《食品生物技術(shù)》課件

陳永勝張繼星1857年P(guān)asteur發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程是由微生物作用的結(jié)果，并因此成為當(dāng)之無愧的生物工程之父。人類利用發(fā)酵生產(chǎn)是在19世紀(jì)，主要產(chǎn)品有乳酸、酒精、面包酵母、檸檬酸和蛋白質(zhì)及酶等初級產(chǎn)物。20世紀(jì)40年代，以獲取細(xì)菌的次生代謝物－－抗生素為主要特征的抗生素工業(yè)成為生物工程的支柱產(chǎn)業(yè)。50年代氨基酸發(fā)酵工業(yè)成為生物工程的一個重要組成局部。60年代又增加了酶制劑工業(yè)這一新成員。生物轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)更為有效，不僅可以別離得到高產(chǎn)菌株，還可以人工制造高產(chǎn)菌株；原核生物化和真核生物都可以表達(dá)大量的外源蛋白〔胰島素、病原抗原等〕，動植物也可以作為天然的生物反響器；大大簡化新藥的開發(fā)和監(jiān)測系統(tǒng)；基因工程〔GeneEngineering〕細(xì)胞工程〔CellEngineering〕酶工程〔EnzymeEngineering〕發(fā)酵工程〔FermentationEngineering〕蛋白質(zhì)工程〔ProteinEngineering〕

基因工程微生物動植物個體或細(xì)胞工程菌蛋白質(zhì)或酶發(fā)酵過程蛋白質(zhì)工程或酶工程細(xì)胞工程優(yōu)良的動植物品系產(chǎn)品高效和經(jīng)濟(jì)清潔、低耗和可持續(xù)開展可遺傳、易擴(kuò)散與自主擴(kuò)展對人類倫理和人性尊嚴(yán)有直接影響〔如克隆人…..〕根據(jù)研究領(lǐng)域和內(nèi)容：農(nóng)業(yè)生物工程食品生物工程醫(yī)藥生物工程海洋生物工程.……………..1改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決糧食短缺〕2提高生命質(zhì)量，延長人類壽命3解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染4制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬人口、資源〔包括能源〕、糧食、環(huán)境是人類面臨的最重大的問題

1改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決糧食短缺〔民以食為天〕1.1提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品種培育抗逆的作物優(yōu)良品系植物種苗的工廠化生產(chǎn)提高糧食品質(zhì)生物固氮，減少化肥使用量〔減少了能耗和環(huán)境污染〕1.2開展畜牧業(yè)生產(chǎn)〔豐富人們的飲食生活〕動物的大量快速繁殖英國的Roslin研究所培育出“多莉〞〔1997年2月綿羊乳腺細(xì)胞〕培育動物的優(yōu)良品系很多轉(zhuǎn)基因動物，羊、豬、魚…,轉(zhuǎn)基因鼠〔1983，美國大鼠的生長素基因?qū)胄∈蟮氖芫选尺^多的仿制低水平的重復(fù)專業(yè)和管理人才短缺一、基因的本質(zhì)分子遺傳的功能單位，DNA分子上的一個片斷。二、DNA的結(jié)構(gòu)與功能

A〔腺嘌呤〕,G〔鳥嘌呤〕,C〔胞嘧啶〕,T〔胸腺嘧啶〕脫氧核糖+堿基+磷酸基=核苷酸，核苷酸聚合核酸1953年，Watson&Crick,雙螺旋模型3，5磷酸二酯鍵，氫鍵，配對原那么：A與T，C與G遺傳基因載體〔攜帶遺傳信息〕半保存復(fù)制遺傳信息保存和傳遞的根底〔DNA轉(zhuǎn)錄合成RNA，mRNA翻譯蛋白質(zhì)〕。

三、RNA的結(jié)構(gòu)與功能核糖，A,G,C,U,單鏈三類：rRNA：存在于核糖體(大腸桿菌中占2％，穩(wěn)定)tRNA：在蛋白質(zhì)的合成中運(yùn)轉(zhuǎn)氨基酸(大腸桿菌中占16％，穩(wěn)定)mRNA：遺傳信息，其核苷酸序列決定了蛋白質(zhì)的氨基酸序列(大腸桿菌中占82％，穩(wěn)定)四、蛋白質(zhì)的生物合成主要參予者：tRNA、核糖體和mRNA等〔1〕氨基酸活化成氨基酰tRNA〔2〕tRNA的反密碼子與mRNA的三聯(lián)體密碼子配對。mRNA核苷酸順序決定了蛋白質(zhì)氨基酸順序〔3〕新鏈的生成方向為氨基端向羧基端?！?〕過程復(fù)雜，有很多酶、ATP或GTP及起始因子、延長因子和終止因子等因素參與。五、蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)操縱子：結(jié)構(gòu)基因＋操縱基因＋啟動子基因酶的誘導(dǎo)合成〔誘導(dǎo)物〔底物〕通過與阻遏蛋白結(jié)合解除對酶合成的抑制而誘導(dǎo)酶的合成，如乳糖操縱子〕酶合成的反響阻遏〔酶作用后的最終產(chǎn)物抑制酶的合成，終產(chǎn)物與阻遏物結(jié)合為共阻遏物阻止酶的合成〕分解代謝對酶合成的阻遏作用〔分解代謝物阻遏某種蛋白質(zhì)的合成，如葡萄糖效應(yīng)〕控制酶活性的反響抑制〔終產(chǎn)物反過來抑制反響鏈的第一個酶的活性，而不是阻遏酶的生成〕第一節(jié)工具酶一、限制性內(nèi)切酶——裁縫的剪刀*I型和II酶，基因工程主要使用的為II型〔有的分為三類〕。