食品生物技术导论第1章绪论
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食品生物技术-绪论
1965年，法国科学家Jacob和Monod提出了著名的乳 糖操纵子学说，开创了基因表达调控研究的先河；
Figure The lac operon includes three genes
1968年，Holly阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列， Khorana首次合成核酸分子，并且人工复制了酵母基因； 从而分享了诺贝尔医学和生理学奖。
Marshall W. Nirenberg
Robert W. Holley
1/3 of the prize
Cornell University Ithaca, NY, USA
1/3 of the prize
University of Wisconsin Madison, WI, USA
Har Gobind Khorana
• 基因工程还可以为发酵工程提供更优良的工程菌株，促 进食品发酵工业的发展
生物技术是将生物化学、细胞生物学、微生物学和化学 工程等应用于工业生产过程及环境保护的技术。
（三）国际经济合作及发展组织的定义（1982）
生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催 化剂(酶或活细胞)的作用对物料进行加工，以提供产品为社 会服务的技术
（四）1985年Moo-Young主编的《综合生物技 术》中的定义
生物技术的形成和发展
一、传统生物技术
生物技术的发展与食品发展的历史是密不可分的，对促进人 类社会的文明发展有着非常重要的意义，其发展简史如下：
BC 6000年，古埃及人和古巴比仑人利用微生物发酵生产 酒精； 我国也在石器时代后期，开始利用谷物酿酒； BC 4000年，古埃及人开始用酵母菌发酵生产面包； BC 221年，周代后期我国人民开始制作豆腐、酱油和醋
食品生物技术第一章绪论幻灯片
第一章 绪论
一、生物技术的含义 二、生物技术研究和应用进展 三、食品生物技术开展简史 四、食品生物技术在食品工业开展中的地
位和作用 五、转基因食品的平安性
一、生物技术的含义
1.1 生物技术的定义 1.2 生物技术的种类及其相互关系
1.1 生物技术的定义
指人们以现代生命科学为根底，结合其他 根底学科的科学原理，采用先进的工程技 术手段，按照预先设计改造生物体或加工 生物原料，为人类生产出所需产品或到达 某种目的。
人类基因组方案、后基因组方案
基因工程药品的生产
许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材 料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。
微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业 化生产。假设将生物合成相应药物成分的基因 导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物， 不但能解决产量问题，还能大大降低生产本钱 。
位和作用 五、转基因食品的平安性
二、生物技术研究和应用进 展
2.1现代生物制药与医药领域 2.2 农业领域 2.3 食品工业领域 2.4 环境工程领域
2.1现代生物制药与医药领域
医药生物技术是生物技术领域中最活泼、 产业开展最迅速、效益最显著的领域
其应用涉及到新药开发、新诊断技术、预 防措施及新的治疗技术
基因工程胰岛素：胰岛素是治疗糖尿病的特效 药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺 中提取，100 kg胰腺只能提取4-5 g的胰岛素， 其产量之低和价格之高可想而知。
将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000 L培 养液就能产生100 g胰岛素！大规模工业化生产不 但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使 其价格降低了30%-50%!
