食品生物技术考试重点.docx

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食品生物技术

第一章绪论

1食品生物技术是指现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料

2食品生物技术研究的内容

基因工程——用人工的方法把不同生物的遗传物质分离出来，在体外进行剪切、拼接、重组，形成基因重组体，然后再把重组体引入寄主细胞或个体中以得到高效表达，最终获得人们所需要的基因产物。

一个典型的DNA重组实验通常包括以下几个步骤：

1提取供体生物的目的基因，通过限制性内切酶、DNA聚合酶连接到另一个载体的DNA分子上，形成一个新的重组DNA分子

2将这个重组DNA分子转入受体细胞并在受体细胞中复制保存，这个过程称为转化

3对那些吸收了重组DNA的受体细胞进行筛选和鉴定

4对含有重组DNA的细胞进行大量培养，检测外源基因是否表达

2细胞工程——就是在细胞水平研究开发、利用各类细胞的工程。

细胞工程研究的内容：

1组织与细胞培养技术2细胞大量培养技术3细胞器移植技术

4DNA重组技术5外源基因导入技术6细胞融合技术

7体外受精和胚胎移植技术8染色体工程技术

3蛋白质工程——就是通过对蛋白质化学、蛋白质体学和动力学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白的基因进行有目的的设计改造，通过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基因生物系统，这个生物系统可以是转基因微生物、转基因植物、转基因动物，甚至可以是细胞系统。

蛋白质工程主要从以下几方面开展研究

1）通过改变酶促反应的Km和Vmax提高催化效率

2）通过改变蛋白质对酸碱和温度稳定的适应范围，拓宽蛋白质的应用范围

3）改变酶在非水溶剂中的反应性，可使蛋白在非生理条件下作用

4）减少酶对辅助因子的需求，简化持续生产的过程

5）增加酶对底物的亲和力，以增加酶的专一性，减少不必要的副反应

6）提高对蛋白酶的抗性，可以简化纯化过程，提高产率

7）改变酶的别构调节部位，减少反馈抑制，提高产物产率

8）提高蛋白的抗氧化能力

9）改变酶对底物的专一性

10）改变蛋白发生作用的种属特异性

4酶工程——是利用酶的催化作用进行物质转化的技术，是酶学理论、基因工程、蛋白质工程、发酵工程相结合而形成的一门新技术。

它研究开发涉及的范围包括：

自然界中新酶的开发和生产、酶分子的修饰、酶的分离纯化技术、酶的固定化技术、酶反应器、酶生物传感器

5发酵工程——是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节，是指酵母作用于果汁或发芽谷物产生CO2的现象。

现代发酵工程是将微生物学、生物化学和化学工程等学科基本原理有机结合，是建立在基因工程技术基础上的一门应用技术性学科

6生物工程下游技术——是指将发酵工程、酶工程、蛋白质工程和细胞工程生产的生物原料，经过提取、分离、纯化、加工等步骤，最终形成产品的技术

第二章基因工程与食品产业

1基因工程的主要内容：

概括来说，基因工程的操作过程一般分为4步。

第一步，在供体细胞中用限制性内切酶切割基因，以分离出含有特定的基因片段或人工合成的基因并制备运载体（质粒，病毒或噬菌体）；第二步，把获得的目的基因与制备好的运载体DNA连接酶连接组成重组体；第三步，把重组体引入宿主细胞；第四步，筛选、鉴定出含有外源目的基因的菌体或个体

