食品生物技术课件主要内容

前言食品生物技术是讲授以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术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以及食品原料，加工生产符合人们生活需求的食品的一门课程。

随着生物技术在食品领域中应用的广泛和深入，以基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程、细胞工程为核心的食品生物技术已逐渐成为提升我国食品工业水平、参预国际市场竞争的重要推动力。

食品生物技术的研究内容研究内容实际上是：以生物技术在食品加工、食品贮藏保鲜、食品添加剂、食品品质检测、食品综合利用以及食品工业废水等中的应用 (同时体现了生物技术在食品领域中的重要性)。

食品生物技术与食品科学的关系密切，是食品技术与生物技术相互交叉的科学，许多传统食品如金华火腿等就是例证。

国内外食品生物技术的研究发展食品生物技术最早可追溯到几千年前，当时人类已懂得用天然发酵方法创造面包、奶酪和酒，是原始概念。

新概念的食品生物技术始于约 100 年前，研究重点也有所转移和提高。

如运用于食品中的 DNA 重组技术、细胞融合技术等；应用新食品生物技术改造食品资源，改进食品加工和贮藏，开辟新食品，处理食品废水，进行食品分析及检测(如生物芯片)等等。

基因工程在食品中应用1、改良动物:抗病—生长快—肉质好. (猪)2、改良植物: 抗病—生长快—产量高—质量好. (大豆)3、改良微生物: 生长快—代谢量大—易分离—活性高—稳定性好. (酶)思量: 基因工程食品的危害性分析.微生物工程原理概况：简史，对食品工业的推进，对发酵工业的推进。

微生物工程的基本实验技术基础知识回顾：扩大原理微生物工程与单细胞蛋白生产发酵工艺过程微生物工程在食品科学中的应用氨基酸发酵，食用色素，有机酸，乳酸菌及制品，调味品等创造。

微生物优点：可取代动植物；产量大产速快；改进空间大。

常用 25 种，其中 12 种是霉菌。

酶生物合成的调节微生物酶合成的调节方式，目前已发现的有 2 种，即酶合成的诱导和酶合成的阻遏。

酶合成的阻遏主要有终产物阻遏和分解代谢产物阻遏。

酶合成调节的机制诱导和阻遏都可以用 F.Jacob 和 J.Monod(1961)提出的控制子(operon)理论来解释。

这里以最典型和研究得最清晰的乳糖控制子和色氨酸控制子来阐明。

一些主要术语诱导、阻遏机制微生物工程生产酶以黑曲霉生产糖化酶为例。

菌种的培养：试管、培养皿、三角瓶、一级种子、二级种子、大种子罐空气净化系统：过滤、冷却、除水、除油发酵大罐：配料、灭菌、接种、培养、取样化验、确定终点后处理：过滤得液体。

沉淀、过滤、滤饼、烘干、粉碎、标准化、固体酶。

酶在食品中的应用应用十分广泛，举一些应用实例。

各种发酵的淀粉原料处理；各种硬质食品有效成份的提取； (混合酶)各种调味料的制取；其他。

生物技术在饮料工业中的应用；啤酒生产中的生物技术及酵母的开辟利用啤酒简介主要原料：大麦芽，啤酒花，水，辅料，酵母。

麦汁制备：粉碎，糖化，过滤，煮沸与加酒花。

发酵：主发酵与后发酵，单罐发酵，连续发酵。

过滤：滤棉，硅藻土，离心，板框，膜。

包装与杀菌：不同包装，巴氏杀菌发酵乳生产中的生物技术对质量和口感的影响对乳原料的要求：无抗生素。

益生菌的概念与菌群平衡。

协同发酵的各自作用。

酸奶的指标与保质。

发酵乳在冷藏中的变化几个要点：冷藏中继续发酵，故保质期惟独 7 天。

虽然继续发酵，总菌数是减少的。

嗜热乳酸链球菌减少幅度远大于保加利亚乳酸杆菌。

pH 是下降的，酸度是上升的。

乳糖是减少的，半乳糖是增加的，葡萄糖是用完的生物技术在功能性食品生产中的应用活性肽与蛋白酶的应用抗菌肽最早的研究是 1980 年， Boman 等人从天蚕蛹中发现了第一种抗菌肽——天蚕素，后来科学家们相继在许多生物中都发现了抗菌肽的存在。

