生物科技應用於營養與食品科技

生 物 科 技 應 用 於 營 養 與 食 品 科 技 靜 宜 大 學 食 品 營 養 學 系 鍾 雲 琴 102 年 5 月 14 日

生 物 技 術 定 義 利 用 生 物 ( 動 物 植 物 或 微 生 物 ) 或 其 產 物, 來 生 產 對 人 類 醫 學 或 農 業 有 用 的 物 質 或 生 物 以 生 物 化 學 或 分 子 生 物 方 法 改 變 細 胞 或 分 子 的 遺 傳 形 質, 來 生 產 對 人 類 醫 學 或 農 業 有 用 的 物 質 或 生 物

新 文 京 : 生 物 技 術 概 論

傳 統 與 未 來 傳 統 生 物 技 術 釀 造 醱 酵 配 育 新 種 現 代 生 物 技 術 基 因 工 程 ( 基 因 體 genomics) 細 胞 培 養 單 株 抗 體 酵 素 工 程 ( 蛋 白 體 proteomics)

現 代 生 物 技 術 基 因 工 程 (Genetic engineering, 又 稱 為 遺 傳 工 程 ) Times (June 2007) 最 新 十 大 熱 門 行 業 排 行 榜, 前 三 名 是 : 身 體 組 織 工 程 師 ( 例 如 人 造 皮 人 造 軟 骨 器 官 ) 基 因 程 式 員 利 用 基 因 工 程 培 育 出 含 有 療 效 蛋 白 質 食 物 的 生 化 農 夫

基 因 工 程 利 用 DNA 重 組 技 術 將 目 的 基 因 與 載 體 DNA 在 體 外 進 行 重 組, 然 後 把 這 種 重 組 DNA 分 子 轉 入 受 體 細 胞, 並 使 之 增 殖 和 基 因 表 現 ( 產 生 RNA 及 蛋 白 質 ) 的 技 術

基 因 工 程 與 傳 統 培 育 方 式 不 同 之 處, 在 於 物 種 在 傳 統 培 育 方 式 中 透 過 間 接 的 形 式 變 更, 而 遺 傳 工 程 是 直 接 變 更 其 基 因 遺 傳 工 程 透 過 分 子 選 殖 和 轉 型 直 接 改 變 基 因 的 構 造 與 特 性

基 因 工 程 應 用 及 成 果 生 產 新 型 疫 苗 : 用 酵 母 菌 生 存 的 人 B 型 肝 炎 病 毒 疫 苗 生 產 人 胰 島 素 研 製 干 擾 素 等 動 物 基 因 工 程 與 品 種 改 良 基 因 診 斷 和 基 因 治 療

DNA - 2 Structure Campbee, Farrell: Biochemistry

DNA 結 構 Tortora, Funke, Case: Microbiology an Introduction

DNA 電 泳

DNA 定 序

DNA 序 列

基 因 選 殖 新 文 京 : 生 物 技 術 概 論

基 因 選 殖 Figure 9.1.1 Tortora, Funke, Case: Microbiology an Introduction

基 因 選 殖 Tortora, Funke, Case: Microbiology an Introduction Figure 9.1.2

基 因 轉 微 生 物

基 因 轉 殖 植 物

基 因 轉 殖 動 物

以 桿 狀 病 毒 為 載 體, 家 蠶 為 寄 主 高 效 率 生 產 基 因 工 程 蛋 白

如 何 取 得 所 需 之 DNA Gene library 基 因 庫 個 體 細 胞 的 全 部 基 因 的 集 合 Polymerase Chain Reaction (PCR) 聚 合 酶 鏈 鎖 反 應 利 用 酵 素 對 特 定 基 因 做 體 外 或 試 管 內 的 大 量 合 成 基 本 上 它 是 利 用 DNA 聚 合 酶 進 行 專 一 性 的 連 鎖 複 製 目 前 常 用 的 技 術, 可 以 將 一 段 基 因 複 製 為 原 來 的 一 百 億 至 一 千 億 倍

現 代 生 物 技 術 細 胞 培 養

CO 2 培 養 箱 CO 2 培 養 箱 設 定 的 條 件 為 :37,5% CO 2

現 代 生 物 技 術 單 株 抗 體

蛋 白 質 電 泳

西 方 轉 漬 ( 抗 原 + 抗 體 )

