幻灯片 1

第 二 章 基 因 工 程 与 食 品 产 业 第 五 节 基 因 工 程 在 食 品 产 业 中 的 应 用

第 五 节 基 因 工 程 在 食 品 产 业 中 的 应 用 一 利 用 基 因 工 程 改 造 食 品 微 生 物 二 利 用 基 因 工 程 改 善 食 品 原 料 的 品 质 三 利 用 基 因 工 程 改 进 食 品 生 产 工 艺 四 利 用 基 因 工 程 生 产 食 品 添 加 剂 及 功 能 性 食 品

第 五 节 基 因 工 程 在 食 品 产 业 中 的 应 用 一 利 用 基 因 工 程 改 造 食 品 微 生 物 ( 一 ) 改 良 微 生 物 菌 种 ( 二 ) 改 良 乳 酸 菌 遗 传 特 性 ( 三 ) 酶 制 剂 的 生 产

第 五 节 基 因 工 程 在 食 品 产 业 中 的 应 用 一 利 用 基 因 工 程 改 造 食 品 微 生 物 ( 一 ) 改 良 微 生 物 菌 种 最 早 成 功 应 用 的 基 因 工 程 菌 ( 采 用 基 因 工 程 改 造 的 微 生 物 ) 是 面 包 酵 母 菌 啤 酒 生 产 中 要 使 用 啤 酒 酵 母, 但 由 于 普 通 啤 酒 酵 母 菌 种 中 不 含 α- 淀 粉 酶, 所 以 需 要 利 用 大 麦 芽 产 生 的 α- 淀 粉 酶 使 谷 物 淀 粉 液 化 成 糊 精, 生 产 过 程 比 较 复 杂

( 一 ) 改 良 微 生 物 菌 种 生 物 技 术 已 用 于 啤 酒 酵 母 的 改 造, 如 将 α- 乙 酰 乳 酸 脱 羧 酶 基 因 克 隆 到 啤 酒 酵 母 中 进 行 表 达, 可 降 低 啤 酒 双 乙 酰 含 量 而 改 善 啤 酒 风 味 ; 选 育 出 分 解 β- 葡 聚 糖 和 糊 精 的 啤 酒 酵 母, 能 够 明 显 提 高 麦 汁 的 分 解 率 并 改 善 啤 酒 质 量 ; 构 建 具 有 优 良 嗜 杀 其 他 菌 类 活 性 的 嗜 杀 啤 酒 酵 母 已 成 为 实 现 纯 种 发 酵 的 重 要 措 施

( 一 ) 改 良 微 生 物 菌 种 采 用 基 因 工 程 技 术, 将 大 麦 中 α- 淀 粉 酶 基 因 转 入 啤 酒 酵 母 中 并 实 现 高 速 表 达 这 种 酵 母 便 可 直 接 利 用 淀 粉 进 行 发 酵, 无 需 麦 芽 生 产 α- 淀 粉 酶 的 过 程, 可 缩 短 生 产 流 程, 简 化 工 序, 推 动 啤 酒 生 产 的 技 术 革 新 利 用 基 因 工 程 技 术 还 可 将 霉 菌 的 淀 粉 酶 基 因 转 入 大 肠 杆 菌, 并 将 此 基 因 进 一 步 转 入 单 细 胞 酵 母 中, 使 之 直 接 利 用 淀 粉 生 产 酒 精 这 样, 可 以 省 掉 酒 精 生 产 中 的 高 压 蒸 煮 工 序, 可 节 约 能 源 60 %, 并 且 生 产 周 期 大 大 缩 短

( 一 ) 改 良 微 生 物 菌 种 此 外, 食 品 生 产 中 所 应 用 的 食 品 添 加 剂 或 加 工 助 剂, 如 氨 基 酸 有 机 酸 维 生 素 增 稠 剂 乳 化 剂 表 面 活 性 剂 食 用 色 素, 食 用 香 精 及 调 味 料 等, 也 可 以 采 用 基 因 工 程 菌 发 酵 生 产 而 得 到, 基 因 工 程 对 微 生 物 菌 种 改 良 前 景 广 阔

( 二 ) 改 良 乳 酸 菌 遗 传 特 性 1 抗 药 基 因 目 前, 利 用 乳 酸 菌 发 酵 得 到 的 产 品 很 多, 如 酸 奶 干 酪 酸 奶 油 酸 乳 酒 等, 已 应 用 的 乳 酸 菌 基 本 上 为 野 生 菌 株 有 的 野 生 菌 株 本 身 就 抗 多 种 抗 生 素, 因 而 在 其 使 用 过 程 中, 抗 药 基 因 将 有 可 能 以 结 合 转 导 和 转 化 等 形 式 在 微 生 物 菌 群 之 间 相 互 传 递 而 发 生 扩 散

