食品生物技術(shù)重點(diǎn)

第二章基因工程與食品產(chǎn)業(yè)基因工程：用人工的方法把不同的生物的遺傳物質(zhì)（基因）分離出來，在體外進(jìn)行剪切、拼接、重組，形成基因重組體，然后再將重組體引入宿主細(xì)胞或個(gè)體中以得到高速表達(dá)，最終獲得人們所需要的基因產(chǎn)物?；蚬こ滩僮鞯乃膫€(gè)步驟：一.在供體細(xì)胞中用限制性內(nèi)切酶切割基因，以分離出含有特定的基因片段或人工合成目的基因并制備運(yùn)載體（質(zhì)粒、病毒或噬菌體）二.把獲得的目的基因與制備好的運(yùn)載體用DNA連接酶連接成重組體三．把重組體引入宿主細(xì)胞四.篩選、鑒定出含外源目的基因的菌體或個(gè)體基因工程載體：這種在細(xì)胞內(nèi)具有自我復(fù)制能力的運(yùn)載目的基因進(jìn)入宿主細(xì)胞的運(yùn)載體。限制性內(nèi)切酶：能在特定部位限制性地切割DNA分子的酶。在DNA重組技術(shù)中，限制性內(nèi)切酶的主要用途：在特異位點(diǎn)上切割DNA，產(chǎn)生特異的限制性內(nèi)切酶切割的DNA片段建立DNA分子的限制性內(nèi)切酶物理圖譜構(gòu)建基因文庫用限制性內(nèi)切酶切出相同的黏性末端，以便重組DNA耐熱DNA聚合酶：它具有依賴于聚合物5’-3’外切核酸酶活性，可用于：1.DNA測序2.聚合酶鏈?zhǔn)椒从常≒CR）對DNA片段進(jìn)行體外擴(kuò)增。末端轉(zhuǎn)移酶：催化作用不需要模板，可以給一些DNA分子的3’-OH末端接上dA或dG，另些DNA分子的3’-OH末端接上dC或Dt,混合這些分子，可使同聚物尾部退火形成環(huán)狀分子。其主要作用：1.給載體或cDNA加上互補(bǔ)的同聚尾2.DNA片段3’末端的放射同位素標(biāo)記。堿性磷酸酯酶的主要作用：1.去除DNA和RNA的5’-磷酸基，然后在T4多聚核苷酸激酶催化下，用[ａ-32P]ATP進(jìn)行末端標(biāo)記，繼而進(jìn)行序列分析2.去除載體DNA的5’磷酸基，防止自我環(huán)化，降低本底，提高重組DNA檢出率。理想基因工程載體的特征：1．能在宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行獨(dú)立和穩(wěn)定的DNA自我復(fù)制。在外源DNA插入其DNA之后，仍保持穩(wěn)定的復(fù)制狀態(tài)和遺傳特性。2.易于從宿主細(xì)胞中分離，進(jìn)行純化。3.在其DNA序列中有適當(dāng)?shù)南拗菩詢?nèi)切酶單一酶切位點(diǎn)。4.具有能夠直接觀察的表型特征（有報(bào)告基因），在插入外源DNA后，這些特征可以作為重組DNA選擇的標(biāo)志。目前常見的基因載體有細(xì)菌質(zhì)粒載體、農(nóng)桿菌質(zhì)粒載體、入噬菌體載體、柯氏質(zhì)粒載體和病毒載體等質(zhì)粒載體pBR322其大小為4363bp，含有兩個(gè)抗生素基因（抗氨芐青霉素和抗四環(huán)素）；還有單一的BamHI、HindIII和SalI的識別位點(diǎn)，這三個(gè)位點(diǎn)都在四環(huán)素抗性基因內(nèi)。pBR322可以保證這個(gè)質(zhì)粒只在大腸桿菌中行使復(fù)制功能。PCR擴(kuò)增法(利用多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))反應(yīng)過程：1.變性：將模板DNA至于95攝氏度高溫下，使雙鏈DNA的雙鏈解開變成單鏈DNA2.退火：使反應(yīng)體系的溫度降低至55攝氏度左右，使得一對引物能分別與變性后的兩條模板鏈相配對3.延伸：將反應(yīng)體系溫度升高到TaqDNA聚合酶作用的最適溫度72攝氏度，然后以目的基因?yàn)槟０?，合成新的DNA鏈。一些改進(jìn)的PCR擴(kuò)增法：逆轉(zhuǎn)錄PCR：以RNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得與RNA互補(bǔ)的DNA鏈即cDNA，然后以cDNA鏈為模板進(jìn)行的PCR反應(yīng)。（構(gòu)建CDNA的基礎(chǔ)保證）錨定PCR：特別適合于擴(kuò)增那些只知道一段序列的DNA.