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生物技术与人类生活生物技术与人类生活(十)(十)在食品行业及粮食安全中的应用在食品行业及粮食安全中的应用李云海11/1/2022生物技术和人类生活生物技术与食品生物技术与食品学习目的学习目的学习目的学习目的食品工业是生物技术应用的重要领域,掌握现食品工业是生物技术应用的重要领域,掌握现食品工业是生物技术应用的重要领域,掌握现食品工业是生物技术应用的重要领域,掌握现代生物技术在食品领域中的主要应用。
认识基因工代生物技术在食品领域中的主要应用。
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认识基因工程、发酵工程、细胞工程、酶工程及蛋白质工程与程、发酵工程、细胞工程、酶工程及蛋白质工程与程、发酵工程、细胞工程、酶工程及蛋白质工程与程、发酵工程、细胞工程、酶工程及蛋白质工程与食品产业的关系和发展趋势;认识生物技术在单细食品产业的关系和发展趋势;认识生物技术在单细食品产业的关系和发展趋势;认识生物技术在单细食品产业的关系和发展趋势;认识生物技术在单细胞蛋白、饮料与食品添加剂等食品生产加工过程中胞蛋白、饮料与食品添加剂等食品生产加工过程中胞蛋白、饮料与食品添加剂等食品生产加工过程中胞蛋白、饮料与食品添加剂等食品生产加工过程中的重要作用;了解转基因生物反应器在食品领域中的重要作用;了解转基因生物反应器在食品领域中的重要作用;了解转基因生物反应器在食品领域中的重要作用;了解转基因生物反应器在食品领域中的应用以及现代生物技术与食品安全等内容。
的应用以及现代生物技术与食品安全等内容。
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11/1/2022生物技术和人类生活主要内容主要内容一、食品行业在生产生活中的一、食品行业在生产生活中的主要作用主要作用二、生物技术在二、生物技术在食品加工业食品加工业中的应用中的应用三、蛋白质的生产(三、蛋白质的生产(单细胞蛋白单细胞蛋白)四、四、食品和饮料食品和饮料的发酵生产的发酵生产五、五、酶酶工程与工程与食品食品加工加工11/1/2022生物技术和人类生活一、一、食品行业在人类生产生活中的主要作用食品行业在人类生产生活中的主要作用1、食品加工业是农产品和消费者之间的、食品加工业是农产品和消费者之间的关键环节关键环节除了蔬菜和水果,大部分食品的原除了蔬菜和水果,大部分食品的原材料都需要某种程度的加工,如谷类材料都需要某种程度的加工,如谷类和肉类。
通过食品加工业,相对庞大和肉类。
通过食品加工业,相对庞大的和易腐烂的粗制农产品,才可转变的和易腐烂的粗制农产品,才可转变为货架上便利而美味的食品和饮料为货架上便利而美味的食品和饮料(所谓(所谓农产品的产业化和商品化农产品的产业化和商品化)。
)。
11/1/2022生物技术和人类生活2、食品工业是生物技术应用的、食品工业是生物技术应用的重要领域重要领域利用生物技术可将农副产品原料加工成利用生物技术可将农副产品原料加工成产品并产业化,或进行二次加工开发形成产品并产业化,或进行二次加工开发形成新的产业,如马铃薯块茎(新的产业,如马铃薯块茎(原料原料)一一次加工(次加工(淀粉淀粉)二次加工及之后的多二次加工及之后的多次加工可生产出次加工可生产出2000多种产品多种产品(如(如柠檬酸、柠檬酸、乳酸、酒精、葡萄糖酸、赖氨酸、谷氨酸、乳酸、酒精、葡萄糖酸、赖氨酸、谷氨酸、甘油和维生素甘油和维生素C等等)。
等等)。
11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活二、生物技术在食品工业中的应用二、生物技术在食品工业中的应用
(1)蛋白质的生产()蛋白质的生产(单细胞蛋白单细胞蛋白)