( 二 ) 改 良 乳 酸 菌 遗 传 特 性 利 用 基 因 工 程 技 术 可 选 育 无 耐 药 基 因 的 菌 株, 当 然 也 可 去 除 生 产 中 已 应 用 菌 株 中 含 有 的 耐 药 质 粒, 从 而 保 证 食 品 用 乳 酸 菌 和 活 菌 制 剂 中 菌 株 的 安 全 性

( 二 ) 改 良 乳 酸 菌 遗 传 特 性 2 风 味 物 质 基 因 乳 酸 菌 发 酵 产 物 中 与 风 味 有 关 的 物 质 主 要 有 乳 酸 乙 醛 丁 二 酮 3- 羟 基 -2- 丁 酮 丙 酮 和 丁 酮 等 可 以 通 过 基 因 工 程 选 育 风 味 物 质 含 量 高 的 乳 酸 菌 菌 株

( 二 ) 改 良 乳 酸 菌 遗 传 特 性 3 产 酶 基 因 乳 酸 菌 不 仅 具 有 一 般 微 生 物 所 产 生 的 酶 系, 而 且 还 可 以 产 生 一 些 特 殊 的 酶 系, 如 产 生 有 机 酸 的 酶 系 合 成 多 糖 的 酶 系 降 低 胆 固 醇 的 酶 系 控 制 内 毒 素 的 酶 系 分 解 脂 肪 的 酶 系 合 成 各 种 维 生 素 的 酶 系 和 分 解 胆 酸 的 酶 系 等, 从 而 赋 予 乳 酸 菌 特 殊 的 生 理 功 能 若 通 过 基 因 工 程 克 隆 这 些 酶 系, 然 后 导 入 到 生 产 干 酪 酸 奶 等 发 酵 乳 制 品 生 产 用 乳 酸 菌 菌 株 中, 将 会 促 进 和 加 速 这 些 产 品 的 成 熟 另 外, 把 胆 固 醇 氧 化 酶 基 因 转 到 乳 酸 杆 菌 中, 可 降 低 乳 中 胆 固 醇 含 量

( 二 ) 改 良 乳 酸 菌 遗 传 特 性 4 耐 氧 相 关 基 因 乳 酸 菌 大 多 数 属 于 厌 氧 菌, 这 给 实 验 和 生 产 带 来 诸 多 不 便 从 遗 传 学 和 生 化 角 度 看, 厌 氧 菌 或 兼 性 厌 氧 菌 几 乎 没 有 超 氧 化 物 歧 化 酶 基 因 和 过 氧 化 氢 酶 基 因 或 者 说 其 活 性 很 小 若 通 过 生 物 工 程 改 变 超 氧 化 物 歧 化 酶 的 调 控 基 因 则 有 可 能 提 高 其 耐 氧 活 性 当 然 将 外 源 SOD 基 因 和 过 氧 化 氢 酶 基 因 转 入 厌 氧 菌 中, 也 可 以 起 到 提 高 厌 氧 菌 和 兼 性 厌 氧 菌 对 氧 的 抵 抗 能 力

( 二 ) 改 良 乳 酸 菌 遗 传 特 性 5 产 细 菌 素 基 因 乳 酸 菌 代 谢 不 仅 可 以 产 生 有 机 酸 等 产 物, 还 可 以 产 生 多 种 细 菌 素, 然 而 并 不 是 所 有 的 乳 酸 菌 都 产 生 细 菌 素, 若 通 过 生 物 工 程 技 术 将 细 菌 素 的 结 构 基 因 克 隆 到 生 产 用 菌 株 中, 不 仅 可 以 使 不 产 细 菌 素 的 菌 株 获 得 产 产 细 菌 素 的 能 力, 而 且 为 人 工 合 成 大 量 的 细 菌 素 提 供 了 可 能

( 三 ) 酶 制 剂 的 生 产 利 用 基 因 工 程 技 术 不 但 可 以 成 倍 地 提 高 酶 的 活 力, 而 且 还 可 以 将 生 物 酶 基 因 克 隆 到 微 生 物 中, 构 建 基 因 工 程 菌 来 生 产 酶 据 1995 年 统 计, 已 有 50% 的 工 业 用 酶 是 用 转 基 因 微 生 物 生 产 的 转 基 因 微 生 物 生 产 酶 的 优 点 : 产 量 高 品 质 均 一 稳 定 性 好 价 格 低 等

