食品发酵与工艺重点(胡老师上的).doc

1、发酵： 借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身，或其直接代谢次级产物的过程。2、酿造(brewing) ：我国人民对一些特定产品的发酵生产的特殊称法，由未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵的过程称为酿造。3、发酵食品：指经过微生物（细菌、酵母和霉菌等）或酶的作用，使加工原料发生许多理想的十分重要的生物化学变化及物理变化后制成的食品。4、发酵工业：利用生物的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物化学反应过程），获得产品的工业。5、发酵工程：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。6、营养缺陷型菌株：某一野生菌株由于发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子的能力，因而无法在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。 7、发酵与酿造有何区别？ 本质上都属于“广义的发酵”。区别在于：最终产品的成分的复杂性不同。酿造指我国人民对一些特定产品的发酵生产的特殊称法，由未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵的过程称为酿造，其产品成分复杂、风味要求高。发酵食品的生产，多数属于“酿造”过程。广义的“发酵”“工业发酵” ：泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。 8、食品发酵与酿造的特点？ 发酵按产品性质来分：生物代谢产物发酵：产品包括初级代谢产物、中间代谢产物、次级代谢产物；酶制剂发酵;生物转化发酵：生物转化是指利用生物细胞中的一种或多种酶，作用于一些化合物的特定部位（基团），使它转变成结构相类似但具有更大经济价值化合物的生化反应。其特点是：反应特异性强。如：LA CLA;菌体获得。 9、食品发酵与酿造的特点？1.安全简单 2 原料广泛 3 反应专一 4 代谢多样 5 易受污染 6 菌种选育。10、初级代谢产物：微生物生长不同阶段产生不同的代谢产物，对数生长期形成的产物往往是细胞自身生长所必需的，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、脂类、糖类等。11、次级代谢产物：微生物细胞生长进入稳定期，有些微生物合成的在对数生长期不能合成的、对细胞代谢没有明显意义但具有明显优势的化合物。12、我国发酵食品的工艺有何特色？ 采用多种原料，且多以淀粉质原料为主。多菌种混合发酵，且多以霉菌为主的微生物群（国外多以细菌、乳酸菌）。工艺复杂、多用曲。多为固态发酵。13、根据生物技术发展的趋势，以及食品发酵与酿造和生物技术的关系，分析现代食品发酵与酿造的发展情况？ 利用基因工程技术，人工选育、改良和合成菌种；结核细胞工程技术，用发酵技术进行动植物细胞培养；应用酶工程技术，将固定化酶或细胞广泛应用于发酵与酿造工业；重视生化工程在发酵与酿造业的应用；发酵法生产单细胞蛋白（SCP）；加强代谢研究，进一步搞好代谢控制，开发更多代谢产品。14、菌种选育：由于自然的或通过人工的方法使微生物发生变异，再通过识别、分离、筛选得到具有更优良性状的高产菌株的过程。15、自然选育：它是利用微生物在一定条件下产生自发变异，通过分离、筛选，排除劣质性状的菌株，选择出维持原有生产水平或具有更优良生产性能的高产菌株。16、诱变育种：是指人为地、有意识地将对象生物置于诱变因子中，使该生物体发生突变，从这些突变体中筛选具有优良性状的突变株的过程。17、常用工业微生物的种类有哪些？ 细菌（乳酸菌）酸奶；（醋杆菌）醋酸；酵母菌（啤酒酵母）啤酒；（葡萄酒酵母）葡萄酒；霉菌酱油、酱类酿造，腐乳发酵，柠檬酸发酵。18、工业生产中使用的微生物菌种为什么会发生衰退？菌种衰退表现在哪些方面？防止菌种衰退的措施有哪些？衰退原因：遗传基因型的分离，遗传物质具有多样性和复杂性；自发变异的产生；人工诱变导致的退化变异；传代次数过多，不适宜的培养条件；基因自发突变。表现：生产性状的劣化,遗传标记的丢失, 原有的典型性状的不典型等；菌落及细胞形态的改变；生长速度缓慢，代谢产物生产能力下降，即负突变；致病菌对宿主侵染力下降；抗不良环境条件（抗噬菌体，抗低温）能力减弱。衰退的措施：控制传代次数；创造良好的培养条件：培养基；培养温度等；利用不易衰退的细胞传代；采用有效的菌种保藏方法。 