用PCR-SSCP方法可得到快速准确的结论。Matsunaga等用多重PCR同时鉴定六种肉类从牛、猪、绵羊、马、鸡山羊的肉中提取DNA将通用正链引物和这六种负链引物以一定的比例混合后进行扩增，数十个循环后，根据扩增产物的分子长度不同来鉴别种不同的肉。Martinez等人用随机扩增多态性DNA技术评价了20多种肉样,该技术是在不知道被检测DNA序列的情况下采用为10碱基对的随机引物对模板DNA进行PCR，然后根据PCR反应产物进行遗传分析，根据每种肉产生的种属特异的RAPD指纹来判定肉的种类。5.4应用PCR技术检测食品原辅料及成品中的微生物在食品加工之前，如果用于加工的食品感染的微生物超过标准。就会影响成品的质量或贮藏时间甚至危害消费者的健康。因而，在加工前的食品原辅料也需要微生物指标的检测。而水是我们日常生活和食品加工中最为常用的。5.4.1用于生产、生活用水的指示菌检测水体质量的检测主要是以大肠杆菌类和人类粪便中污染的大肠杆菌检测为依据。检测是通过PCR扩增lacZ和uidA基因，即可分别检测出水样中大肠杆菌类和大肠杆菌。一般用扩增的lacZ作为活体选择培养方法能检测同种大肠杆菌类，用扩增的uidA能检测一种大肠杆菌和致和氏菌。而且对那些uidA表型为阳性的大肠杆菌和致和氏菌，用PCR方法也能检测出来。因而PCR方法更加灵敏。传统的检测方法是将细菌和要检测的能利用乳糖的革兰氏阴性菌一起培养，检测方法繁琐，需要花费几天的时间。若根据大肠杆菌类能够利用β-半乳糖苷