工具酶和基因载体

目的基因要进入宿主细胞，有两种方式，一种是直接导入，另一种是要通

过载体的运载作用才能实现。

这种在细胞内具有自我复制能力的运载目的基因；进入宿主细胞的运载体，叫基因工程载体

Ⅱ型限制性内切酶的主要用途

1）在特异位点上切割DNA，产生特异的限制性内切酶切割的DNA片段

2）建立DNA分子的限制性内切酶物理图谱

3）构建基因文库

4）用限制性内切酶切出相同的黏性末端，以便重组DNA

DNA连接酶——能将两段DNA拼接起来的酶叫DNA连接酶

1）连接带匹配黏端的DNA分子

2）使平端的双链DNA分子互相连接或使合成的接头相连接

DNA聚合酶

将质粒和目的基因连接的方法：

黏性末端人工接头衔接物同聚物末端加尾法（末端转移酶）

T4DNA聚合酶的用途有：

耐热DNA聚合酶（TaqDNA）可用于：

1）DNA测序

2）聚合酶链式反应（PCR）对DNA片段进行体外扩增

末端转移酶主要用于：

1）给载体或cDNA加上互补的同聚体

2）DNA片段3’末端的放射同位素标记

碱性磷酸酯酶——BAP（大肠杆菌）CIP（牛小肠）

基因工程中碱性磷酸酯酶主要应用于：

1）在序列分析中，验出序列

2）去除DNA和RNA的5’-磷酸基

3）去除载体DNA的5’磷酸基，防止自我环化

4）放射性同位素的标记

2理想的基因工程载体应具备以下特征：

1）能在宿主细胞内进行独立和稳定的DNA自我复制。

2）易于从宿主细胞中分离，并进行纯化

3）在其他DNA序列中有适当的限制性内切酶单一酶切位点（MCS:

多克隆位点）

4）具有能够直接观察的表型特征，在插入外源DNA后，这些特征可以作为重组DNA选择的标志

质粒是指自主复制的双链环状DNA分子，在细菌中独立于染色体之外而存在

质粒的要求：

1）质粒载体的相对分子质量应尽可能小

2）应该有用来克隆外源DNA的单一的限制性内切酶识别位点

3）应该有一个或多个选择标记基因

噬菌体具有高效侵染和高效扩增的特点

M13载体作重组DNA的载体有两个特性：

1）允许包装大于病毒单位长度的外源DNA

2）感染细菌后，复制环状DNA经包装形成噬菌体颗粒，分泌到细胞外而不溶菌

3基因工程的基本技术

物理化学法——就是利用核酸DNA双螺旋之间存在的碱基G和C配对、A和T配对的这一特性，从生物基因组分离目的基因地方法

1密度梯度离心法2单链酶法3分子杂交法

化学合成法

PCR扩增法

具备的条件：

1要有与被分离的目的基因的DNA双链两端序列互补的DNA引物（约20个碱基）；2具有热稳定性的酶如TaqDNA聚合酶；3dDNA；4作为模板的目的DNA序列

PCR反应过程包括：

1变性将模板解冻2退火将引物带至正确位置3延伸在TaqDNA作用下实现以引物为附着点的两条新链的延伸

改进PCR方法：

1逆转录PCR2锚定PCR3反向PCR

DNA序列测定：

1化学降解法2酶促法3自动化测序法

目的基因与载体的连接通常连接的形式有亚克隆，黏性末端连接，平端连接，人工接头连接，同聚物加尾连接

重组体的鉴定：

1点杂交2Southernblot3Northernblot

4Westernblot5原位（菌落）杂交技术

反义基因技术的基本概念和原理：

所谓反义RNA是指有义DNA链转录成的、与特异的靶RNA互补结合并能抑制靶RNA表达的一段序列。

所谓反义RNA技术是把一段DNA序列以反义方向插入到合适的启动子和终止子之间，然后把此基因构建体转化到受体细胞中去（通常用农杆菌转化的方法），通过选择培养获得转化生物体的技术

反义基因地特点：

1.反义RNA可以高度专一地调节某一特定基因的表达，不影响其他基因的表达2.转化到植物中的反义RNA的作用类似于遗传上的缺陷性，表现为显形3.反义基因整合到植物的基因组中可独立表达和稳定遗传，后代符合孟德尔遗传规律4.反义基因不必了解其目的基因所编码的蛋白质结构，可省去对基因产物的研究工作5.反义基因不改变目的基因地结构，在应用上更加安全

