生物技术在食品中的应用

生物技术与食品闫洁2013-11何为生物技术？生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程5个方面。该技术是应用生物体（微生物、动物细胞、植物细胞）或其组成部分（细胞器、酶）在最适宜条件下，生产有价值的产物或进行有益过程的技术。基因工程微生物蛋白质或酶动植物个体或细胞工程菌发酵工程蛋白质或酶工程特定产品细胞工程优良品系食品人体需要的营养素矿物质、脂类、蛋白质、维生素、碳水化合物、水和膳食纤维功能：其一是作为能源物质，供给人体所需要的能量（主要是蛋白质、碳水化合物和脂类）；其二是作为人体“建筑”材料。供给人体所需要的能量，主要有蛋白质；其三是作为调节物质，调节人体的生理功能，主要有维生素、矿物质和膳食纤维等。国以民为天民以食为天食以安为先膳食营养金字塔生物技术与食品生物技术与食品加工生物技术与食品储藏与保鲜生物技术与食品添加剂生物技术在食品分析中的应用转基因食品食品安全生物工程技术应用于食品目的Quantity：数量的上升Quality：质量的提高Cost：成本的下降（酶，生物发酵技术的应用大幅降低生产成本）Control：安全与品质控制木瓜蛋白酶有人会做菜吗？想要让肉类食物鲜嫩，我们常用的是什么？对，是嫩肉粉，它的主要成分是从番木瓜中提取的疏松剂木瓜蛋白酶。从木瓜等动植物种提取我们所需的酶，有很多不便，量少，原料少。那我们能否利用微生物帮助我们大量生产蛋白质呢？答案是肯定的。在我们生物技术中，有scp技术。1.1生物技术与食品加工1.1单细胞蛋白（singlecellprotein,SCP）单细胞蛋白是指通过发酵获取酵母、细菌、霉菌，以及培养蘑菇、单细胞藻类等微生物，进一步由此制取大量蛋白质。现在人类发展面临的一个很大问题就是人口爆炸，在我们发展中国家尤为突出，那么随之而来的问题就是食物的短缺，食物短缺中又以蛋白质短缺为主。对蛋白质的巨大需求催生了SCP技术。SCP技术是利用富含蛋白质的藻类，微生物进行大规模培养，并从中提取蛋白质。因为利用微生物进行生产蛋白质，我们不难推出其几个优点。几种重要的单细胞蛋白酵母蛋白真菌中的酵母在食品加工中应用较早，包括酿造、烘烤等食品细菌蛋白细菌蛋白的生产一般是以碳氢化合物（如天然气或沥青）或甲醇作为底物藻类蛋白以小球藻和螺旋藻最引人注目，它们是在海水中快速生长的两种微藻，必需氨基酸中除含硫氨基酸较少外，其他的必需氨基酸却很丰富利用微生物生产SCP的优点1.微生物繁殖生长速度快2.相比动植物更以筛选优良高生长率的个体3.蛋白质含量高，营养价值高。4.生产所需场地小5.原料来源广泛更为现实的考虑是暂不把scp直接供给人们使用，而作为家畜饲养SCP目前应用限制就目前而言，scp所生产的食物，可接受程度还是比较低的。人们的政治心理和心理因素，往往对来自微生物的产品有抵触心理，宗教社会的影响，不同地区的饮食习惯和禁忌等。各种美味的乳制品日常生活中很多人都喜欢酸奶，等乳制品，它的生产是离开不了我们生物技术的。1.2乳品生产乳酸杆菌对奶制品的益处：1.对人无害，对不良细菌有抑制作用2.改善奶制品的口味质地3.对人体胃肠道有着十分有利的作用乳品包括以生鲜牛（羊）乳及其制品为主要原料，经加工制成的产品。包括酸奶、奶酪及酸奶酪等。革新（牛凝乳酶）从小牛细胞分离凝乳酶原mRNA低PH下凝乳酶原转化为活性凝乳酶凝乳酶原表达并分泌到肉汤培养基cDNA克隆进表达载体载体移如适宜的微生物凝乳酶原DNA的生化合成mRNA反转录为cDNA测定其氨基酸序列纯化凝乳酶使之商品化目前生物技术在乳制品行业最大的革新主要就是利用基因工程将目的基因移至微生物，使其表达，以或得目的产物。1.3酿造类食品包括两类：调味品和酒精饮料两大类。其生产技术属于传统的微生物发酵。调味品酱油俗称豉油，主要由大豆、淀粉、小麦、食盐经过制油、发酵等程序酿制而成的。酱油的成分比较复杂，除食盐的成分外，还有多种氨基酸、糖类、有机酸、色素及香料等成分。以咸味为主，亦有鲜味、香味等。