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现代食品生物技术 第五章 细胞工程与食品产业 主要内容： 一、细胞工程及与其它生命科学的关系 二、细胞工程的发展历史 三、细胞工程的主要研究内容 四、细胞工程在现代生物技术中的地位及其实践意义 五、植物细胞工程及其在食品工业中的应用 （一）细胞工程概述 细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。 （二）与其它生命学科的关系 细胞工程是生命科学领域的一个组成部分。就学科而言，它是涉及细胞生物学、发育生物学和遗传学等多门学科的综合科学。细胞工程以细胞培养技术、细胞融合技术为基础，现已被广泛应用于多个学科的基础研究工作以及农业、医药与食品等生产中。 四、细胞工程在现代生物技术中的地位及实践意义 (2)连续培养 利用特制的培养容器进行大规模细胞培养的一种培养方式 封闭型连续培养：新培养基补充旧培养基，在培养容器中细胞数目上升 开放型连续培养：新培养基补充的量和流出的旧培养基和细胞的量相等，培养容器内细胞数目恒定。 化学恒定式：以固定速度注入的新鲜培养基内的某种选定营养成分的浓度被调节成为一种生长的 限制浓度，从而使细胞的增殖保持稳定 浊度恒定式：预先选定一种细胞密度，当超过这个密度时细胞随培养液一起排出，同时注入新鲜培养液，保持细胞浓度。 (3)同步培养： 大多数的培养细胞都能同时通过细胞周期的各个阶段。 利用饥饿法或抑制法实现 l饥饿法：先对细胞断绝供应一种进行细胞分裂所必需的营养成分或激素，使细胞停滞在G1期或G2期，经过一段时间的饥饿之后，当重新在培养基中加入这种限制因子时，静止细胞就会同步进入分裂。 抑制法：使用DNA合成抑制剂如5-氨基尿嘧啶、FUdR、羟基 和胸腺嘧啶脱氧核苷等，也可使培养细胞同步化。 (4)大规模植物培养的系统 悬浮培养系统 成批培养：根据分批培养原理，采用平叶轮培养 l半连续培养：在反应器中，投料和接种培养，一段时间后，将部分培养液和新鲜培养液进行交换的培养。 连续培养 ：连续培养反应器，在投料和接种培养后，以一定速度连续采集细胞与培养液，以同样速度供给新鲜培养基，此种培养方式可使细胞生长环境长期维持稳定 (5)固定化培养系统： 采用网状多孔板、尼龙网套及中空纤维膜等形式，将细胞固定于尼龙网套内，装入填充床，或固定于中空纤维反应器的膜表面，或固定于网状多孔板上，使细胞处于既有梯度分布，又有多个生长点的反应器中，投入培养液循环培养，或连续流入新鲜培养液，实现连续培养和连续收集培养产物，必要时也通人净化空气而代替搅拌的培养方式。 1. 植物细胞培养技术应用于食品工业的研究历史与现状 20世纪70年代以后，该技术有所发展，应用植物细胞工程技术生产一些药用有效成分在工业上获得成功。 20世纪90年代至今，应用植物细胞生产天然产物的研究进入了一个崭新的发展阶段，它与基因工程、快速繁殖形成了生物技术领域的三大主流。 20世纪次生代谢物生产90年代至今，利用植物细胞工程进行天然产物的生产进入了一个新的发展阶段,它与基因工程、快速繁殖形成了三大主流。 全世界已经有1000多种植物被进行过细胞培养方面的研究。 利用植物细胞培养生产的植物次生代谢产物包括药用成分、香料、色素、杀菌剂等,已经成功地培养出了紫草宁、人参皂甙、紫杉醇等一系列的天然植物次生代谢物质。 2.利用植物细胞的体外培养生产有价值的天然产物，有如下优点： 不受地区、季节、土壤及有害生物的影响； 代谢产物的生产完全在人工控制条件下进行，可以通过改变培养条件和选择优良培养体系得到超整株植物产量的代谢产物； 保护生态环境，提高生产效率； 节约大量耕地 有利于研究植物的代谢途径，还可以利用基因工程手段探索或创造新的合成路线，得到新的有价值的物质。 3.植物次生代谢产品的市场潜能 4.植物细胞培养的应用 紫杉醇存在于红豆杉属植物的树皮、叶及茎中， 其中树皮中的含量最高，大约从12000株成年紫杉树中才能提取1KG的紫杉醇，而且紫杉的生长周期很长，在世界分布很少。紫杉醇的国际市场价格为450美元/g 。 日本有关组织从红豆杉中诱导产生愈伤组织，筛选得到细胞培养4周就增殖了5倍，紫杉醇的含量达到了0.05％，比树皮中紫杉醇的含量高达10倍。 Ketchum从6种紫杉醇属植物中进行愈伤组织的诱导，获得了产生紫杉醇的高产细胞株，在悬浮培养下，细胞内的紫杉醇含量超过了20mg/L。