境
中
的方法治疗。
基因治疗SCID的过程
第一章 食品生物技术(绪论)
现代发酵工程是生物代谢、微生 物生长动力学、大型发酵罐或生 物反应器研制、化工原理等密切 结合和应用的结果
33
六、生物技术的主要内容——发酵工程
发酵工程的应用
食品 药品 精细化工产品 工业用原料 生物降解塑料 ……
34
六、生物技术的主要内容——细胞工程
细胞工程是指通过细胞水平上的筛选或改造，获得有商 业价值的细胞株或细胞系，再通过规模培养，获得特殊 商品的技术与过程。
生产周期长， 费用高，产 量低，效率 差。
17
五、生物技术的产生与发展——现代生物技术
现代生物技术又称生物工程或生物工艺学，是以生命科 学为基础，用先进的科学原理和技术手段来研究生物体 (材料)，为人类生产出所需要的产品或达到某种目的(如 防治疾病、保护环境等)。
突 破 点——DNA双螺旋结构的发现 发展方向——分子生物学 技术突破——重组DNA技术
5
三、生物技术涵义
1982年，国际经济合作及发展组织（OECD）的定 义：生物技术是应用自然科学及工程学原理，依靠 生物作用剂（biological agent）的作用将物料进行 加工以提供产品为社会服务的技术。
这里所谓的生物作用剂是指酶、整体细胞或生物体， 一般也称生物催化剂。
6
三、生物技术涵义
畜牧业中的应用
动物疫苗、生长激素等
例：从转基因羊的羊奶中提 取出治疗心脏病的药物tPA
29
六、生物技术的主要内容——基因工程
种植业中的应用
抗化学除草剂基因 转基因西红柿 固氮酶基因 人类DNA ……
30
六、生物技术的主要内容——蛋白质工程
蛋白质工程就是在对蛋白质的化学、晶体学、动力学等 结构与功能认识的基础上，对蛋白质人工改造与合成， 最终获得商业化的产品
33
六、生物技术的主要内容——发酵工程
发酵工程的应用
食品 药品 精细化工产品 工业用原料 生物降解塑料 ……
34
六、生物技术的主要内容——细胞工程
细胞工程是指通过细胞水平上的筛选或改造，获得有商 业价值的细胞株或细胞系，再通过规模培养，获得特殊 商品的技术与过程。
生产周期长， 费用高，产 量低，效率 差。
17
五、生物技术的产生与发展——现代生物技术
现代生物技术又称生物工程或生物工艺学，是以生命科 学为基础，用先进的科学原理和技术手段来研究生物体 (材料)，为人类生产出所需要的产品或达到某种目的(如 防治疾病、保护环境等)。
突 破 点——DNA双螺旋结构的发现 发展方向——分子生物学 技术突破——重组DNA技术
5
三、生物技术涵义
1982年，国际经济合作及发展组织（OECD）的定 义：生物技术是应用自然科学及工程学原理，依靠 生物作用剂（biological agent）的作用将物料进行 加工以提供产品为社会服务的技术。
这里所谓的生物作用剂是指酶、整体细胞或生物体， 一般也称生物催化剂。
6
三、生物技术涵义
畜牧业中的应用
动物疫苗、生长激素等
例：从转基因羊的羊奶中提 取出治疗心脏病的药物tPA
29
六、生物技术的主要内容——基因工程
种植业中的应用
抗化学除草剂基因 转基因西红柿 固氮酶基因 人类DNA ……
30
六、生物技术的主要内容——蛋白质工程
蛋白质工程就是在对蛋白质的化学、晶体学、动力学等 结构与功能认识的基础上，对蛋白质人工改造与合成， 最终获得商业化的产品
《食品生物技术》第一章 绪论
第四节 重组DNA技术的应用与发 展
重组DNA技术自从本世纪70年代初期问世以来， 经过了近30年的发展历程，无论是在基础理论研究领 域，还是在生产实际应用方面，都已经取得了惊人的成 绩。它不仅使整个生命科学的研究发生了前所未有的深 刻变化，而且也给工农业生产和国民经济发展带来了巨 大的社会效益，当然，就目前的总体情况来看，从中受 益最多的还是生物科学本身
1、The first recombinant DNA molecules were generated at Stanford University in 1972 by Berg.
2、Cohen extended the method by joining DNA fragments to the plasmid pSC101.
在文献中常见的有遗传工程（genetic engineering）、基因工程(gene engineering)、 基因操作（gene manipulation）、重组DNA技 术（recombinant DNA technique）以及基因克 隆（gene cloning）、分子克隆（molecular cloning）等。
Welcome to Our Class
Gene Engineering
Genetic Engineering
基因工程技术
Song DaFeng School of Food Science and Biotechnology
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Application of gene engineering:
1、Bioreactor 2、Genetic Improvement 3、Gene Therapy
《食品生物技术概论》0绪论
① 转基因技术
② 动物克隆技术
③ 人类基因组与基因诊断技术
问答题
• 1. 现代生物技术5大工程的联系。
• 2. 简述生物技术发展过程3个阶段的主要技术特点。
• 3. 为什么说现代生物技术是综合性的科学与技术
体系?
