细胞工程与食品产业
现代生物技术在食品工业中的应用
For personal use only in study and research; not forcommercial use现代生物技术在食品工业中的应用现代生物技术的迅猛发展，成就非凡，推动着科学的进步，促进着经济的发展，改变着人类的生活与思维，影响着人类社会的发展进程。
现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。
生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容，具有巨大的经济效益及潜在的生产力。
专家预测，到2010～2020年，生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。
生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。
现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。
在我国的食品工业中，生物技术工业化产品占有相当大的比重；近年，酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。
本文主要就现代生物技术的五个主要方面即基因工程、细胞工程、蛋白质工程、酶工程、发酵工程技术在食品工业中的应用进行综述。
在食品发酵中的应用For personal use only in study and research; not for commercial use（一）改良面包酵母菌的性能面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。
将优良酶基因转入面包酵母菌中后，其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高，面包加工中产生二氧化碳气体量提高，应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。
（二）改良酿酒酵母菌的性能利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株，用以改进传统的酿酒工艺，并使之多样化。
采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后，即可直接利用淀粉发酵，使生产流程缩短，工序简化，革新啤酒生产工艺。
目前，已成功地选育出分解β－葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株，提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。
食品生物技术概论 廖威 第五章 细胞工程及其在食品工业中的应用PPT课件
细胞融合的原理 细胞膜的流动性是动物细胞融合的生物 学基础。动物细胞融合技术即是利用细胞膜 的这一特性，通过对参与融合的细胞通过生 物、化学或物理诱导因素，使细胞膜的脂类 分子的有序排列发生变化；当诱导因素解除 后，细胞膜会回复原有的有序结构，在恢复 过程中便可诱导相接触的细胞发生融合。
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染色体工程
物细胞与组织培养
细胞ห้องสมุดไป่ตู้移植
细胞融合仪器
采用自然或人工的方法使两个或多个不同细胞融合成一个细胞 的技术（标记、制备原生质体、诱导融合、筛选杂合细胞）。
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细胞融合
染色体工程
物细胞与组织培养
细胞核移植
也叫细胞拆合，将有一个细胞的细胞核转移到另一 个去除细胞核的细胞中去，从而使受体细胞获得新 的遗传信息，产生新的生命现象的技术。
电融合法的优点是融合率高、重复性强、对细胞伤害小；装置精巧、 方法简单、可在显微镜下观察或录像观察融合过程；免去PEG诱导 后的洗涤过程、诱导过程可控性强。
当原生质体置于电导率很低的溶液中时，电场通电后，电流即通过 原生质体而不是通过溶液，其结果是原生质体在电场作用下极化而 产生偶极子，从而使原生质体紧密接触排列成串。原生质体成串排 列后，立即给予高频直流脉冲就可以使原生质膜击穿，从而导致两 个紧密接触的细胞融合在一起。