( 三 ) 酶 制 剂 的 生 产 凝 乳 酶 是 第 一 个 应 用 基 因 工 程 技 术 把 小 牛 胃 中 的 凝 乳 酶 基 因 转 移 至 细 菌 或 真 核 微 生 物 生 产 的 一 种 酶 1990 年 美 国 FDA 已 批 准 在 干 酪 生 产 中 使 用 重 组 DNA 技 术 生 产 小 牛 凝 乳 酶, 首 先 从 小 牛 胃 中 分 离 出 对 凝 乳 酶 原 专 一 的 mrna( 内 含 子 已 被 切 除 ), 然 后 借 助 反 转 录 酶 DNA 聚 合 酶 和 St 核 苷 酸 酶 的 作 用 获 得 编 码 该 酶 原 的 双 链 DNA 再 以 质 粒 或 噬 菌 体 为 运 载 体 导 入 大 肠 杆 菌

( 三 ) 酶 制 剂 的 生 产 近 20 年 来 用 基 因 工 程 菌 发 酵 生 产 的 食 品 酶 制 剂 主 要 有 : 凝 乳 酶 α- 淀 粉 酶 葡 萄 糖 氧 化 酶 葡 萄 糖 异 构 酶 转 化 酶 普 鲁 多 糖 酶 ( 茁 霉 多 糖 酶 ) 脂 肪 酶 α- 半 乳 糖 苷 酶 β- 半 乳 糖 苷 酶 α- 乙 酰 乳 酸 脱 羧 酶 溶 菌 酶 碱 性 蛋 白 酶 等

( 三 ) 酶 制 剂 的 生 产 例 如, 蛋 白 酶 可 以 改 善 蛋 白 质 的 溶 解 性 ; 转 谷 氨 酰 胺 酶 可 以 使 蛋 白 质 分 子 间 发 生 交 联, 可 用 于 增 加 大 豆 蛋 白 的 胶 凝 性 能, 使 肉 制 品 等 添 加 大 豆 蛋 白 后 具 有 更 好 的 品 质

( 三 ) 酶 制 剂 的 生 产 在 食 品 加 工 过 程 中, 通 过 添 加 一 些 酶 类, 可 以 改 善 产 品 的 色 泽 风 味 和 质 构 如 用 葡 萄 糖 氧 化 酶 可 以 去 除 蛋 液 中 的 葡 萄 糖, 改 善 蛋 制 品 的 色 泽 ; 用 脂 酶 和 蛋 白 酶 可 加 速 奶 酪 的 成 熟 ; 葡 萄 糖 苷 酶 可 用 于 果 汁 和 果 酒 的 增 香 ; 木 瓜 蛋 白 酶 可 分 解 胶 原 蛋 白, 用 于 肉 的 嫩 化 对 于 含 有 难 消 化 成 分 的 食 品, 可 以 通 过 添 加 一 些 酶 类, 改 善 这 些 食 品 的 营 养 和 消 化 利 用 性 能

第 五 节 基 因 工 程 在 食 品 产 业 中 的 应 用 二 利 用 基 因 工 程 改 善 食 品 原 料 的 品 质 ( 一 ) 改 良 动 物 食 品 性 状 ( 二 ) 改 造 植 物 性 食 品 原 料

二 利 用 基 因 工 程 改 善 食 品 原 料 的 品 质 ( 一 ) 改 良 动 物 食 品 性 状 为 了 提 高 乳 牛 的 产 奶 量, 可 将 采 用 基 因 工 程 技 术 生 产 的 牛 生 长 激 素 (BST) 注 射 到 母 牛 体 内, 既 可 达 到 提 高 母 牛 产 奶 量 的 目 的, 又 不 影 响 奶 的 质 量 同 样, 为 了 提 高 猪 的 瘦 肉 含 量 或 降 低 猪 脂 肪 含 量, 可 将 采 用 基 因 重 组 技 术 生 产 的 猪 生 长 激 素, 注 射 至 猪 体 内, 便 可 使 猪 瘦 肉 型 化, 有 利 于 改 善 肉 食 品 质