II型，識別序列短，切割位點位于識別序列內(nèi)〔或附近〕。識別位點具有旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)〔逥文結(jié)構(gòu)〕。單功能酶，僅具有限制作用。命名：屬名和種名相結(jié)合的原那么，即屬名第一個字母〔大寫〕和種名的前兩個字母〔小寫〕形成三字母縮寫〔斜體〕。假設(shè)同株菌含有幾種酶，那么分別用羅馬數(shù)字置于三字母之后如HaeI和HaeII。當(dāng)有株名或血清型時，把株名或血清型的第一個字母放在三字母之后。如HindII及HindIII，EcoRI產(chǎn)物：粘性末端和平頭末端(二者5’端都是－P基團(tuán)，3‘端都是－OH)切割后形成異源二聚體第一節(jié)工具酶二、連接酶－－－裁縫的針線〔縫紉機(jī)〕：大腸桿菌DNA連接酶和T4－DNA連接酶，前者NAD作輔助因子，只能連接具有互補(bǔ)粘性末端的DNA片斷；后者ATP作輔助因子，既可以連接互補(bǔ)的粘性末端的DNA片斷，也可以平頭末端的ＤＮＡ分子。即后者的連接活性高于前者。三、DNA聚合酶，催化脫氧核苷酸聚合的酶：缺口翻譯標(biāo)記和酶法DNA測序〔該酶又稱為依賴DNA的DNA聚合酶，即以DNA作模板合成DNA〕四、堿性磷酸酯酶－－偷走別人?；铡踩コ?’的磷酸基團(tuán)產(chǎn)生5‘OH，防止載體自我環(huán)化可以提高重組效率及為5‘標(biāo)記作準(zhǔn)備〕五、T4多聚核苷酸激酶－－給人掛上?；铡布由?’磷酸基團(tuán)，用于5’末端標(biāo)記〕六、S1核酸酶－－專門欺負(fù)弱者的人〔降解單鏈，除去單鏈形成鈍端和翻開cDNA合成中的發(fā)夾狀環(huán)〕七、逆轉(zhuǎn)錄酶－－反客為主的人〔從RNA到DNA，因此稱為依賴RNA的DNA聚合酶，即RNA為模板合成DNA〕第二節(jié)目的基因目的基因的來源：生物學(xué)途徑：shotgun和分子雜交酶促合成化學(xué)合成第三節(jié)分子克隆載體根本要求：1、能夠自我復(fù)制〔攜帶外援基因前后〕2、相對質(zhì)量要小，具有適宜的酶切位點3、具有有效的運(yùn)載能力，能攜帶大小不同的外源性基因。4、能給宿主提供便于選擇的標(biāo)記或表征特性種類：質(zhì)粒，噬菌體，柯斯質(zhì)?！瞔osmid〕，YAC載體〔yeastartificialchromosome〕等第四節(jié)基因重組原理：T4DNA連接酶形成3，5磷酸二酯鍵連接方式(P22,圖2-1)：粘性末端連接：直接連接和加尾連接〔既可以用大腸桿菌DNA連接酶,也可以用T4DNA連接酶〕平頭末端連接〔只能用T4DNA連接酶〕*平頭末端的連接效率低于粘性末端連接效率。*加尾連接法是在沒有粘性末端的情況下為提高連接效率人為的創(chuàng)造可配對的末端。一種分子用AAA....,另一邊用TTT…...或者一邊用CCC….,另一邊用GGG…….第五節(jié)轉(zhuǎn)化、增殖和表達(dá)轉(zhuǎn)化：將攜帶某種遺傳信息的DNA分子引入宿主細(xì)胞，通過DNA之間同源重組獲得具有新遺傳性狀生物細(xì)胞的過程。英文為transformation，轉(zhuǎn)化為DNA的單方向轉(zhuǎn)移，即外援DNA進(jìn)入受體細(xì)胞，而不是交換。一、受體細(xì)胞：定義：在轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和雜交過程中接受外源基因的細(xì)胞。要求：具有接受外源基因的能力。內(nèi)切酶缺陷性或DNA重組性菌株平安,在人體內(nèi)和離開特定的培養(yǎng)條件無法繁殖.種類:細(xì)菌,放線菌,酵母,哺乳動物細(xì)胞和植物細(xì)胞

第七節(jié)蛋白質(zhì)工程一、基因修飾改造蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)定位突變〔P35和圖2-3〕盒式突變二、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用溶菌酶穩(wěn)定性的改造，葡萄糖異構(gòu)酶最適pH的改變；單克隆抗體的“人類化〞第八節(jié)基因工程食品衛(wèi)生平安管理標(biāo)準(zhǔn)美國提供給消費(fèi)者基因工程食品有三種：動物用藥、完整的食物和食品添加劑。英國基因工程食品四類標(biāo)準(zhǔn)：采用基因工程菌生產(chǎn)的與傳統(tǒng)食品質(zhì)量和成分相同；食品內(nèi)容含有與自身同種基因的基因工程菌生產(chǎn)的食品；食品中含有別的基因工程菌的成分；食品含有別的基因工程菌，而這種菌含有別的物種基因。*前兩種無需標(biāo)示，后兩類那么需要標(biāo)示出來。酶是一類生物催化劑，其催化活性是由其特定的空間結(jié)構(gòu)決定的。酶分子具有活性中心〔對催化作用特別重要的極小的空間和區(qū)域，往往由幾個氨基酸組成〕，包括結(jié)合部位和催化部位。