迄今为止，已在许多生物包括昆虫、鸟类、动物、植物及原核生物中发现 600 多种内源性抗菌活性肽。

例如在昆虫中发现的抗菌肽有果蝇中的andropin和Drosocin 以及蜜蜂中的Apidaecin 和 abaecin 和狼蛛的 acanthoscurrin 等；两栖动物皮肤分泌的抗菌肽物质含量也非常高，南美蛙的 dermaseptin、来自树蛙的 bombininh 以及日本蛙的 melittin 等；在对虾、青蟹、海兔等海洋生物中也研究发现了相关的抗菌肽。

国内对于家蝇、林蛙、家蚕、蚯蚓等生物体内抗菌肽的提取纯化有了比较多的研究。

科学家们已从乳的不同蛋白的降解物中分离出几十种具有重要生理功能的活性肽，它们分别是抗菌肽、免疫调节活性肽、抗高血压肽、阿片活性肽等。

抗菌肽是生物体免疫防卫系统产生的一类对抗外源性病原体致病作用的防御性肽类活性物质，它是生物免疫防卫系统的一个重要组成部份既能起营养作用，又能起药物作用，而且抗菌谱比抗生素宽，无任何毒副作用。

抗菌肽不仅有广谱抗细菌能力，而且具有抗真菌、病毒及肿瘤细胞的功能。

抗菌肽也具有促创伤愈合、内毒素结合以及促血管生成等功能。

目前真正用于医药领域的抗菌肽很少。

目前已进入临床试验阶段的抗菌肽有乳链球菌素、源于马盖宁的 MSI-78 及源于猪 protegrin 的 IB-367。

几个问题：一是抗菌肽来源问题。

天然抗菌肽提取工艺复杂，成本昂贵，且资源有限；化学合成成本高，大批量生产艰难；基因技术提取存在产物与活性抗菌肽因二级结构的差异而伤失功能；以酶生产抗菌肽，产量低。

二是抗菌肽活性问题。

从生物体内提取的菌肽，在生物体内已是经过剪裁修饰，并且大份子量抗菌肽活性与其空间结构密切相关。

通过蛋白质工程得到的抗菌肽往往无法做到。

虽然非提取抗菌肽在一级结构上与天然抗菌肽一致，但空间结构不一致，造成活性差异。

三是抗菌肽稳定性与免疫反应问题。

目前对于抗菌肽是否会成为一种强致敏原，在人体内产生强烈的抗原性；抗菌肽进入人体后会不会因为蛋白酶的分解迅速失活尚不彻底知晓。

要继续加以关注。

食品工业废水的来源与性质大豆乳清废水 COD 值很高，含有丰富的碳水化合物、蛋白质等营养物质，有乳清蛋白、大豆低聚糖等。

方便面 pH6.7 CODcr3500 (mg/l) BOD5 1600 (mg/l) SS2000 (mg/l)动植物油 1000 (mg/l)淀粉生产废水、食糖生产废水、乳制品生产废水、饮料生产废水、罐头生产废水、肉类加工废水、水产品加工废水。

( SS 是英语(Suspended Solid 或者 Suspended Substance)的缩写，即水质中的悬浮物)。

发酵调味品生产废水(酱油、柠檬酸、味精)、酿酒工业废水(白酒生产废水管理,啤酒生产废水管理,酒精生产废水管理,黄酒生产废水管理，果酒生产废水管理)。

第二节食品工业废水的处理技术食品废水的处理技术发展食品工业污水排放量多，而且常含有大量的糖类、蛋白质、脂肪、微生物菌体以及氮、磷的化合物等。

对环境的污染非常强烈，应该用现代生物技术有效地处理物化处理技术膜分离处理技术日本最早开辟膜分离技术，回收食品加工废水中的有效物质，并已取得经济与环境效益。

主要有以下几种：一是选用超滤膜从玉米浸渍水中回收植酸钙镁，制植酸；用反渗透膜可分离残液中份子量小的乳酸、氨基酸、蛋白质、无机盐；二是从酱油废水中用反渗透膜得到含氨基酸的浓缩液；三是采用膜技术从水产废水中回收蛋白质；四是精制砂糖时的洗糖废水，用功能性膜及生物反应器组合技术可得到高品质的糖蜜，培养酵母和生产氨基酸。

