现代生物技术 利用生物（动物、植物或微生物）或其产物，来生产对人类医学或农业有用的物质或生物。 依历史发展或所用方法的不同，可分成以下两大类： • 传统生物技术：应用酿造发酵、配育新种等传统的方法来达致辞上述目的。 • 现代生物技术：以生物化学或分子生物方法改变细胞或分子的遗传性质。这是在根本上 控制了生物的代谢或生理，以达到生产有用物质之目的。 两种生化技术术领域的最大差异处在于: 现代生物技术是用“细胞与分子”层次的微观手法来进行操作，不同于传统生物技术产业不同于传统以“整体” 动物、植物或微生物的饲养、交配或筛选方式。 生物技术产业经过数十年的发展，各种操作或技术可谓琳琅满目，可主观地归纳成数个范畴。 主要有基因操作、细胞培养、单株抗体、酵素工技等四大领域，以及其他生命科学相关的科技
现代生物技术 利用生物（动物、植物或微生物）或其产物，来生产对人类医学或农业有用的物质或生物。 依历史发展或所用方法的不同，可分成以下两大类： • 传统生物技术：应用酿造发酵、配育新种等传统的方法来达致辞上述目的。 • 现代生物技术：以生物化学或分子生物方法改变细胞或分子的遗传性质。这是在根本上 控制了生物的代谢或生理，以达到生产有用物质之目的。 两种生化技术术领域的最大差异处在于: 现代生物技术是用“细胞与分子”层次的微观手法来进行操作，不同于传统生物技术产业不同于传统以“整体” 动物、植物或微生物的饲养、交配或筛选方式。 生物技术产业经过数十年的发展，各种操作或技术可谓琳琅满目，可主观地归纳成数个范畴。 主要有基因操作、细胞培养、单株抗体、酵素工技等四大领域，以及其他生命科学相关的科技
一、基因工程技术 1、基因工程技术溯源 1973 年美国斯坦福大学和旧金山大学医学院 Co-ken 和 Boyer 两位科学家成功地实现了 DNA 分子重组试验，揭开了基因工程发展序幕。 1985 年转基因鱼的问世，标志基因工程在食品工业应用的开端，基因工程食品由此走上了历史 舞台。 第二代基因工程 基因操作主要多以分子群殖 (molecular cloning) 为手段，达成大量复制一段指定的核酸片段。 在此过程中，所有的核酸片段均分别被植入载体 (质体 plasmid)，然後一起轉入宿主细胞，在宿 主中大量复制，放大这些核酸片段的数目。 同样，因为一个宿主细胞只能让一种核酸大量复制 (one plasmid, one cell)，因此所得到的大量核酸，是均质核酸分子。 基因工程一包括 DNA 重组、表达和克隆，是生物工程核心内容。 2、基因工程在食品工业中的应用
一、基因工程技术 1、基因工程技术溯源 1973 年美国斯坦福大学和旧金山大学医学院 Co-ken 和 Boyer 两位科学家成功地实现了 DNA 分子重组试验，揭开了基因工程发展序幕。 1985 年转基因鱼的问世，标志基因工程在食品工业应用的开端，基因工程食品由此走上了历史 舞台。 第二代基因工程 基因操作主要多以分子群殖 (molecular cloning) 为手段，达成大量复制一段指定的核酸片段。 在此过程中，所有的核酸片段均分别被植入载体 (质体 plasmid)，然後一起轉入宿主细胞，在宿 主中大量复制，放大这些核酸片段的数目。 同样，因为一个宿主细胞只能让一种核酸大量复制 (one plasmid, one cell)，因此所得到的大量核酸，是均质核酸分子。 基因工程一包括 DNA 重组、表达和克隆，是生物工程核心内容。 2、基因工程在食品工业中的应用