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细胞融合过程大致可分为四个阶段：细胞的 接触、细胞质膜的融合、细胞质的重组和遗 传物质的选择。
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二、细胞融合的意义
细胞融合不受种属的界限，可以实现种间生 物体细胞的融合，是远缘杂交成为可能，因 而是改造细胞遗传物质的有力手段。
2.1 理论上说任何细胞，都有可能通过体细 胞杂交而成为新的生物资源。这对于种质资 源的开发和利用具有深远的意义。
现代生物技术在食品工程中的应用
T logy科技食品科技按照技术研究与应用形式的不同，可将现代生物科学分为细胞工程、生物酶工程、蛋白质工程及基因工程等几种类型。
现代生物科学在食品生产各个环节的应用形式不同，为保障食品安全，在技术应用的过程中，相关企业与科研单位应在全面、深入认识各项生物技术特征的基础上，及时掌握前沿技术研究成果，为食品产业的创新化、多元化发展提供技术方面的支持。
1 现代生物技术在食品工程中的应用1.1 生物酶工程在食品生产与加工过程中，运用生物酶可有效提升食品的转化速率，增强生产效率，如在果汁、速溶茶等饮品的生产中应用生物酶，可提升产品的生产率。
生物酶技术可应用于产品外包装、添加剂生产领域，应大力推广。
以生物酶在调味产品生产中的应用为例，通过合理添加啤酒复合酶，可有效改善食品的营养结构、提升食品口感和促进肠胃消化等，对提高食品生产品质有着重要作用。
1.2 基因工程生物基因技术在食品领域的研究应用不断深化，在提升食品生产质效、降低生产成本和延长食品保存周期方面有显著成效。
生物基因技术应用优势具体表现为3个方面：①控制食品生产与加工的成本。
利用基因技术可不断创新现有的食品生产模式，降低食品产业生产原料、能源的损耗，同时，促进食品生产种类的多元化开发；②全面提升食品生产与加工的质效。
如在农作物种植环节，部分生物酶会对作物生长产生抑制影响，通过基因工程改造可科学控制酶的含量，为作物的健康成长提供保障。
在养殖产业中，利用基因改造技术可对家猪不同阶段的体重进行控制，对于贯彻落实科学养殖目标具有重要意义；③基因工程可使食品进行有效的发酵反应，提升发酵成效。
食品受菌种类型的影响，产生的发酵反应和需要的发酵周期存在差异。
如酱油、酸奶在发酵的过程中需不同的生物菌种，为有效提升发酵效果，运用基因技术对食品中酶的比例进行控制，可提升产品的抗氧化性能，从而延长食品的保存周期，增加食品风味[1]。
1.3 蛋白质工程蛋白质工程能改变生物原本的性状，或基于原有蛋白质基础性质生产具有新功能的新型蛋白质产品，改善凝乳酶、纤维素酶等的使用性质，为创新食品生产技术、推广蛋白质酶的使用和改善食品生产质量等提供技术支持。
基于细胞工程的生物制品生产
基于细胞工程的生物制品生产随着科技的不断进步，越来越多的新技术被应用于生物制品生产。
其中，基于细胞工程的生物制品生产技术备受关注。
这种技术利用细胞的生长和分化能力制造药物、食品和医用器械等生物制品。
本文将重点介绍基于细胞工程的生物制品生产技术，探讨其应用前景和影响。
一、细胞工程技术的基本原理细胞工程技术是一种利用人工合成的DNA序列来改变细胞的基因组结构的技术。
该技术基于DNA序列的复制和转录过程，可改变细胞的表型，从而实现所需的生物制品生产。
细胞工程技术主要包括以下三个方面：1. 基因克隆：把所需的DNA序列克隆到宿主细胞中，使它成为新的基因表达载体。
2. 基因转导：改变宿主细胞的DNA序列（包括转座子插入、插入式突变等），使宿主细胞产生新的功能。
3. 基因重组：通过重组不同细胞的DNA序列来获得新的功能，如利用大肠杆菌重组表达细胞来生产足够的蛋白质。
二、基于细胞工程的生物制品生产技术在细胞工程技术的基础上，可以实现基于细胞工程的生物制品生产技术。
这种技术可应用于疫苗、生长因子、酶、激素、血液制品、抗体、细胞疗法等生物制品的生产。
1. 疫苗生产基于细胞工程的疫苗生产技术是一种免疫原病毒或细菌分泌抗原蛋白的方法。
这种技术中，用基因重组技术将所需抗原基因克隆到表达细胞的DNA序列中，再通过大规模培养表达细胞来生产疫苗。
