生物技术在食品中的应用.ppt

生物技术与食品 闫洁2013 11 何为生物技术 生物技术包括基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程 蛋白质工程5个方面 该技术是应用生物体 微生物 动物细胞 植物细胞 或其组成部分 细胞器 酶 在最适宜条件下 生产有价值的产物或进行有益过程的技术 基因工程 微生物 蛋白质或酶 动植物个体或细胞 工程菌 发酵工程 蛋白质或酶工程 特定产品 细胞工程 优良品系 食品 人体需要的营养素 矿物质 脂类 蛋白质 维生素 碳水化合物 水和膳食纤维功能 其一是作为能源物质 供给人体所需要的能量 主要是蛋白质 碳水化合物和脂类 其二是作为人体 建筑 材料 供给人体所需要的能量 主要有蛋白质 其三是作为调节物质 调节人体的生理功能 主要有维生素 矿物质和膳食纤维等 国以民为天民以食为天食以安为先 膳食营养金字塔 生物技术与食品 生物技术与食品加工生物技术与食品储藏与保鲜生物技术与食品添加剂生物技术在食品分析中的应用转基因食品食品安全 生物工程技术应用于食品目的 Quantity 数量的上升Quality 质量的提高Cost 成本的下降 酶 生物发酵技术的应用大幅降低生产成本 Control 安全与品质控制 木瓜蛋白酶 有人会做菜吗 想要让肉类食物鲜嫩 我们常用的是什么 对 是嫩肉粉 它的主要成分是从番木瓜中提取的疏松剂木瓜蛋白酶 从木瓜等动植物种提取我们所需的酶 有很多不便 量少 原料少 那我们能否利用微生物帮助我们大量生产蛋白质呢 答案是肯定的 在我们生物技术中 有scp技术 1 1生物技术与食品加工 1 1单细胞蛋白 singlecellprotein SCP 单细胞蛋白是指通过发酵获取酵母 细菌 霉菌 以及培养蘑菇 单细胞藻类等微生物 进一步由此制取大量蛋白质 现在人类发展面临的一个很大问题就是人口爆炸 在我们发展中国家尤为突出 那么随之而来的问题就是食物的短缺 食物短缺中又以蛋白质短缺为主 对蛋白质的巨大需求催生了SCP技术 SCP技术是利用富含蛋白质的藻类 微生物进行大规模培养 并从中提取蛋白质 因为利用微生物进行生产蛋白质 我们不难推出其几个优点 几种重要的单细胞蛋白 酵母蛋白真菌中的酵母在食品加工中应用较早 包括酿造 烘烤等食品细菌蛋白细菌蛋白的生产一般是以碳氢化合物 如天然气或沥青 或甲醇作为底物藻类蛋白以小球藻和螺旋藻最引人注目 它们是在海水中快速生长的两种微藻 必需氨基酸中除含硫氨基酸较少外 其他的必需氨基酸却很丰富 利用微生物生产SCP的优点 1 微生物繁殖生长速度快2 相比动植物更以筛选优良高生长率的个体3 蛋白质含量高 营养价值高 4 生产所需场地小5 原料来源广泛 更为现实的考虑是暂不把scp直接供给人们使用 而作为家畜饲养 SCP目前应用限制 就目前而言 scp所生产的食物 可接受程度还是比较低的 人们的政治心理和心理因素 往往对来自微生物的产品有抵触心理 宗教社会的影响 不同地区的饮食习惯和禁忌等 各种美味的乳制品 日常生活中很多人都喜欢酸奶 等乳制品 它的生产是离开不了我们生物技术的 1 2乳品生产 乳酸杆菌对奶制品的益处 1 对人无害 对不良细菌有抑制作用2 改善奶制品的口味质地3 对人体胃肠道有着十分有利的作用 乳品包括以生鲜牛 羊 乳及其制品为主要原料 