醋是调味品中常用的一个品类，醋又称为食醋、醯、苦酒等，是烹饪中常用的一种液体酸味调味料。味精是调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠。味精的主要作用是增加食品的鲜味，在中国菜里用的最多，也可用于汤和调味汁。调味品酒精饮料酒精发酵的原材料主要有两种：糖类物质（水果、树汁和蜂蜜等）和淀粉物质（谷类）。最常用的的发酵微生物是酿酒酵母，这种微生物可以吸收并利用单糖，将它们转化成酒精。用粮食酿酒，先得把粮食中的淀粉分解成葡萄糖(即糖化)，再使葡萄糖发酵生成酒精。我国酿酒和西方不同的地方是用“曲”酿酒，而西方是用麦芽和酵母菌。酒精饮料酒曲在经过强烈蒸煮的白米中，移入曲霉的分生孢子，然后保温，米粒上即茂盛地生长出菌丝，此即酒曲。在曲霉的淀粉酶的强力作用而糖化米的淀粉，因此，自古以来就把它和麦芽同时作为糖的原料，用来制造酒、甜酒和豆酱等。用麦类代替米者称麦曲。含有大量的微生物糖化和酒精发酵两个过程同时进行1.4蔬菜腌制腌制是早期保存蔬菜的一种非常有效的方法。现今，蔬菜的腌制已从简单的保存手段转变为独特风味蔬菜产品的加工技术。酱腌菜这一传统食品是我国人民历代智慧的结晶，是祖国宝贵文化财富的一部分。目的是抑制微生物，两个方面：高渗高酸性坏境泡菜主要是靠乳酸菌的发酵生成大量乳酸而不是靠盐的渗透压来抑制腐败微生物的1.5面包焙烤和谷类食品发酵无论是馒头还是面包都是利用酵母进行发酵的。面包所谓面包，就是以黑麦、小麦等粮食作物为基本原料，先磨成粉，再加水、盐、酵母等和面并制成面团坯料，然后再以烘、烤、蒸或煎等方式加热制成的食品。整个发酵目的是：发酵（产生co2）、出味和面团疏松膨胀。蓬松多孔馒头和面包的区别就在于：酸面团烘烤和蒸熟1.6豆类发酵毛霉腐乳是一种二次加工的豆制食品，是我国著名的具民族特色的发酵调味品1.7酶与食品加工往往化学反应的进行都需要高温高压，条件苛刻，而如果用生物发酵法，酶法等则显得简单许多，条件易于控制实现，并且生产效率也大幅提升。在我们食品加工中应用很多的是酶的应用。目的增加食品产量提高食品质量减低原材料和能源消耗改善劳动条件减低成本食品加工业中的主要用酶工业酶酿造奶制品面包果蔬加工淀粉和糖α淀粉酶﹑β淀粉酶﹑蛋白酶﹑木聚糖酶﹑木瓜蛋白酶﹑淀粉转糖苷酶动物/微生物凝乳酶﹑乳糖酶﹑脂酶﹑溶菌酶α淀粉酶﹑木聚糖酶﹑蛋白酶﹑磷酸酯酶A和D﹑脂肪氧合酶果胶酯酶﹑多聚半乳糖醛酸酶﹑果胶水解酶﹑半纤维素酶α淀粉酶﹑β淀粉酶﹑淀粉葡萄糖苷酶﹑木聚糖酶﹑异构酶、支链淀粉酶﹑寡聚淀粉酶、纤维素酶是否可以利用基因工程大规模生产呢？2.1生物技术与食品储藏与保鲜物理方法食物食用一个很重要的问题便是储藏与保鲜，我们所处的环境是充满大量微生物的，食物中大量的水分及营养物质是微生物生长繁殖的绝佳场所。防止微生物污染：低温、隔绝空气、冷冻等2.2.1酶工程在食品保鲜中的应用酶是一种生物催化剂，食品都是由于酶的作用而产生变质糜烂的。那它如何应用于保鲜？直接杀死微生物利用酶耗掉氧气葡萄糖氧化酶（EFAD）是一种需氧脱氢酶。采用葡萄糖氧化酶可以除去食品和容器中的氧，从而有效地防止食物的变质，因此可以应用于茶叶、冰淇淋、奶粉、啤酒、果酒及其他饮料制品的包装中法一：利用酶耗掉氧气法二：直接杀死微生物机理：催化细菌细胞壁肽聚糖N-乙酰氨基葡糖与N-乙酰胞壁酸之间的1，4-β-糖苷键水解。溶菌酶2.3生物技术与食品添加剂食品添加剂是指为改善食品的品质色泽香味以及为防腐和加工工艺单额需要而加入化学合成物或者天然物质。能否合理使用？？？2.3.1调味剂和香料香料醋味精1.酸味剂是以赋予食品酸味为主要目的的食品添加剂，给人爽快的感觉，可增进食欲。一般具有防腐效用，又有助于溶解纤维素及钙、磷等物质，帮助消化，增加营养2.鲜味剂能增强食品风味的食品添加剂。按化学性质主要分为两类。包括氨基酸类和核苷酸类很多氨基酸的生产都是通过微生物的发酵获得的。如谷氨酸和赖氨酸是由棒状杆菌和短杆菌生产获得3.甜味剂指赋予食品或饲料以甜味的食物添加剂。糖类和非糖类甜味剂4.食用香料食用香味料简称食用香料。