前者處于底物結(jié)合部位，決定酶的專一性，后者決定酶的催化類型和性質(zhì)。具有調(diào)節(jié)作用的酶還有“別構(gòu)部位〞。這是酶的抑制劑或活化劑的結(jié)合部位。酶作用具有高度專一性、催化效率高、活性調(diào)節(jié)控制機(jī)制復(fù)雜、在常溫常壓和生理條件下行使功能。酶的來源：生物界有3000多種酶，來源有動植物組織〔如來自動物的胰蛋白酶和來自植物的木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶〕，大多數(shù)來自微生物及其發(fā)酵液〔葡萄糖異構(gòu)酶、枯草桿菌蛋白酶等〕。微生物包括細(xì)菌、真菌、放線菌、霉菌、酵母等。固定化酶

包埋型

結(jié)合型凝膠包埋微囊化包埋吸附結(jié)合型共價結(jié)合型固定化酶的優(yōu)點〔可溶性的酶變?yōu)椴蝗苡谒拿浮常悍€(wěn)定性高于天然酶反響后酶與底物易于分開，并可長期反復(fù)利用反響液中無殘留酶，產(chǎn)物易于純化，產(chǎn)品質(zhì)量高可實現(xiàn)轉(zhuǎn)化反響連續(xù)化和管道化和自動控制生產(chǎn)酶的利用率高，降低了生產(chǎn)本錢轉(zhuǎn)化過程根本上無三廢排出〔被稱為“無公害酶〞〕細(xì)胞固定化方法：載體結(jié)合法：吸附法和共價結(jié)合法包埋法〔凝膠或微囊〕交聯(lián)法〔crosslinking〕選擇性熱變性〔在適當(dāng)溫度下使細(xì)胞膜蛋白變性但不使酶變性而使酶固定在細(xì)胞內(nèi)〕酶法應(yīng)用于纖維素的水解纖維素大量廣泛存在，加強(qiáng)綜合利用和提高利用效率對凈化環(huán)境和開辟新能源等意義重大。纖維素酶是降解纖維素成葡萄糖的一組酶的總稱〔不是一種單一純酶〕即包括多種水解酶，是一種復(fù)合酶。一般分為三類：葡萄糖內(nèi)切酶〔endo-1,4-β-D-glucanase,EG〕，產(chǎn)物為非復(fù)原末端的小分子纖維素葡萄糖外切酶〔exo-1,4-βD-glucanase〕,又叫纖維二糖水解酶〔cellobiosehydrolase，CBH〕，產(chǎn)物纖維二糖分子。β-葡萄糖苷酶〔β-glucosidase，BG〕底物為纖維二糖和纖維寡糖，產(chǎn)物為葡萄糖。產(chǎn)酶菌種：細(xì)菌、放線菌、真菌和酵母測定纖維素酶活力的方法：濾紙崩潰法，棉花糖化力，CMC糖化力〔以復(fù)原糖表示〕，CMC液化力〔以粘度表示〕和濾紙?zhí)腔Φ?。其中，CMC糖化力主要代表外切-β1,4-葡萄糖酶的活力和內(nèi)切酶活力的總和；CMC液化力主要代表內(nèi)切-β1,4-葡萄糖酶活力；濾紙?zhí)腔Υ怼袄w維素糖化〞酶活力或總纖維素的酶活力。*CMC〔carboxylmethylcellulose〕:羧甲基纖維素*HEC(hydroxyethylcellulose):羥乙基纖維素影響纖維素酶作用的因素：底物、酶組成、pH、溫度和抑制劑和活化劑。纖維素酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用P47～481.果汁生產(chǎn)：促進(jìn)果汁提取與澄清。果皮渣酶解轉(zhuǎn)化為可溶性糖和降解為短鏈低聚糖即膳食纖維。2.香料生產(chǎn)：利于香料在提取液擴(kuò)散與分配，增加得率和產(chǎn)量。3.果蔬生產(chǎn)：提高可消化性改進(jìn)口感和脫水蔬菜的燒煮性和復(fù)原性。4.種子蛋白利用：增加大豆或豆餅水溶性蛋白質(zhì)的得率，縮短時間，提高質(zhì)量。5.速溶茶生產(chǎn)：提高得率保持原來的色、香、味，縮短提取時間，提高水溶性較差的茶單寧和咖啡因的提取率。6.可發(fā)酵糖的生產(chǎn)：糖化酶處理產(chǎn)生可供微生物發(fā)酵利用的碳源，來生產(chǎn)酒精和單細(xì)胞蛋白。對利用豐富的纖維素資源意義重大。7.瓊脂生產(chǎn)：提高得率，簡化工藝，防止瓊脂的分解。纖維素酶在發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用的兩種方式：一種先糖化再經(jīng)微生物發(fā)酵生產(chǎn)；另一種是在參加纖維素酶的同時接種用于微生物發(fā)酵。后一種解除了第一種方式中降解產(chǎn)物〔如葡萄糖〕對纖維素酶的抑制作用，提高了產(chǎn)量。主要應(yīng)用于醬油釀造、制酒工業(yè)和纖維素廢渣轉(zhuǎn)化利用。酶法應(yīng)用于淀粉糖類的生產(chǎn)P48～62酶法生產(chǎn)新型低聚糖酶法應(yīng)用于干酪產(chǎn)品生產(chǎn)酶法應(yīng)用于環(huán)壯糊精的生產(chǎn)其它酶在食品加工中的應(yīng)用第二節(jié)：酶法應(yīng)用于淀粉糖類的生產(chǎn)α-淀粉酶：底物淀粉，作用位置底物內(nèi)部隨機(jī)α-1,4糖苷鍵，產(chǎn)物為分子量不等的糊精和少量低聚糖和麥芽糖和葡萄糖。不水解支鏈淀粉的α-1,6糖苷鍵和靠近分枝點α-1,6糖苷鍵外的α-1,4糖苷鍵。工業(yè)上稱為液化型淀粉酶。隨淀粉分子分子量變小，水解速度變慢，底物分子量越小，水解速度越慢。