2025年食品科学与工程专业考研试卷及答案

2025年食品科学与工程专业考研试卷及答案一、名词解释（每题4分，共20分）1.美拉德反应：指食品加工或储存过程中，还原糖（如葡萄糖、果糖）的羰基与氨基酸、蛋白质的氨基之间发生的非酶促褐变反应。反应分为初期（Schiff碱形成与Amadori重排）、中期（糖脱水生成羟甲基糠醛或裂解产生醛酮类物质）和末期（醛酮类与氨基化合物缩合形成类黑精色素），最终生成棕褐色的类黑精并伴随风味物质的产生，对食品色泽、风味及营养（如氨基酸损失）有显著影响。2.栅栏技术：通过设计食品加工中多个“栅栏因子”（如温度、水分活度Aw、pH、氧化还原电位Eh、防腐剂、辐照等），利用各因子间的协同作用抑制微生物生长，延长食品货架期的技术。各栅栏因子需满足“有效强度”和“合理组合”，例如罐头食品通过高温杀菌（热力栅栏）、低Aw（干燥或糖盐腌制）、密封（隔绝氧气）等多因子联合控制微生物。3.非热杀菌：指不依赖高温（通常≤100℃）实现杀菌目的的技术，包括超高压杀菌（HPP）、脉冲电场（PEF）、辐照杀菌、超声波杀菌等。其核心优势是在杀灭微生物的同时，最大限度保留食品的营养成分（如维生素、热敏性蛋白质）和天然风味，适用于果汁、肉制品、即食海鲜等对热敏感的食品。4.生物被膜：微生物（细菌、真菌等）在食品接触表面（如设备、包装材料）或食品基质中分泌胞外多糖、蛋白质等物质形成的复杂三维结构聚集体。生物被膜具有抗清洗、抗消毒剂的特性，是食品加工中交叉污染的主要来源（如李斯特菌在冷藏设备表面形成的被膜可导致即食食品污染），需通过机械清洗结合化学消毒剂（如过氧乙酸）或酶处理（如DNase降解被膜DNA支架）控制。5.玻璃化转变温度（Tg）：无定形食品（如糖果、冷冻干燥食品）从玻璃态（刚性、低分子流动性）转变为橡胶态（粘性、高分子流动性）的临界温度。当食品储存温度低于Tg时，分子运动受限，化学反应（如氧化、酶促反应）和微生物代谢速率显著降低，有利于保持食品品质；高于Tg时，分子流动性增加，可能导致结块、塌陷或风味流失（如奶粉吸潮后Tg降低，易结块）。二、简答题（每题10分，共40分）1.简述水分活度（Aw）对食品稳定性的影响机制，并举例说明其在食品加工中的应用。答：水分活度（Aw）是食品中可被微生物利用的水分量（Aw=溶液蒸汽压/纯水蒸汽压），对食品稳定性的影响主要体现在三方面：（1）微生物生长：多数细菌需Aw＞0.90（如沙门氏菌Aw≥0.94），酵母需Aw＞0.85，霉菌需Aw＞0.70（如黄曲霉Aw≥0.80）。降低Aw至0.60以下可完全抑制微生物生长（如奶粉Aw≈0.20-0.30）。（2）酶促反应：酶活性依赖自由水，Aw＜0.80时水解酶（如脂肪酶、蛋白酶）活性显著降低（如冷冻干燥蔬菜Aw≈0.20，酶失活）；但Aw=0.30-0.50时，部分氧化酶（如多酚氧化酶）可能因分子流动性增加而活性短暂升高（如低水分果蔬干褐变）。（3）非酶化学反应：美拉德反应在Aw=0.60-0.70时最剧烈（如面包皮Aw≈0.70，褐变明显）；脂类氧化在Aw=0.10-0.30时速率最快（因水膜减少，氧气易接触脂类），Aw＞0.30时水可溶解金属离子（促氧化）或稀释自由基（抑氧化），速率下降。