是为了提高食品的风味而添加的香味物质新型甜味剂传统甜味剂主要是甜菜糖和蔗糖。缺点：1.生活水平的提高，产量不能满足需求，需要寻找替代品2.食糖的大量摄入对人体健康有着不良的影响新型甜味剂甜度上升不影响体内糖代谢甜菊苷阿斯巴甜新型甜味剂传统的和替代的甜味剂的甜度比较产品相对甜度蔗糖55%高果糖浆Cyclamate安赛蜜(AcesulfameK)阿斯巴甜(Aspartame)糖精天丙甲酯Thaumatin蛋白1.01.450150200300~65020003000食用香料为什么食物会有香味？香料中含有大量的内酯类化合物，包括γ-或δ-内酯。目前全世界80%的香料都是化学合成的，其使用安全性受到诸多的限制，而天然的香料是从动植物种提取获得的，安全无毒，但来源有限，价格昂贵。如何解决这个问题呢？2.3.2天然色素食用色素，是色素的一种，即能被人适量食用的可使食物在一定程度上改变原有颜色的食品添加剂。为什么人们会“谈色色变”？天然色素相比于合成色素有着其无法比拟的优点：绝大多数安全无毒，无副作用；且不大部分天然色素属于花青素、类黄酮类、类胡萝卜素化合物。含有酮类，具有抗氧化作用天然色素虽好，但难求呀！如何解决呢？1.组织培养法2.微生物发酵法3.酶反应法2.3.3生物防腐剂生物防腐剂指从生物体通过生物培养、提取和分离技术获得的具有抑制和杀灭微生物的物质。目前使用的食品防腐剂主要是化学合成的，其高残留性高毒性越来越受到消费者的排斥。乳酸链球菌素（Nisin），是乳酸链球菌产生的一种多肽物质，由34个氨基酸残基组成。食用后在人体的生理pH条件和α—胰凝乳蛋白酶作用下很快水解成氨基酸，不会改变人体肠道内正常菌群以及产生如其它抗菌素所出现的抗性问题，更不会与其它抗菌素出现交叉抗性，是一种高效、无毒、安全、无副作用的天然食品防腐剂。已经商业化，应用于罐头食品的防腐。人体是可吸收的。2.4生物技术在食品分析中的应用生物传感器及其在食品检测中的应用免疫学技术与食品安全检测分子生物学技术及其在食品安全检测中的应用生物芯片及其食品安全检测中的应用在食品检测中的应用1农药和抗生素残留的分析2食品添加剂的分析3污染微生物的检测4生物毒素的检测细菌毒素真菌毒素5食品新鲜度的分析生物芯片及其食品安全检测中的应用生物芯片按预先的设置排列固定有大量生物识别分子（例如DNA片段、RNA片段、抗原抗体分子或蛋白质、肽分子）的面积很小的载体（硅片、载玻片等）将待测样品加在芯片表面，由于生物分子牧民性亲和反应，检测样品中的待检测成分分别和芯片上固定化的生物识别分子结合反应，从而实现对样品的分析和检测2.5转基因食品利用现代分子生物技术，将某些生物的基因转移到其他物种中去，改造生物的遗传物质，使其在形状、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的目标转变。以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是“转基因食品”。转基因食品——实例诚然利用基因工程技术能够改善农作物的品质（口感、营养、质地、颜色、形态、酸甜度以及成熟度）还可有目的的将有利的形状转移到生物细胞内，使这些有机体或得有利的特性（如产量高，抗虫，营养高）但它安全吗？二、人们对转基因食品的争论（一）对人类健康产生影响食品携带的抗生素有可能使动物与人的肠道病原微生物产生耐药性抗昆虫农作物的安全性引入病毒外壳蛋白基因的抗病毒农作物可能对人体健康产生危害（二）对环境和生态的影响•转基因作物本身可能变为杂草甚至导致超级杂草的产生•转入毒蛋白基因的作物的花粉可能有安全问题•有可能污染人类的食品供应•有可能产生超级病毒或新病害•未来破坏环境的可能•会威胁生物多样性•利益驱动可能导致农业崩溃（三）对贸易和政治的影响•转基因作物的贸易纷争实际是欧美贸易和政治关系的又一次对抗。•欧美的经济和政治利益矛盾冲突已久，对转基因作物的争论已远不是技术本身的一些争论是否违反了事物自然发展的规律？哲学问题？转基因食品的危害拿未来赌明天•我