克服序列未知或未全知的障礙（該法適用于mRNA擴(kuò)增，而不適用于基因組DNA的擴(kuò)增，此法可以克服序列未知或未全帶來的障礙）反向PCR:特別適合用于擴(kuò)增已知序列兩端的未知序列（用到2種酶）核苷酸序列測定的方法：化學(xué)降解法、酶促法（雙脫氧終止法）、自動(dòng)測序法、PCR測序新方法等酶促法：先將DNA分子用限制性內(nèi)切酶切割成片段，然后用電泳依其長短不同分離，鈍化單股片段，以32P標(biāo)記其5’末端，并用以作為復(fù)制其互補(bǔ)片段的模板，在復(fù)制的過程中，利用從大腸桿菌提取的DNA聚合酶經(jīng)過枯草桿菌蛋白酶處理而得的大片段，以復(fù)制互補(bǔ)單股DNA，從而求得其序列。目的基因與載體的連接（重組與克?。ば阅┒诉B接：共2種情況1、同一限制酶切位點(diǎn)連接2、不同限制酶切位點(diǎn)連接平端連接人工接頭連接同聚物加尾連接重組體的篩選與外源基因的鑒定重組體的鑒定報(bào)告基因的檢測法目的基因分子的雜交檢測方法分子雜交技術(shù)：為了從分子水平鑒定目的基因是否已經(jīng)整合到受體細(xì)胞中，是否轉(zhuǎn)錄，是否表達(dá)，經(jīng)常用到基因探針雜交技術(shù)，即用已知基因片段（往往是目的基因片段）制作的探針，與待測樣品的基因片段進(jìn)行核酸分子雜交，從而判斷兩者的同源程度。點(diǎn)雜交：將待測的DNA或RNA或細(xì)胞裂解物變性后直接點(diǎn)在硝酸纖維素膜上，不需限制性內(nèi)切酶進(jìn)行酶切，即可與探針進(jìn)行雜交反應(yīng)。Southernblot：目前被認(rèn)為是最經(jīng)典和應(yīng)用最廣泛的雜交方法。根據(jù)基因探針與待測DNA限制酶的酶解片段雜交帶譜，可以直接確定是否已經(jīng)轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞的基因組中。Northernblot：基本原理大致與上相同，只是檢測對象是RNA。Westernblot:主要用于檢測外源基因在轉(zhuǎn)化細(xì)胞中的表達(dá)情況，即是否進(jìn)行了翻譯，產(chǎn)生了外源基因所編碼的蛋白質(zhì)。反義RNA：指有義DNA轉(zhuǎn)錄成的，與特異的靶RNA互補(bǔ)結(jié)合并能抑制靶RNA表達(dá)的一段序列。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生反義RNA的基因成為反義基因。反義RNA技術(shù)：是把一段DNA序列以反義方向插入到合適的啟動(dòng)子和終止子之間，然后把此基因構(gòu)建體轉(zhuǎn)化到受體細(xì)胞中去（通常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化的方法）。通過選擇培養(yǎng)獲得轉(zhuǎn)化生物體的技術(shù)。反義基因技術(shù)的原理：反義基因轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可以抑制具有同源性的內(nèi)源基因的表達(dá)，用這種方法可獲得特定基因表達(dá)受阻而其他不相關(guān)基因的表達(dá)不受影響的轉(zhuǎn)基因植株。反義基因技術(shù)的特點(diǎn)：1.反義RNA可以高度專一地調(diào)節(jié)某一特定基因的表達(dá)，不影響其他基因的表達(dá)。反義基因的不同區(qū)段抑制效率不同。2.轉(zhuǎn)化到植物中的反義RNA的作用類似于遺傳上的缺陷型，表現(xiàn)為顯性。所以被轉(zhuǎn)化的植物材料不必為純合體就可以表現(xiàn)相應(yīng)的性狀，從而避免了二倍體內(nèi)等位基因的顯隱性干擾。3.反義基因整合到植物的基因組中可獨(dú)立表達(dá)和穩(wěn)定遺傳，后代符合孟德爾遺傳規(guī)律4.反義基因不必了解其目的基因所編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，可省去對基因產(chǎn)物的研究工作5.