• 4. 比较生物技术发展不同时期的技术、产品及其
附加值有何不同。
• 5. 生物技术的应用包括哪些领域? 它对人类社会将
定向改造或重建新物种的目的。
通过体外DNA重组创造新生物并给予特殊功
能的技术就称为基因工程，也称DNA重组技
术。
以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、
繁殖，或人为地使细胞某些生物学特性按人
们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种
和创造新品种，加速繁育动、植物个体，或
获得某种有用的物质的过程。
改造、拼接以产生能满足人类需要的新型
蛋白质。Biblioteka 三、 生物技术涉及的学科是指旧有的制酱、醋、酒、奶酪、酸奶及
有机酸的传统工艺。
风肉、果酒、酸奶、乳酪
啤酒、酱油、泡菜、面包
山东诸城凉台出土的一幅
汉代的画像石描绘了当时酿
酒的全过程
2.近代生物技术
近代生物技术的产生与显微镜的发明、微生物的
发现和微生物学的创立密切相关。
19世纪60年代，巴斯特建立了微生物纯种培养
技术
1943年：大规模工业化生产青霉素
20世纪50年代：氨基酸发酵工业
20世纪60年代：酶制剂工业等
20世纪70年代，DNA重组技术等分子生物
学技术的出现和发展，赋予其崭新的内容，
食品生物技术导论第1章绪论
1996年12月开始实施新国家标准“食品中葡 萄糖测定方法酶比色法酶电极法”，这是在 国家标准中第一次出现的生物分析方法的法 规， 该标准不仅仅采用了常规的酶法分析方法， 还同时采用了比常规酶法分析更进步的生物 传感器分析法(固定化酶和酶电极法)，这说明 了我国的生物传感器已发展到进入国家标准 的时代。
37
现代食品生物技术的安全性问题
现代食品生物技术为人类解决食品短缺和环 境的农药污染带来了希望，同时用这些技术 生产的食品是否存在安全性问题，也是人们 所关注的，其中主要是转基因食品的安全性 问题。
38
转基因食品的安全主要为以下几个方面： 1. 转基因食品中外源基因对人健康的潜在危险 2. 转基因作物中的新基因在无意中对食物链其 他环节造成的不良后果 3. 转基因植物对生物多样性的影响
22
2.5.2发酵工业就是利用生物的生命活动产生的 酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物化 学反应过程），获得产品的工业。 它包括：传统发酵（酿造），如酒类和一些食 品的生产； 近代发酵工业，酒精、乳酸、丙酮-丁醇等； 新兴发酵工业，如抗生素、有机酸、氨基酸、 生理活性物质、单细胞蛋白等的生产。
23
32
生物芯片技术是近年来兴起的一项综合性的 高新技术。 它以微机电系统技术和生物技术为依托，将 生命科学研究中的许多不连续过程（如样品 制备、生化反应、检测等步骤）集成并移植 到一块普通邮票大小的芯片上去，并使这些 分散的过程连续化、微型化，以实现对大量 生物信息进行快速、并行处理的要求。
12
2.2.5细胞核移植：将一个物种的细胞核与另一 个物种的细胞质进行融合后，生殖发育形成 子代。 这一技术对动物优良杂交种的无性繁殖具有重 大意义。 2.2.6细胞器的移植主要是指中绿体和线粒体的 移植。 2.2.7染色体工程则是利用染色体替换来改变生 物遗传特性，如利用染色体的易位、缺体、 三体等方法，获得新的染色体组合。
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现代食品生物技术的安全性问题
现代食品生物技术为人类解决食品短缺和环 境的农药污染带来了希望，同时用这些技术 生产的食品是否存在安全性问题，也是人们 所关注的，其中主要是转基因食品的安全性 问题。
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转基因食品的安全主要为以下几个方面： 1. 转基因食品中外源基因对人健康的潜在危险 2. 转基因作物中的新基因在无意中对食物链其 他环节造成的不良后果 3. 转基因植物对生物多样性的影响
22
2.5.2发酵工业就是利用生物的生命活动产生的 酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物化 学反应过程），获得产品的工业。 它包括：传统发酵（酿造），如酒类和一些食 品的生产； 近代发酵工业，酒精、乳酸、丙酮-丁醇等； 新兴发酵工业，如抗生素、有机酸、氨基酸、 生理活性物质、单细胞蛋白等的生产。