鈣離子對保持酶的最大活性與穩(wěn)定性和適當(dāng)?shù)臉?gòu)像很重要。來源：動物、植物和微生物，工業(yè)α-淀粉酶主要來自細(xì)菌和曲霉。細(xì)菌芽孢桿菌，特別是耐熱性的α-淀粉酶。β-淀粉酶：底物為淀粉，位點為非復(fù)原端，產(chǎn)物兩個葡萄糖單位并把原來的α構(gòu)型轉(zhuǎn)化為β構(gòu)型。特點只水解α-1,4糖苷鍵，不水解α-1,6糖苷鍵，因此水解支鏈淀粉不完全，產(chǎn)生較大的極限糊精和生成50～60％的麥芽糖。廣泛存在于植物和微生物中，生成β-淀粉酶的微生物主要有芽孢桿菌、假單胞桿菌、放線菌等。工業(yè)上主要以植物為主生產(chǎn)麥芽糖。葡萄糖淀粉酶：作用于淀粉的非復(fù)原端依次水解一個葡萄糖分子并把構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)棣聵?gòu)型?？梢运猞?1,4糖苷鍵、α-1,6糖苷鍵和α-1,3糖苷鍵脫枝酶：作用于支鏈淀粉、糖原的分枝點的α-1,6糖苷鍵。與β淀粉酶一起來制造麥芽糖可使麥芽糖的得率從50％～60％提高到90％；與糖化酶一起可將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的得率提高到90％以上。果糖糖漿的生產(chǎn)分為淀粉液化、糖化和葡萄糖異構(gòu)化幾個工序。超高麥芽糖的生產(chǎn)也包括液化、糖化階段，其中糖化可以利用糖化型淀粉酶糖化，也可以利用β淀粉酶和脫枝酶協(xié)同糖化。麥芽糖的精制的方法有吸附別離法〔活性炭柱精制法和陰離子交換樹脂法〕、有機(jī)溶劑沉淀法、膜別離法〔超濾、反滲透〕、結(jié)晶法等方法。目前具有生產(chǎn)價值的發(fā)酵類型有以下五種：菌種的篩選的標(biāo)準(zhǔn)即菌種需具備的特性：1，穩(wěn)定而高產(chǎn)的遺傳特性；2，抗噬菌體能力強(qiáng)；3，發(fā)酵過程泡沫少；4，需氧量低；5，底物轉(zhuǎn)化率高；6，對培養(yǎng)物和前提耐受力強(qiáng)；7，營養(yǎng)特性和發(fā)酵過程可用廉價原料為培養(yǎng)基；8，最適溫度高；9，既具有高的遺傳穩(wěn)定性又要有基因操作可修飾性；10，產(chǎn)物易于從發(fā)酵液中回收。微生物的發(fā)酵過程：根據(jù)微生物的種類不同〔好氧、厭氧、兼性厭氧〕，可分為好氧性發(fā)酵和厭氧性發(fā)酵兩大類。好氧性發(fā)酵，在發(fā)酵過程中需要不斷地參加一定量的無菌空氣，如利用黑曲菌進(jìn)行檸檬酸的發(fā)酵、利用棒狀桿菌進(jìn)行的谷氨酸的發(fā)酵和黃單胞菌進(jìn)行多糖的發(fā)酵等等。厭氧性發(fā)酵，不需要供給空氣，如乳酸菌引起的乳酸發(fā)酵、梭狀芽孢桿菌引起的丙酮、丁醇發(fā)酵等，兼性厭氧，酵母菌是兼性厭氧微生物，在缺氧條件下厭氧性發(fā)酵積累酒精，而在有氧條件下那么進(jìn)行好氧性發(fā)酵，大量繁殖菌體細(xì)胞。按照設(shè)備來分：敞口發(fā)酵、密閉發(fā)酵、淺盤發(fā)酵和深層發(fā)酵。敞口發(fā)酵，設(shè)備要求簡單，用于繁殖快并進(jìn)行好氧性發(fā)酵的類型，如酵母的生產(chǎn)。由于酵母的迅速大量的生產(chǎn)抑制了其它雜菌的生長。密閉發(fā)酵，設(shè)備要求嚴(yán)格，工藝復(fù)雜。淺盤發(fā)酵，一薄層培養(yǎng)液，接種后在液體上面形成一層菌膜。用于繁殖快好氧性微生物的培養(yǎng)。深層發(fā)酵，在液體培養(yǎng)基內(nèi)部〔不僅僅在外表〕進(jìn)行微生物的培養(yǎng)。深層發(fā)酵具有很多優(yōu)點：液體懸浮狀態(tài)是微生物最適的生長環(huán)境；液體中菌體及營養(yǎng)物、產(chǎn)物易于擴(kuò)散，發(fā)酵在均質(zhì)或擬均質(zhì)的條件下進(jìn)行，便于控制，易于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模；液體輸送方便，易于機(jī)械化操作；廠房面積小，生產(chǎn)效率高。易于自動化控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；產(chǎn)品易于提取、精制等。發(fā)酵工業(yè)常用的微生物：細(xì)菌〔枯草芽孢桿菌、乳酸桿菌、醋酸桿菌、短桿菌，用于淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等的生產(chǎn)〕放線菌〔主要來自其下的鏈霉菌屬、小單胞菌屬和諾卡氏菌屬?？股氐?0％是由放線菌生產(chǎn)的〕酵母菌〔啤酒酵母、假絲酵母、類酵母，用于釀酒、制造面包、生產(chǎn)脂肪酶，可食用、藥用和飼料用的酵母菌蛋白〕霉菌〔藻狀菌綱的根酶、毛霉、梨頭霉，子囊菌綱的紅曲霉，半知菌類的曲霉、青霉等，用于酶制劑、抗生素、有機(jī)酸及甾體激素的生產(chǎn)〕其它微生物〔擔(dān)子菌即通常所說的菇類微生物，如香菇多糖，靈芝多糖類物質(zhì)都有抗癌作用；藻類，如螺旋藻〕培養(yǎng)基的種類和組成培養(yǎng)基的種類：孢子培養(yǎng)基，供制備孢子用，要求：形成大量優(yōu)質(zhì)孢子但不能引起菌株變異?