经加工制成的产品 包括酸奶 奶酪及酸奶酪等 革新 牛凝乳酶 从小牛细胞分离凝乳酶原mRNA 低PH下凝乳酶原转化为活性凝乳酶 凝乳酶原表达并分泌到肉汤培养基 cDNA克隆进表达载体 载体移如适宜的微生物 凝乳酶原DNA的生化合成 mRNA反转录为cDNA 测定其氨基酸序列 纯化凝乳酶使之商品化 目前生物技术在乳制品行业最大的革新主要就是利用基因工程将目的基因移至微生物 使其表达 以或得目的产物 1 3酿造类食品 包括两类 调味品和酒精饮料两大类 其生产技术属于传统的微生物发酵 调味品 酱油俗称豉油 主要由大豆 淀粉 小麦 食盐经过制油 发酵等程序酿制而成的 酱油的成分比较复杂 除食盐的成分外 还有多种氨基酸 糖类 有机酸 色素及香料等成分 以咸味为主 亦有鲜味 香味等 醋是调味品中常用的一个品类 醋又称为食醋 醯 苦酒等 是烹饪中常用的一种液体酸味调味料 味精是调味料的一种 主要成分为谷氨酸钠 味精的主要作用是增加食品的鲜味 在中国菜里用的最多 也可用于汤和调味汁 调味品 酒精饮料 酒精发酵的原材料主要有两种 糖类物质 水果 树汁和蜂蜜等 和淀粉物质 谷类 最常用的的发酵微生物是酿酒酵母 这种微生物可以吸收并利用单糖 将它们转化成酒精 用粮食酿酒 先得把粮食中的淀粉分解成葡萄糖 即糖化 再使葡萄糖发酵生成酒精 我国酿酒和西方不同的地方是用 曲 酿酒 而西方是用麦芽和酵母菌 酒精饮料 酒曲 在经过强烈蒸煮的白米中 移入曲霉的分生孢子 然后保温 米粒上即茂盛地生长出菌丝 此即酒曲 在曲霉的淀粉酶的强力作用而糖化米的淀粉 因此 自古以来就把它和麦芽同时作为糖的原料 用来制造酒 甜酒和豆酱等 用麦类代替米者称麦曲 含有大量的微生物糖化和酒精发酵两个过程同时进行 1 4蔬菜腌制 腌制是早期保存蔬菜的一种非常有效的方法 现今 蔬菜的腌制已从简单的保存手段转变为独特风味蔬菜产品的加工技术 酱腌菜这一传统食品是我国人民历代智慧的结晶 是祖国宝贵文化财富的一部分 目的是抑制微生物 两个方面 高渗高酸性坏境泡菜主要是靠乳酸菌的发酵生成大量乳酸而不是靠盐的渗透压来抑制腐败微生物的 1 5面包焙烤和谷类食品发酵 无论是馒头还是面包都是利用酵母进行发酵的 面包 所谓面包 就是以黑麦 小麦等粮食作物为基本原料 先磨成粉 再加水 盐 酵母等和面并制成面团坯料 然后再以烘 烤 蒸或煎等方式加热制成的食品 整个发酵目的是 发酵 产生co2 出味和面团疏松膨胀 蓬松多孔馒头和面包的区别就在于 酸面团烘烤和蒸熟 1 6豆类发酵 毛霉 腐乳是一种二次加工的豆制食品 是我国著名的具民族特色的发酵调味品 1 7酶与食品加工 往往化学反应的进行都需要高温高压 条件苛刻 而如果用生物发酵法 酶法等则显得简单许多 条件易于控制实现 并且生产效率也大幅提升 在我们食品加工中应用很多的是酶的应用 增加食品产量提高食品质量减低原材料和能源消耗改善劳动条件减低成本 食品加工业中的主要用酶 是否可以利用基因工程大规模生产呢 2 1生物技术与食品储藏与保鲜 物理方法 食物食用一个很重要的问题便是储藏与保鲜 我们所处的环境是充满大量微生物的 食物中大量的水分及营养物质是微生物生长繁殖的绝佳场所 防止微生物污染 低温 隔绝空气 冷冻等 2 2 1酶工程在食品保鲜中的应用 酶是一种生物催化剂 食品都是由于酶的作用而产生变质糜烂的 那它如何应用于保鲜 