这种疫苗具有优点是无活病毒或细菌感染病原体中抗原蛋白质的高度纯化。
2. 生长因子制品生产生长因子是生物体内的一种多肽激素，可以促进细胞分裂和分化。
利用基于细胞工程的生长因子制品生产技术，可以生产多种生长因子制品，如表皮生长因子、血小板生长因子、肝生长因子等。
这种技术可用于治疗多种疾病，如白血病、贫血、肿瘤等。
3. 酶类生产基于细胞工程的酶类生产技术可以应用于生产多种酶类产品，如转移酶、氧化酶、酯酶和葡萄糖氧化酶等。
这些酶可以应用于工业过程中，也可用于治疗慢性疾病的药物。
4. 细胞疗法细胞疗法是一种新的治疗方法，利用基于细胞工程的技术生产活性细胞，如骨髓、血细胞、干细胞等，用于治疗癌症、淋巴瘤、艾滋病、糖尿病等疾病。
细胞产业的趋势和未来发展
细胞产业的趋势和未来发展细胞产业（cell industry）是指以细胞为研究对象，在细胞的结构、功能和应用等方面进行研究和开发的产业。
细胞产业是现代生物科技领域的重要组成部分，涵盖了生物医药、农业、环境保护等多个领域。
随着生物技术的发展和人类对健康和环境的需求不断增加，细胞产业在未来将继续迎来发展机遇。
一、细胞产业的趋势1. 过去几十年来，细胞产业取得了巨大的进展。
科学家们已经成功地解析了细胞的基本结构和功能，进一步探索了细胞的内部机制和生物过程。
这些理论的突破为细胞产业的研究和开发提供了基础。
2. 细胞工程领域的技术不断成熟。
通过基因工程和细胞培养等技术手段，科学家们能够对细胞进行精确操作和改造。
这些技术的突破为细胞产业的创新和应用打开了新的可能。
3. 肿瘤细胞的研究成为细胞产业的热点。
肿瘤是细胞异常增殖和分化的结果，对肿瘤细胞的研究有助于揭示细胞增殖和分化的机制，以及癌症的发生和发展过程。
细胞的肿瘤研究将有助于提高癌症的诊断和治疗水平。
4. 细胞治疗和再生医学是细胞产业的重要发展方向。
细胞治疗通过利用干细胞和其他细胞进行组织和器官的修复和再生，为疾病的治疗和健康的维护提供了新的思路。
细胞治疗的研究和应用在近年来取得了突破性进展。
5. 利用细胞培养技术制备食品和药品成为可能。
通过细胞培养技术，科学家们能够在实验室中培养和繁殖动植物细胞，进而制备出各种食品和药物。
这种“细胞工厂”模式的发展有助于解决食品和药品供应的问题，并减少对自然资源的依赖。
6. 细胞产业的研究和开发不断涌现新兴技术。
近年来，CRISPR-Cas9技术和诱导多能干细胞（iPSCs）技术等新兴技术的出现，为细胞产业的发展带来了新的机遇和挑战。
这些新兴技术的应用在疾病治疗、基因编辑和生物农业等领域具有重要的潜力。
二、细胞产业的未来发展1. 细胞治疗将成为未来疾病治疗的“黄金方向”。
随着细胞治疗技术的不断进步和临床应用的推广，细胞治疗将在医疗领域发挥越来越重要的作用。
食品生物技术进展总结 终极版
罗云波部分食品生物技术概念：是现代生物技术在食品领域中的应用，是指以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料。
主要内容：（一）基因工程；概念：采用分子生物学手段，在体外将DNA分子插入病毒、质粒或其它载体，构成重组的遗传物质，导入宿主细胞并且持续稳定的表达，从而获得新特性或新品种。
在食品产业中的应用：（1）改造为生物菌种；如凝乳酶等；（2）改良植物品种原料；有抗除草剂、抗病虫害、高营养价值、风味良好、高产、耐贮藏等优势。
如转基因番茄、油料作物（抗除草剂、病虫害；优化饱和与不饱和脂肪酸比例；提高抗氧化成分含量）（3）改良动物食品原料；如猪、牛等；转基因食品安全评价原则：实质等同性原则；遗传特性分析原则；危险性评价原则；个案评价原则。
（二）发酵工程；主要技术：（三）酶工程；概念：利用酶的催化作用进行物质转化，是酶学理论、基因工程、蛋白质工程和发酵工程相结合而形成的一门新技术。
研究内容：（1）自然酶的筛选（2）酶分子的化学修饰与人工合成（3）固定化酶技术（4）基因工程技术克隆与修饰酶分子（5）酶电极与生物传感器应用于纺织业优势：（一）成本优势：节约原材料，减少化学物质依赖；节能；用量少效率高；可多次利用；（二）环保优势：易降解，减排污，环境友好。
（四）细胞工程；概念：是指利用细胞生物学和分子生物学的方法，通过工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的门综合技术科学。