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生物芯片技术是近年来兴起的一项综合性的 高新技术。 它以微机电系统技术和生物技术为依托，将 生命科学研究中的许多不连续过程（如样品 制备、生化反应、检测等步骤）集成并移植 到一块普通邮票大小的芯片上去，并使这些 分散的过程连续化、微型化，以实现对大量 生物信息进行快速、并行处理的要求。
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2.2.5细胞核移植：将一个物种的细胞核与另一 个物种的细胞质进行融合后，生殖发育形成 子代。 这一技术对动物优良杂交种的无性繁殖具有重 大意义。 2.2.6细胞器的移植主要是指中绿体和线粒体的 移植。 2.2.7染色体工程则是利用染色体替换来改变生 物遗传特性，如利用染色体的易位、缺体、 三体等方法，获得新的染色体组合。
1--食品生物技术绪论
❖ ——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。
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 细胞 工程 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
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。
❖ ——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。
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 细胞 工程 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
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。
《食品生物技术导论》课件
生物改造、代谢工程等。
微生物改造则可以生产出新型 的食品添加剂、酶制剂等，改 善食品的口感、营养价值等。
通过基因编辑技术，可以精确 地改造食品原料的性状，提高
其品质和产量。
代谢工程则可以通过优化微生 物代谢途径，提高食品原料的 生产效率，降低生产成本。
人工智能在食品生物技术中的应用
01
人工智能在食品生物技术中的应用主要包括机器学习、深度学习、数 据挖掘等。
《食品生物技术导论 》ppt课件
目 录
• 食品生物技术概述 • 食品生物技术的基本原理 • 食品生物技术的应用实例 • 食品生物技术的安全性评估 • 食品生物技术的法规与伦理问题 • 未来食品生物技术的发展方向
01
食品生物技术概述
定义与特点
定义
食品生物技术是指利用生物学原 理和技术，通过生物或生物代谢 过程来生产食品和其他产品的技 术。
细胞培养
利用细胞培养技术，在体 外培养出具有特定功能的 细胞，用于生产食品添加 剂、药物等。
细胞融合
通过细胞融合技术，将不 同物种或同一物种不同品 系的细胞融合，以获得具 有新性状的细胞系。
胚胎工程
利用胚胎工程技术，对动 物胚胎进行操作，以实现 动物品种的改良和繁殖。
酶工程原理
酶的分离与纯化
01
利用酶的分离纯化技术，从生物材料中提取和纯化出具有催化
利用基因工程、细胞培 养等技术开发具有特定 功能和营养价值的食品
。
农业生物技术
利用基因工程、细胞培 养等技术改良农作物和 畜禽品种，提高产量和
抗性。
食品生物技术的发展趋势
基因组学和蛋白质组学在食品生物技术中的应用
随着基因组学和蛋白质组学的发展，将会有更多的基因和蛋白质被用于食品生物技术的开 发和应用。
微生物改造则可以生产出新型 的食品添加剂、酶制剂等，改 善食品的口感、营养价值等。
通过基因编辑技术，可以精确 地改造食品原料的性状，提高
其品质和产量。
代谢工程则可以通过优化微生 物代谢途径，提高食品原料的 生产效率，降低生产成本。
人工智能在食品生物技术中的应用
01
人工智能在食品生物技术中的应用主要包括机器学习、深度学习、数 据挖掘等。
《食品生物技术导论 》ppt课件
目 录
• 食品生物技术概述 • 食品生物技术的基本原理 • 食品生物技术的应用实例 • 食品生物技术的安全性评估 • 食品生物技术的法规与伦理问题 • 未来食品生物技术的发展方向
01
食品生物技术概述
定义与特点
定义
食品生物技术是指利用生物学原 理和技术，通过生物或生物代谢 过程来生产食品和其他产品的技 术。
