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生物技術在水產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制中的應用

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生物技術在水產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制中的應用
                                    
           中國農(nóng)業(yè)大學
食品科學與營養(yǎng)工程學院

報告人：羅永康
 
備注：1
主要內(nèi)容
生物技術在水產(chǎn)食品檢測與質(zhì)量控制中的應用
生物技術在高附加值水產(chǎn)品開發(fā)上應用
備注：2
生物技術在水產(chǎn)品檢測與質(zhì)量控制中的應用

生物傳感器技術
一

免疫學技術
二

分子生物學技術
三

魚源腐敗菌群體感應技術
四
備注：3

核苷酸
類物質(zhì)
胺類物質(zhì)
細菌和毒素
重金屬
農(nóng)藥殘留

一、生物傳感器技術
水產(chǎn)品檢
測中的應用
備注：4
一、生物傳感器技術---水產(chǎn)品中核苷酸類物質(zhì)
將黃嘌呤氧化酶、核苷酸酶和核苷磷酸化酶共同固定在膜表面，制備5一核苷酸酶固定化酶膜和核苷磷酸化酶一黃嘌呤氧化酶共固定化酶膜，并將其與氧電極共價結合，同時為傳感器附設小型陰離子交換樹脂柱，則實現(xiàn)了不同核苷類物質(zhì)的分離與檢測，最終可測定樣品的K值。
備注：5
一、生物傳感器技術---水產(chǎn)品中胺類物質(zhì)
以假單胞菌為敏感材料，以固定化細胞作為識別元件形成微生物細胞傳感器檢測水產(chǎn)品中TMA，檢測范圍約為5～26μmol。
將腐胺氧化酶固定在微平面薄膜氫過氧化物電極上，當酶催化腐胺轉(zhuǎn)化為醛時，電極將檢測到過程中所消耗的氧。當?shù)孜餄舛葹?.03～3.0mol／L時，氧消耗與其呈現(xiàn)良好的線性關系。
備注：6
一、生物傳感器技術-水產(chǎn)品中細菌和毒素
Abdel—hamid等人利用部分浸沒的免疫電極，發(fā)展了一種更為新型的電化學免疫傳感器。免疫電極在工作狀態(tài)下部分浸沒于反應體系中，從而在其表面形成超彎液面，其厚度約為0.4～0.8mm，可以將檢測靈敏度提高6倍以上，如對于大腸桿菌的檢測限可降低至150cell／mL。
Kreuzer等以堿性磷酸酶為標記，利用SPE構建了電化學免疫傳感檢測平臺，對于貝毒等水生毒素的檢測限可以達到μg／L，檢測時間<30min，能夠較好地滿足現(xiàn)場檢測需要。

備注：7
一、生物傳感器技術-重金屬
Danielsson等人利用汞、銅等重金屬離子對于脲酶的抑制作用，發(fā)展了檢測水產(chǎn)品中該類重金屬的酶傳感器，檢測限可達到10μg／kg。
備注：8
一、生物傳感器技術---水產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留
備注：9
二、免疫學技術---單克隆抗體
Maddison B C等利用該技術制備了虹鱒魚prion的單克隆抗體，對于檢測重要經(jīng)濟魚類中可遺傳的海綿狀腦病發(fā)揮著重要作用。
備注：10
二、免疫學技術---凝集反應
目前一些研究者利用凝集反應試驗，診斷了淡水養(yǎng)殖魚類主要細菌性傳染病；楊廣智等用此法檢測出了草魚出血病病毒。
備注：11
二、免疫學技術---熒光抗體
鄢慶枇等應用熒光抗體技術檢測牙鲆體內(nèi)的弧菌；余俊紅等得出應用間接熒光抗體技術既可以診斷發(fā)病的感染花鱸，也可檢測帶菌狀態(tài)或未發(fā)病的感染花鱸。
備注：12
二、免疫學技術--- ELISA
Snow M等利用出血性敗血癥病毒的ELISA檢測方法檢測感染的大菱鲆；樊景鳳等應用間接ELISA法檢測凡納濱對蝦紅體病病原菌取得較為滿意的效果。
備注：13
三、分子生物學技術