4基因工程在食品产业中的应用

4.1利用基因工程改造微生物

1改良微生物菌种2改良乳酸菌遗传特性3酶制剂的生产

4.2利用基因工程改善食品原料的品质

1改良动物食品性状2改造植物性食品原料

（1提高植物性食品氨基酸含量2增加食品的甜味3改造油料作物

4改良植物食品的蛋白质品质5改善园艺产品的采后品质）

4.2利用基因工程改进食品生产工艺

1）利用DNA重组技术改进果糖和乙醇生产方法

2）改良啤酒大麦的加工工艺

3）改良小麦种子贮藏蛋白的烘烤特性

4）改善牛乳加工特性

4.4利用基因工程生产食品添加剂及功能性食品

1生产氨基酸2生产黄原胶3超氧化物歧化酶SOD的基因工程

4应用于生产保健食品的有效成分

第三章细胞工程与食品产业

1细胞工程：

也称细胞技术，是生物技术的主要内容之一，细胞工程根据其研究对象的不同，分为植物细胞工程，动物细胞工程和微生物细胞工程

细胞工程的基本操作：

1无菌操作技术2细胞培养技术3细胞融合技术

（其主要过程：

1制备原生质体2诱导细胞融合3筛选杂合细胞）

2细胞培养技术

培养基的种类

1按成分不同：

1天然培养基——培养基含有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物，也称非化学限定培养基特点：

天然培养基成本较低，除了实验室经常使用外，也可用于工业上大规模发酵生产

2合成培养基——是由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基特点：

一般适于在实验室用来进行有关微生物营养需求、代谢、分类鉴定、生物量测定、菌种选育及遗传分析等方面的研究工作

2根据物理状态——根据培养基中凝固剂的有无及含量的多少，可将培养基划分为1固体培养基2半固体培养基3液体培养基

1）固体培养基——在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态即为固体培养基

2）半固体培养基——半固体培养基中凝固剂的含量比固体培养基少，培养基中琼脂含量一般为0.2%~0.7%

3）液体培养基——液体培养基中未加任何凝固剂。

理想凝固剂应具备的条件：

1不被所培养的微生物分解利用；2在微生物生长的温度范围内保持固体状态；3凝固剂凝固点温度不能太低，否则将不利于微生物生长；4凝固剂对所培养的微生物无毒害作用；5凝固剂在灭菌过程中不会被破坏，透明度好，黏着力强，配制方便且价格低廉

常用的凝固剂有琼脂，明胶，硅胶

3按用途划分：

1）基础培养基——基础培养基是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。

例如：

牛肉膏蛋白胨

2）加富培养基——也称营养培养基，即在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。

一般用来培养营养要求比较苛刻的异氧微生物，还可用来富集和分离某种微生物。

3）鉴别培养基——是用于鉴别不同类型微生物的培养基，主要用于微生物的快速分类鉴定，以及分离和筛选产生某种代谢产物的微生物菌种

4）选择培养基——是用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基

5）其他——除上述几种外：

分析培养基，还原性培养基，组织培养物培养基

加富培养基&选择培养基，两者区别在于：

加富培养基是用来增加所要分离微生物的数量，使其形成生长优势，从而分离得到该种微生物；选择培养基则一般是抑制不需要的微生物的生长，所需要的微生物增值，从而达到分离所需微生物的目的

选择培养基：

一种类型选择培养基是依据某些微生物的特殊营养需求设计的

另一类选择培养基是在培养基中加入某种化学物质，这种化学物质没有营养作用，对所需分离的微生物无害，但可以抑制或杀死其他微生物

培养方法

1）固体培养——在固体培养基表面上的培养，多用于菌种的分离、纯化、保藏和种子的制备。

优点：

操作简单，设备简单，常用于实验室小规模培养，可用于厌氧微生物的培养缺点：

1用于大规模生产的潜力很小2不便于对体系进行监测控制3不易于保持体系内环境条件的均一

2）液体培养：

优点：

1采用液体培养法易于获得混合均匀的菌体悬浮液，从而便于对系统进行监测控制2液体培养法容易放大到工业规模3液体培养法基本上克服了固体培养法的缺点，成为大量培养微生物的一个重要方法