現 代 生 物 技 術 酵 素 工 程 ( 蛋 白 工 程 ) 酵 素 生 化 基 因 工 程 醱 酵

生 物 科 技 與 產 業 升 級 之 時 代 意 義 生 物 技 術 -- 七 十 年 代 崛 起 的 新 興 科 技

醫 療 保 健 環 境 污 染 防 治 食 品 產 業 生 物 技 術 能 源 產 業 農 業 特 化 品 產 業

新 營 養 觀 念 之 覺 起 延 緩 老 化 生 物 科 技 延 長 壽 命 維 持 生 命

生 物 科 技 應 用 於 營 養 與 食 品 科 技 多 樣 化 食 品 安 全 保 健 化 新 型 產 品 生 物 科 技 食 品 品 質 科 技 化 個 體 營 養 經 濟 效 應

食 品 安 全 檢 驗 危 害 傳 統 檢 驗 生 技 檢 驗 微 生 物 污 染 微 生 物 培 養 費 時 聚 合 酶 鍊 鎖 反 應 ( 基 因 檢 測 ) 生 物 晶 片 特 定 基 因 生 物 毒 河 豚 液 相 或 氣 相 層 析 串 聯 質 譜 儀 生 物 檢 體 致 死 量 測 定 生 物 檢 準 確 性 受 質 疑 耗 時 動 物 使 用 酵 素 聯 接 免 疫 分 析 快 速 靈 敏 食 品 添 加 物 化 學 品 污 染 例 如 : 塑 化 劑 鄰 苯 二 甲 酸 二 (2- 乙 基 己 基 ) 酯 液 相 層 析 串 聯 質 譜 儀 尚 缺

食 品 品 質 管 制 品 質 指 標 傳 統 生 技 魚 漿 彈 性 保 存 期 活 菌 量 成 品 品 質 測 定 費 時 費 力 加 工 失 敗 蛋 白 質 分 解 酵 素 活 性 分 析 蛋 白 質 分 析 微 生 物 培 養 費 時 酵 素 聯 接 免 疫 分 析 (ATPase) 食 品 攙 偽 色 香 味 依 賴 經 驗 蛋 白 質 分 析 DNA 分 析 基 因 轉 殖 食 品 (GMO) 牛 排 熟 成 所 須 時 間 缺 生 產 者 自 訴 聚 合 酶 鍊 鎖 反 應 ( 基 因 檢 測 ) 生 物 晶 片 缺 依 賴 生 產 者 經 驗 牛 肉 內 生 性 酵 素 活 性 預 防 快 速 靈 敏 特 定 蛋 白 質 ( 基 因 ) 特 定 轉 殖 基 因 及 載 體 生 產 線 上 偵 測 並 立 即 調 整

開 發 新 型 食 品 多 樣 化 保 健 化 科 技 化 經 濟 化 營 養 個 體 化

多 樣 化 : 利 用 生 物 技 術 開 發 新 產 品 Bacillus subtilis 黃 豆 納 豆 ( 預 防 血 栓 抗 氧 化 ) Bacillus subtilis + LAB 黃 豆 乳 酸 納 豆 ( 預 防 血 栓 抗 氧 化 改 善 腸 胃 道 ) Bacillus subtilis 紅 豆 納 紅 豆 ( 預 防 血 栓 抗 氧 化 )

保 健 化 : 利 用 生 物 技 術 生 產 具 保 健 功 效 之 食 品 提 升 具 生 理 活 性 成 分 之 萃 取 率 植 化 素 (Phytochemicals: 改 善 代 謝 性 疾 病 抗 發 炎 反 應 以 及 預 防 癌 症 微 生 物 發 酵 Bacillus subtilis 黃 豆 納 豆 ( 預 防 血 栓 抗 氧 化 ) Bacillus subtilis + LAB 黃 豆 乳 酸 納 豆 ( 預 防 血 栓 抗 氧 化 改 善 腸 胃 道 ) Bacillus subtilis 紅 豆 納 紅 豆 ( 預 防 血 栓 抗 氧 化 ) 細 胞 或 組 織 培 養 篩 選 益 生 菌 基 因 改 良 益 生 菌