（1）亚酸制剂方面应用 酶的传统来源是动物脏器和植物种子，后来随着发酵工程的发展，逐渐出现了以微生物为主 要酶源的格局。近年来，由于基因工程技术的发展，更使我们可以按照需要来定向改造酶，甚 至创造出自然界从未发现的新酶种。 现在，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、糖化酶和植物酶等均可利用基因工程技术进行生产（如表 中所列）。 表 1 应用于食品工业的酶制剂 酶 用途 蛋白酶 乳酪生产啤酒去浊，浓缩鱼胨，制酱油，制蛋白胨 脂肪酶 鱼片脱脂，毛皮脱脂等 淀粉酶 麦芽糖生产．醇生产等 纤维素酶和半纤维素酶 用于乙醇生产，植物抽提物的澄清和将纤维素转化为糖 糖化酶 酶法制糖 果胶酶 用于葡萄酒和果汁的澄清及减少其粘度 植酸酶 可将饲料中的植酸盐降解成无机磷类物质 葡萄糖异构酶 制造高果糖浆 （2）改造食品原材料 DNA 重组技术和细胞融合技术相结合，培育出高产、抗病、抗虫、生长快、抗逆、高蛋白的 基因改良植物，对食品工业具有重要意义。 各种抗病毒植株，黄瓜花叶病毒、马铃薯 X 病毒和 Y 病毒，抗病虫害长颈南瓜和抗虫害转基 因土豆。 转基因动物源食品转基因动物尚未达到高等转基因植物的发展水平，但人们仍设法用它来表 达高价值蛋白。 （3）改革传统的发酵工业 发酵工业关键是优良菌株的获取，除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外， 还与基因工程结合，大力改造菌种，给发酵工业带来生机。而作为基因工程和蛋白质工程，为 便于目的表达产品的大量工业化生产，最后大多选用微生物进行目的基因表达而生产出“基因工 程菌”，再通过发酵工业大量生产各种新产品。微生物的遗传变异性及生理代谢的可塑性都是其 他生物难以比拟的，故其资源的开发有很大的潜力。 美国的 Biotechnica 公司克隆了编码黑曲霉的葡萄糖淀粉酶基因，并将其植入啤酒酵母中，在 发酵期间，由酵母产生的葡萄糖淀粉酶将可溶性淀粉分解为葡萄糖，这种由酵母代谢产生的低 热量啤酒不需要增加酶制剂，且缩短了生产时间。 基因工程技术还可将霉菌的淀粉酶基因转入 E.colt，并将此基因进一步转入酵母单细胞中，使
（1）亚酸制剂方面应用 酶的传统来源是动物脏器和植物种子，后来随着发酵工程的发展，逐渐出现了以微生物为主 要酶源的格局。近年来，由于基因工程技术的发展，更使我们可以按照需要来定向改造酶，甚 至创造出自然界从未发现的新酶种。 现在，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、糖化酶和植物酶等均可利用基因工程技术进行生产（如表 中所列）。 表 1 应用于食品工业的酶制剂 酶 用途 蛋白酶 乳酪生产啤酒去浊，浓缩鱼胨，制酱油，制蛋白胨 脂肪酶 鱼片脱脂，毛皮脱脂等 淀粉酶 麦芽糖生产．醇生产等 纤维素酶和半纤维素酶 用于乙醇生产，植物抽提物的澄清和将纤维素转化为糖 糖化酶 酶法制糖 果胶酶 用于葡萄酒和果汁的澄清及减少其粘度 植酸酶 可将饲料中的植酸盐降解成无机磷类物质 葡萄糖异构酶 制造高果糖浆 （2）改造食品原材料 DNA 重组技术和细胞融合技术相结合，培育出高产、抗病、抗虫、生长快、抗逆、高蛋白的 基因改良植物，对食品工业具有重要意义。 各种抗病毒植株，黄瓜花叶病毒、马铃薯 X 病毒和 Y 病毒，抗病虫害长颈南瓜和抗虫害转基 因土豆。 转基因动物源食品转基因动物尚未达到高等转基因植物的发展水平，但人们仍设法用它来表 达高价值蛋白。 （3）改革传统的发酵工业 发酵工业关键是优良菌株的获取，除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外， 还与基因工程结合，大力改造菌种，给发酵工业带来生机。而作为基因工程和蛋白质工程，为 便于目的表达产品的大量工业化生产，最后大多选用微生物进行目的基因表达而生产出“基因工 程菌”，再通过发酵工业大量生产各种新产品。微生物的遗传变异性及生理代谢的可塑性都是其 他生物难以比拟的，故其资源的开发有很大的潜力。 美国的 Biotechnica 公司克隆了编码黑曲霉的葡萄糖淀粉酶基因，并将其植入啤酒酵母中，在 发酵期间，由酵母产生的葡萄糖淀粉酶将可溶性淀粉分解为葡萄糖，这种由酵母代谢产生的低 热量啤酒不需要增加酶制剂，且缩短了生产时间。 基因工程技术还可将霉菌的淀粉酶基因转入 E.colt，并将此基因进一步转入酵母单细胞中，使