应用实例：果脯通过糖渍降低Aw至0.60以下抑制微生物；速溶咖啡通过喷雾干燥将Aw降至0.20-0.30，延长保质期；冷冻食品中，冰晶形成使未冻结水Aw降低（如-18℃时Aw≈0.85），抑制多数微生物生长。2.超高压处理（HPP）与传统热杀菌相比，在食品加工中有哪些独特优势？简述其作用机制。答：超高压处理（HPP）是将食品密封后置于高压（100-1000MPa）容器中，维持一定时间（数秒至数分钟）的非热杀菌技术，与传统热杀菌（如巴氏杀菌、高压蒸汽灭菌）相比，优势如下：（1）保留营养与风味：热杀菌通过破坏微生物蛋白质和核酸杀菌，但会导致热敏性物质（如维生素C、类胡萝卜素）降解及风味物质挥发（如果汁热杀菌后“煮熟味”）；HPP利用静压破坏微生物细胞膜（导致内容物泄漏）和蛋白质高级结构（但一级结构完整），对小分子营养物质（如维生素、氨基酸）无破坏，可保留90%以上的维生素C（如HPP鲜榨橙汁）。（2）均匀杀菌：热杀菌依赖热量传导，厚大食品中心易杀菌不彻底；HPP压力瞬间均匀传递至食品各部位，适合处理带包装的大块食品（如整鸡、牛排）。（3）改善质构：部分食品经HPP处理后质构更优（如HPP处理的芒果果泥更细腻，因高压破坏细胞结构但保留果胶完整性）；而热杀菌可能导致软烂（如蔬菜热烫后组织软化）。作用机制：高压（＞200MPa）主要通过三方面杀菌：①破坏微生物细胞膜的磷脂双分子层结构，导致离子（如K+）和小分子物质泄漏，细胞渗透压失衡；②使蛋白质（如酶、结构蛋白）的非共价键（氢键、疏水相互作用）断裂，空间构象改变（变性），失去功能（如微生物代谢酶失活）；③抑制DNA复制与转录（高压影响碱基配对稳定性）。3.简述食品中蛋白质的主要功能性质及其影响因素。答：食品蛋白质的功能性质指其在加工、储存中影响食品品质（如口感、质地、稳定性）的物理化学特性，主要包括：（1）溶解性：蛋白质溶解于水或盐溶液的能力（常用溶解度指数NSI表示），影响饮料（如植物蛋白饮料）的稳定性。影响因素：pH（等电点时溶解度最低）、离子强度（低盐促进溶解，高盐盐析）、温度（适度加热可能破坏结构提高溶解性，过度加热导致聚集沉淀）。（2）乳化性：蛋白质在油-水界面吸附，降低表面张力，形成稳定乳状液的能力（如乳清蛋白用于冰淇淋）。影响因素：蛋白质分子量（中等分子量更易吸附）、疏水性（疏水区域与油相作用）、pH（偏离等电点时电荷多，乳滴间排斥强）。（3）凝胶性：蛋白质在加热、酶解或pH调节下形成三维网状结构（持水、持油）的能力（如豆腐、鱼糜制品）。影响因素：蛋白质浓度（浓度越高越易凝胶）、加热温度（如肌动球蛋白在40-60℃开始变性，80℃形成强凝胶）、离子（Ca²+可桥接蛋白质羧基，增强凝胶强度）。（4）持水性：蛋白质通过氢键、离子键结合水的能力（影响肉制品多汁性）。影响因素：pH（偏离等电点时电荷多，水合能力强）、盐（NaCl提高肌原纤维蛋白持水性，KCl可能降低）、加工方式（斩拌使蛋白质充分吸水）。（5）起泡性：蛋白质在气-水界面形成稳定泡沫的能力（如蛋清用于蛋糕）。影响因素：蛋白质柔韧性（易展开吸附界面）、表面疏水性（稳定气泡膜）、温度（低温（5-10℃）蛋清起泡性更好，高温导致蛋白质变性过快）。4.