( 二 ) 改 造 植 物 性 食 品 原 料 1 提 高 植 物 性 食 品 氨 基 酸 含 量 例 如, 可 以 对 赖 氨 酸 代 谢 途 径 中 的 各 种 酶 进 行 修 饰 或 加 工, 从 而 使 细 胞 积 累 更 大 量 的 Lys 在 植 物 细 胞 中,Lys 是 由 Asp 衍 生 而 来 的, 在 这 个 过 程 中 有 两 个 起 重 要 作 用 的 酶, 天 冬 氨 酸 激 酶 (AK) 和 二 氢 吡 啶 二 羧 酸 合 成 酶 (DHDPS) 这 两 个 酶 都 受 到 它 们 所 催 化 的 反 应 的 终 产 物 - Lys 抑 制 因 此 只 要 能 够 解 除 Lys 对 AK 和 DHDPS 的 抑 制, 就 可 以 在 细 胞 内 积 累 较 高 含 量 的 Lys 现 在 已 经 从 玉 米 等 植 物 中 克 隆 到 了 对 Lys 的 抑 制 作 用 不 敏 感 的 DHDPS 的 基 因, 并 正 在 对 转 入 此 基 因 的 植 物 进 行 检 测

( 二 ) 改 造 植 物 性 食 品 原 料 1 提 高 植 物 性 食 品 氨 基 酸 含 量 还 可 针 对 性 地 将 富 含 某 种 特 异 性 的 氨 基 酸 的 蛋 白 基 因 转 入 目 的 植 物, 以 提 高 相 应 植 物 中 的 特 定 氨 基 酸 的 含 量 例 如 通 过 分 析 发 现, 玉 米 β-phaseolin 富 含 Met, 将 此 蛋 白 基 因 转 入 豆 科 植 物, 就 可 以 大 大 提 高 豆 科 植 物 种 子 贮 存 蛋 白 的 Met 含 量, 而 Met 正 是 豆 科 植 物 种 子 贮 存 蛋 白 所 缺 少 的 成 分

( 二 ) 改 造 植 物 性 食 品 原 料 2 增 加 食 品 的 甜 味 非 洲 有 一 种 植 物 叫 应 乐 果, 研 究 人 员 在 其 果 实 中 发 现 了 一 种 叫 做 应 乐 果 蛋 白 的 蛋 白 质, 咀 嚼 时 比 蔗 糖 大 约 甜 1.0 万 倍, 而 它 所 含 的 蛋 白 质 却 又 不 会 在 新 陈 代 谢 中 具 有 与 蔗 糖 相 同 的 作 用, 它 的 这 种 特 性 使 之 成 为 蔗 糖 的 理 想 替 代 品 0

( 二 ) 改 造 植 物 性 食 品 原 料 2 增 加 食 品 的 甜 味 天 然 应 乐 果 蛋 白 是 有 两 条 链 通 过 弱 的 非 共 价 键 相 互 作 用 而 形 成 的 二 聚 体 A 链 由 45 个 氨 基 酸 残 基 组 成,B 链 由 50 个 氨 基 酸 残 基 组 成 但 由 于 是 由 两 条 分 离 多 肽 链 组 成, 烹 调 过 程 中 遇 到 的 加 热 遇 酸 ( 例 如 醋 酸 柠 檬 酸 ) 等 情 况 很 容 易 使 之 解 离, 失 去 甜 味 局 限 了 它 作 为 甜 味 剂 的 用 途 人 们 采 用 化 学 方 法 合 成 出 应 乐 果 蛋 白 基 因, 它 可 以 编 码 同 时 包 括 A B 两 条 链 的 单 链 肽 段 此 融 合 蛋 白 在 转 基 因 番 茄 和 莴 苣 中 进 行 了 表 达

( 二 ) 改 造 植 物 性 食 品 原 料 2 增 加 食 品 的 甜 味 还 可 用 基 因 工 程 的 方 法 获 得 新 的 糖 类 例 如 环 化 糊 精 (CD) 就 是 一 种 新 的 糖 类 物 质 这 种 物 质 有 可 能 作 为 一 种 新 型 甜 味 剂 用 于 食 品 工 业, 研 究 表 明, 环 化 糊 精 除 了 具 有 甜 味 外 还 有 分 解 食 物 中 的 咖 啡 因 和 胆 固 醇 等 有 害 物 质 的 功 能 将 环 化 糊 精 糖 基 转 移 酶 (CGT) 的 基 因 转 入 植 物, 可 以 在 转 基 因 植 物 中 获 得 环 化 糊 精

( 二 ) 改 造 植 物 性 食 品 原 料 3 改 造 油 料 作 物 最 易 用 基 因 工 程 方 法 进 行 改 造 的 油 料 作 物 是 油 菜, 迄 今 为 止, 在 世 界 范 围 内 种 植 的 良 种 油 菜 有 31% 是 转 基 因 品 种