直接杀死微生物利用酶耗掉氧气 葡萄糖氧化酶 EFAD 是一种需氧脱氢酶 采用葡萄糖氧化酶可以除去食品和容器中的氧 从而有效地防止食物的变质 因此可以应用于茶叶 冰淇淋 奶粉 啤酒 果酒及其他饮料制品的包装中 法一 利用酶耗掉氧气 法二 直接杀死微生物 机理 催化细菌细胞壁肽聚糖N 乙酰氨基葡糖与N 乙酰胞壁酸之间的1 4 糖苷键水解 溶菌酶 2 3生物技术与食品添加剂 食品添加剂是指为改善食品的品质色泽香味以及为防腐和加工工艺单额需要而加入化学合成物或者天然物质 能否合理使用 2 3 1调味剂和香料 香料 醋 味精 1 酸味剂是以赋予食品酸味为主要目的的食品添加剂 给人爽快的感觉 可增进食欲 一般具有防腐效用 又有助于溶解纤维素及钙 磷等物质 帮助消化 增加营养2 鲜味剂能增强食品风味的食品添加剂 按化学性质主要分为两类 包括氨基酸类和核苷酸类 很多氨基酸的生产都是通过微生物的发酵获得的 如谷氨酸和赖氨酸是由棒状杆菌和短杆菌生产获得 3 甜味剂指赋予食品或饲料以甜味的食物添加剂 糖类和非糖类甜味剂4 食用香料食用香味料简称食用香料 是为了提高食品的风味而添加的香味物质 新型甜味剂 传统甜味剂主要是甜菜糖和蔗糖 缺点 1 生活水平的提高 产量不能满足需求 需要寻找替代品2 食糖的大量摄入对人体健康有着不良的影响 新型甜味剂 甜度上升不影响体内糖代谢 新型甜味剂 传统的和替代的甜味剂的甜度比较 食用香料 为什么食物会有香味 香料中含有大量的内酯类化合物 包括 或 内酯 目前全世界80 的香料都是化学合成的 其使用安全性受到诸多的限制 而天然的香料是从动植物种提取获得的 安全无毒 但来源有限 价格昂贵 如何解决这个问题呢 2 3 2天然色素 食用色素 是色素的一种 即能被人适量食用的可使食物在一定程度上改变原有颜色的食品添加剂 为什么人们会 谈色色变 天然色素相比于合成色素有着其无法比拟的优点 绝大多数安全无毒 无副作用 且不大部分天然色素属于花青素 类黄酮类 类胡萝卜素化合物 含有酮类 具有抗氧化作用 天然色素虽好 但难求呀 如何解决呢 1 组织培养法2 微生物发酵法3 酶反应法 2 3 3生物防腐剂 生物防腐剂指从生物体通过生物培养 提取和分离技术获得的具有抑制和杀灭微生物的物质 目前使用的食品防腐剂主要是化学合成的 其高残留性高毒性越来越受到消费者的排斥 怎么办 乳酸链球菌素 Nisin 是乳酸链球菌产生的一种多肽物质 由34个氨基酸残基组成 食用后在人体的生理pH条件和 胰凝乳蛋白酶作用下很快水解成氨基酸 不会改变人体肠道内正常菌群以及产生如其它抗菌素所出现的抗性问题 更不会与其它抗菌素出现交叉抗性 是一种高效 无毒 安全 无副作用的天然食品防腐剂 已经商业化 应用于罐头食品的防腐 人体是可吸收的 2 4生物技术在食品分析中的应用 生物传感器及其在食品检测中的应用免疫学技术与食品安全检测分子生物学技术及其在食品安全检测中的应用生物芯片及其食品安全检测中的应用 在食品检测中的应用 1农药和抗生素残留的分析2食品添加剂的分析3污染微生物的检测4生物毒素的检测细菌毒素真菌毒素5食品新鲜度的分析 生物芯片及其食品安全检测中的应用 生物芯片按预先的设置排列固定有大量生物识别分子 例如DNA片段 RNA片段 抗原抗体分子或蛋白质 肽分子 的面积很小的载体 硅片 载玻片等 将待测样品加在芯片表面 