简述食品中真菌毒素的主要种类、污染食品及控制措施。答：真菌毒素是真菌（主要为曲霉属、青霉属、镰刀菌属）在适宜条件（温度20-30℃、Aw＞0.70）下产生的有毒次级代谢产物，主要种类及污染食品：（1）黄曲霉毒素（AFT）：由黄曲霉、寄生曲霉产生，主要污染花生、玉米、坚果（如核桃）。B1毒性最强（急性肝损伤，致癌），欧盟规定花生中AFTB1≤2μg/kg。（2）脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON，呕吐毒素）：由禾谷镰刀菌产生，污染小麦、大麦、玉米（尤其潮湿年份），导致动物呕吐、免疫抑制。（3）赭曲霉毒素A（OTA）：由赭曲霉、纯绿青霉产生，污染谷物（如燕麦）、葡萄酒、咖啡豆，具有肾毒性和致癌性。（4）伏马菌素（FB）：由串珠镰刀菌产生，污染玉米（如非洲玉米粥），与人类食管癌相关。控制措施：（1）预防污染：种植期防虫（如玉米螟损伤易感染真菌）、合理灌溉（降低田间湿度）；收获后快速干燥（玉米水分≤14%，Aw＜0.70）；储存时控制温度（＜10℃）、湿度（通风降湿），可添加脱氧剂（如铁粉）抑制真菌生长。（2）去毒处理：物理法（筛选去除霉变颗粒、辐照（γ射线）破坏毒素结构）；化学法（碱处理（如NaOH）降解AFTB1生成无毒的香豆素）；生物法（利用乳酸菌、枯草芽孢杆菌分泌的酶（如AFT降解酶）分解毒素）。（3）检测与标准：采用高效液相色谱（HPLC）、酶联免疫吸附法（ELISA）快速检测，严格执行国家标准（如我国GB2761-2021规定玉米中AFTB1≤20μg/kg）。三、论述题（每题15分，共30分）1.结合食品工业实际，论述如何通过加工技术控制食品中的有害成分。答：食品加工中可能产生或残留的有害成分包括：热加工产生的丙烯酰胺、杂环胺；发酵食品中的生物胺；原料污染的农药残留、重金属；加工助剂带入的亚硝酸盐等。通过加工技术控制需针对不同有害成分的生成机制，采取针对性措施：（1）控制热加工有害物（如丙烯酰胺、杂环胺）：丙烯酰胺由天冬酰胺与还原糖（葡萄糖、果糖）在高温（＞120℃）下通过美拉德反应生成，常见于油炸薯条、烘焙咖啡。控制措施：①原料预处理：浸泡（土豆切片后水浸15分钟，减少还原糖和天冬酰胺）；②调整工艺参数：降低油炸温度（160℃以下）、缩短时间（如薯条油炸时间从5分钟减至3分钟，丙烯酰胺减少70%）；③添加抑制剂：柠檬酸（降低pH抑制美拉德反应）、半胱氨酸（与天冬酰胺竞争结合还原糖）。杂环胺（HCAs）由肉类中的肌酸、氨基酸与还原糖在高温（＞200℃）下反应生成，常见于烤肉、煎牛排。控制措施：①低温烹饪（水煮、炖制替代烧烤）；②预处理：用香辛料（如姜黄素、迷迭香提取物）抑制自由基反应；③去除表面焦糊部分（杂环胺主要集中在焦黑层）。（2）控制发酵食品生物胺：生物胺（如组胺、酪胺）由微生物（如肠杆菌、乳酸菌）的氨基酸脱羧酶催化产生，常见于发酵香肠、奶酪、酱油。控制措施：①菌种筛选：使用低脱羧酶活性的发酵剂（如植物乳杆菌LP-10）；②原料控制：降低原料中游离氨基酸（如酱油发酵前通过热处理灭活原料中的蛋白酶，减少游离氨基酸生成）；③环境调控：控制发酵pH（＜5.0抑制脱羧酶活性）、温度（＜25℃减缓反应）；④吸附去除：添加壳聚糖（吸附生物胺）或使用酵母（如酿酒酵母吸附组胺）。