( 二 ) 改 造 植 物 性 食 品 原 料 3 改 造 油 料 作 物 用 基 因 工 程 技 术 可 以 提 高 油 脂 中 抗 氧 化 剂 的 含 量 已 成 功 地 从 拟 南 芥 中 克 隆 甲 基 转 移 酶 基 因 并 转 导 到 了 大 豆 中, 甲 基 转 移 酶 是 γ 生 育 酚 形 成 生 育 酚 的 关 键 酶 转 这 种 酶 基 因 的 大 豆 能 在 不 降 低 总 生 育 酚 的 前 提 下, 使 α 生 育 酚 的 含 量 提 高 80% 以 上

4 改 良 植 物 食 品 的 蛋 白 质 品 质 如 秘 鲁 国 际 马 铃 薯 培 育 中 心 培 育 出 一 种 蛋 白 质 含 量 与 肉 类 相 当 的 薯 类 ; 转 移 扁 豆 蛋 白 基 因 可 获 得 具 有 较 高 贮 存 蛋 白 质 的 转 基 因 向 日 葵 我 国 在 此 方 面 也 培 育 出 了 一 批 作 物 新 品 种, 有 的 已 经 在 生 产 上 推 广 应 用 如 山 东 农 业 大 学 将 小 牛 胸 腺 DNA 导 入 小 麦 系 814527, 在 第 二 代 出 现 了 蛋 白 质 含 量 高 达 16.51% 的 小 麦 变 异 株 ; 中 国 农 业 科 学 院 作 物 研 究 所 将 大 米 草 DNA 引 入 水 稻 品 种 早 丰, 出 现 了 籽 粒 蛋 白 质 含 量 高 达 12.74% 的 受 体 变 异 类 型

4 改 良 植 物 食 品 的 蛋 白 质 品 质 基 因 工 程 在 改 善 农 作 物 种 子 蛋 白 质 质 量 方 面 发 挥 着 重 要 作 用 如 小 麦 玉 米 等 谷 物 种 子 缺 乏 赖 氨 酸, 豆 类 作 物 种 子 缺 乏 蛋 氨 酸, 将 富 含 赖 氨 酸 和 蛋 氨 酸 的 种 子 基 因 进 行 分 离 鉴 定, 并 转 入 相 应 的 作 物 中, 可 得 到 营 养 品 质 较 为 完 全 的 蛋 白 质 如 将 巴 西 坚 果 或 豌 豆 蛋 白 基 因 转 入 大 豆 中, 获 得 含 有 较 高 含 硫 氨 基 酸 的 转 基 因 大 豆

5 改 善 园 艺 产 品 的 采 后 品 质 (1) 多 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶 (PG) PG 在 果 实 成 熟 过 程 中 合 成 利 用 转 基 因 技 术 得 到 的 反 义 PG 番 茄, 果 实 采 后 的 贮 藏 期 可 延 长 1 倍, 可 以 减 少 因 过 熟 和 腐 烂 所 造 成 的 损 失 ; 果 实 抗 裂 抗 机 械 损 伤 便 于 运 输 ; 抗 真 菌 感 染 ; 由 于 果 胶 水 解 受 到 抑 制, 用 其 加 工 果 酱 可 提 高 出 品 率 目 前 已 经 从 桃 猕 猴 桃 苹 果 西 洋 梨 砂 梨 鳄 梨 番 茄 黄 瓜 甜 瓜 马 铃 薯 玉 米 水 稻 大 豆 烟 草 甜 菜 油 菜 拟 南 芥 等 植 物 中 克 隆 得 到 PG 的 编 码 基 因

5 改 善 园 艺 产 品 的 采 后 品 质 (2) 乙 烯 合 成 相 关 酶 基 因 : 采 用 基 因 工 程 手 段 可 控 制 乙 烯 生 成, 如 导 入 反 义 ACC (1- 氨 基 环 丙 烷 -1- 羧 酸 ) 合 成 酶 基 因 ; 导 入 反 义 ACC 氧 化 酶 基 因 ACC 合 成 酶 ( 简 称 ACS) 基 因 : ACC 合 成 酶 是 乙 烯 生 物 合 成 的 关 键 酶, 由 一 个 多 基 因 家 族 所 编 码 目 前, 已 经 从 番 茄 苹 果 康 乃 馨 绿 豆 夏 南 瓜 笋 瓜 等 植 物 中 得 到 了 ACC 合 成 酶 基 因 1995 年 中 国 农 大 罗 云 波 等 培 育 出 转 反 义 ACS 的 转 基 因 的 番 茄, 在 室 温 下 可 贮 存 3 个 月