；|(zhì)濃度特別是有機(jī)氮源要低些，無機(jī)鹽的濃度要適當(dāng)菌種〔種子〕培養(yǎng)基，供孢子發(fā)芽和菌體生長繁殖用，營養(yǎng)成分比較豐富完整易吸收，氮源和維生素含量應(yīng)略高些。發(fā)酵培養(yǎng)基，供菌體生長繁殖和合成大量代謝物，要求營養(yǎng)成分豐富完整，濃度和粘度適中。培養(yǎng)基的組成：碳源：單糖〔如葡萄糖、果糖〕、雙糖〔如蔗糖、麥芽糖〕和緩慢利用的淀粉和纖維素等。其中，玉米淀粉及其水解液常用于抗生素、氨基酸、核苷酸、酶制劑等的發(fā)酵；馬鈴薯、小麥、燕麥淀粉等用于有機(jī)酸、醇的發(fā)酵生產(chǎn)。有些有機(jī)酸、醇作在單細(xì)胞蛋白、氨基酸、維生素、麥角堿和某些抗生素的發(fā)酵碳源。有些石油產(chǎn)品作為微生物發(fā)酵的主要原料。氮源：有機(jī)氮〔黃豆餅、棉子餅、蛋白胨、酵母粉、魚粉等〕和無機(jī)氮源〔硫酸銨、氯化銨和硝酸銨等〕無機(jī)鹽和微量元素：功能為構(gòu)成原生質(zhì)體的成分〔如磷硫等〕、作為酶的組成成分和維持酶的活性〔鎂、鐵、錳、鋅鈷等〕、調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓和影響細(xì)胞膜的透性〔氯化鈉、氯化鉀等〕和參與產(chǎn)物的生物合成等。微量因素一般有0.1ppm濃度就可以滿足要求。生長因子：維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶的衍生物等。水：深井水、自來水和地表水產(chǎn)物形成的誘導(dǎo)物、前體和促進(jìn)劑：許多胞外酶的合成需要適當(dāng)?shù)恼T導(dǎo)物存在。前提是指被菌體直接用于產(chǎn)物合成而自身結(jié)構(gòu)無顯著改變的物質(zhì)。當(dāng)前體物質(zhì)的合成是產(chǎn)物合成的限制因素時，參加前體可以增加產(chǎn)物的產(chǎn)量和在某種程度上控制生物合成的方向。參加促進(jìn)劑可刺激菌株的生長，提高發(fā)酵產(chǎn)量，縮短發(fā)酵周期。發(fā)酵工程的一般過程：發(fā)酵的方式：連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)缺點〔與分批發(fā)酵相比〕：兩種補(bǔ)料分批發(fā)酵：單一補(bǔ)料分批發(fā)酵，開始時投入一定量的根底培養(yǎng)基，到發(fā)酵過程的適當(dāng)時期，開始補(bǔ)加碳源和〔或〕氮源或〔和〕其他必需基質(zhì)，直到發(fā)酵液的體積到達(dá)發(fā)酵灌最大操作容積后，停止補(bǔ)料，最后發(fā)酵液一次全部放出。由于受發(fā)酵灌操作容積的限制，發(fā)酵周期只能控制在較短的范圍內(nèi)；反復(fù)補(bǔ)料分批發(fā)酵，在單一補(bǔ)料分批發(fā)酵的根底上，每隔一定時間按一定比例放出一局部發(fā)酵液，使發(fā)酵液的體積始終不超過發(fā)酵灌的最大操作容積，延長發(fā)酵周期，直至發(fā)酵產(chǎn)率明顯下降，才最終將發(fā)酵液全部放出。既保存了單一補(bǔ)料分批發(fā)酵的優(yōu)點，又防止了它的缺點。發(fā)酵工藝的控制：溫度：最適溫度是既適合菌體的生長，又適合代謝合成的溫度。隨菌種、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件和菌體生長階段不同而改變。pH值：pH值的變化取決于菌種、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件溶解氧濃度，發(fā)酵液的需氧量受菌體濃度、基質(zhì)種類和濃度以及培養(yǎng)條件等因素的影響，其中以菌體濃度最為明顯。放灌時間，根據(jù)不同發(fā)酵時間所得到的產(chǎn)物產(chǎn)量計算出發(fā)酵的生產(chǎn)力和產(chǎn)品本錢，采用生產(chǎn)力高而本錢又低的時間作為發(fā)給時間。要考慮的指標(biāo)有產(chǎn)物的產(chǎn)量、過濾速度、氨基氮含量、菌絲形態(tài)、pH值、發(fā)酵液的外觀和粘度等，發(fā)酵設(shè)備好氧發(fā)酵設(shè)備機(jī)械攪拌式發(fā)酵灌通風(fēng)攪拌式發(fā)酵灌厭氧發(fā)酵設(shè)備固體發(fā)酵：是指微生物在無游離水或幾乎沒有游離水的固體物質(zhì)上生長發(fā)酵的過程。某些微生物生長需水很少，可以利用疏松而含有必需營養(yǎng)物的固體培養(yǎng)基進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。我國傳統(tǒng)的釀酒、制醬及天培〔大豆發(fā)酵食品〕的生產(chǎn)均有一個固體發(fā)酵期。固體發(fā)酵還可以用于蘑菇的生產(chǎn)、奶酪、泡菜的制作以及動植物廢料的堆肥等。固體發(fā)酵所用原料一般為經(jīng)濟(jì)易得、富含營養(yǎng)的工農(nóng)業(yè)中的副、廢品，如麩皮、薯粉、大豆餅粉、高梁、玉米粉等。固體發(fā)酵一般都是開放的，無菌要求不高。所需設(shè)備簡單，操作容易，可因陋就簡、因地制宜。