之直接利用淀粉生产酒精，省掉了高压蒸煮工序，可节约 60％的能源，生产周期大为缩短。 （4）改良食品加工工艺 • 在牛乳加工中如何提高其热稳定性是关键问题。牛乳中的酪蛋白分子含有丝氨酸磷酸， 它能结合钙离子而使酪蛋白沉淀。现在可以采用基因操作，增加 K 一酪蛋白编码基因的 拷贝数和置换，K 一酪蛋白分子中 ALa-53 被丝氨酸所置换，可提高其磷酸化，使 K 一酪 蛋白分子间斥力增加，以提高牛奶的热稳定性，这对防止消毒奶沉淀和炼乳凝结起重要 作用。 （5）利用基因工程开发和生产新一代食品 典型的例子是豆油的生产 在美国每年生产的 45.4 亿 kg 豆油主要用于食品行业，其中大量的是作为烹任用油，如糕饼松 脆的油和人造黄油等。经过脱色、除具和精制处理的烹任用豆油常常需被还原以延长其储藏时 间及提高其在烹调时的稳定性，但是，这种还原作用却导致豆油中富含反式一脂肪酸，而反式- 脂肪酸在摄入人体后，会增加人患冠心病的可能性。作为色拉油的精制豆油，虽然没有经过还 原作用，但其中却富含软脂酸棗软脂酸的摄入也能导致冠心病的发生。因此，人们经过选择， 挑选出合乎需要的基因和启动子，再通过重组 DNA 技术来改造豆油的组分构成。现在，相应的 多种基因工程产品已投放市场，其中，有的豆油不含有软脂酸，可用作色拉油；有的豆油富含 80％油酸，可用于烹任；有的豆油含 30％以上的硬脂酸，适用于人造黄油以及使糕饼松脆的油。 利用基因工程改造的豆油的品质和商品价值显然是大大提高了。 （6）果实贮藏保鲜的应用 果实的成熟是一个复杂的发育过程，是由一系列基因相继活化而控制的，但乙烯是果实成熟 过程中调节基因表达的最重要、最直接的指标。用基因工程的方法将 ACC 还原酶和 ACC 氧化 酶的反交基因和外源的 ACC 脱氨酶基因导入正常植株中，获得乙烯合成缺陷型植株，达到控制 果实成熟的目的，已在番茄中实现。这一成就已被迅速推广到其它果实成熟的调控中，如转基 因的芒果、桃子、苹果、梨、草每、香蕉和桔子等水果中，这些技术必将发展成为调控果实成 熟和衰老的普通技术，为水果的贮藏保鲜带来一次革命。 （7）应用于生产保障食品 可以采用转基因手段，在动、植物细胞中，得到基因表达而制造有益于人类健康的保健成分 或有效因子。 将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至牛或羊中，便可以在牛乳或单乳 中产生这种酶。 把人的血红素基因克隆至猪中，最后，猪的血可以用做人类血液的代用品。 3、基因工程食品的安全性
之直接利用淀粉生产酒精，省掉了高压蒸煮工序，可节约 60％的能源，生产周期大为缩短。 （4）改良食品加工工艺 • 在牛乳加工中如何提高其热稳定性是关键问题。牛乳中的酪蛋白分子含有丝氨酸磷酸， 它能结合钙离子而使酪蛋白沉淀。现在可以采用基因操作，增加 K 一酪蛋白编码基因的 拷贝数和置换，K 一酪蛋白分子中 ALa-53 被丝氨酸所置换，可提高其磷酸化，使 K 一酪 蛋白分子间斥力增加，以提高牛奶的热稳定性，这对防止消毒奶沉淀和炼乳凝结起重要 作用。 （5）利用基因工程开发和生产新一代食品 典型的例子是豆油的生产 在美国每年生产的 45.4 亿 kg 豆油主要用于食品行业，其中大量的是作为烹任用油，如糕饼松 脆的油和人造黄油等。经过脱色、除具和精制处理的烹任用豆油常常需被还原以延长其储藏时 间及提高其在烹调时的稳定性，但是，这种还原作用却导致豆油中富含反式一脂肪酸，而反式- 脂肪酸在摄入人体后，会增加人患冠心病的可能性。作为色拉油的精制豆油，虽然没有经过还 原作用，但其中却富含软脂酸棗软脂酸的摄入也能导致冠心病的发生。因此，人们经过选择， 挑选出合乎需要的基因和启动子，再通过重组 DNA 技术来改造豆油的组分构成。现在，相应的 多种基因工程产品已投放市场，其中，有的豆油不含有软脂酸，可用作色拉油；有的豆油富含 80％油酸，可用于烹任；有的豆油含 30％以上的硬脂酸，适用于人造黄油以及使糕饼松脆的油。 利用基因工程改造的豆油的品质和商品价值显然是大大提高了。 （6）果实贮藏保鲜的应用 果实的成熟是一个复杂的发育过程，是由一系列基因相继活化而控制的，但乙烯是果实成熟 过程中调节基因表达的最重要、最直接的指标。用基因工程的方法将 ACC 还原酶和 ACC 氧化 酶的反交基因和外源的 ACC 脱氨酶基因导入正常植株中，获得乙烯合成缺陷型植株，达到控制 果实成熟的目的，已在番茄中实现。这一成就已被迅速推广到其它果实成熟的调控中，如转基 因的芒果、桃子、苹果、梨、草每、香蕉和桔子等水果中，这些技术必将发展成为调控果实成 熟和衰老的普通技术，为水果的贮藏保鲜带来一次革命。 （7）应用于生产保障食品 可以采用转基因手段，在动、植物细胞中，得到基因表达而制造有益于人类健康的保健成分 或有效因子。 将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至牛或羊中，便可以在牛乳或单乳 中产生这种酶。 把人的血红素基因克隆至猪中，最后，猪的血可以用做人类血液的代用品。 3、基因工程食品的安全性
基因工程应用于食品工业已给人们带来了巨大的社会经济效益，但基因工程体（Gmos）及基 因工程食品的环境释放安全性及食用安全生也越来越受到广泛的关注。基因工程食品除应有较 高的营养价值和可消化性，它也须对人体无毒副作用，必须安全；其次，它的口味、气味为颜 色，均应为食用者所接受。 国际上对转基因动、植物的安全性评价已积累了比较丰富的科学数据和经验。各国及国际机 构均在制订相应的法规，以便在促进基因工程发展的同时，保护环境安全及人体健康。 • 我国农业部于 1996 年 7 月颁布了《农业生物基因工程安全管理实施办法》，1997 年 3 月 底前受理了国内外 26 项安全性评估申请，26 项中批准了 22 项可进行中间试验、或环境 释放、或商品化生产，转基因延熟番茄正被批准进入商业化。 二、生物传感器 1、概念 生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换 能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法， 也是物质分子水平的快速、微量分析方法。 各种生物传感器有以下共同的结构： 包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物 理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号
基因工程应用于食品工业已给人们带来了巨大的社会经济效益，但基因工程体（Gmos）及基 因工程食品的环境释放安全性及食用安全生也越来越受到广泛的关注。基因工程食品除应有较 高的营养价值和可消化性，它也须对人体无毒副作用，必须安全；其次，它的口味、气味为颜 色，均应为食用者所接受。 国际上对转基因动、植物的安全性评价已积累了比较丰富的科学数据和经验。各国及国际机 构均在制订相应的法规，以便在促进基因工程发展的同时，保护环境安全及人体健康。 • 我国农业部于 1996 年 7 月颁布了《农业生物基因工程安全管理实施办法》，1997 年 3 月 底前受理了国内外 26 项安全性评估申请，26 项中批准了 22 项可进行中间试验、或环境 释放、或商品化生产，转基因延熟番茄正被批准进入商业化。 二、生物传感器 1、概念 生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换 能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法， 也是物质分子水平的快速、微量分析方法。 各种生物传感器有以下共同的结构： 包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物 理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号