16 S r
RNA檢測技術
基因芯片
限制性
酶酶切檢測技術

核酸雜交技術
PCR
技術

分子生物學技術
備注：14
三、分子生物學技術---核酸雜交技術
雷質(zhì)文等采用原位雜交技術檢測中國對蝦體內(nèi)的白斑綜合征病毒(WSSV)。
Hasson K W等建立了用特異的cDNA基因探針作原位雜交檢測TSV。
Martine Z通過核酸斑點雜交方法可以檢測水產(chǎn)品中鰻弧菌的8個血清型，其最低檢出量可以達到150 Pg。
Rehnstam A S等設計了25個堿基的寡核苷酸探針，用印跡雜交法則可以直接從病魚腎臟中檢出鰻弧菌。
備注：15
三、分子生物學技術--- PCR技術
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多重
PCR
張新中等針對創(chuàng)傷弧菌gyrB基因的不同位點設計了3對引物，對3種海產(chǎn)品進行了創(chuàng)傷弧菌的檢測，結果在3種海產(chǎn)品中均能特異性地檢測到創(chuàng)傷弧菌。

常規(guī)
PCR
戰(zhàn)文斌等采用Kimura設計的引物，用PCR技術對不同生長時期的中國對蝦進行了鰻弧菌的檢測；鄧先余等建立了副溶血弧菌16 S~23 S rDNA基因區(qū)間序列的PCR技術。

熒光 
PCR
張振冬等用實時熒光PCR技術檢查水生動物病原體取得良好效果。
備注：16
三、分子生物學技術--- 16s r RNA技術
16s r RNA技術

海洋魚類
病原菌

淡水魚病原菌

養(yǎng)殖甲殼類病原菌

養(yǎng)殖環(huán)境
中微生物
的檢測
備注：17
三、分子生物學技術---限制性酶酶切技術
Einer-Jensen K等通過RFLP技術分析魚體棒狀病毒血紅素敗血病病毒的基因型。
備注：18
三、分子生物學技術---基因芯片技術

基因芯片
技術

副溶血弧菌
創(chuàng)傷弧菌
神經(jīng)壞死病毒
副溶血弧菌
出血病毒
備注：19
三、分子生物學技術--- DNA 探針技術

診斷的靈敏度較高
測定水產(chǎn)品
中微生物

大腸桿菌
沙門氏菌
大腸桿菌

志賀氏菌
李斯特菌
耶希氏菌
備注：20
三、分子生物學技術--- DNA 探針技術
美國CENE-TRAK公司已開發(fā)出大腸桿菌的商品化DNA探針系統(tǒng),此系統(tǒng)最快可在1h內(nèi)完成檢測操作,靈敏度為大腸桿菌細胞10 cfu/g (或ml) 樣品,該試劑盒已通過美國分析化學家協(xié)會AOAC的認可，用于水產(chǎn)品中大腸桿菌的檢測。
法國生物梅里埃公司的GEN-PROBE系統(tǒng)采用雜交保護分析法(HPA) 可快速檢測水產(chǎn)品中包括彎曲桿菌在內(nèi)的多種食源性致病菌。
備注：21
四、魚源腐敗菌群體感應技術
備注：22

魚的發(fā)光器
深海魚的發(fā)光現(xiàn)象---
細菌群體感應信號分子

四、魚源腐敗菌群體感應技術
細菌密度高（109-1010/ml）發(fā)光。
降低細菌細胞的密度，可終止細菌發(fā)光。 
費氏弧菌發(fā)光與菌體細胞密度的關系
許多導致腐敗的革蘭氏陰性菌主要產(chǎn)生AHL（ N-Acyl-homoserine lactones，AHLs ）；
在許多革蘭氏陰性菌所致的腐敗水產(chǎn)品中能夠檢測到AHL；
與腐敗相關的特性的表達是由群體感應現(xiàn)象調(diào)控的，如蛋白水解活性、嗜鐵素的產(chǎn)生等；
AHLs在產(chǎn)品儲藏條件下以及產(chǎn)品基質(zhì)中相對穩(wěn)定，AHLs類信號分子能夠累積至一定的濃度，從而發(fā)揮作用。