5 改 善 园 艺 产 品 的 采 后 品 质 ACC 氧 化 酶 基 因 : 又 叫 乙 烯 形 成 酶 (EFE), 也 是 乙 烯 生 物 合 成 途 径 中 的 关 键 酶 在 细 胞 中 的 含 量 比 ACC 合 成 酶 还 少, 也 是 由 一 个 多 基 因 家 族 编 码 目 前 已 经 从 番 茄 甜 瓜 苹 果 鳄 梨 猕 猴 桃 以 及 衰 老 的 麝 香 石 竹 花 豌 豆 甜 瓜 等 分 离 出 ACC 氧 化 酶 基 因 利 用 基 因 工 程 方 法 延 缓 蔬 果 成 熟 衰 老 控 制 果 实 软 化, 提 高 抗 病 虫 和 抗 冷 害 能 力 等 方 面 均 有 广 阔 的 应 用 前 景

第 五 节 基 因 工 程 在 食 品 产 业 中 的 应 用 三 利 用 基 因 工 程 改 进 食 品 生 产 工 艺 ( 一 ) 利 用 DNA 重 组 技 术 改 进 果 糖 和 乙 醇 生 产 方 法 ( 二 ) 改 良 啤 酒 大 麦 的 加 工 工 艺 ( 三 ) 改 良 小 麦 种 子 贮 藏 蛋 白 的 烘 烤 特 性 ( 四 ) 改 善 牛 乳 加 工 特 性

三 利 用 基 因 工 程 改 进 食 品 生 产 工 艺 ( 一 ) 利 用 DNA 重 组 技 术 改 进 果 糖 和 乙 醇 生 产 方 法 1 利 用 微 生 物 培 养 技 术, 大 量 生 产 所 需 的 酶 2 利 用 α- 淀 粉 酶 的 高 温 突 变 体 进 行 高 温 生 产 这 种 突 变 体 可 在 80~90 时 起 作 用, 在 这 种 高 温 下 进 行 液 化 淀 粉, 加 速 淀 粉 的 水 解, 同 时 节 约 正 常 淀 粉 酶 水 解 的 冷 却 降 温 所 消 耗 的 能 量

三 利 用 基 因 工 程 改 进 食 品 生 产 工 艺 3 改 变 编 码 α- 淀 粉 酶 和 葡 萄 糖 淀 粉 酶 的 基 因 使 它 们 具 有 同 样 的 最 适 温 度 和 最 适 ph 值, 使 液 化 糖 化 在 同 一 条 件 下 进 行, 减 少 生 产 步 骤, 降 低 生 产 成 本 4 利 用 DNA 重 组 技 术 获 得 能 够 直 接 分 解 粗 淀 粉 的 酶 可 降 低 能 量 消 耗, 提 高 效 率, 降 低 成 本 5 寻 找 或 人 工 创 造 一 种 分 泌 葡 萄 糖 淀 粉 酶 发 酵 微 生 物 葡 萄 糖 淀 粉 酶 能 将 淀 粉 全 部 水 解 成 葡 萄 糖 在 发 酵 过 程 中 可 不 再 添 加 淀 粉 酶, 直 接 生 产 果 糖 或 乙 醇

三 利 用 基 因 工 程 改 进 食 品 生 产 工 艺 ( 二 ) 改 良 啤 酒 大 麦 的 加 工 工 艺 啤 酒 制 造 对 大 麦 醇 溶 蛋 白 含 量 有 一 定 要 求, 如 果 醇 溶 蛋 白 含 量 过 高 会 影 响 发 酵, 使 啤 酒 易 产 生 混 浊, 也 会 增 加 过 滤 的 难 度 采 用 基 因 工 程 技 术, 使 另 一 蛋 白 基 因 克 隆 至 大 麦 中, 便 可 相 应 地 降 低 大 麦 中 的 醇 溶 蛋 白 含 量, 以 适 应 生 产 的 要 求

三 利 用 基 因 工 程 改 进 食 品 生 产 工 艺 ( 三 ) 改 良 小 麦 种 子 贮 藏 蛋 白 的 烘 烤 特 性 小 麦 种 子 贮 藏 蛋 白 对 面 包 烘 烤 质 量 有 很 大 影 响, 特 别 是 高 分 子 谷 蛋 白 5(x) 和 10(y) 的 亚 基 有 助 于 面 包 质 量 的 改 善, 同 时 谷 蛋 白 的 N 端 和 C 端 含 有 Cys 残 基, 可 形 成 分 子 间 的 二 硫 键, 产 生 高 分 子 量 的 聚 合 物, 从 而 使 面 团 具 有 较 好 的 弹 性 利 用 基 因 工 程 技 术, 通 过 增 加 谷 物 蛋 白 的 5(x) 和 10(y) 的 亚 基 的 拷 贝 数 引 入 Cys 残 基 以 及 改 变 交 联 特 性 等 手 段, 可 使 小 麦 具 有 更 理 想 的 加 工 特 性