由于生物分子牧民性亲和反应 检测样品中的待检测成分分别和芯片上固定化的生物识别分子结合反应 从而实现对样品的分析和检测 2 5转基因食品 利用现代分子生物技术 将某些生物的基因转移到其他物种中去 改造生物的遗传物质 使其在形状 营养品质 消费品质等方面向人们所需要的目标转变 以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是 转基因食品 转基因食品 实例 诚然利用基因工程技术能够改善农作物的品质 口感 营养 质地 颜色 形态 酸甜度以及成熟度 还可有目的的将有利的形状转移到生物细胞内 使这些有机体或得有利的特性 如产量高 抗虫 营养高 但它安全吗 二 人们对转基因食品的争论 一 对人类健康产生影响食品携带的抗生素有可能使动物与人的肠道病原微生物产生耐药性抗昆虫农作物的安全性引入病毒外壳蛋白基因的抗病毒农作物可能对人体健康产生危害 二 对环境和生态的影响转基因作物本身可能变为杂草甚至导致超级杂草的产生转入毒蛋白基因的作物的花粉可能有安全问题有可能污染人类的食品供应有可能产生超级病毒或新病害未来破坏环境的可能会威胁生物多样性利益驱动可能导致农业崩溃 三 对贸易和政治的影响转基因作物的贸易纷争实际是欧美贸易和政治关系的又一次对抗 欧美的经济和政治利益矛盾冲突已久 对转基因作物的争论已远不是技术本身的一些争论 是否违反了事物自然发展的规律 哲学问题 转基因食品的危害 拿未来赌明天 我们已经打开潘多拉的魔盒 画外音 食品安全 病从口入 食品的质量不安全 将会影响到人们的健康 食品的安全问题关系到全人类的生活 生存 延续 是人类发展的一个重要课题 古语还有云 食品安全危害的分类 生物性危害化学性危害物理性危害 烹调要得当 生物性危害 常见的生物性危害包括细菌 病毒 寄生虫以及霉菌及其毒素 细菌 个体很小 肉眼直接看不见 需借助于显微镜才能看见 食品中细菌的危害主要是两个方面 1引起食品的腐败变质 2引起食源性疾病或食物中毒 病毒 及其微小 需借助于电子显微镜 病毒对食品的污染不像细菌那么普遍 但一旦发生污染 产生的后果将非常严重 病毒具有侵染性 对人 乙肝 艾滋 狂犬病等 寄生虫 两种生物生活在一起 一方得利 另一方受害 这就构成了寄生关系 畜禽 水产品是许多寄生虫的中间宿主 若人食用了含有寄生虫的食物 将会感染寄生虫 例如吸虫的中间宿主是淡水鱼 龙虾等节肢动物 若烹调不当 就会感染吸虫 霉菌及其毒素 霉菌是形成分枝菌丝的真菌的统称 霉菌可以破坏食品品质 产毒素 如黄曲霉毒素 染曲霉毒素 化学性危害 1 重金属重金属 如汞 镉 铅 砷等 均为对食品安全有危害的金属元素 1 农用化学物质的使用 工业三废的污染 2 食品加工过程所使用不符合卫生要求的机械 管道 容器以及食品添加剂中含有毒金属 3 作为食品的植物在生长过程中从含高金属的地质中吸取了有毒重金属 2 自然毒素许多食品含有自然毒素 例如发芽的马铃薯 土豆 含有大量的龙葵毒素 可引起中毒或致人死亡 鱼胆中含的5一a鲤醇 能损害人的肝肾和心脑 造成中毒和死亡 霉变甘蔗中含3一硝基丙醇 可致人死亡 自然毒素有的是食物本身就带有 有的则是细菌或霉菌在食品中繁殖过程中所产生的 3 农用化学药物食品植物在种植生长过程中 使用了农药杀虫剂 除草剂 抗氧化剂 抗菌素 促生长素 