3）连续培养法——根据控制方法的不同，连续培养可分为恒浊培养和恒化培养两种

4）中间补料培养——又称半连续培养、流加培养、补料分批培养优点：

1可以消除底物抑制2可以达到高密度细胞培养3延长次级代谢产物的生产4稀释有毒代谢产物5降低染菌和避免遗传不稳定性

5）同步培养：

选择法和诱导法

6）混合培养——也可用于生物转化

恒浊培养——是根据体系内微生物的生长密度，通过自控仪表调节料液的流量，以取得菌体浓度和生长速度恒定微生物细胞的培养方式

恒化培养——是保持培养液的流速不变，使培养罐内的营养物浓度基本恒定，并使微生物始终在低于其最高生长速度的条件下进行繁殖

恒化培养和恒浊培养的比较

培养方法

控制对象

生长限制因子

培养液流速

生长速度

产物

应用范围

恒化培养

培养液流速

有

恒定

低于最高生长速度

不同生长速度的菌体

实验室为主

恒浊培养

菌体密度

无

不恒定

最高生长速度

大量菌体或代谢产物

生产为主

连续培养面临的问题：

1）一个生产罐污染，所有的罐都要停止运作，必须灭菌后再启动，在许多情况下有不能设计出一种染菌几率最小的培养过程，如提高培养温度、改变PH值或原料等，可使杂菌不易生长

2）连续培养的收率和产物浓度相对分批培养要低，这将不利于下游的提取操作

3）连续培养的营养物质利用率较低，会增加生产成本

4）连续培养必须和整个作业的其他工序连贯进行，它对设备的要求较高，需要复杂的检测和控制系统

5）连续培养更易受菌种退化的影响，因为退化菌种往往比生产菌更具生长优势、少数退化菌经较长时间的培养，会逐渐占据优势，从而造成减产

3植物细胞培养

要建立良好的悬浮细胞系，应注意以下事项：

1选择适合的外植体2诱导疏松易碎的愈伤组织3选择合适的培养基4培养液的灭菌5悬浮培养6悬浮细胞的继代与选择

植物细胞悬浮培养方法

1）分批培养——所谓分批培养法是指在新鲜的培养基中加入少量的细胞，在培养过程中既不从培养系统中放出培养液，也不从外界向培养系统中补加培养基的一种培养细胞的方法特征：

培养基的基质浓度是随培养时间而下降，细胞浓度和产物则随培养时间的增长而增加，由于它操作简单，广泛应用于实验室和工业生产

2）半连续培养法——在反应器重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方法谓之半连续培养法特征：

可不断补充培养液中营养成分，减少接种次数使培养细胞所处环境与分批培养法一样，随时间而变化

3）连续培养法——指在培养过程中，不断抽取悬浮培养物并注入等量新鲜培养基，使培养物不断得到养分补充和保持其恒定体积的培养方法特点：

1连续培养由于不断加入新鲜培养基，保证了养分的充足供养，不会出现悬浮培养物发生营养不良的现象2连续培养可在培养期间使细胞长久地保持在对数生长期，细胞增殖速率快3连续培养适于大规模工业化上产

连续培养的种类：

1封闭式连续培养2开放式连续培养（一种是浊度恒定法，根据悬浮液浊度的提高来注入新鲜培养液；化学恒定法，最大特点是通过限制营养物质的浓度来控制细胞的增殖速率）

植物细胞固定化培养技术

特点：

1可以消除或极大地减弱流质流动引起的切变力2细胞的缓慢生长由于初级代谢和次级代谢往往对前体存在着竞争，细胞生长迅速时，初级代谢占优势，而细胞生长缓慢时，次级代谢占优势，所以固定化的细胞生长缓慢导致次生代谢物产量增高3固定化本身就会使细胞与细胞彼此之间紧密接触，细胞所处的物理和化学环境与悬浮培养时显著不同4便于操作5便于次生代谢物的收集