但勞動強(qiáng)度大、不便于機(jī)械化操作、微生物品質(zhì)少，生長慢，產(chǎn)品有限等。目前主要的發(fā)酵生產(chǎn)多為液體發(fā)酵。第一節(jié)細(xì)胞工程根底知識原核細(xì)胞〔細(xì)菌、放線菌等〕，外有細(xì)胞壁〔由肽聚糖組成，細(xì)胞融合的主要障礙〕，生長迅速，是細(xì)胞改造的良好材料。真核細(xì)胞〔酵母、動植物細(xì)胞〕，植物細(xì)胞有細(xì)胞壁〔由纖維素組成〕細(xì)胞工程的所有實驗都要求在無菌條件下進(jìn)行。實驗操作應(yīng)在無菌室內(nèi)進(jìn)行，超凈工作臺是最根本的實驗設(shè)備，對生物材料和所用的一切器械、器皿和藥品都應(yīng)滅菌或除菌。無菌操作意識和徹底除菌是成功的一個關(guān)鍵。1.制備原生質(zhì)體〔除去植物細(xì)胞和微生物細(xì)胞的細(xì)胞壁〕2.誘導(dǎo)細(xì)胞〔原生質(zhì)體〕融合〔PEG，CaCI2，或電激方法〕3.篩選雜合細(xì)胞〔讓雜合細(xì)胞選擇性地長出，未融合細(xì)胞無法生長〕*原生質(zhì)體：包括細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中所有內(nèi)容物的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)一塊統(tǒng)稱為原生質(zhì)體。促進(jìn)細(xì)胞融合的方法〔P175〕生物學(xué)法〔病毒促進(jìn)細(xì)胞融合，仙臺病毒、皰疹病毒、天花病毒等〕化學(xué)融合劑〔PEG，二甲基亞碸、甘油磷酸酯等，PEG最為廣泛〕電處理融合法〔電激法，高頻電場脈沖〕原生質(zhì)體融合的步驟:1.具有標(biāo)記菌種的篩選和穩(wěn)定性鑒定(營養(yǎng)缺陷型，高滲溶液保存)2.原生質(zhì)體制備與再生超聲波破碎法：很難得到完整的原生質(zhì)體球酶法：細(xì)菌、放線菌〔EDTA＋溶菌酶〕；革蘭氏陽性〔溶菌酶〕；革蘭氏陰性菌〔EDTA＋溶菌酶〕。酵母〔蝸牛酶，helicase〕；絲狀菌〔纖維素酶和纖維素酶加上蝸牛酶〕；霉菌〔單獨殼聚糖酶或與其它酶配合〕*用對數(shù)生長期的培養(yǎng)物制備原生質(zhì)體較為適宜。*原生質(zhì)體的再生〔原生質(zhì)體經(jīng)培養(yǎng)后回復(fù)原來細(xì)胞形態(tài)的過程〕十分重要，再生率一般為3%~10%,最高的達(dá)50～80％。再生培養(yǎng)基參加牛血清蛋白，再生率幾乎可達(dá)100％。3.原生質(zhì)體融合：原生質(zhì)體數(shù)＝A－BA——未經(jīng)滲透休克處理的即用高滲穩(wěn)定液作稀釋液涂布于再生平板長出的菌落，即原生質(zhì)與未去壁細(xì)胞的總和B——涂布之前用低滲溶液〔如水〕滲透休克處理使原生質(zhì)體破裂失活后，再涂布長出的菌落，即為未破壁的菌體細(xì)胞數(shù)。融合重組體的鑒別直接法：融合液直接涂布于沒有補(bǔ)充兩親株生長所需要的營養(yǎng)物的培養(yǎng)基的平板上，直接篩選出融合重組體；間接法：先將融合液涂布于營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基的平板上，使未融合的親本菌株和重組的菌株都能生長，然后再用影印法接種到選擇培養(yǎng)基上找出重組體菌株。*選擇的困難在于融合子的不穩(wěn)定性和融合子的復(fù)雜性：雜合雙倍體或單倍重組體屬真正的融合，較為穩(wěn)定。凡不穩(wěn)定而易別離為親本類型的融合作用，稱為暫融。組織培養(yǎng)和細(xì)胞培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)指的是離體細(xì)胞在無菌條件下的分裂、生長，在整個培養(yǎng)過程中不出現(xiàn)分化，不形成組織；而組織培養(yǎng)意味著取自動物體〔植物體〕的某類組織，在體外培養(yǎng)時細(xì)胞一直保持原本分化的特性，該組織的結(jié)構(gòu)和功能持續(xù)不發(fā)生明顯變化。*經(jīng)常有很多人混淆了兩個概念。動物細(xì)胞培養(yǎng)的特點：細(xì)胞生長緩慢，易受微生物污染，培養(yǎng)時需用抗生素；動物細(xì)胞大〔比微生物細(xì)胞大得多〕，無細(xì)胞壁，機(jī)械強(qiáng)度低，適應(yīng)環(huán)境能力差；培養(yǎng)過程需要氧量少，不耐強(qiáng)力通風(fēng)和攪拌；培養(yǎng)中具有群體效應(yīng)、錨地依賴性〔需要附著在固體半固體外表上才能生長〕、接觸抑制性及功能全能性。培養(yǎng)過程中產(chǎn)物分泌到細(xì)胞內(nèi)外，過程本錢高，產(chǎn)品價值昂貴；除需要植物、微生物培養(yǎng)基成分外，還需要參加血清成分和動物激素；對環(huán)境敏感，培養(yǎng)條件要求控制嚴(yán)格。原代細(xì)胞一般繁殖50代即退化死亡。