細菌群體感應與水產(chǎn)品腐敗
備注：微生物是導致食品腐敗的重要因素。近10多年來的研究發(fā)現(xiàn)導致食品腐敗的一些革蘭氏陰性菌產(chǎn)生AHL;
而且在許多革蘭氏陰性菌所致的腐敗食品中能夠檢測到AHL;對植物致病菌的研究結果表明與食品腐敗有關的一些特性的表達是由群體感應現(xiàn)象調(diào)控的，如蛋白水解活性、嗜鐵素的產(chǎn)生等；因此有理由推測導致食品腐敗的腐敗細菌可以通過酰基-高絲氨酸內(nèi)酯類信號分子介導的群體感應現(xiàn)象來調(diào)控腐敗特性的表達，可能在食品的腐敗過程中起著重要的作用。從而提出了基于腐敗細菌群體感應的食品防腐保鮮策略

降解AHLs,使腐敗菌的QS（群體感應）系統(tǒng)不能啟動它所調(diào)控的基因，來達到防腐的目的。
AHL降解對FML05-2蛋白酶活性及嗜鐵素產(chǎn)生的抑制作用
AHLs的降解對腐敗特性的影響
備注：26
aiiA 蛋白酶對AHL的降解作用
AHL的類似物與信號分子受體蛋白競爭性結合來阻斷腐敗菌的QS系統(tǒng)
AiiA蛋白酶對C6-HSL的降解
A): 熒光假單胞菌P3（pME6863）,
 B): 熒光假單胞菌P3（pME6000）
備注：27
生物技術在高值化水產(chǎn)品開發(fā)上應用
備注：28
餐桌子工程：
解決工業(yè)食品和
方便、營養(yǎng)、健康、
安全等“廚房革命”
(1999---?)
菜藍子工程：
解決副食品和
食物豐富問題
  (1988—1999)
米袋子工程：
解決主食供應
和溫飽問題
(？--1955--1993)
食物保障在中國發(fā)生的變化
社會進步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然進程
備注：29
2021-1-20
中國食品消費者消費態(tài)度和理念的變化
中國食品消費市場的兩次重要轉(zhuǎn)型
    （一）賣方市場轉(zhuǎn)向買方市場
    （二）數(shù)量型轉(zhuǎn)向質(zhì)量型

中國食品消費者消費態(tài)度和理念的變化
    （一）關注安全
    （二）注重營養(yǎng)
    （三）追求時尚
    （四）加強保護 
Shanghai Ocean University
備注：30
我國水產(chǎn)品加工利用現(xiàn)狀
年度	水產(chǎn)品總產(chǎn)量（萬噸）	淡水產(chǎn)品加工比例%/淡水產(chǎn)品總量（萬噸）	海水產(chǎn)品加工比例%/海水產(chǎn)品總量（萬噸）
2005	4420	9.2/2466 	55.6/1954
2006	4584	11.3/2510 	56.0/2074 
2007	4743	13.0/2551 	55.0/2197
2008	4896	14.1/2598	50.6/2297 
2009	5019	16.2/2584	55.3/2435
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近五年我國水產(chǎn)品加工情況
    與發(fā)達國家相比我國水產(chǎn)品加工利用程度較低，水產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)尤其是淡水產(chǎn)品加工業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮蟆?
備注：31
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生物技術在水產(chǎn)品加工貯藏中的應用

魚蛋白活性多肽的開發(fā)
  水產(chǎn)調(diào)味品開發(fā)

魚糜品質(zhì)改善
脂質(zhì)資源的開發(fā)利用
水產(chǎn)品保鮮
備注：32
水產(chǎn)品生物加工技術的發(fā)展—蛋白方面
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1995

濃縮技術
酶解技術

外源酶水解技術

復合水解技術
外源酶與內(nèi)源酶

定向可控酶解技術

活性修飾改良技術

傳統(tǒng)加工技術
高效加工利用技術
備注：33
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酶技術對魚糜品質(zhì)的改善

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶是魚體的內(nèi)源性酶，在魚糜制品中起交聯(lián)蛋白質(zhì)的作用，但魚被捕獲后體內(nèi)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的活性很快降低，魚糜品質(zhì)下降。因此在魚糜生產(chǎn)過程中常需外加商品轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶改善魚糜凝膠特性。

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶已應用于魚糜品質(zhì)的改善
未添加轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的魚糜電鏡掃描圖
添加轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的魚糜電鏡掃描圖
備注：34
魚糜制品
  ???	  ?     ?	  ?     ?	  ?     ?
  ???			
  ???		  	
原料魚
采肉
漂洗過濾
精濾
預處理
擂潰（調(diào)味）
魚糜制品
備注：35
   