19、简要说明诱变育种的步骤。诱变育种应注意哪些问题？ 育种步骤：天然菌种的选育、设计实验方案、采样、培养、分离、筛选、试验、菌种鉴定；诱变菌种、菌种纯化、诱变剂处理、平板分离、筛选、变异菌种、投产试验。 注意问题：外部环境条件（如温度、氧气、pH、水分等都能影响诱变效果）；出发菌种的选择（一般以生产菌种为出发菌株；诱变剂量；出发菌种的生理状态；诱变效应的测定；诱变方法的选择。 20、试述菌种保藏的目的、原理及常用的方法 目的：使微生物菌种保持原来的性状和活力，不退化、不死亡、不被污染，便于研究、交换和使用。 原理：挑选典型培养物的优良纯种，并创造最有利于休眠的环境条件，使微生物处于代谢不活泼、生长受抑制的休眠状态。方法：1.低温保藏法 2.低温定期移植法 3.石蜡油低温保藏法 4.干燥保藏 5.甘油管保藏法6.真空冷冻干燥法 7.液氮超低温保存法。 21、营养缺陷型菌株如何筛选及鉴定。 筛选：通过诱变处理后，由于发生突变的菌株比例较小必须通过选择性培养，以淘汰未突变的“野生型”菌株。浓缩营养缺陷型菌株诱变后的细胞群体中大部分存活菌是野生型，而营养缺陷型占的比例相当小，这对分离是很不利的，所以，应该淘汰大量的野生型，以达到浓缩营养缺陷型的目的。常用的浓缩方法有抗生素法、菌丝过滤法（在基本培养基上，野生型的孢子能发芽成菌丝，而营养缺陷型的则不能）和饥饿法等。鉴定：生长谱法：将待测微生物制成菌悬液、与基本培养基琼脂相混合，倒入灭菌培养皿中，冷凝后在底面标定的位置，点放少量待测营养物(氨基酸、核苷酸等)的固体结晶或粉末经适温培养后在该缺陷型所需营养物周围出现菌的生长圈。22、组成酶：是细胞固有的酶，其合成受相应基因控制，与底物、底物结构类似物及环境条件无关。23、诱导酶：是细胞为适应外来底物或底物结构类似物而临时合成的酶。24、反馈阻遏：指抑制酶的形成是由途径终点产物或其衍生物执行的。25、反馈抑制：指代谢的末端产物对酶(往往是代谢途径中的第一个酶)活性的抑制。26、分解代谢物阻遏：微生物在含有两种能够分解底物的培养基中生长时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物分解所需的有关酶的合成的现象。27、末端产物阻遏：由于终产物的过量积累而导致生物合成途径中酶合成受阻的现象。 28、葡萄糖效应:又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻遏某些诱导酶体系编码的基因转录的现象。29、同功酶：指能催化相同的生化反应，但酶蛋白分子结构有差异的一类酶。30、粗调与细调：粗调指调节酶合成量的诱导和阻遏机制，细调指调节现成酶催化活力的反馈抑制机制。31、激活与反馈：激活指在激活剂作用下，使现有酶从无活性成为有活性酶、从低活性成为高活性酶的现象；反馈指反应链后面的某些中间代谢产物或终产物对该途径前面关键酶活性的影响。32、正反馈与负反馈：凡使反应速度加快的称正反馈（反馈激活）；凡使反应速度减慢的称负反馈（反馈抑制）。33、诱导与阻遏：诱导指指酶促反应的底物或底物结构类似物等诱使微生物细胞代谢途径中有关酶合成的过程；阻遏指阻碍代谢过程中包括关键酶在内的一系列酶的合成的现象，从而更彻底地控制和减少末端产物的合成。34、“二次生长”：并非易利用底物直接导致，而是易利用底物的分解过程中产生的中间代谢物或末端代谢物的过量累积，阻遏了代谢途径中一些酶的合成。35、食品发酵对微生物菌种有何要求？试举例说明。 能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并能高产和稳产所需的代谢产物；可在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需的酶活性高； 生长速度和反应速度快，发酵周期短；副产物尽量少，便于提纯，以保证产品纯度；菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性； 对于用作食品添加剂的发酵产品以及进行食品发酵，其生产所用菌种必须符合食品卫生要求。36、.微生物代谢的自我调节有哪几大环节？为什么说酶的调节是微生物代谢自我调节的根本？控制营养物质（基质）进入细胞；控制酶与底物的接触；控制代谢物的流向。原因：微生物代谢自我调节的每一个环节都涉及酶促反应的调节，实际上就是酶调节。37、简述微生物代谢中酶活性的主要调节方式与类型。 调节方式：共价修饰、变构调节、缔合与解离、竞争性抑制、酶的降解；包括变构调节、反馈抑制。38、工业发酵的目的何在？人工控制代谢的手段主要有哪些？ 工业发酵的目的：大量积累人们所需要的微生物代谢产物或菌体。