核心技术：细胞融合技术、克隆技术、大规模培养技术、干细胞技术植物细胞培养技术的优势获得不能人工合成的生物产品不受地理、季节和气候等的限制节约土地，降低成本生产周期短，经济效益高（五）蛋白质工程；概念：是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学，计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识通过对基因的人工定向改造等手段，对蛋白质进行修饰，改造和拼接以生产出能满足人类需要的新型蛋白质的技术。
细胞工程在食品工业中的应用PPT课件
防止食品腐败
细胞工程还可以用于防止食品 腐败和变质，通过抑制有害微 生物的生长和繁殖，保证食品 的安全性和卫生质量。
提高食品的感官品质
通过细胞工程的生产方式，可 以改善食品的感官品质，如口 感、色泽、香气等，提高消费 者的食用体验。
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细胞工程在食品工业中的挑战与前景
技术挑战
细胞培养技术
细胞培养技术是细胞工程的核心， 但目前仍面临培养条件苛刻、成 本高昂等问题，需要进一步优化 培养基和培养条件，降低生产成 本。
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细胞工程在食品工业中的应用实例
生产功能性食品
生产功能性食品
细胞工程可以通过体外培养细胞来生产功能性食品 ，如胶原蛋白、弹性蛋白等，这些蛋白质具有很好 的美容和保健效果。
Байду номын сангаас生产营养补充剂
细胞工程还可以通过培养特定的细胞来生产营养补充 剂，如鱼油、β-胡萝卜素等，这些补充剂可以为食品 提供额外的营养价值。
细胞工程与食品工业的关系
细胞工程为食品工业提供了新的生产方式，例如利用动物细胞培 养生产肉类、乳制品和蛋类等。
细胞工程有助于解决传统食品工业中的一些问题，例如食品安全 、资源利用和环境保护等。
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细胞工程基本原理
细胞培养技术
细胞培养技术是细胞工程的基础，它涉及到将细胞 从体内取出并在体外环境中进行培养。
推动产业升级和转型
细胞工程的应用有助于食品工 业的转型升级，提高产业整体 竞争力。
对未来研究和应用的建议
加强基础研究
深入研究细胞工程的原理和技术，为未来的应用 提供理论支持。
关注伦理和法规问题
在推进细胞工程应用的同时，关注伦理和法规问 题，确保应用的合法性和道德性。
植物细胞工程在食品工业中的应用
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subculture
高表达细胞系的筛选建立
一是悬浮培养物分散性好，外观疏松、色泽鲜艳 二是均一性好 三是生长速度快、次生代谢产物合成能力强
五.单细胞培养技术
1、单细胞分离方法 机械法
将叶肉组织研碎，经过滤和离心，收集和净 化细胞。
优点：不受酶的伤害，有利于细胞生理和生 化研究。缺点：手工操作难度大，获得完整的细 胞数量少。
行高效表达，已生产出乙型肝炎疫苗。
2. 生产单克隆抗体 单克隆抗体可以检测出多种病毒中非常细微的株
间差异，鉴定细菌的种型和亚种。 3.繁育优良品种。
目前，人工受精、胚胎移植等技术已广泛应用 于畜牧业生产。 4. 在干扰素生产上的应用
第二节、植物细胞培养技术
细胞培养 是指动物、植物和微生物细胞在体外无菌条 件下的生长、分裂和繁殖，并在培养过程中不再 形成组织的一项技术。
研究范畴
动物细胞与组织培养 植物细胞与组织培养 细胞融合 细胞核移植（细胞拆合） 染色体工程 胚胎工程 干细胞与组织工程 细胞生物反应器
1）植物细胞和组织培养技术
2）动物细胞和组织培养技术
3）细胞融合技术（体 细胞杂交技术）
4） 细胞拆合－核移植技术
5）染色体工程技术
染色体工程是按人们的需要来添加、削减或 替换生物的染色体从而定向改变遗传特性和选育 新品种的一种技术。主要分为动物染色体工程和 植物染色体工程
适宜悬浮培养
适宜再生植株
要求：松散性好、增殖快、再生能力强。其外观一般是色 泽呈鲜艳的乳白或淡黄色，呈细小颗粒状，疏松易碎
悬浮系的建立与培养
callus
1g/10ml medium
150~250ml flask