细胞培养
利用细胞培养技术，在体 外培养出具有特定功能的 细胞，用于生产食品添加 剂、药物等。
细胞融合
通过细胞融合技术，将不 同物种或同一物种不同品 系的细胞融合，以获得具 有新性状的细胞系。
胚胎工程
利用胚胎工程技术，对动 物胚胎进行操作，以实现 动物品种的改良和繁殖。
酶工程原理
酶的分离与纯化
01
利用酶的分离纯化技术，从生物材料中提取和纯化出具有催化
利用基因工程、细胞培 养等技术开发具有特定 功能和营养价值的食品
。
农业生物技术
利用基因工程、细胞培 养等技术改良农作物和 畜禽品种，提高产量和
抗性。
食品生物技术的发展趋势
基因组学和蛋白质组学在食品生物技术中的应用
随着基因组学和蛋白质组学的发展，将会有更多的基因和蛋白质被用于食品生物技术的开 发和应用。
《食品生物技术》课程笔记
《食品生物技术》课程笔记第一章：绪论一、食品生物技术的基本概念1. 定义：食品生物技术是指应用生物学、分子生物学、生物化学、微生物学、遗传学等生命科学的基本原理，结合工程学、信息学等学科的方法，对食品原料、生产过程、产品进行科学研究和工程技术改造的技术领域。
2. 范围：食品生物技术的研究和应用范围广泛，主要包括以下几个方面：- 基因工程：通过基因克隆、基因转移等技术，对食品生物的遗传特性进行改造。
- 细胞工程：利用细胞培养、细胞融合等技术，进行细胞水平的操作和改造。
- 蛋白质工程：设计和改造蛋白质，提高其功能性和稳定性。
- 酶工程：研究和应用酶在食品加工中的作用，提高酶的效率和稳定性。
- 发酵工程：利用微生物发酵生产食品和食品添加剂。
3. 特点：- 科学性：基于严谨的科学原理和方法。
- 创新性：不断推动食品产业的技术创新。
- 安全性：关注食品安全，确保生物技术产品的安全性。
- 环保性：减少污染，提高资源利用效率。
二、传统食品生物技术与现代食品生物技术1. 传统食品生物技术：传统食品生物技术主要包括自然发酵、选种育种、食品加工等基于经验的技术。
这些技术历史悠久，但通常生产效率较低，产品品质不稳定。
2. 现代食品生物技术：现代食品生物技术以分子生物学为基础，采用基因工程、细胞工程、蛋白质工程等高新技术，具有以下特点：- 高效性：能够大幅度提高食品生产效率。
- 精确性：能够精确改造生物体的特定性状。
- 可控性：能够实现对生产过程的精确控制。
3. 差异与发展：- 技术层面：传统技术依赖于经验和直觉，现代技术依赖于科学原理和精确操作。
- 效率层面：现代技术能够实现规模化、自动化生产，提高产量和效率。
- 品质层面：现代技术有助于提高食品的品质和营养价值。
三、食品生物技术研究的内容1. 食品原料改良：- 基因工程：通过转基因技术，培育抗病、抗虫、高产的新品种。
- 细胞工程：通过细胞培养和筛选，获得优质的食品原料。
《食品生物化学》课程笔记
《食品生物化学》课程笔记第一章绪论一、食品生物化学的定义与研究内容1. 定义：食品生物化学是一门交叉学科，它结合了生物学、化学和食品科学的原理，专注于研究食品中的生物大分子（如蛋白质、碳水化合物、脂质、核酸）以及它们在食品中的功能、相互作用、代谢过程和食品品质的变化。
2. 研究内容：（1）生物大分子的结构与功能：- 蛋白质：研究氨基酸的组成、蛋白质的一级、二级、三级和四级结构，以及蛋白质的折叠、稳定性、酶活性等。
- 碳水化合物：探讨单糖、寡糖和多糖的结构，以及它们的物理和化学性质。
- 脂质：研究脂肪酸、甘油、磷脂、固醇等脂质的结构和功能。
- 核酸：分析核苷酸组成、DNA和RNA的结构，以及它们在遗传信息传递中的作用。
（2）生物化学反应：- 探索酶促反应的机理、动力学和调控。
- 研究代谢途径中的关键酶和调控因子。
- 分析食品加工和储藏过程中的化学反应。
（3）代谢途径：- 碳水化合物的代谢：如糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径等。
- 脂质代谢：包括脂肪酸的合成、分解和氧化。
- 氨基酸代谢：涉及氨基酸的合成、分解和转化。
- 核酸代谢：包括DNA和RNA的合成、修复和降解。
（4）生物活性物质：- 研究食品中的功能性成分，如抗氧化剂、抗炎剂、益生元等。
- 分析这些成分的生物活性及其对健康的影响。
（5）食品加工与营养：- 研究食品加工过程中生物大分子的变化，如加热、冷却、压力处理等对食品成分的影响。
- 探讨食品营养成分的消化、吸收和代谢。