無血清細(xì)胞培養(yǎng)基P180～181根底培養(yǎng)基加上代血清的補(bǔ)充因子，見表5-2和表5-3動物細(xì)胞的培養(yǎng)方法〔根據(jù)錨地依賴性〕：灌注懸浮培養(yǎng)貼壁細(xì)胞培養(yǎng)固定化細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞大量培養(yǎng)的應(yīng)用例子生產(chǎn)疫苗〔如口蹄疫疫苗、狂犬疫苗、脊髓灰質(zhì)炎疫苗、白血病疫苗等，即可節(jié)約大量的動物，且生產(chǎn)周期短，平安可靠，可以大量生產(chǎn)〕生產(chǎn)生物活性物質(zhì)〔如蛋白質(zhì)干擾素、單克隆抗體〕基因工程細(xì)胞培養(yǎng)〔可以轉(zhuǎn)譯和加工較大的或更復(fù)雜的克隆蛋白質(zhì)，并進(jìn)行大量生產(chǎn)，如免疫球蛋白、血凝因子、促細(xì)胞生成素及各種抗原〕培養(yǎng)基的種類：很多種，根據(jù)培養(yǎng)的材料和目的選擇適宜的培養(yǎng)基。P187～191培養(yǎng)基的配制P191～1921.培養(yǎng)基母液的配制：大量元素混合母液〔10X〕微量元素混合母液〔100～1000x〕鐵鹽母液〔FeSO4與Na2-EDTA〕(200x)有機(jī)化合物母液〔0.1~10mg/ml〕植物激素〔0.1~10mg/ml〕2.培養(yǎng)基的配制：混合培養(yǎng)基的各成分溶化瓊脂混合調(diào)pH分裝滅菌備用縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)本錢：與微生物細(xì)胞相比，植物細(xì)胞生長緩慢生產(chǎn)周期一般25～35天〔微生物一般只有3天左右〕。設(shè)備、人力能源消耗多本錢高，效率低下。提高培養(yǎng)細(xì)胞中有效成分的含量：培養(yǎng)細(xì)胞中的有效成分往往比原來細(xì)胞中的含量低，要選出有效成分高的細(xì)胞株進(jìn)行培養(yǎng)。防止細(xì)胞聚積成塊：成塊導(dǎo)致培養(yǎng)細(xì)胞不均一性，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。從選材〔選易分散〕、提高生長素濃度和參加試劑〔EDTA－Na螯合劑和果膠酶〕幾個途徑解決。防止細(xì)胞株退化與變異?？醋o(hù)培養(yǎng)法微室培養(yǎng)法平板培養(yǎng)法條件培養(yǎng)基〔生長懸浮細(xì)胞的液體培養(yǎng)基〕的作用細(xì)胞密度〔要高于臨界濃度，因為植物細(xì)胞培養(yǎng)具有群體效應(yīng)〕生長激素pHCO2濃度〔大氣CO2濃度為0.03%,提高到濃度1％促進(jìn)分裂，2％那么抑制分裂〕植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反響器的類型及其放大

反響器類型懸浮培養(yǎng)生物反響器固定化細(xì)胞生物反響器填充床反響器流化床反響器膜反響器植物細(xì)胞培養(yǎng)的應(yīng)用一、植物細(xì)胞的生產(chǎn)〔西洋參為例〕二、初級和次級代謝物的生產(chǎn)〔食用色素為例〕三、生物轉(zhuǎn)化影響次生代謝物產(chǎn)生的因素組織來源培養(yǎng)條件化學(xué)條件：碳水化合物、氮供給、生長調(diào)節(jié)物質(zhì)物理條件：光、溫度、通氣、pH影響因素發(fā)酵乳的功能與特性改善乳制品的營養(yǎng)價值：發(fā)酵后把乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗岱乐沽巳樘遣贿m應(yīng)癥；提高了蛋白質(zhì)、氨基酸〔特別是必需氨基酸〕和肽的含量，增加易消化性；降低了脂類的含量產(chǎn)生少量游離脂肪酸，易于消化。改善腸道內(nèi)的微環(huán)境，增加了腸道內(nèi)的有益菌的數(shù)量和種類，抑制有害菌類增加，防止出現(xiàn)腸道菌群失調(diào)。具有整腸作用和預(yù)防腸道病的發(fā)生。降低血中的膽固醇〔通過削弱生物體膽固醇的合成能力〕抗腫瘤作用〔調(diào)整腸內(nèi)菌群降低有害物特別致癌誘變劑的濃度；具有抗誘變的能力；抑制腸道內(nèi)與致癌物形成直接有關(guān)三種酶的活性；抑制癌細(xì)胞增殖〕預(yù)防衰老延長壽命〔衰老自由基學(xué)說；發(fā)酵乳中的SOD、谷胱甘肽合成活性、維生素B、維生素C協(xié)調(diào)抗氧化作用〕發(fā)酵乳生產(chǎn)

酸乳加工工藝：混合料配制攪拌添加發(fā)酵劑凝固型酸乳發(fā)酵(Set-typeyoghurt)攪拌型酸乳發(fā)酵(Stired-typeyoghurt)嗜酸菌乳及其他含嗜酸菌乳桿菌的發(fā)酵乳

1、嗜酸菌乳的制造及其特性P229～2302、嗜酸乳桿菌酸乳及酸乳飲品P230