保 健 化 : 利 用 生 物 技 術 生 產 具 保 健 功 效 之 食 品 *GMO 基 因 轉 殖 作 物 防 止 夜 盲 症 的 黃 金 米 ( 含 維 生 素 A) 增 加 oleic acid 的 油 菜 及 大 豆 品 種 : 花 生 油 及 橄 欖 油 的 主 要 成 分 之 一, 是 單 元 不 飽 和 脂 肪 酸, 可 改 善 高 不 飽 和 脂 肪 酸 在 高 溫 不 穩 定 的 缺 點 人 類 乳 鐵 蛋 白 : 基 因 重 組 的 人 類 乳 鐵 蛋 白 轉 殖 至 牛, 可 作 為 健 康 食 品 的 奶 粉 製 品

科 技 化 : 利 用 生 物 技 術 改 善 生 產 製 程 製 程 傳 統 生 技 農 作 物 栽 培 空 氣 陽 光 水 病 蟲 害 不 易 控 制 GMO 基 因 轉 殖 作 物 : 將 抗 病 或 抗 農 藥 基 因 植 入 植 物 細 胞 中 提 高 作 物 產 量 並 減 少 管 理 成 本 發 酵 食 品 1. 自 然 混 合 菌 種 發 酵 2.Cheese : 小 牛 胃 中 之 凝 乳 酶 1. 品 質 不 易 控 制 發 酵 失 敗 有 害 菌 污 染 2. 來 源 受 限 人 為 種 菌 乳 酪 發 酵 的 改 良 基 因 重 組 微 生 物 生 產 之 凝 乳 酶 1. 防 止 噬 菌 體 的 攻 擊 : 基 因 重 組 培 養 基 中 加 入 鈣 嵌 合 劑 2. 永 續 生 產 食 品 廢 棄 物 之 再 利 用 飼 料 堆 肥 寡 胜 肽 乳 清 蛋 白 膠 原 蛋 白 乳 糖 抗 氧 化 煉 製 品 加 工 營 養 補 劑 營 養 補 充 劑 基 因 轉 殖 酵 母 菌 發 酵 成 酒 精 果 汁 加 工 榨 汁 澱 粉 酶 果 膠 酶 纖 維 酶 提 高 萃 取 率

經 濟 化 轉 殖 反 向 DNA 抑 制 軟 化 酵 素 基 因 表 現 的 方 式, 讓 番 茄 的 果 實 較 為 可 口 殘 渣 量 降 低, 有 效 降 低 成 本

營 養 個 體 化

基 因 多 型 性 人 類 基 因 體 總 共 包 含 22 條 體 染 色 體 與 2 條 性 染 色 體 的 全 部 序 列, 估 計 有 30 億 個 鹼 基, 基 因 數 約 為 20,000-25,000 非 親 源 個 體 之 間 的 基 因 序 列 相 似 性 高 達 99.9%, 其 餘 0.1% 是 差 異 之 處 此 等 基 因 差 異 可 使 個 體 對 藥 物 與 食 物 之 反 應 不 同 也 需 求 不 同, 為 了 達 到 個 人 最 佳 健 康, 而 有 個 人 化 醫 療 或 營 養 之 趨 勢

Nutrigenomics( 營 養 基 因 體 學 ) 營 養 素 對 基 因 組 (genome) 蛋 白 質 體 (proteome) 與 代 謝 體 (metabolome) 的 影 響 營 養 基 因 體 學 和 以 基 因 型 為 基 礎 的 個 人 營 養 有 關

基 因 與 營 養 營 養 素 與 基 因 體 調 節 基 因 受 到 修 飾 而 改 變 表 現 活 性 可 發 揮 此 種 效 應 的 因 素, 包 括 : 環 境 條 件, 例 如 : 溫 度 食 物 成 分 藥 物 等 飲 食 中 的 蛋 白 質 含 量, 維 生 素, 如 : 維 生 素 D 或 葉 酸 或 礦 物 質, 如 : 硒 等, 均 可 能 經 由 影 響 DNA 的 修 飾, 或 是 調 節 染 色 體 之 特 定 蛋 白 或 影 響 基 因 調 控 的 酵 素 活 性, 進 而 影 響 動 物 或 母 鼠 孕 期 體 內 小 鼠 胚 胎 想 的 特 定 基 因 表 現

基 因 與 代 謝 乳 醣 不 耐 症 (lactose intolerance) 是 營 養 上 推 廣 乳 品 最 常 遭 遇 的 困 境, 乳 醣 酶 的 基 因 突 變 是 人 類 基 因 對 環 境 適 應 優 勢 的 例 子 哺 乳 動 物 的 正 常 發 育 生 理 是 成 年 後 不 再 食 用 母 乳, 稱 為 成 年 型 低 乳 糖 酶 (adult-type hypolactasia) 成 年 人 而 具 有 乳 醣 酶 的 表 現 是 基 因 變 異 和 演 化 的 結 果, 稱 為 成 年 型 乳 醣 酶 續 存 性 (lactase persistence)