人工控制代谢的手段：改变微生物遗传特性(遗传学方法）；控制发酵条件（生物化学方法）；改变细胞膜透性；发酵工艺条件的控制。 39、试述人工调控微生物细胞膜透性的主要方法与原理？如果膜透性增大，对于终产物的反馈控制有何改变？ 用生理学手段 直接抑制膜的合成或使膜受缺损，利用膜缺损突变株油酸缺陷型、甘油缺陷型。原理：1）生物素是脂肪酸生物合成中乙酰CoA 羧化酶的辅基，该酶催化乙酰CoA 的羧化生成丙二酸单酰CoA，进而合成脂肪酸（细胞膜磷脂的主要成分），只要控制生物素的含量就可以改变细胞膜的成分，进而改变膜的通透性，影响到代谢产物的分泌。；2）添加适量的青霉素: 抑制细胞壁合成所需的酶,壁缺损,膜无保护,受膨压作用而渗漏代谢产物；3）油酸缺陷型菌株 :因不能合成油酸,引起膜磷脂合成的缺损,即膜缺损外渗；4）甘油缺陷型菌株:缺乏合成甘油的酶,不能合成甘油,继而磷脂合成受阻,膜缺损外渗；改变：使胞内的代谢产物迅速渗漏出去，解除末端产物的反馈抑制。40、谷氨酸发酵中，利用控制生物素浓度和利用油酸缺陷型谷氨酸生产菌提高谷氨酸产量的原理有何异同？41、分批培养：发酵工业中常见的分批方法是采用单罐深层培养法，每一个分批发酵过程都经历接种，生长繁殖，菌体衰老进而结束发酵，最终提取出产物。42、连续培养：是指以一定的速率向发酵液中添加新鲜培养基的同时，以相同的速率流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定不变，使培养物在近似恒定状态下生长的培养方法。43、补料分批培养：指在分批培养开始，投入较低浓度的底物，然后在发酵过程中，当微生物开始消耗底物后，再以某种方式向培养系统中补加一定的物料，使培养基中的底物浓度在较长时间内保持在一定范围内，以维持微生物的生长和产物的形成，并避免不利因素的产生，从而达到提高容积产量、产物浓度和产物得率的目的。44、发酵罐：指为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。工业发酵中一般指进行微生物深层培养的设备。45、在分批发酵过程中，微生物的生长曲线中各阶段的特点是什么？46、对发酵液的pH值进行调节的主要方法有哪些？(1)液氨或氨水添加法。(2)尿素流加法。(3)改变搅拌转速或通风量，以改变溶解氧浓度。(4)改变温度，以控制微生物代谢速度，控制有机酸的积累量及其代谢速度。(5)改变罐压及通风量，改变二氧化碳浓度。(6)改变加入的消泡油用量或加糖量等，调节有机酸的积累量。47、发酵动力学：是研究发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律的学科。48、发酵培养基的选择 (1)必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。(2)有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率。(3)有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。(4)有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。(5)尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化。(6)原料价格低廉，质量稳定，取材容易。(7)所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗。(8)有利于产品的分离纯化，并尽可能减少产生“三废”的物质。 49、 发酵动力学的研究内容主要包括：细胞生长和死亡动力学，基质消耗动力学，氧消耗动力学，CO2 生成动力学，产物合成和降解动力学，代谢热生成动力学等。50、泡沫对发酵的影响：(1)泡沫的持久存在影响着微生物对氧的吸收；(2)妨碍二氧化碳的排除，因而破坏其生理代谢的正常进行，不利于发酵；(3)由于泡沫大量生成，致使培养液的容量一般只能等于罐容量的一半左右，大大影响了设备的利用率，甚至发生跑料，招致染菌，造成巨大损失。51、发酵终点判断：控制发酵终点，适时放罐，有利于获得最高发酵产物的产量与质量。对产品质量有利；获得较高的经济效益；异常发酵时的提前放罐；判断发酵终点的指标：产物产量、过滤速度、氨基 N 含量、PH、菌体形态、发酵液物理形态等。 52、酒精发酵：是在无氧条件下，微生物（如酵母菌）分解葡萄糖等有机物，产生酒精、二氧化碳等不彻底氧化产物,同时释放出少量能量的过程。 53、淀粉糊化：淀粉在常温下不溶于水，但当水温至53以上时，淀粉的物理性能发生明显变化。