反義基因不改變目的基因的結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用上更安全基因工程在食品產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用利用基因工程改造食品微生物：1、改良微生物菌種2、改良乳酸菌遺傳特性3、酶制劑的生產(chǎn)利用基因工程改善食品原料的品質(zhì)1、改善動(dòng)物食品性狀2、改造植物性食品原料3、提高植物性食品氨基酸含量4、增加食品的甜味5、改造油料作物6、改良植物食品的蛋白質(zhì)品質(zhì)7、改善園藝產(chǎn)品的采后品質(zhì)利用基因工程改進(jìn)食品生產(chǎn)工藝?yán)肈NA重組技術(shù)改進(jìn)果糖和乙醇生產(chǎn)方法改良啤酒大麥的加工工藝改良小麥種子貯藏的烘烤特性改善牛乳加工特性利用基因工程生產(chǎn)食品添加劑及功能性食品生產(chǎn)氨基酸生產(chǎn)黃原膠超氧化物歧化酶的基因工程應(yīng)用于生產(chǎn)保健食品的有效成分第三章細(xì)胞工程與食品產(chǎn)業(yè)細(xì)胞工程的基本操作分為：1、無菌操作技術(shù)2、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)3、細(xì)胞融合技術(shù)培養(yǎng)基的種類（1）按成分不同劃分①天然培養(yǎng)基：非化學(xué)限定培養(yǎng)基②合成培養(yǎng)基：化學(xué)限定培養(yǎng)基（2）根據(jù)物理狀態(tài)劃分：①固體培養(yǎng)基：理想凝固劑應(yīng)具備的條件：1，不被所培養(yǎng)的微生物分解利用2，在微生物生長的溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)3，凝固劑凝固點(diǎn)溫度不能太低，否則將不利與微生物的生長4，凝固劑對所培養(yǎng)的微生物無毒害作用5，凝固劑在滅菌過程中不會(huì)被破壞6，透明度好，粘著力強(qiáng)7，配制方便且價(jià)格低廉常用的凝固劑有：瓊脂、明膠和硅膠②半固體培養(yǎng)基：凝固劑含量比較少，培養(yǎng)基中瓊脂含量一般為0.2％～0.7％。常用來觀察微生物的運(yùn)動(dòng)特征、分類鑒定及噬菌體效價(jià)滴定等。③液體培養(yǎng)基：未加任何凝固劑。常用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)以及在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物的基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用研究。（3）按用途劃分①基礎(chǔ)培養(yǎng)基：最常用的是牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基。②加富培養(yǎng)基也稱營養(yǎng)培養(yǎng)基，即在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。這些特殊營養(yǎng)物質(zhì)包括血液、血清、酵母浸膏、動(dòng)植物組織液等。加富培養(yǎng)基一般用來培養(yǎng)營養(yǎng)要求比較苛刻的異養(yǎng)型微生物，還可以用來富集和分離某種微生物。③鑒別培養(yǎng)基：用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基。主要用于微生物的快速分類鑒定，以及分離和篩選產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物的微生物菌種。④選擇培養(yǎng)基：是用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基。根據(jù)某些微生物的特殊營養(yǎng)需求設(shè)計(jì)，達(dá)到分離目的。在培養(yǎng)基中加入某些化學(xué)物質(zhì)，這種化學(xué)物質(zhì)沒有營養(yǎng)作用，對所需分離的微生物無害，但可以抑制或殺死其他微生物。⑤其他培養(yǎng)基：分析培養(yǎng)基還原性培養(yǎng)基組織培養(yǎng)物培養(yǎng)基培養(yǎng)方法（1）固體培養(yǎng)：在固體培養(yǎng)基表面的培養(yǎng)，多用于菌種的分離、純化、保藏和種子的制備。缺點(diǎn)：①用于大規(guī)模生產(chǎn)的潛力?。虎诓槐阌趯w系進(jìn)行監(jiān)測控制；③不易于保持體系內(nèi)環(huán)境條件的均一。