酶技術在水產(chǎn)調(diào)味物質(zhì)開發(fā)中應用
香味料
魚蛋白
酶    解
魚水解蛋白
美拉德反應
調(diào)配
魚醬油
備注：36
魚露發(fā)酵加工技術
備注：37
酶技術在水產(chǎn)品生物活性肽制備中應用

抗氧化活性肽
抑菌肽
降血壓肽
抗疲勞肽

水產(chǎn)品源蛋白
草魚、鰱魚、沙丁魚、金槍魚、毛鱗魚、鯡魚、泥鰍、魷魚等肉或加工下腳料通過酶解技術可制備具有抗氧化、抗疲勞、降血壓、抑菌等生物活性物質(zhì)。水產(chǎn)品的經(jīng)濟價值大大提高。

備注：38
功能型肽的種類

抗氧化活
性肽

抗菌肽

ACE抑制肽

礦質(zhì)元素
螯合肽

免疫調(diào)節(jié)肽

激活巨噬細胞，誘導淋巴細胞增生
螯合金屬元素，促進礦質(zhì)元素吸收
抑制生物大分子過氧化或清除體內(nèi)自由基
抗細菌侵襲，刺激巨噬細胞增長等
抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶活性
其他：食品調(diào)味肽、抗腫瘤肽、阿片樣肽、膠原多肽、抗凝血肽 等。          
肽
備注：BEA Confidential
備注：39
Sample Table Slide With Bullet Text
氨基酸序列	活性	來源
His-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-Leu；
Glu-Ser-Thr-Val-Pro-Glu-Arg-Thr-His-Pro-Ala-Cys-Pro-Asp-Phe-Asn	抗氧化性	魚皮 
鱈魚魚骨
Met-Ile-Phe-Pro-Gly-Ala-Gly-Gly-Pro-Glu-Leu；
Val-Tyr	ACE抑制肽	金槍魚魚骨 
沙丁魚魚肉
Val-Phe-Gin-Phe-Lys-Gly-Lys-Ile-Glu-His-His-Val-Gly-Asn-Phe-Val-His-Gly-Phe-Ser-His-Val-Phe-NH2	抗菌肽	海鞘的血細胞
Gly-Phe-Asn-Ser-Ala-Leu-Met-Phe-NH2；	作用于神經(jīng)系統(tǒng)	海星 
Pro 1-Gly-Phe-Pro2-Trp-Leu-Thr	抗腫瘤	海綿
備注：BEA Confidential
備注：40
酶技術在水產(chǎn)品生物活性肽制備中應用
備注：41
酶技術在水產(chǎn)蛋白胨開發(fā)

水產(chǎn)蛋白資源酶解后，酶解產(chǎn)物蛋白質(zhì)含量高，水溶性好，多肽及游離氨基酸含量豐富，適宜作為微生物生長中的氮源，可開發(fā)為蛋白胨。

扇貝加工廢棄物、金槍魚、鱘魚、小雜魚、黃條紋鲹、鱈魚內(nèi)臟等酶解物已先后開發(fā)為水產(chǎn)蛋白胨
加工下腳料
魚蛋白胨
備注：42
水產(chǎn)品生物加工技術的發(fā)展---脂質(zhì)
傳統(tǒng)加工技術
高效加工利用技術
1995
酸尿素法制備
濃縮不飽和脂

魚油——飼料添加

魚肝油

魚油脂肪酸

EPA、DHA
脂肪酶富集魚油中的

固定化脂肪酶酶解技術
備注：43
酶技術在水產(chǎn)脂質(zhì)資源開發(fā)中的應用
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多不飽和脂肪酸的富集：利用脂肪酶的專一性，選擇性的水解甘油三酯中非多不飽和酸部分或利用酯交換特性對魚油中的多不飽和脂肪酸起到富集純化作用