三 利 用 基 因 工 程 改 进 食 品 生 产 工 艺 ( 四 ) 改 善 牛 乳 加 工 特 性 在 牛 乳 加 工 中 如 何 提 高 其 热 稳 定 性 是 关 键 问 题 牛 乳 中 的 酪 蛋 白 分 子 含 有 丝 氨 酸 磷 酸, 它 能 结 合 钙 离 子 而 使 酪 蛋 白 沉 淀 采 用 基 因 操 作, 使 酪 蛋 白 分 子 中 Ala-53 被 Ser 所 置 换, 但 可 提 高 其 磷 酸 化, 使 酪 蛋 白 分 子 间 斥 力 增 加, 以 提 高 牛 奶 的 热 稳 定 性, 这 对 防 止 消 毒 奶 沉 淀 和 炼 乳 凝 结 起 重 要 作 用

第 五 节 基 因 工 程 在 食 品 产 业 中 的 应 用 四 利 用 基 因 工 程 生 产 食 品 添 加 剂 及 功 能 性 食 品 ( 一 ) 生 产 氨 基 酸 ( 二 ) 生 产 黄 原 胶 ( 三 ) 超 氧 化 物 歧 化 酶 (SOD) 的 基 因 工 程 ( 四 ) 应 用 于 生 产 保 健 食 品 的 有 效 成 分

四 利 用 基 因 工 程 生 产 食 品 添 加 剂 及 功 能 性 食 品 由 于 从 植 物 中 提 取 食 品 添 加 剂, 来 源 有 限 成 本 昂 贵 ; 化 学 合 成 虽 成 本 较 低, 但 常 可 能 危 害 人 体 健 康 因 此, 生 物 技 术, 特 别 是 发 酵 工 程 技 术 已 成 为 食 品 添 加 剂 生 产 的 首 选 方 法

目 前, 国 内 外 重 点 研 究 开 发 的 食 品 添 加 剂 有 : 甜 味 剂 : 木 糖 醇 甘 露 糖 醇 阿 拉 伯 糖 醇 甜 味 多 肽 等 ; 酸 味 剂 :L- 苹 果 酸 L- 琥 珀 酸 等 ; 氨 基 酸 : 各 种 必 需 氨 基 酸 ; 增 稠 剂 : 黄 原 胶 普 鲁 兰 茁 霉 多 糖 热 凝 性 多 糖 等 ; 风 味 剂 : 多 种 核 苷 酸 琥 珀 酸 钠 香 茅 醇 双 乙 酰 等 ; 芳 香 剂 : 脂 肪 酸 酯 异 丁 醇 等 ; 色 素 : 类 胡 萝 卜 素 红 曲 霉 色 素 虾 青 素 番 茄 红 素 等 ; 维 生 素 : 维 生 素 C 维 生 素 B 12 核 黄 素 肉 碱 等 ; 生 物 活 性 剂 : 活 性 多 肽 等 ; 天 然 食 品 防 腐 剂 : 如 乳 链 菌 肽 杀 菌 肽 瓜 蟾 抗 菌 肽 防 御 素 等

四 利 用 基 因 工 程 生 产 食 品 添 加 剂 及 功 能 性 食 品 ( 一 ) 生 产 氨 基 酸 氨 基 酸 是 我 国 新 型 的 发 酵 工 业 产 品 之 一, 目 前, 国 外 已 有 5 种 氨 基 酸 用 重 组 菌 实 现 了 工 业 化 生 产, 达 到 较 高 水 平 ( 如 苏 氨 酸 组 氨 酸 脯 氨 酸 丝 氨 酸 和 苯 丙 氨 酸 ) 生 产 色 氨 酸, 在 正 常 的 色 氨 酸 生 物 合 成 途 径 中, 其 关 键 酶 是 邻 氨 基 苯 甲 酸 合 成 酶 把 编 码 这 种 酶 的 基 因, 转 化 到 生 产 色 氨 酸 的 菌 株 中 使 之 正 确 高 效 表 达, 就 会 达 到 增 加 色 氨 酸 的 产 量 的 目 的