（2）液體培養(yǎng)：優(yōu)點(diǎn)：①菌體在液體培養(yǎng)基中處于懸浮狀態(tài)，采用液體培養(yǎng)基易于獲得混合均勻的菌體懸浮液，便于對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制。②容易放大到工業(yè)規(guī)模。③克服了固體培養(yǎng)法的缺點(diǎn)，成為大量培養(yǎng)微生物的一個(gè)重要方法一般可觀測到微生物在生長繁殖過程中，四個(gè)階段：①延遲期②對數(shù)期③穩(wěn)定期④衰亡期（3）連續(xù)培養(yǎng)：根據(jù)控制方式的不同，連續(xù)培養(yǎng)可分為恒濁培養(yǎng)和恒化培養(yǎng)。①恒濁培養(yǎng)：根據(jù)體系內(nèi)微生物的生長密度，獲得菌體濃度和生長速度恒定的微生物細(xì)胞的培養(yǎng)方式。②恒化培養(yǎng)：是保持培養(yǎng)液的流速不變，使培養(yǎng)罐內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)濃度基本恒定，并使微生物始終在低于其最高生長速度的條件下進(jìn)行繁殖。連續(xù)培養(yǎng)面臨的主要問題：①一個(gè)生產(chǎn)罐污染，所有生產(chǎn)罐都要停止運(yùn)作，必須滅菌后再啟動(dòng)；②收率和產(chǎn)物濃度相對低，不利于下游的提取操作；③營養(yǎng)物質(zhì)利用率低，增加生產(chǎn)成本；④連續(xù)培養(yǎng)必須與整個(gè)作業(yè)的其他供需連貫進(jìn)行，對設(shè)備的要求比較高，需要復(fù)雜的監(jiān)測和控制系統(tǒng)；⑤容易受菌種退化的影響，造成減產(chǎn)。（4）中間補(bǔ)料培養(yǎng)：又稱為半連續(xù)培養(yǎng)法，或流加培養(yǎng)、補(bǔ)料分批培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)：①可以消除底物抑制；②達(dá)到高密度細(xì)胞培養(yǎng)；③延長次級代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)時(shí)間；④稀釋有毒代謝產(chǎn)物；⑤降低染菌和避免遺傳不穩(wěn)定性（5）同步培養(yǎng)：①選擇法：根據(jù)處于不同生長階段的細(xì)胞的性質(zhì)差異，將其分離出來培養(yǎng)。通過微孔過濾膜，將不同步生長的細(xì)胞培養(yǎng)物過濾，收集剛剛分裂的細(xì)胞。優(yōu)點(diǎn)：在不影響細(xì)胞代謝的情況下得到同步培養(yǎng)，細(xì)胞生命活動(dòng)保持正常。②誘導(dǎo)法：控制環(huán)境條件，使細(xì)胞生長處于相同階段，從而得到同步培養(yǎng)。誘導(dǎo)同步的方法：溫度控制、光照、限制性營養(yǎng)成分、生長抑制等。（6）混合培養(yǎng)：在混合培養(yǎng)條件下，微生物之間存在各種關(guān)系：①互不相干：菌類之間不存在任何作用，其限制性基質(zhì)不同，終產(chǎn)物得到有效的稀釋②互生關(guān)系：兩種菌互相提供對方生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)或消耗其生長抑制劑。食品工業(yè)意義上的植物組織培養(yǎng)主要是指細(xì)胞懸浮液培養(yǎng)，即使游離的植物細(xì)胞或一些小的細(xì)胞團(tuán)在液體培養(yǎng)基中增殖并分離提取細(xì)胞產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。一個(gè)成功的懸浮細(xì)胞培養(yǎng)體系必須滿足三個(gè)基本條件一是懸浮培養(yǎng)物分散性良好、細(xì)胞團(tuán)較小；二是均一性好，細(xì)胞形狀和細(xì)胞團(tuán)大小大致相同，三是生長迅速要建立良好的懸浮細(xì)胞系，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：、選擇合適的外植體2）、誘導(dǎo)疏松易碎的愈傷組織3）、選擇合適的培養(yǎng)基4）、培養(yǎng)液的滅菌5）、懸浮培養(yǎng)6）、懸浮細(xì)胞的繼代與選擇常見的固定化細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)有以下兩大類：1、平床培養(yǎng)系統(tǒng)2、立柱培養(yǎng)系統(tǒng)常見的培養(yǎng)基：天然培養(yǎng)基：主要取自動(dòng)物體液或從動(dòng)物組織分離提取，有血清、組織浸液、凝固劑等。