(2)食品和饮料食品和饮料的发酵生产的发酵生产(3)酶酶工程工程与食品与食品加工加工(4)新型)新型甜味剂甜味剂(天然的、低热值的甜味剂,如甜蛋白糖和阿斯巴(天然的、低热值的甜味剂,如甜蛋白糖和阿斯巴甜、天丙甲酯二肽糖等)甜、天丙甲酯二肽糖等)11/1/2022生物技术和人类生活(5)其他食品)其他食品添加剂添加剂(如醋、柠檬酸等食用有机酸、维生素、低聚糖、(如醋、柠檬酸等食用有机酸、维生素、低聚糖、氨基酸和核酸衍生物等)氨基酸和核酸衍生物等)(6)转基因食品转基因食品(改善品质、营养、口感、质地、颜色、形态、酸(改善品质、营养、口感、质地、颜色、形态、酸甜度、成熟度和产量高、抗病能力强等,如番茄、甜度、成熟度和产量高、抗病能力强等,如番茄、抗虫病毒和除草剂的作物、瘦肉猪、低脂奶牛、抗虫病毒和除草剂的作物、瘦肉猪、低脂奶牛、疫苗香蕉、转基因茶叶和油料等)疫苗香蕉、转基因茶叶和油料等)11/1/2022生物技术和人类生活三、蛋白质的生产(单细胞蛋白)三、蛋白质的生产(单细胞蛋白)A、人类对蛋白质的需求状况、人类对蛋白质的需求状况目前,世界上至少有目前,世界上至少有25%的人口的人口正在遭受正在遭受饥饿饥饿和和营养不良营养不良的威胁;在发展中国家有的威胁;在发展中国家有20%的居民热的居民热量不足,量不足,60%的居民的居民食物中食物中蛋白质不足蛋白质不足,且与发,且与发达国家的蛋白质摄入量的差距还在拉大。
至达国家的蛋白质摄入量的差距还在拉大。
至2050年年世界人口将突破世界人口将突破100亿亿,传统农业将不能提供,传统农业将不能提供足够的食物来满足人类的需求,尤其是足够的食物来满足人类的需求,尤其是蛋白质短蛋白质短缺缺。
11/1/2022生物技术和人类生活其次,人类的饮食结构都有其次,人类的饮食结构都有从谷物类向肉类从谷物类向肉类转化转化的趋势,这将导致的趋势,这将导致个人的粮食消耗量大增个人的粮食消耗量大增。
因为通过饲养动物获得的肉类(蛋白质),每千因为通过饲养动物获得的肉类(蛋白质),每千克需消耗克需消耗310千克的粮食。
因此,人们不懈地千克的粮食。
因此,人们不懈地寻求蛋白质资源,推广新兴农业,培育寻求蛋白质资源,推广新兴农业,培育高蛋白质高蛋白质的谷物的谷物;而;而大豆、花生等高蛋白质作物大豆、花生等高蛋白质作物正被大量正被大量种植。
另外,利用微生物作为蛋白质生产工厂已种植。
另外,利用微生物作为蛋白质生产工厂已获得成功,即所谓的获得成功,即所谓的单细胞蛋白单细胞蛋白(singlecellprotein,SCP)的生产开发。
)的生产开发。
11/1/2022生物技术和人类生活B、单细胞蛋白(、单细胞蛋白(SCP)的生产)的生产它是指生产蛋白质的生物大都是它是指生产蛋白质的生物大都是单细胞或丝单细胞或丝状结构的微生物个体状结构的微生物个体,而不是多细胞及结构复杂,而不是多细胞及结构复杂的生物(如植物、动物等)。
的生物(如植物、动物等)。
微生物含有大量的蛋白质,通过发酵培养获微生物含有大量的蛋白质,通过发酵培养获取取酵母、细菌、霉菌酵母、细菌、霉菌等菌体,以及培养等菌体,以及培养蘑菇、单蘑菇、单细胞藻类细胞藻类等微生物,进一步由这些微生物制取大等微生物,进一步由这些微生物制取大量的量的蛋白质蛋白质。
11/1/2022生物技术和人类生活单细胞蛋白生产的优越性单细胞蛋白生产的优越性微生物的微生物的蛋白质含量丰富,营养价值高蛋白质含量丰富,营养价值高(必需氨(必需氨基酸略高于大豆蛋白质);基酸略高于大豆蛋白质);在发酵反应器中连续大量培养,占地小,不依赖在发酵反应器中连续大量培养,占地小,不依赖气候;气候;获取蛋白质的速度比种植业和养殖业快得多获取蛋白质的速度比种植业和养殖业快得多(把(把250千克的牛与千克的牛与250千克的微生物进行比较,千克的微生物进行比较,牛每天能产生牛每天能产生200克的蛋白质,而在同样时间和克的蛋白质,而在同样时间和理想生长条件下,微生物理论上能合成理想生长条件下,微生物理论上能合成25吨的蛋吨的蛋白质);白质);还还可用于饲养畜、禽可用于饲养畜、禽,避免与人类争粮食。