( 二 ) 生 产 黄 原 胶 黄 原 胶 是 一 种 高 分 子 的 多 糖, 其 物 理 化 学 性 质 非 常 稳 定, 常 被 作 为 稳 定 剂 乳 化 剂 加 浓 剂 悬 浮 剂 使 用, 在 食 品 加 工 中 用 途 广 泛 在 奶 酪 的 制 作 过 程 中, 会 产 生 一 种 叫 做 乳 清 的 副 产 品 这 种 副 产 品 乳 糖 含 量 高 达 3.5%~4%, 还 有 少 量 的 蛋 白 质 矿 物 质 和 小 分 子 有 机 物, 但 牛 奶 场 却 很 难 处 理 这 种 乳 清 研 究 发 现, 大 肠 杆 菌 的 1acZ 操 纵 子 包 含 了 半 乳 糖 苷 酶 和 乳 糖 渗 透 酶 的 基 因, 这 两 个 基 因 置 于 X.campetris 启 动 子 的 驱 动 下, 转 入 宿 主 的 质 粒 载 体 中, 导 入 大 肠 杆 菌, 然 后 通 过 三 亲 交 配 转 入 X.campetris 本 来, 野 生 型 的 X.campestris 不 能 利 用 乳 糖, 只 能 在 以 葡 萄 糖 为 碳 源 的 环 境 中 生 产 黄 原 胶, 而 用 这 两 个 基 因 转 化 后,X.campestris 菌 可 利 用 乳 清 高 水 平 地 生 产 黄 原 胶

( 三 ) 超 氧 化 物 歧 化 酶 (SOD) 的 基 因 工 程 采 用 基 因 工 程 手 段 改 良 产 酶 菌 株, 近 年 来 应 用 于 超 氧 化 物 歧 化 酶 (SOD) Hallewell 等 报 道 了 人 的 SOD 的 cdna 的 核 苷 酸 序 列 分 子 克 隆 和 用 Tacl 启 动 子 在 大 肠 杆 菌 中 的 高 效 表 达 利 用 酵 母 甘 油 醛 磷 酸 脱 氢 酶 启 动 子 指 导 人 的 SOD 基 因 在 酵 母 菌 中 高 效 表 达, 产 生 的 人 的 SOD 是 可 溶 的, 酶 比 活 正 常 酵 母 产 生 的 人 的 SOD 在 其 N 末 端 乙 酰 化, 它 与 人 红 细 胞 的 SOD 物 化 特 性 相 同 可 见, 用 酵 母 表 达 生 产 人 的 SOD, 具 有 广 泛 的 应 用 前 景

( 四 ) 应 用 于 生 产 保 健 食 品 的 有 效 成 分 当 今, 保 健 食 品 的 发 展 有 赖 于 基 因 工 程 这 门 新 技 术 现 在, 可 以 采 用 转 基 因 手 段, 在 动 植 物 或 其 细 胞 中 使 目 的 基 因 得 到 表 达 而 制 造 有 益 于 人 类 健 康 的 保 健 成 分 或 有 效 因 子 例 如, 将 一 种 有 助 于 心 脏 病 患 者 血 液 凝 结 溶 血 作 用 的 酶 基 因 克 隆 至 牛 或 羊, 便 可 以 在 牛 乳 或 羊 乳 中 产 生 这 种 酶 又 如, 把 人 的 血 红 素 基 因 克 隆 至 猪 中, 那 么, 猪 血 可 以 用 做 人 类 血 液 的 代 用 品 这 些 都 是 转 基 因 动 物 生 产 特 殊 成 分 的 例 子

思 考 题 1 什 么 是 基 因 工 程 食 品 基 因 工 程? 基 因 工 程 的 操 作 步 骤 有 哪 些? 2 什 么 是 限 制 性 内 切 酶? 常 用 的 工 具 酶 有 哪 些? 3 理 想 的 基 因 工 程 载 体 应 具 备 的 特 征 有 哪 些? 对 质 粒 载 体 有 哪 些 要 求? 常 用 的 质 粒 载 体 有 哪 些? 4. 什 么 叫 目 的 基 因? 获 得 目 的 基 因 的 方 法 有 哪 些? 5. 目 的 基 因 与 载 体 的 连 接 方 式 有 哪 些? 6.PCR 反 应 体 系 应 具 备 的 条 件? PCR 反 应 过 程 有 哪 些?

6. 说 明 重 组 DNA 导 入 受 体 细 胞 的 方 法 7 简 述 反 义 基 因 技 术 的 概 念 原 理, 反 义 基 因 技 术 在 食 品 产 业 中 的 应 用 8 什 么 叫 报 告 基 因 反 义 RNA cdna? 9 试 述 基 因 工 程 在 食 品 工 业 上 的 应 用