優(yōu)點(diǎn)：營養(yǎng)豐富，培養(yǎng)效果良好。缺點(diǎn)：成分復(fù)雜，來源受限。血清：是天然培養(yǎng)基中最有效和最常用的培養(yǎng)成分，含有許多維持細(xì)胞生長繁殖和保持細(xì)胞生物學(xué)癥狀不可缺少的未知成分。常用的動(dòng)物血清有：牛血清和馬血清合成培養(yǎng)基：是對動(dòng)物體內(nèi)生存環(huán)境中各種已知物質(zhì)在體外人工條件下的模擬，給細(xì)胞提供一個(gè)近似體內(nèi)的生存環(huán)境，便于控制和標(biāo)準(zhǔn)化的體外生存空間。合成培養(yǎng)基成分已知，最簡單的合成培養(yǎng)基是eagle基本培養(yǎng)基，復(fù)雜的有DMEM、RPM1640等。無血清培養(yǎng)基：全部采用已知營養(yǎng)成分，包括血清中的細(xì)胞生長有效因子，從而代替血清。培養(yǎng)基配制繁瑣是無血清培養(yǎng)的最大缺點(diǎn)。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)方法有兩種類型：一是類似于微生物細(xì)胞的培養(yǎng)方法，即懸浮培養(yǎng)，或稱之為非貼壁依賴性細(xì)胞培養(yǎng)；二是貼壁依賴性細(xì)胞培養(yǎng)，即使細(xì)胞附著在帶有適量電荷的固定體或半固定體表面上進(jìn)行培養(yǎng)的方法懸浮培養(yǎng)：是指動(dòng)物細(xì)胞在培養(yǎng)器中懸浮生長的培養(yǎng)方法。動(dòng)物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)時(shí)，不能耐受劇烈的攪拌和通氣等條件，細(xì)胞密度低，容易發(fā)生變異，有潛在的致癌危險(xiǎn)，用這種方法培養(yǎng)病毒，容易失去病毒標(biāo)記而降低免疫力。貼壁培養(yǎng)：指必須將細(xì)胞貼附在固體介質(zhì)表面上才能進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的方式，主要用于非淋巴組織等貼壁依賴性細(xì)胞的培養(yǎng)，大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞屬于貼壁依賴性細(xì)胞。固定化培養(yǎng)：屬于一種既適用于貼壁依賴性細(xì)胞，又適用于非貼壁依賴性細(xì)胞的包埋方式。優(yōu)點(diǎn)：細(xì)胞生長密度高、抗剪切力和抗污染能力等。一般，貼壁依賴性細(xì)胞通常采用膠原包埋培養(yǎng)，非貼壁依賴性細(xì)胞常采用海藻酸鈣包埋培養(yǎng)。（4）大規(guī)模培養(yǎng)法：目前比較成熟且有應(yīng)用價(jià)值的大規(guī)模培養(yǎng)方法主要有：①空心纖維法②微載體法③微囊法細(xì)胞融合的方法：（1）生物學(xué)法：采用病毒促進(jìn)細(xì)胞融合，如仙臺病毒、皰疹病毒、天花病毒、副流感型病毒、副黏液病毒和一些致癌病毒均能誘導(dǎo)細(xì)胞融合。常用的細(xì)胞融合劑是仙臺病毒，毒性低、對人危害小，容易被紫外線或β-丙炔內(nèi)酯所滅活（2）化學(xué)融合劑法：常采用的化學(xué)融合劑包括PEG、二甲基亞砜（DMSO)、甘油醋酸酯、油酸鹽及磷脂酰絲氨酸等脂類化合物。Ca2+存在下皆可促進(jìn)細(xì)胞融合；PEG（聚乙二醇）應(yīng)用廣泛，作為融合劑比病毒容易制備和控制；PEG和DMSO并用，融合效果更好。（3）電處理融合法：在高頻電場脈沖條件下，細(xì)胞透性增加，這種效應(yīng)稱為可逆電降解。細(xì)胞膜兩面相對電荷正負(fù)相吸，使細(xì)胞膜變薄，隨著外加電場強(qiáng)度升高，膜電場增強(qiáng)，當(dāng)膜電勢增強(qiáng)到臨界電勢時(shí)，細(xì)胞膜處于臨界膜厚度，導(dǎo)致細(xì)胞膜發(fā)生局部不穩(wěn)定和降解，從而形成微孔。