抗霉剂以及消毒剂等 或畜禽鱼等动物在养殖过程中使用的抗生素 合成抗菌药物等 这些化学药物都可能给食物带来危害 世界各国对农用化学药物的品种 使用范围以及残留量作了严格限制 例如欧盟规定 中国出口到欧洲的蜂蜜中氯霉素的残留不得超过0 1ng mI 4 洗消剂洗消剂是一个常被忽视的食品安全危害 问题产生的原因有 1 使用非食品用的洗消剂 造成对食品及食品用具的污染 2 不按科学方法使用洗消剂 造成洗消剂在食品及用具中的残留 例如 有些餐馆使用洗衣粉清洗餐具 蔬菜或水果 造成洗衣粉中的有毒有害物毒 如增白剂等 对食品及餐具的污染 物理性危害 物理性危害与化学性危害和生物性危害相比 有其特点 往往消费者看得见 因而 也是消费者经常表示不满和投诉的事由 物理性危害包括碎骨头 碎石头 铁屑 木屑 头发 蟑螂等昆虫的残体 碎玻璃以及其他可见的异物 物理性危害不仅令食品造成污染 而且时常也损坏消费者的健康 我国食品安全现状 我国自上个世纪80年代以来 食品安全问题日益严重 从最初曝光的二恶英 红汞 甲醛 福尔马林 激素 面粉添加剂 过氧化苯甲酰 面粉漂白剂 假酒 甲醇 洗衣粉油条 陈化粮毒米 苏丹红 瘦肉精 铁酱油 毛发酱油 到牛奶业普遍使用三聚氰胺 养殖业普遍滥用抗生素 食品工业违规滥用食品添加剂 滥用氢化油 反式脂肪酸 农药残留严重超标等等 直到近几年不顾一切冒然推进转基因食品产业化 这些问题已对人民生命健康和民族生存构成严重威胁 食品安全的内涵 首先 食品安全是个综合概念 作为种概念 食品安全包括食品卫生 食品质量 食品营养等相关方面的内容和食品种植 养殖 加工 包装 贮藏 运输 销售 消费等环节 而作为属概念的食品卫生 食品质量 食品营养等均无法涵盖上述全部内容和全部环节 其次 食品安全是个社会概念 与卫生学 营养学 质量学等学科概念不同 食品安全是个社会治理概念 在发达国家与发展中国家侧重点不同 再次 食品安全是个政治概念 无论是发达国家 还是发展中国家 食品安全都是企业和政府对社会最基本的责任和必须做出的承诺 第四 食品安全是个法律概念 食品安全问题造成的后果 1 危害生命健康2 经济损失食品安全事件造成的经济损失十分可观 英国自1986年公布发生疯牛病以来 仅禁止牛肉出口一项 每年就损失52亿美元 为彻底杜绝 疯牛病 而不得已采取的宰杀行动损失300亿美元 比利时发生的二恶英污染事件不仅造成了比利时的动物性食品被禁止上市并大量销毁 而且导致世界各国禁止其动物性产品的进口 这一事件造成的直接损失达3 55亿欧元 如果加上与此关联的食品工业 据估计其经济损失达13亿欧元 3 政治后果与贸易纠纷比利时政府因二恶英事件 使欧洲乳 鸡 牛肉等食品的出口在全球范围内受因 而造成内阁倒台 2001年德国因疯牛病导致卫生和农业部长辞职 欧洲消费者当前反对转基因食品在很大程度上是反映了对政府的不信任 从国际上的教训来看 食品安全问题的发生不仅使所在国在经济上受到严重损害 还可以影响到消费者对政府的信任 乃至威胁社会稳定和国家安全 地球越来越像一个大村庄了 这家烦感冒 那家注定就要跟着打喷嚏了 小笑话 早晨起床 掀开黑心棉做得被子 用致癌牙膏刷完牙 喝杯过了期的碘超标还掺了三聚氰胺的牛奶 吃根地沟油炸的洗衣粉油条 外加一个苏丹红咸蛋 中午在餐馆点一盘用地沟油炒的黄膳 再加一碟敌敌畏喷过的白菜 盛两碗陈化粮煮的毒米饭 