二、食品生物化学的发展历程1. 起源阶段（19世纪末至20世纪初）：- 早期的研究主要集中在食品的化学组成上，如糖类、蛋白质和脂肪的分析。
- 生物化学家开始关注酶的作用和食品腐败的过程。
2. 形成阶段（20世纪30年代至50年代）：- 食品生物化学作为一门独立学科逐渐形成，研究重点转向生物大分子的结构和功能。
- 发展了多种分析技术和方法，如色谱、电泳、光谱分析等。
3. 发展阶段（20世纪60年代至今）：- 研究领域不断拓展，涉及分子生物学、遗传工程、生物技术在食品中的应用。
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20
(4)利用生物细胞(组织)研究酶传感器： (5)酶的非水相催化技术，酶分子修饰与改造以 及酶型高效催化剂的人工合成的研究与应用。
21
2.5发酵工程(fermentation engineering)
2.5.1发酵工程是生物技术的重要组成部分，是 生物技术产业化的重要环节。 发酵(fermentation)最初来源于拉丁语“发泡 (fervere)”是指酵母作用于果汁或发芽谷物产 生CO2的现象。 发酵（fermentation）从狭义上讲是酵母在无氧 条件下的呼吸过程，利用有机化合物分解代 谢释放能量的过程。
1996年12月开始实施新国家标准“食品中葡 萄糖测定方法酶比色法酶电极法”，这是在 国家标准中第一次出现的生物分析方法的法 规， 该标准不仅仅采用了常规的酶法分析方法， 还同时采用了比常规酶法分析更进步的生物 传感器分析法(固定化酶和酶电极法)，这说明 了我国的生物传感器已发展到进入国家标准 的时代。
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2.1基因工程 基因工程（genetic engineering），也叫基因 操作、遗传工程，或重组体DNA技术。 2.1.1基因克隆 重组体DNA技术发展中的主要突破就是克隆 基因的能力。主要是从生物的染色体上分 离特殊基因，通过把它插入到一个载体 （vector）中进行克隆。
8
9
基因工程流程模式图
35
生物传感器的开发和应用进展
在生物技术领域迫切需要建立的各种快速分 析和优化控制方法中，生物传感器是目前最 受到人们重视的一种。 生物传感器能对许多过去难于测定的生化物 质进行定量分析。已经在实践中开始应用的 生物传感器都是固定化酶电极，包括葡萄糖、 谷氨酸、乳酸、乙醇等多种
36
生物传感器与国家标准中的食品分析方法
17
2.4.2酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工 业以及医药工业中。如我们日常生活中所见 到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就是酶工程最 直接的体现。
18
2.4.3生物酶工程是酶学原理和以基因重组技术 为主的现代分子生物学技术相结合的产物， 主要任务是：(1)采用基因重组技术大量生产 酶(克隆酶)，目前已成功地生产了 100多种酶 基因。(2)通过基因工程技术，使酶基因发生 定位突变，产生遗传性修饰酶(突变酶)。(3) 设计新酶基因合成自然界不曾有的酶(新酶)。
28
2.7现代分子检测技术
2.7.1现代分子检测技术是应现代生物技术的发 展以及其他如医学、食品、农业、环境保护 等产业发展的需要而发展起来的一门新技术。 2.7.2主要包括：核酸分子检测技术、蛋白质分 子检测技术、生物芯片和生物传感器技术
29
核酸分子检测技术
建立在核酸（DNA和RNA）基础上的检测技 术。 由于DNA在生物体中是最稳定的物质之一， 故对其的检测结果在重复性、准确性和检测 灵敏度上都要优于其它检测方法。 在核酸分子检测技术上，应用最广泛的是聚 合酶链式反应技术（PCR）。
19
2.4.4在当今日新月异的生物技术中，酶工程的 主要任务在于： (1)分解天然大分子如纤维素、木质素等，使低 分子有机物聚合、检测与分解有毒物质及废 物综合利用等的新酶开发： (2)利用基因工程技术开发新酶种和提高酶产量： (3)固定化酶和细胞、固定化多酶体系及辅因子 再生，特定生物反应器的研究和应用：
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2.2.5细胞核移植：将一个物种的细胞核与另一 个物种的细胞质进行融合后，生殖发育形成 子代。 这一技术对动物优良杂交种的无性繁殖具有重 大意义。 2.2.6细胞器的移植主要是指中绿体和线粒体的 移植。 2.2.7染色体工程则是利用染色体替换来改变生 物遗传特性，如利用染色体的易位、缺体、 三体等方法，获得新的染色体组合。