電融合法具有的優(yōu)點(diǎn)是：①操作方便、速度快；②原生質(zhì)體不受化學(xué)融合劑的毒害；③融合過程同步進(jìn)行，融合條件可精確控制，重復(fù)性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣泛等。對于微生物，鑒別分析融合子，一般通過兩親本遺傳標(biāo)記的互補(bǔ)識別，常用有：（1）直接法：較為常用的方法。①對于營養(yǎng)互補(bǔ)型的親本，可從高滲再生基本培養(yǎng)基上直接篩選；②對于抗藥性作為選擇標(biāo)記的融合，可從含藥物的平板培養(yǎng)基上分離鑒定；③對形態(tài)特征或色素方法的標(biāo)記，其融合子可根據(jù)色素、形態(tài)特征來分析鑒定。（2）間接法：是把融合液涂布在高滲再生完全培養(yǎng)基上，使親本細(xì)胞和融合子都再生成菌落，然后用影印法將它們復(fù)制到選擇培養(yǎng)基上檢出融合子從實(shí)際效果來看，間接法不會(huì)因?yàn)闋I養(yǎng)關(guān)系限制某些融合子的生長，特別對于一些有表型延遲現(xiàn)象的遺傳標(biāo)記，適宜用間接法。植物細(xì)胞工程及其在食品中的應(yīng)用（1）利用植物細(xì)胞工程生產(chǎn)香料（2）利用植物細(xì)胞工程生產(chǎn)調(diào)料（3）利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)食品添加劑①色素——甜菜苷②甜味劑——甜菊苷③鮮味劑——5′-核苷酸和有關(guān)的酶④防腐劑——沒食子酸乙酯⑤增稠劑——瓊膠（4）利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)天然食品（5）利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)植物藥固定化細(xì)胞的生物反應(yīng)器（1）間歇式反應(yīng)器：在工業(yè)上應(yīng)用較少；（2）連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器（3）填充床反應(yīng)器（4）流化床反應(yīng)器（5）其他類型反應(yīng)器：循環(huán)反應(yīng)器、連續(xù)攪拌釜——超濾膜反應(yīng)器、螺旋卷繞膜式反應(yīng)器、中空纖維膜式反應(yīng)器固定化技術(shù)的應(yīng)用（1）生產(chǎn)抗生素；（2）生產(chǎn)果葡糖漿；（3）利用固定化酵母進(jìn)行啤酒的后發(fā)酵生產(chǎn)；（4）固定化細(xì)胞應(yīng)用于檸檬酸的生產(chǎn)。酶工程與食品產(chǎn)業(yè)酶工程的定義：酶工程又稱為酶技術(shù)，它是指酶的大批量生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)的過程。酶工程是在發(fā)酵工程（微生物工程）基礎(chǔ)上發(fā)展起來，它與發(fā)酵工程的聯(lián)系極為密切，酶工程是生物工程的重要組成部分，與基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程相互依存、相互促進(jìn)。酶生產(chǎn)菌的要求：不能是致病菌。在系統(tǒng)發(fā)育上與病原體無關(guān)，也不產(chǎn)生毒素。目前經(jīng)認(rèn)可用于食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的生產(chǎn)菌種有：枯草桿菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵母、脆壁酵母等。不易退化，不易感染噬菌體產(chǎn)酶量高，而且最好產(chǎn)生胞外酶能利用廉價(jià)的原料，發(fā)酵周期短，易培養(yǎng)。常見酶制劑的菌種：大腸埃希氏桿菌,簡稱大腸桿菌，最為著名的原核生物，最早宿主菌醋酸桿菌含糖、乙醇和酵母膏的培養(yǎng)基上生產(chǎn)良好枯草芽孢桿菌:生產(chǎn)淀粉酶、果膠酶、脂肪酶、釀酒工業(yè)上根霉：能產(chǎn)生一些酶類，如淀粉酶、果膠酶、脂肪酶等，是生產(chǎn)這些酶類的菌種。曲霉：是制醬、釀酒、制醋的主要菌種。是生產(chǎn)酶制劑（蛋白酶、淀粉酶、果膠酶）的菌種。生產(chǎn)有機(jī)酸（如檸檬酸、葡萄糖酸等）。農(nóng)業(yè)上用作生產(chǎn)糖化飼料的菌種。