作用方式：酶促水解，酶促酸解，酶促酯化合成

應用：沙丁魚、青魚、金槍魚、鱘魚等多不飽和脂肪酸的富集
備注：44
酶技術在水產(chǎn)脂質(zhì)資源開發(fā)中應用
     Wanatmdara等利用柱形假絲酵母脂肪酶富集DHA和EPA，使海豹油中DHA和EPA含量提高至43．5％，使鯡魚油中DHA和EPA含量提高至44．1％。
      Sun等川人以從鮭魚內(nèi)臟中提取的魚油為原料，利用洋蔥假單胞菌和假絲酵母脂肪酶催化水解富集DHA和EPA甘油酯，可使原料魚油中DHA和EPA含量增加兩倍。
     吳可克等以鱈魚油為原料，利用國產(chǎn)假絲酵母脂肪酶的水解，在適宜條件下魚油中的DHA和EPA含量由原來的7.975％和12.016％增加至29.37％和23.26％。
備注：45
細菌群體感應與水產(chǎn)品腐敗

冷鮮水產(chǎn)品腐敗細菌能否產(chǎn)生信號分子？
破壞信號分子產(chǎn)量能否降低腐敗程度？
構建 “基于細菌群體感應為靶點的防腐技術體系”。 
備注：食品防腐一直都是人們關注的熱點。每年有大量的食品因腐敗而丟棄，造成巨大的經(jīng)濟損失。假單胞菌是一種導致食品腐敗的重要腐敗細菌，通過在食品基質(zhì)中大量生長，并表達腐敗特性，最終導致食品的腐敗。本研究對食源假單胞菌群體感應信號分子AHL的產(chǎn)生情況進行研究，確定AHL產(chǎn)生與腐敗特性之間的關系，為進一步明確群體感應在食品腐敗中的作用，以及基于干擾腐敗細菌群體感應為靶點的食品防腐保鮮技術提供理論依據(jù)。 
水產(chǎn)品保鮮方面應用

原理：利用酶對催化作用，防止或消除外界因素對水產(chǎn)品的不良影響，保持水產(chǎn)品新鮮度 。

優(yōu)點：安全性高，專一性強， 反應條件溫和，反應終點易控制

種類：葡萄糖氧化酶，溶菌酶，脂肪酶
備注：47
酶技術在水產(chǎn)品保鮮方面應用
圖-，冷凍蝦（-18℃）細菌總數(shù)變化
葡萄糖氧化酶（JW）及溶菌酶可有效延長水產(chǎn)品貨架期
圖-，溶菌酶保鮮帶魚在過程中TVB-N的變化
備注：48
  群體感應系統(tǒng)的調(diào)控與水產(chǎn)品保鮮
1. 群體感應（Quorum Sensing，QS）
                 群體感應是當細菌的數(shù)量達到一定密度時才能發(fā)生的細胞之間的信息傳導交流現(xiàn)象。
      當一個特定環(huán)境中細菌數(shù)量急劇增加時，由細菌所分泌的信號分子（自我誘導物AI）濃度也會相應升高。比如，細菌在液體培養(yǎng)基中的數(shù)量大于或者等于107個/mL時，它們的信號分子濃度就會超過一個閾值（大約為10 nmol/L），這時細菌與細菌之間就會通過某種信號來調(diào)整它們的共同行為，從而激活靶基因的表達, 展現(xiàn)出新的行為特征，如生物發(fā)光、成群浮游、質(zhì)粒轉(zhuǎn)移、毒性因子的產(chǎn)生和抗菌肽的大量合成等。
備注：49
3.基于群體感應系統(tǒng)調(diào)控的水產(chǎn)品保鮮技術
水產(chǎn)品腐敗是一個多因素共同作用的復雜過程，其中微生物（SSO）起著主要作用。研究表明，微生物的QS系統(tǒng)不僅參與了水產(chǎn)品的腐敗過程，而且很可能起著關鍵的作用，因此分析水產(chǎn)品中腐敗微生物所產(chǎn)生的信號分子，通過開發(fā)具有調(diào)控信號分子能力的新型靶向 “防腐劑”，對水產(chǎn)品貯藏保鮮具有非常重要的理論和實際意義。
備注：50
水產(chǎn)品加工技術的發(fā)
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加工技術傳統(tǒng)、低效
高效加工利用技術
水產(chǎn)多糖生物加工技術
  海藻膠生產(chǎn)
膜組合分離技術
生物法脫蛋白技術
1980

殼聚糖生產(chǎn)

化學法制備低聚糖

海洋藥物——PSS

酶法可控制備技術

功能化修飾
備注：51
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謝謝！

備注：52
備注：53

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