100~120 rmp culture transfer 1 time/3d
centrifuge isolation
6）胚胎工程技 术
7）干细胞和组织工程
8）细胞培养生物反应器
2、植物细胞工程的应用
紫杉醇(taxol)是从红豆 杉属(Taxus L.)植物中分 离出的一个具有独特抗肿 瘤活性的二萜类化合物， 现已应用于临床治疗卵巢 癌和乳腺癌。
三、动物ห้องสมุดไป่ตู้胞工程的应用
1.在疫苗生产上的应用 。 将乙型肝炎表面抗原基因插入哺乳动物细胞内进
一、 植物细胞工程的发展
理论基础和探索
细胞学说的创立：1838～1839年间 由德国的植物学家施莱登（Schleiden） 和动物学家施旺（Schwann）所提出,直 到1858年才较完善。
1756年，Moncean首先发现 植物在受伤愈合的组织皮层能产生 芽，因而预言这一途径可以成为一 种繁殖方式
二、细胞培养一般步骤
1.首先，要取材和除菌。用一定的化学试剂对 材料进行严格的表面清洗、消毒。有时还要借助某 些特定的酶，对材料进行预处理，以期得到分散生 长的细胞。
常用的消毒灭菌剂:效果较好的有几种化学试剂， 如次氯酸钙、次氯酸钠和氯化汞等。
2.其次，根据各类细胞的特点，配制细胞培养 基，对培养基进行灭菌或除菌。采用无菌操作技术， 将生物材料接种于培养基中。
3. 最后，将接种后的培养基放入培养室或培养箱 中，提供各类细胞生长所需的最佳培养条件。当细 胞达到一定生物量时应及时收获或传代。
三.植物细胞培养基
用于植物细胞培养的基础培养基营养成分基 本上与整个植物的要求一样，但是用于培养细 胞、组织和器官的培养基要满足各自特殊的要 求
植物细胞的培养基:通常包括无机盐、碳源、 维生素、生长调节素、有机添加剂等。
无机盐：有不少盐可用来提供“大量元素” 和“微量元素”，表中给出了常用培养基中 无机盐的含量。
碳源和能源
培养中的细胞对蔗糖和葡萄糖都能利用， 果糖的利用效果较差。培养基中的蔗糖可迅 速分解成葡萄糖和果糖，葡萄糖首先被利用， 然后再利用果糖。也可采用其它糖作能源， 但效果不佳。
维生素
培养中的植物细胞都需要硫胺素，加入烟 酸、泛酸、生物素和叶酸，效果更好。原生 质体培养通常需要大多数必需维生素。
酶法
利用果胶酶、纤维素酶处理植物叶片或其他 外植物体，使细胞分离。
加渗透压保护剂如甘露醇以防酶对细胞的损 伤。
四.愈伤组织和悬浮细胞培养技术
愈伤组织：是指外植体组织增生的细胞产生的一 团不定型的疏散的排列的薄壁细胞，是分化的， 而且还未形成组织的结构。
外植体：是指植物组织培养中用来进行离体培养 的植物材料。
愈伤组织的诱导
①选择适宜的外植体：幼胚、下胚轴、子叶 ②选择适宜的培养基：MS，B5，N6
较高激素浓度 丰富的有机附加物。 培养基中有较高含量的无机氮源 较低的蔗糖浓度 ③适当缩短继代培养的间隔时间有利于疏松易 碎愈伤组织的形成。
主要内容
细胞工程的概念、研究范畴 植物细胞培养 动物细胞培养 细胞融合技术 细胞拆合技术
第一节、概述
1 细胞工程的概念及研究范畴
概念
利用细胞生物学和分子生物学技术，应 用工程学的方法，在细胞水平上研究改造生 物遗传特性和生物学特性，从而获得特定的 细胞、细胞产品或新生物品种的一门综合性 科学技术。
1902年，德国著名植物生理学 家Haberlandt, 提出细胞全能性学 说，并首次进行高等植物的细胞培养 实验，但细胞未能发生细胞分裂和增 殖。
培养技术建立
植物细胞培养技术应用发展
20世纪40年代：J.Bonner 银胶菊组织培养生产橡 胶。
20世纪70年代：植物细胞培养生产药用成份。 20世纪80年代：400多种植物，600多种代谢产物。 40多种植物次生代谢产物达到或超过植株产量。 20世纪90年代：1000多种植物。
氨基酸
虽然植物细胞在培养过程中一般都能合成所需 的氨基酸，但加入L-谷氨酰胺或其他氨基酸混合物 是很有好处的。此外，还使用蛋白酶解产物，如酪 蛋白或酪蛋白水解氨基酸。其它有机添加剂还有如 乳蛋白水解物，酵母提取物等
植物生长激素
激素分为两类，生长素和分裂素。生长素促进 细胞生长，最有效和最常用的是吲哚乙酸和萘乙酸； 分裂素促进细胞分裂，常用的是腺嘌呤衍生物。使 用最多的是6-苄氨基嘌呤和玉米素，对芽的诱导 具有重要作用。分裂素和生长素通常一起使用，来 促进细胞的分裂、生长。