原料乳過濾滅菌冷卻后接種培養(yǎng)攪拌冷卻包裝冷藏嗜酸乳桿菌凝乳滅菌pH調(diào)整味料的參加與調(diào)配均質(zhì)包裝冷藏第二節(jié)植物蛋白飲料定義：利用蛋白質(zhì)含量高的植物種籽和各種核果類為主要原料，經(jīng)加工制成的乳狀飲料。如以大豆為代表的植物蛋白飲料含有較高的蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)和其它營養(yǎng)成分如大量的亞油酸和亞麻酸，還不含有膽固醇，不會引起血管壁膽固醇的沉積。兩大類植物蛋白飲料1.調(diào)制型植物蛋白飲料：先將原料經(jīng)過預(yù)處理后制漿，再經(jīng)適當(dāng)調(diào)制而成。2.發(fā)酵型植物蛋白飲料：在原料制漿后，參加少量的奶粉或某些可供乳酸菌利用的糖類作發(fā)酵劑，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵而成。該類植物蛋白飲料兼有植物蛋白飲料和乳酸菌飲料的優(yōu)點。既保存了植物蛋白飲料的營養(yǎng)成分，乳酸菌的作用產(chǎn)生了宜人的酸味和其它風(fēng)味物質(zhì)，并消除了植物蛋白飲料中的某些氣味〔如豆腥味〕。通過乳酸菌對植物蛋白的降解，提高了營養(yǎng)價值。第三節(jié)果膠酶及在果汁飲料生產(chǎn)中的應(yīng)用定義：果膠酶是分解果膠的多種酶的總稱〔不是一種單一成分的酶〕，分為解聚酶和果膠酯酶兩大類。主要應(yīng)用在葡萄、蘋果、草莓、山楂等水果的加工和在飲料生產(chǎn)中作為澄清劑?？缮a(chǎn)果膠酶的微生物：醬油曲霉、日本曲霉、金黃曲霉、豐塞卡曲霉和黑曲霉。有兩個前提：菌種為非致病性和產(chǎn)酶條件下不產(chǎn)生毒素和致病物質(zhì)。黑曲霉為主要的果膠酶生產(chǎn)菌。果膠酶的在食品工業(yè)中的應(yīng)用提高果汁出汁率果汁澄清：可以提高出汁率、可溶性固型物含量和透光率，降低pH和相對粘度等澄清果酒和促進(jìn)果酒過濾果實脫皮促進(jìn)其它物質(zhì)的提取第四節(jié)酶工程應(yīng)用于啤酒生產(chǎn)一、固定化啤酒酵母的應(yīng)用主要意義：可連續(xù)化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量均一，發(fā)酵和成熟時間短。常采用包埋法固定啤酒酵母，應(yīng)用的反響器主要有固定床和流化床兩種。固定化的啤酒酵母既可以用于啤酒的主發(fā)酵，也可以用于后發(fā)酵。主發(fā)酵主要在麥汁通過裝有固定化酵母反響器，啤酒酵母把麥汁轉(zhuǎn)化為乙醇和各種副產(chǎn)物。后發(fā)酵是在主發(fā)酵形成的嫩啤酒的根底上再在風(fēng)味、組成等方面加工使之到達(dá)產(chǎn)品質(zhì)量要求。第四節(jié)酶工程應(yīng)用于啤酒生產(chǎn)二、β-葡聚糖酶提高啤酒的持泡性：降解過多的β-葡聚糖以消除一些影響工藝和產(chǎn)品品質(zhì)的因素，但又保存適當(dāng)?shù)摩?葡聚糖構(gòu)成啤酒酒體和泡沫。三、酶法降解雙乙酰含量雙乙酰含量對啤酒的質(zhì)量具有決定性的影響。成品啤酒中的含量要低于0.1mg/L主要利用α-乙酰乳酸脫羧酶把雙乙酰的前提物質(zhì)α-乙酰乳酸轉(zhuǎn)化為3-羥基丙酮從而有效地降低了雙乙酰的含量，加快了啤酒的成熟。一、生產(chǎn)保健飲料常用的基料膳食纖維〔木質(zhì)素與人體消化道不能消化的多糖的總稱〕活性多糖〔主要來自微生物和藻類如香菇、靈芝和螺旋藻等〕多不飽和脂肪酸〔EPA、DHA和γ-亞麻酸等〕活性肽和活性蛋白質(zhì)〔谷胱甘肽、降壓肽、酪蛋白磷酸肽、免疫球蛋白、可控制膽固醇蛋白等〕低聚糖和多元糖醇〔如低聚果糖，低聚麥芽糖和山梨糖醇、甘露醇、木糖醇等〕磷脂類物質(zhì)〔大豆磷脂和蛋黃磷脂〕維生素微量元素〔硒、鍺、鉻和銅等〕乳酸菌可消除自由基的物質(zhì)〔如SOD超氧化物歧化酶〕其它類活性物質(zhì)〔如皂苷類物質(zhì)和黃酮類物質(zhì)〕二、保健飲料的生產(chǎn)P245~250(自學(xué))生物傳感器〔Biosensor〕：由固定化并有化學(xué)識別功能的生物材料換能器及信號放大裝置等組成的分析工具或儀器。生物傳感器的根本組成：分子識別元件、信號轉(zhuǎn)換器件及電子測量儀表。其中分子識別元件是生物傳感器的關(guān)鍵元件，而其它局部與傳感器的整體性能有關(guān)〔圖7-1〕。信號轉(zhuǎn)換器件的作用是把分子識別元件的化學(xué)的或物理的變化轉(zhuǎn)換成可利用的信號。生物傳感器的分子識別元件(表7-1)生物學(xué)反響信息決定了信號轉(zhuǎn)換器的類型和范圍，如假設(shè)生物學(xué)反響產(chǎn)生的信息熱效應(yīng)，那么選用熱敏元件；假設(shè)是光效應(yīng)那么選用光纖、光敏管、熒光計等〔詳見P154表7-2〕生物傳感器的根底轉(zhuǎn)換器的分為三大類：電化學(xué)式光學(xué)式〔光導(dǎo)纖維、光電子元件、外表離子共振、平面波導(dǎo)〕其它〔熱敏器、壓電晶體、外表聲波〕電位式〔離子選擇電極、氣敏電極，場效應(yīng)晶體管〕電流式〔金屬電極、修飾電極、半導(dǎo)體電極〕電導(dǎo)式〔貴金屬電極〕生物傳感器的分類依據(jù)生物傳感器識別元件的敏感物質(zhì)分類〔圖7-3〕：酶傳感器微生物傳感器免疫傳感器組織傳感器細(xì)胞傳感器等依據(jù)生物傳感器信號轉(zhuǎn)換器分類〔圖7-4〕：電化學(xué)電極〔電化學(xué)生物傳感器〕半導(dǎo)體換能器〔半導(dǎo)體生物傳感器〕光學(xué)換能器〔測光型生物傳感器〕壓電晶體〔壓電晶體生物傳感器〕介體傳導(dǎo)系統(tǒng)〔介體生物傳感器〕熱敏電阻〔測熱型生