高梯度磁分离技术该技术合用于具有一定粒度和磁性的固体颗粒的多相分离，被分离的颗粒在磁场中受到其本身的重力、磁场力、流体黏滞力、流体惯性力及份子间引力等力的作用。

磁性体表面的醛基靠共价键和废水中的胶体、悬浮物、蛋白质、脂肪、磷酸盐等结合在一起。

在进行高梯度磁分离时就能够在过滤器中将带有杂质颗粒的磁粉捕获，从而达到分离的目的。

磁体可有效地除去食品废水中氨、磷。

利用光催化剂处理技术在光催化剂上用特定波长范围的紫外线照射，在催化剂表面能氧化(还原) 分解有机物。

光催化剂为氧化钛、烘石膏等，在废水中不宜直接使用此光催化剂，因要回收，需提高其机械强度和耐水性，因此可在光催化剂表面涂布被覆剂，提高其耐水性。

在气相等中，用氧化钛、烘石膏等光催化剂可分解恶臭气体硫化氢、甲硫醇，水中挥发性有机物质三氯乙烯。

由于气相等中分解有害物质效果比液相好，所以在废水中有害物质曝气后分离到气相、经除湿工程，再用光催化剂反应处理有害物质效果良好。

利用壳聚糖处理技术壳聚糖是多糖类物质甲壳质脱去乙酰化的物质，在酸溶液中形成的胺盐呈阳离子性，可与废水中阴离子电荷中和，有助于废水中微粒凝集，使食品废水中的大量蛋白质、油脂等胶态粒子悬浊物凝结。

废水处理效果是 SS 减少 70％-98％，COD 去除 47％-92％。

壳聚糖与硫酸铝或者硫酸铁结合处理含蛋白废水，其效果远比合成聚合物处理的好。

物理吸附沉降与化学絮凝技术泥沙、黏土、淀粉、纤维素等杂质，在水中呈悬浊、溶胶和高份子状态，不易沉淀去除。

然而投加药剂，可使溶胶微粒电中和达到会萃效果。

絮凝工艺对高份子有机物有着良好的去除能力。

主要机制有：一是通过压缩双电层絮凝，加入金属盐时，由于水中电解质浓度增大而离子强度升高，压缩扩散层，使颗粒相互吸引结合凝结；二是通过专属吸附絮凝，胶体颗粒专属吸附异电的离子化合态，即产生电中和颗粒絮凝。

生物处理技术水解- 好氧处理技术(H/O)H/O 法是近年来开辟出的一项处理有机污水的新技术。

该方法对水量水质变化抗冲击负荷强，工艺先进，流程简捷，运行效果稳定，经济可行，管理方便，具有很好的应用前景。

采用水解- 好氧处理技术，对污水 COD、BOD5 (5 天生化需氧量)、悬浮物等具有较高的去除率。

水解工艺的研究工作是从厌氧生物处理的试验开始，经过反复实验和理论研究，逐步发展为水解生物处理工艺。

吸附生物降解法处理技术(AB)采用 AB 法对 BOD5、CODcr (采用重铬酸钾作为氧化剂测定出的化学耗氧量)、SS、磷和氨氮的去除率，普通均高于常规活性污泥法，特殊合用于处理浓度较高、水质水量变化较大的污水。

处理后出水 CODcr、BOD5、SS 及动植物油的去除率均大于 90％，各项污染指标均可达到国家行业排放标准。

该工艺处理高浓度食品废水具有抗冲击负荷能力强、处理效果好、运行稳定、处理费用低等特点。

序批式活性污泥法处理技术(SBR)SBR 工艺是近年来在全球被广泛认同污水处理技术，它集初沉、均化、生物降解等功能于一体，具有工艺简单、占地面积少、投资省等优点。

SBR 底物和微生物浓度的变化在空间上呈彻底混合状态，具有灵便的控制调节能力和较强的抗冲击负荷能力。

SBR 法处理豆制品废水的试验结果表明，该系统具有较好的抗负荷冲击能力，曝气时间和曝气量对处理效果影响很大，最佳曝气时间为 8 h，适宜的曝气量为 800 L/h，污泥浓度控制在 4000mg/L 摆布时，处理效率最高。