營 養 素 與 基 因 轉 錄 和 轉 譯 調 節 營 養 與 基 因 有 雙 向 的 作 用, 不 僅 基 因 型 可 以 影 響 個 人 代 謝 營 養 素 的 能 力 與 對 營 養 素 的 需 要 量, 營 養 素 也 會 調 節 基 因 的 表 現, 影 響 蛋 白 質 與 酵 素 的 合 成, 幫 助 維 持 體 內 的 代 謝 恆 定 或 適 應 食 物 供 應 量 與 組 成 的 變 化 長 久 已 知 具 有 基 因 調 控 作 用 的 營 養 素 是 維 生 素 A D 與 含 碘 的 甲 狀 腺 素 隨 著 分 子 生 物 學 的 進 展, 每 一 種 營 養 素 對 自 身 的 代 謝 和 利 用 都 有 基 因 層 級 或 轉 譯 層 級 的 調 節

基 因 與 老 化 * 延 長 壽 命 之 有 效 策 略 是 有 充 足 的 保 護 性 營 養 素 但 限 制 熱 量 (calorie restriction), 這 也 同 時 減 少 了 心 血 管 異 常 糖 尿 病 症 狀 腫 瘤 癌 症 以 及 神 經 退 化 等 伴 隨 老 化 所 發 生 各 種 病 變 * 個 體 在 老 化 的 過 程 中, 基 因 體 也 逐 漸 呈 現 不 穩 定 的 狀 態, 因 而 增 加 了 疾 病, 尤 其 是 癌 症 發 生 的 機 率 ; 老 化 與 基 因 損 傷 密 切 相 關, 細 胞 內 也 有 各 種 修 復 DNA 損 傷 的 機 制 * 飲 食 甲 基 提 供 影 響 基 因 甲 基 化 程 度 限 食 的 保 護 機 制 從 小 鼠 大 鼠 到 狗, 可 能 還 包 括 靈 長 類, 在 限 制 飲 食 下, 不 僅 可 以 活 得 較 久, 而 且 也 遠 比 一 般 動 物 健 康, 同 時 可 以 避 免 罹 患 癌 症 糖 尿 病 甚 至 神 經 退 化 疾 病 等 大 多 數 老 年 疾 病 飲 食 中 小 分 子 成 分, 如 :Resveratrol 可 模 擬 限 食 的 作 用 常 見 於 葡 萄 紅 酒 成 分 中 的 Resveratrol ( 白 藜 蘆 醇 ), 在 實 驗 中 不 僅 可 以 延 長 許 多 物 種 的 生 命, 動 物 實 驗 甚 至 證 明 它 還 有 抗 癌, 抗 發 炎, 抗 糖 尿 病, 抗 阿 茲 海 默 症 等 等 的 功 能

營 養 基 因 體 技 術 篩 檢 基 因 (RNA) 或 蛋 白 質 的 表 現 基 因 晶 片 蛋 白 質 晶 片 即 時 定 量 PCR 白 藜 蘆 醇 活 化 SIRT1 進 而 降 低 DNA 不 穩 定 性 納 紅 豆 增 加 肝 臟 細 胞 抗 氧 化 相 關 基 因 之 表 現

Gene library 基 因 庫 人 體 細 胞 2,900,000,000 bp

Polymerase Chain Reaction (PCR) 聚 合 酶 鏈 鎖 反 應

PCR Campbee, Farrell: Biochemistry

57 ch 10

基 因 晶 片 : NDA 微 陣 列

酵 素 聯 接 免 疫 分 析

蛋 白 質 微 陣 列 偵 測 濃 度 抗 體 特 定 蛋 白 質 抗 體

微 生 物 培 養

選 擇 性 培 養 基 檢 測 特 定 微 生 物 盲 腸 菌 相 觀 察 目 標 菌 培 養 基 大 腸 桿 菌 D.C agar 乳 酸 菌 MRS 雙 叉 桿 菌 BIM-25 產 氣 莢 膜 梭 菌 TSC 菌 落

高 效 能 液 相 層 析 法 High Performance Liquid Chromatography HPLC

1-hour Horse Meat Adulteration ELISA Test