葡萄糖效應(yīng)：當(dāng)細(xì)胞在容易利用的碳源（葡萄糖）上生長時(shí)，有些酶，特別是參與分解代謝的酶類的合成受阻，這種代謝產(chǎn)物阻遏又稱葡萄糖效應(yīng)。這種阻遏和cAMP有關(guān)。cAMP可以活化降解產(chǎn)物基因活化蛋白（CAP）與之結(jié)合后，再進(jìn)啟動(dòng)子的結(jié)合位點(diǎn)上，使DDRP方能附到啟動(dòng)子的相應(yīng)位點(diǎn)上，開始轉(zhuǎn)錄。當(dāng)有葡萄糖存在時(shí)cAMP含量下降，不能與CAP結(jié)合而促進(jìn)DDRP與啟動(dòng)子的結(jié)合，從而出現(xiàn)阻遏，如果此時(shí)加入cAMP（環(huán)腺苷酸），就可以減輕或解除這種阻遏。食品酶工程的應(yīng)用改進(jìn)啤酒工藝，提高啤酒質(zhì)量改進(jìn)果酒、果汁飲料的生產(chǎn)工藝食品保鮮1）利用葡萄糖氧化酶保鮮2）利用溶菌酶保鮮利用固定化酶生產(chǎn)高果糖漿1）酶的固定化1>含酶菌體細(xì)胞固定化2>生產(chǎn)流程蛋白質(zhì)工程在基因水平上對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，按改造的規(guī)模和程度可以分為：個(gè)別氨基酸的改變和一整段氨基酸序列的刪除、置換或插入（初級改造）蛋白質(zhì)分子的剪裁，如結(jié)構(gòu)域的拼接（高級改造）從頭設(shè)計(jì)合成新型蛋白質(zhì)初級改造1、M13-DNA寡聚核苷酸介導(dǎo)誘變技術(shù)2、寡核苷酸介導(dǎo)的PCR誘變技術(shù)3、隨機(jī)誘變技術(shù)4、盒式突變技術(shù)蛋白質(zhì)工程在食品中的應(yīng)用1、消除酶的被抑制特性2、引入二硫鍵，改善蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性3、轉(zhuǎn)化氨基酸殘基，改善蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性4、改變酶的最適PH值條件5、提高酶的催化活性6、修飾酶的催化特異性7、修飾Nisin的生物防腐效應(yīng)第六章發(fā)酵工程與食品工業(yè)現(xiàn)代發(fā)酵工程：指在最適發(fā)酵條件下發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)。工業(yè)發(fā)酵的過程：以菌體為產(chǎn)品以微生物的酶為產(chǎn)品以微生物的代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品利用發(fā)酵作用，對某種化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，即產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化過程。轉(zhuǎn)化過程：微生物細(xì)胞能將一種化合物轉(zhuǎn)為成化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，但在經(jīng)濟(jì)上更有價(jià)值的化合物。轉(zhuǎn)化反應(yīng)包括催化脫氫、氧化、羥化、縮合、脫羧、氨化、脫氨化等作用。巴斯德的成就：每一種發(fā)酵都是由一種微生物產(chǎn)生發(fā)酵流程圖（PPT上續(xù)的第11張）發(fā)酵罐設(shè)計(jì)的原則：（必考）發(fā)酵罐的主要功能是為菌體生長，或?yàn)槟骋惶囟ǖ奈⑸锘旌习l(fā)酵劑提供一個(gè)便于控制的環(huán)境，以獲得人們所期望的產(chǎn)物：發(fā)酵器應(yīng)能在無菌條件下工作數(shù)天，且應(yīng)在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)過程中保持穩(wěn)定通氣和充分?jǐn)嚢瑁詽M足微生物代謝的需要，但不應(yīng)損傷菌體盡可能低的功率消耗發(fā)酵罐上應(yīng)配備有溫度和PH值控制系統(tǒng)以及采樣裝置發(fā)酵罐內(nèi)的蒸發(fā)損失不易太多在放料、清洗和維修等操作過程中具有最低的勞動(dòng)力消耗發(fā)酵罐應(yīng)有較好的適應(yīng)性，以滿足不同生產(chǎn)廠家的需求發(fā)酵罐內(nèi)表面應(yīng)光滑，而且盡可能的采用焊接而不是用法蘭來連接用于中試規(guī)模的發(fā)酵罐與用于實(shí)際生產(chǎn)的發(fā)酵罐應(yīng)具有相同的幾何形狀，有利于生產(chǎn)使用既能滿足工藝要求又比較便宜的制造材料，同時(shí)應(yīng)配備完善的供給設(shè)施微生物細(xì)胞反應(yīng)器機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐主要由殼體、控溫部分、攪拌部分、通氣部分、進(jìn)出料口、測量系統(tǒng)和附屬系統(tǒng)等組成（最全面，通用型，設(shè)備投資大，）三種生物反應(yīng)器的區(qū)別：機(jī)械攪拌型：有空氣壓縮機(jī)，有攪拌器機(jī)械攪拌自吸式：有空氣壓縮機(jī)，無攪拌槳?dú)馍江h(huán)流：有空氣壓縮機(jī)，無攪拌槳攪拌部分的作用：傳質(zhì)、傳氧、消泡機(jī)械攪拌的控溫如何實(shí)現(xiàn)：測溫加熱冷卻擋板的原理：機(jī)械攪拌自吸式反應(yīng)器利用攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的抽吸力進(jìn)入空氣，不需要空氣壓縮機(jī)提供壓縮空氣，從而省去了空氣系統(tǒng)，使設(shè)備成本降低。自吸式反應(yīng)器的攪拌器是一個(gè)空心葉輪，利用離心力的作用。（適用于細(xì)胞耐剪切的菌種，對溶氧要求低，不需要大量氧氣，無空氣壓縮機(jī)）氣升式環(huán)流反應(yīng)器借助設(shè)在環(huán)流管底部的空氣噴嘴將空氣以250-300米每秒的高速噴入環(huán)流管，使氣泡分散在培養(yǎng)基中。由于環(huán)流管內(nèi)部的液體溶有大量氣泡，其密度明顯小于反應(yīng)器主體中培養(yǎng)液的密度，氣升式環(huán)流反應(yīng)器正是借助這兩者之間的密度差使培養(yǎng)液在環(huán)流管與反應(yīng)主體間作循環(huán)式流動(dòng)，把反應(yīng)主體中由于菌體代謝而溶氧量低的培養(yǎng)液送入環(huán)流管，待培養(yǎng)液補(bǔ)充氧氣后再送回反應(yīng)主體，從而為菌體生長提供良好充足的氧氣供應(yīng)。高位塔式生物反應(yīng)器：罐體的高徑比值較大，利用通入培養(yǎng)液的無菌空氣泡上升來帶動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生混合效果的非機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器，運(yùn)用于培養(yǎng)液粘度低、固體含量少和需氧量較低的發(fā)酵培養(yǎng)過程?；蚬こ叹锓磻?yīng)器：利用DNA重組技術(shù)將來源不同的基因有目的地組合在一起，獲得具有全新遺傳特性的重組微生物細(xì)胞，即基因工程菌?；竟に囘^程微生物發(fā)酵動(dòng)力學(xué)：1.分批培養(yǎng)：又稱為分批發(fā)酵，是指在一個(gè)密閉系統(tǒng)內(nèi)投入有限數(shù)量的營養(yǎng)物質(zhì)后，接入少量的微生物菌種進(jìn)行培養(yǎng)，使微生物在特定的條件下只完成一個(gè)生長周期的培養(yǎng)方法。Monod方程（見256頁）2.連續(xù)培養(yǎng)：是按一定的速度向培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮的培養(yǎng)基，同時(shí)培養(yǎng)液以相同的速度流出，從而使發(fā)酵管內(nèi)培養(yǎng)物的液量維持恒定，使微生物細(xì)胞能在相對恒定的狀態(tài)下生長。(恒流，恒速)3.補(bǔ)料分批培養(yǎng)：是指在分批培養(yǎng)中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法，是介于分批培養(yǎng)與連續(xù)培養(yǎng)之間的一種過渡培養(yǎng)方式。補(bǔ)料分批培養(yǎng)方式的優(yōu)點(diǎn)：消除培養(yǎng)過程中底物的抑制、產(chǎn)物的反饋抑制和葡萄糖的分解阻遏效應(yīng)可以避免分批培養(yǎng)過程中因一次性碳源投放量過