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2.6生物工程下游技术(biotechnique downstream processing)
2.6.1生物工程下游技术是指将发酵工程、酶工 程、蛋白质工程和细胞工程生产的生物原料， 经过提取、分离、纯化、加工等步骤，最终 形成产品的技术。
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生物工程下游技术的发展： 1. 19世纪60年代以前的早期生物工程下游技 术 2. 19世纪60年代－20世纪70年代，以过滤、 蒸馏、精馏等为代表的近代分离技术 3. 20世纪70年代以后，这个时期生物工程下 游技术发展迅速，形成了全新的产业
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2.3蛋白质工程(protein engineering)
2.3.1蛋白质工程就是通过对蛋白质化学、蛋白 质晶体学和动力学的研究，获得有关蛋白质 理化特性和分子特性的信息，在此基础上对 编码蛋白的基因进行有目的的设计改造，通 过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基 因生物系统。
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主要包含以下几个方面的内容： 1. 通过改变酶促反应的Km和Vmax来提高催化效 率 2. 改变蛋白质对酸碱和温度稳定的适应范围， 拓宽应用 3. 改变酶在非水溶剂中的反应性，使蛋白在非 生理条件下使用 4. 减少酶对辅助因子的需求，简化持续生产过 程 5. 增加酶对底物的亲和力，增加酶的专一性， 减少副反应
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现代食品生物技术的安全性问题
现代食品生物技术为人类解决食品短缺和环 境的农药污染带来了希望，同时用这些技术 生产的食品是否存在安全性问题，也是人们 所关注的，其中主要是转基因食品的安全性 问题。
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转基因食品的安全主要为以下几个方面： 1. 转基因食品中外源基因对人健康的潜在危险 2. 转基因作物中的新基因在无意中对食物链其 他环节造成的不良后果 3. 转基因植物对生物多样性的影响
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1953，Waston and Crick,DNA双螺旋结构 1965，Jacob and Monod, 乳糖操纵子学说 1969，破译DNA密码 20世纪60年代， DNA重组 1972，限制性内切酶的发现 1977， DNA分子内核苷酸序列测定 1984，单克隆抗体 1986，PCR技术
生物技术显著特点 高技术（精细和密集的复杂技术） 高投入（尤其是前 食品生物技术基本概念
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。
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2食品生物技术包含的内容
基因工程 细胞工程 酶工程 食品生物技术 发酵工程 蛋白质工程 下游工程 ……
2.5.3现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸 和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激 素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生 产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等 农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、 香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋 白等。
