第八章生物基于与食品工业.ppt

发酵食品与饮料的历史 圖１－４ 圖１－６ 1、 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 （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。 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。 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。 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。 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。 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、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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 2、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 （一）改良动物食品性状  为了提高乳牛的产奶量，可