常见的固定化细胞培养系统有以下两大类：

平床培养系统立柱培养系统

4动物细胞的培养

常用培养基

1）天然培养基：

优点：

营养成分丰富，培养效果良好；缺点：

成分复杂，来源受限血清是天然培养基中最有效和最常用的培养基

2）合成培养基：

是对动物体内生存环境中各种已知物质在体外人工条件下的模拟，它给细胞提供了一个近似体内的生存环境，又便于控制和标准化的体外生存空间

3）无血清培养

动物细胞培养方法

悬浮培养：

主要用于非贴壁依赖性细胞的培养

贴壁培养：

主要用于非淋巴组织等贴壁依赖性细胞的培养

固定化培养：

一般贴壁依赖性细胞采用胶原包埋培养，非贴壁依赖性细胞采用海藻酸钙包埋培养

大规模培养法：

动物细胞大规模培养技术是在贴壁培养和悬浮培养的基础上，融合了固定化细胞、流式细胞术、填充床、生物反应罐技术以及人工灌流和温和搅拌系统等技术后发展起来的1空心纤维法2微载体法3微囊法

细胞融合技术

细胞融合的方法：

1生物学法2化学融合法3电处理融合法

融合子的筛选

1.微生物融合子的筛选：

直接法——对于营养互补型的亲本，可从高渗再生基本培养基上直接筛选；对于抗药性作为选择标记的融合，可从含药物的平板培养基上分离鉴定；对形态特征或色素方法的标记，其融合子可根据色素、形态特征来分析鉴定。

间接法——是把融合液涂布在高渗再生完全培养基上，使亲本细胞和融合子都再生成菌落，然后用影印法将它们复制到选择培养基上检出融合子

2.植物融合子的鉴定：

1杂合细胞的显微镜鉴别2互补法筛选杂合细胞（白化互补，抗性互补筛选，营养缺陷型互补）3采用细胞与分子生物学的方法鉴别杂合体4根据融合处理后再生长出的植株的形态特征进行鉴别

动物细胞工程的应用：

1在疫苗生产上的应用2在干扰素生产上的应用3在单克隆抗体生产上的应用4在其他基因重组产品生产上的应用

植物细胞工程在食品工业的应用

1利用植物细胞工程生产香料2利用植物细胞工程生产调料3利用植物细胞培养技术生产食品添加剂（色素-甜菜苷甜味剂-甜菊苷鲜味剂-5’-核苷酸和有关的酶防腐剂-没食子酸乙酯增稠剂-琼脂）4利用植物细胞培养技术生产天然食品5利用植物细胞培养技术生产植物药

完整细胞的固定化方法

1）无载体固定化：

细胞的固定化是靠细胞自身的絮凝作用而实现；有时，亦可添加少量助凝剂促进细胞的絮凝

2）有载体固定化：

1吸附法固定化——细胞固定化的载体是预先制备的，吸附法具有简单和满足细胞的生物条件的优点，缺点：

吸附容量小，结合强度低。

另外细胞的附着除物理吸附作用之外，还可施以共价连接。

把有机、无机材料结合使用，使其成为更理想的载体2在聚合物载体内的包埋——最常用的固定化细胞技术，关键是多孔性网状材料，保证网络具有化学稳定剂和机械稳定性，便于加工和控制催化剂的几何形状；网络要有多孔性，以保证细胞的装载容量及固定化后的活力回收等。

主要方法是用有机高聚物配合海藻酸盐与钙离子交联，是完整细胞包埋技术中的常用方法

3）生长细胞的固定化：

最常用的方法是在网络基质中物理包埋细胞，首先把预先培养的细胞与聚合介质混合，然后把此混合物一滴一滴地加入到凝固液中去，并轻轻搅动，于是便得到均匀分布有少量细胞的凝胶颗粒。

然后把包埋有少量活细胞的凝胶颗粒，在一定的营养介质中培育，于是被包埋的细胞就开始生长，最终所得到的固定化生物催化剂，其细胞密度可比培育前增加1~2个数量级，并且多数密集与载体表面。