,避免与人类争粮食。
11/1/2022生物技术和人类生活11/1/2022生物技术和人类生活1.在最佳条件下,微生物能以惊人的速率生在最佳条件下,微生物能以惊人的速率生长,有些微生物的生,有些微生物的生产量量每隔每隔0.51h增加增加1倍。
倍。
2.微生物比植物和微生物比植物和动物更容易物更容易进行行遗传操作;它操作;它们更适宜于大更适宜于大规模模筛选高生高生长率的个体,更容易率的个体,更容易实施施转基因技基因技术。
3.微生物有相当高的蛋白微生物有相当高的蛋白质含量,蛋白含量,蛋白质的的营养价养价值高。
高。
4.微生物能在相微生物能在相对小的小的连续发酵反酵反应器中大量培养,占地小,不依器中大量培养,占地小,不依赖气候。
气候。
5.微生物的培养基来源很广泛,低廉,特微生物的培养基来源很广泛,低廉,特别是利用是利用废料,如有些微生料,如有些微生物能利用植物的物能利用植物的“残渣残渣”纤维素作原料。
素作原料。
用微生物生产用微生物生产SCP的优点的优点11/1/2022生物技术和人类生活生产单细胞蛋白(生产单细胞蛋白(SCP)的方式:
)的方式:
生产生产单细胞蛋白(单细胞蛋白(SCP)的)的方式方式有:
有:
用能源用能源物质生物质生产(如甲醇、乙醇、甲烷等,英国、德国和日本);产(如甲醇、乙醇、甲烷等,英国、德国和日本);用工用工业废弃物业废弃物生产(如秸杆、糖渣、柠檬酸、糖蜜、动物粪便生产(如秸杆、糖渣、柠檬酸、糖蜜、动物粪便和其他有机废物,瑞典等);和其他有机废物,瑞典等);从藻类从藻类中生产(如日本的小中生产(如日本的小球藻和栅藻,非洲和墨西哥的螺旋藻,我国云南永胜程海球藻和栅藻,非洲和墨西哥的螺旋藻,我国云南永胜程海的螺旋藻等等)。
的螺旋藻等等)。
11/1/2022生物技术和人类生活SCP的可接受程度及其毒理的可接受程度及其毒理11/1/2022生物技术和人类生活四、食品和饮料的发酵生产四、食品和饮料的发酵生产酒精饮料:
酒精饮料:
葡萄酒葡萄酒和和啤酒啤酒奶制品:
奶制品:
奶油、酸奶奶油、酸奶和各种和各种奶酪奶酪蔬菜发酵(腌制):
蔬菜发酵(腌制):
卷心菜、萝卜条片卷心菜、萝卜条片(控制温度在(控制温度在7.5、盐浓度为、盐浓度为2.25%和封口隔绝和封口隔绝空气)、空气)、黄瓜黄瓜和和橄榄橄榄(方法同上,只需把盐浓度(方法同上,只需把盐浓度提高为提高为5%-8%)11/1/2022生物技术和人类生活谷类食品发酵:
谷类食品发酵:
面包、馒头、米糕面包、馒头、米糕和和玉米玉米豆类发酵:
豆类发酵:
酱油酱油和和甜醅甜醅氨基酸发酵生产:
氨基酸发酵生产:
已有已有20多种;多种;主要有主要有谷氨酸谷氨酸(味精、无刺激性的洗涤剂、人造革、(味精、无刺激性的洗涤剂、人造革、人造纤维和无公害涂料等生产的前体)的淀粉水人造纤维和无公害涂料等生产的前体)的淀粉水解糖的发酵生产和解糖的发酵生产和赖氨酸赖氨酸的发酵生产等。
的发酵生产等。
11/1/2022生物技术和人类生活五、酶工程与食品加工五、酶工程与食品加工食品与饮料的发酵生产中,食品与饮料的发酵生产中,很重要的一个因素就是来很重要的一个因素就是来自于特定微生物的自于特定微生物的酶的作酶的作用用。
这些酶中。
这些酶中60%属于蛋属于蛋白质水解酶类,白质水解酶类,10%属于属于糖水解酶类,糖水解酶类,3%属于脂肪属于脂肪水解酶类,其余部分为较水解酶类,其余部分为较特殊的酶类。
特殊的酶类。
11/1/2022生物技术和人类生活由于由于酶有能在接近室温的条件下起反应、酶有能在接近室温的条件下起反应、不需高温高压、酶促反应快、高度特异性、不需高温高压、酶促反应快、高度特异性、副产物少、安全性好等优点,副产物少、安全性好等
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