淀粉在高温下溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的特性，称为淀粉的糊化（Gelatinization）。 54、大曲：以小麦和豌豆等为原料，经破碎、加水拌料、压成砖块状的曲坯后，再在人工控制的温度下和湿度下培养、风干而制成。 55、上面酵母：指在发酵结束时酵母浮在发酵液上面的一类酵母。 56、下面酵母：指发酵结束时酵母凝聚沉于器底，形成紧密层的一类酵母。 57、啤酒：是以大麦芽、酒花、水为主要原料经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。58、酒花：又称啤酒花。使啤酒具有独特的苦味和香气并有防腐和澄清麦芽汁的能力。59、简述酒精发酵的生化机制。 （一） 淀粉质和纤维质原料的水解：淀粉原料糊化液化水解为葡萄糖(二)酵母菌的乙醇发酵，总反应式：C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量。 60、我国发酵法生产酒精的现状如何?有哪些新的进展？现状如何：发酵法生产酒精现在全国已经达到1000多万吨的生产能力，多采用玉米木薯和甘蔗为发酵原料，由于进几年新建的酒精厂比较多，粮食价格比较高，酒精行业开始进入低迷状态，总体来说比六七十年代酒精生产能力提高很多，生产方法也有很大改变，综合利用率比较高，由原来的酸解法发展到现在的双酶法，两塔蒸馏发展到现在的5塔蒸馏，能耗下降很多，用水量也下降不少，另外酒糟液得到充分开发利用同时减少了废水污染，但是这些依然远远不能满足现代酒精发酵的需要，今后还要在蒸馏节能方面做进一步的提高能效，另外就是进一步提高淀粉的利用率，再有就等待科学家开发出新型的纤维素酶，改变传统原料生产酒精的方法！新的进展： 1. 以高效能细菌代替酵母细胞：发酵效率高、耐酒精力强。2. 固定化细胞技术：发酵效率高。3. 阿明诺法和阿明诺混合法：以少量根霉代替大量的糖化曲。4. 以纤维素为原料发酵生产酒精：原料来源广泛、成本低。5. 无蒸煮法生产酒精：节约能量、可实现浓醪发酵。61、酿造啤酒的主要原料有哪些？简述啤酒酿造的工艺流程。酿造啤酒的主要原料有大麦、水、酵母、酒花。工艺流程：制麦芽-麦芽粉碎、糖化及麦汁过滤-麦芽汁煮沸、添加酒花-添加酵母进行啤酒发酵-过滤和灌装。62、简述啤酒酿造过程中麦芽制造的目的和工艺流程。制麦的目的在于大麦（一）浸麦目的：吸收水分达到发芽要求；可充分洗涤、除尘和除菌；添加石灰乳、甲醛等可加速酚类等有害物浸出并可促进发芽缩短制麦周期。 63、酒花的主要有效成分有哪些？啤酒酿造过程中添加酒花的作用是什么？1.苦味物质（-酸、-酸） 2.酒花精油 3.多酚物质作用：1.酒花能赋予啤酒柔和优美的芳香和爽口的微苦味；2.加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝；3.提高啤酒泡沫持久性和起泡性； 4.增加麦汁和啤酒的生物稳定性。64、试述谷氨酸发酵主要菌种的种类、对菌种有何要求？棒杆菌属短杆菌属小节菌属节杆菌属要求：（1）有苹果酸酶和丙酮酸羧化酶。（2）酮戊二酸脱氢酶活性弱，异柠檬酸脱氢酶活性强，异柠檬酸裂解酶活性弱。（3）谷氨酸脱氢酶活性高，经呼吸链氧化NADPH2的能力弱。（4）菌体本身利用谷氨酸的能力低。65、谷氨酸发酵生产涉及的代谢途径有哪些？ 1.糖酵解；2.磷酸己糖途径；3.三羧酸循环；4.二氧化碳固定化反应；5.乙醛酸循环；6.还原氨基化反应。66、乳酸发酵类型及其微生物有哪些？发酵类型：同型乳酸发酵，同型发酵是葡萄糖经EMP 途径降解为丙酮酸，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶的催化下还原为乳酸的过程。理论转化率为100%，实际转化率80%以上；异型乳酸发酵，异型发酵是某些乳酸细菌利用 HMP 途径，分解葡萄糖为5-磷酸核酮糖，再经差向异构酶作用变成5-磷酸木酮糖，然后经磷酸酮解酶催化裂解，生成3-磷酸甘油醛和乙酰磷酸。 3-磷酸甘油醛经EMP 途径后半部分转化为乳酸。理论转化率为50%。微生物有：67、简述柠檬酸的生物合成途径及代谢调控机制。1、柠檬酸的生物合成途径：按照正常的菌体的代谢规律，上述途径并不能够积累柠檬酸，而是进入 TCA 循环，被彻底氧化。菌体内在因素：，顺乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶酶的活性丧失或非常微弱。TCA 循环及DCA 循环。2、磷酸果糖激酶（PFK）调节：柠檬酸和ATP 抑制该酶活性，为AMP、Pi、NH4+所激活、菌体内较高浓度NH4+能有效解除柠檬酸和ATP 对P