有点：

1自然优选的作用2有利于提高生产效率

固定化技术的应用：

1生产抗生素2生产果葡糖浆3利用固定化酵母进行啤酒的后发酵生产4生产柠檬酸

第四章酶工程和食品产业

1生物酶工程主要包括三个方面：

1用基因工程技术大量生产酶（酶克隆）2修饰酶基因产生遗传修饰酶（突变酶）3设计新酶基因

2酶生产菌的要求：

1不能是致病菌2不易退化，不易感染噬菌体3产酶量高，而且最好产生胞外酶4能利用廉价的原料，发酵周期短，易培养

3用于酶生产的发酵方法：

1固体发酵法2液体发酵法

4打破酶合成调节机制限制的方法：

1控制条件：

包括添加诱导物和降低阻遏物浓度2遗传控制：

包括基因突变和基因重组3也有其他如添加表面活性剂，产酶促进等一些方法

5酶合成类型（模式）：

同步延续中期滞后

6控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源浓度：

1采用其他较难利用的碳源，如淀粉等2采用补料、分次流加碳源3添加一定量的环腺甘酸cAMP。

对于受代谢途径末端产物阻遏的酶，可以通过控制末端产物的浓度的方法使阻遏解除

7酶的固定方法：

吸附法共价结合法交联法包埋法

8食品酶工程的应用

1）改进啤酒工艺，提高啤酒质量：

1固定化生物催化剂酿造啤酒新工艺2固定化酶用于啤酒澄清3添加酶蛋白和葡萄糖氧化酶4β-葡萄糖酶提高啤酒的持泡性5降低啤酒中双乙酰含量6改进工艺生产干啤酒

2）改进果酒，果汁饮料的生产工艺：

1果汁提取2果汁澄清3果酒澄清、过滤

3）食品保鲜：

1利用葡萄糖氧化酶保鲜（食品的除氧保鲜蛋类制品的脱糖保鲜）2利用溶菌酶保鲜

4）利用固定化酶生产高糖浆：

1酶的固定化（物理吸附法离子吸附法共价键结合法包埋法）2含酶菌体细胞固定化（加热固定法离子吸附法絮凝法包埋法）

第五章蛋白质工程与食品产业

1蛋白质改造方法（初级改造）：

1M13-DNA寡聚核苷酸介导诱变技术（从基因工程上改变pro）2寡聚核苷酸介导的PCR诱变技术3随机诱变技术4盒式突变技术

2蛋白质工程在食品中的应用

1）消除酶的别抑制特性

2）引入二硫键，改善蛋白质的热稳定性

3）转化氨基酸残基，改善蛋白质热稳定性

4）改变酶的最适PH值条件

5）提高酶的催化活性

6）修饰酶的催化特异性

7）修饰Nisin的生物防腐效应

第六章发酵工程与食品产业

1现代发酵工程主要是指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养液细胞和产生代谢产物的工艺技术

2发酵工程所包含的内容：

1以菌体为产品2以微生物的酶为产品3以微生物的代谢产物为产品4利用发酵作用，对某种化合物的化学结构进行改造，即产品的转化过程

3发酵的工艺流程

空气菌种保藏C源，N源

↓↓无机盐等

空气净化处理斜面活化营养物质

↓

扩大培养

↓

种子罐

↓

主发酵

↓

产物分离纯化

↓

成品

第七章食品生物工程下游技术

1生物工程下游技术特点：

1在原料液中的目标成分的含量较低2原料液是复杂的多相体系3目标成分的稳定性较差，对热，PH，酶，空气，光，重金属离子，机械剪切力十分敏感4要求产品的纯度很高

2食品生物技术目的产物：

1蛋白质，多肽，氨基酸等2酶，辅酶，酶抑制剂等3多糖类4免疫调节类5其他

3下游工程的基本路线

胞外产物

发酵液→预处理→细胞分离→细胞破碎→碎片分离→初步纯化→