晚上蒸一盘病的瘦肉精养大的死猪肉做的腊肉 沾上点毛发勾兑的毒酱油 还有用福尔马林泡过的凉拌海蜇皮 抓两个添加了漂白粉和吊白块的大馒头 还喝上两杯富含甲醇的白酒 最后 又钻进黑心棉被窝里蒙头大睡 一个民族的命运 要看他们吃的是什么和怎么吃 一位资深法国营养专家 系于口舌之间的民族命运 我们有必要回顾下我国食品安全的大事件 双汇瘦肉精事件 新闻曝光的济源双汇食品有限公司位于河南省济源市 是河南双汇集团下属的分公司 主要以生猪屠宰加工为主 有自己的连锁店和加盟店据销售人员介绍 他们店里销售的猪肉基本上都是济源双汇公司屠宰加工的 严格按照 十八道检验 正规生产 产品质量可靠 然而 按照双汇公司的规定 十八道检验并不包括 瘦肉精 检测 此前 河南孟州等地添加 瘦肉精 养殖的有毒生猪 顺利卖到双汇集团旗下公司 染色馒头事件 上海盛禄食品有限公司分公司在生产过程中添加色素 防腐剂等 将白面染色制成玉米面馒头 黑米馒头等 工人还随意更改馒头的生产日期 染色 馒头进入了上海部分超市销售 上海工商执法人员对报道中涉及的迪亚天天仓储中心 华联超市光新路店等进行了执法检查 并在现场发现了涉嫌使用色素的 染色 馒头 这个小小的镘头生产厂 每天有数以万计的问题馒头流向市场 过期馒头回收回来浸泡加工 然后重新包装销售 防腐剂 甜蜜素等添加剂 工人都是按经验随意添加 地沟油事件 地沟油的职业回收者 只需一把铲子 几个破旧铁桶 一把手电筒 外加一辆电动车就可以满载而归 那些暗淡浑浊 略呈红色的膏状物 经过一夜的过滤 加热 沉淀 分离 变身为清亮的 食用油 低价出售 三鹿奶粉事件 少年智则国智 少年富则国富 少年强则国强 少年独立则国独立 少年自由则国自由 少年进步则国进步 少年胜于欧洲 则国胜于欧洲 少年雄于地球 则国雄于地球 梁启超 少年强 寄生虫 肌肉溶解症 红心鸭蛋 膨大剂滥用 染色花椒 毒豆芽 用尿素兽药催生 致癌 毒生姜 使用有毒化工原料硫磺进行熏制 还有能吃的东西么 一个民族的命运 要看他们吃的是什么和怎么吃 一位资深法国营养专家 系于口舌之间的民族命运 安全饮食小建议 1 尽量在食堂就餐 2 如到外面餐馆就餐 需看餐馆是否有营业执照和卫生许可证 3 尽量不要吃油炸的零食 小吃 4 购买食品 需看生产日期 厂家 保质期等 5 有自我保护意识 对健康不利的食品要克制自己 不要多吃 上帝死了 尼采是说 人类敬信上帝的心死了 换言之 上帝不死 但人类采取了一种 死 的态度存活于上帝之中 也可以说 上帝的确死过 它看到人类通过杀死 自心 的方式 来杀死上帝 人类的可笑就在于 明明杀死的是自己 却以为死的是别人 明明是一个自杀行为 却以为是他杀 尼采的意思又可以解释为 作为上帝的人死了 上帝虽无始无形 无可定义 但上帝的品性是完满 觉知 极乐与活生生 在历史上的某些阶段 人类本来拥有上帝丰富的品性 但是由于无知与贪婪 人类正在逐渐丧失迨尽 这也许就是 圣经 中人类走出伊甸园的真正含义 近代以来 理性主义与机械主义的胜利 正使人们大踏步走向物化 在行尸走肉的躯壳之中 上帝的光辉与灵性的喜悦已不复存在 上帝得意的杰作 宇宙至高的存在物 却退落成一所华丽的坟墓 我想 这就是尼采不为人知的痛心吧 最朴实的农民大妈拿出花生让总理品尝时 说的最朴实的一句话是 总理你放心吃 这都是我们留给自己吃的东西 这是我们民族的悲哀