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2.5.4从广义上讲，发酵工程由三部分组成：上 游工程，发酵工程和下游工程。其中上游工 程包括优良种株的选育，最适发酵条件（pH、 温度、溶氧和营养组成）的确定，营养物的 准备等。 2.5.5发酵工程主要指在最适发酵条件下，发酵 罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技 术。
食品生物技术导论
主讲人：李斌
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第一章 绪论
1食品生物技术发展历史事件与基本概念 1.1重大历史事件 公元前6000,微生物发酵生产酒精,酿造啤酒 公元前4000,酵母发酵生产面包 公元前221,制作豆腐、酱油和醋 1865，孟德尔遗传规律学说 1885，巴斯德微生物纯培养技术 1909，摩尔根基因学说
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生物芯片技术是近年来兴起的一项综合性的 高新技术。 它以微机电系统技术和生物技术为依托，将 生命科学研究中的许多不连续过程（如样品 制备、生化反应、检测等步骤）集成并移植 到一块普通邮票大小的芯片上去，并使这些 分散的过程连续化、微型化，以实现对大量 生物信息进行快速、并行处理的要求。
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6. 提高对蛋白酶的抗性，简化纯化过程，提高 产率 7. 改变酶的别构调节位置，减少反馈抑制，提 高产物产率 8. 提高蛋白的抗氧化能力 9. 改变酶对底物的专一性 10. 改变蛋白发生作用的种属特异性
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2.4酶工程(enzyme engineering)
2.4.1酶是一种在生物体内具有新陈代谢催化剂 作用的蛋白质。 酶工程就是利用酶催化的作用，在一定的生物 反应器中，将相应的原料转化成所需要的产 品。它是酶学理论与化工技术相结合而形成 的一种新技术。
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2.5.6根据不同的需要，发酵工艺上还分类批量 发酵：即一次投料发酵； 流加批量发酵：即在一次投料发酵的基础上， 流加一定量的营养，使细胞进一步的生长， 或得到更多的代谢产物； 连续发酵：不断地流加营养，并不断地取出发 酵液。 2.5.7下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的 技术：包括固液分离技术，细胞破壁技术， 蛋白质纯化技术，最后还有产品的包装处理 技术。
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生物传感器技术 用固定化生物成分或生物体作为敏感元件的 传感器称为生物传感器（biosensor）。生物 传感器并不专指用于生物技术领域的传感器， 它的应用领域还包括环境监测、医疗卫生和 食品检验等。
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生物传感器的研究现状和发展方向
我们研究和开发生物传感器是为了向社会提 供采用生物传感器原理的新仪器和分析 控制 方法 ,使之可以广泛地应用于临床诊断和监护、 食品分析、工业控制和环境状态的监 测。
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2.5.2发酵工业就是利用生物的生命活动产生的 酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物化 学反应过程），获得产品的工业。 它包括：传统发酵（酿造），如酒类和一些食 品的生产； 近代发酵工业，酒精、乳酸、丙酮-丁醇等； 新兴发酵工业，如抗生素、有机酸、氨基酸、 生理活性物质、单细胞蛋白等的生产。
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2.2细胞工程（cell engineering）
2.2.1细胞是生物体的结构单位和功能单位。细 胞工程就是利用细胞的全能性，采用组织与 细胞培养技术对动、植物进行修饰，为人类 提供优良品种、产品和保存珍贵物种。细胞 工程主要包括体细胞融合，核移植，细胞器 摄取和染色体片段的重组等。