（3）控制重金属与农药残留：重金属（如铅、镉）主要来自土壤污染（如水稻吸收镉），农药残留（如有机磷）来自种植期施用。控制措施：①加工前筛选：通过色选机、比重分选去除受污染颗粒（如大米去石机分离重金属超标的“镉米”）；②物理去除：水洗（叶菜类农药残留可通过流水冲洗去除30%-50%）、浸泡（弱碱水（小苏打）浸泡可分解有机磷农药）；③生物降解：利用微生物（如假单胞菌降解有机氯农药）或酶（如有机磷水解酶）处理；④加工过程阻断：高温（如茶叶炒制时部分农药挥发）、吸附（活性炭吸附重金属离子）。（4）控制亚硝酸盐残留：亚硝酸盐用于肉制品护色（形成稳定的亚硝基肌红蛋白）和抑制肉毒梭菌，但过量（＞30mg/kg）可生成致癌的亚硝胺。控制措施：①替代物使用：用抗坏血酸（VC）替代部分亚硝酸盐（VC促进亚硝基肌红蛋白形成，减少亚硝酸盐用量）；②精确添加：通过自动计量系统控制亚硝酸盐添加量（我国规定西式火腿中残留量≤70mg/kg）；③加工优化：采用低温腌制（4℃抑制微生物繁殖，减少亚硝酸盐消耗）、真空包装（减少氧气，降低亚硝酸盐氧化）。综上，通过原料预处理、工艺参数优化、添加剂合理使用及新型技术（如超高压、辐照）的应用，可有效控制食品中的有害成分，保障食品安全。2.近年来植物基肉成为食品领域研究热点，试述其开发的核心难点及解决方案。答：植物基肉以植物蛋白（大豆、豌豆、小麦）为主要原料，通过加工模拟动物肉的质构（纤维感）、风味（肉香）、营养（必需氨基酸、铁）及多汁性，其开发难点及解决方案如下：（1）质构模拟：动物肉的纤维状结构（肌原纤维排列）是核心特征，植物蛋白（如分离大豆蛋白）传统加工（extrusion挤压）形成的是层状或颗粒状结构，纤维感不足。解决方案：①双螺杆挤压技术优化：通过调整螺杆转速（300-500rpm）、温度（120-160℃）和水分含量（40%-60%），使蛋白质在剪切力下定向排列，形成类似肌纤维的线性结构；②3D打印技术：将植物蛋白浆料按动物肌肉纤维走向分层打印，构建多级纤维结构；③复合原料：添加小麦谷蛋白（增强弹性）、菌菇菌丝体（天然纤维结构）提升质构真实性。（2）风味调控：动物肉的特征风味来自美拉德反应（肌苷酸、半胱氨酸与还原糖反应）和脂肪氧化（如油酸氧化产生的醛类），植物基肉缺乏动物源前体物质，易出现“豆腥味”“青草味”。解决方案：①风味前体物添加：加入肌苷酸（IMP）、鸟苷酸（GMP）（增鲜）、半胱氨酸（促进美拉德反应生成肉香物质）；②发酵增香：用乳酸菌发酵植物蛋白（如发酵大豆蛋白），降解豆腥味物质（如正己醛）并生成风味物质（如双乙酰）；③脂肪替代：使用微生物油脂（如裂殖壶菌油，富含DHA）或植物脂（椰子油、棕榈油）模拟动物脂肪的熔点（30-40℃）和风味（添加动物脂提取物微胶囊，如牛脂风味微胶囊在加热时释放）。（3）营养强化：动物肉是优质蛋白（必需氨基酸平衡）、血红素铁（易吸收）、维生素B12的重要来源，植物蛋白（如豌豆蛋白）缺乏蛋氨酸，且非血红素铁吸收率低（＜5%）。解决方案：①蛋白互补：复配大豆蛋白（富含赖氨酸）与小麦蛋白（富含蛋氨酸），使必需氨基酸评分（PDCAAS）接近1.0（动物蛋白标准）；②血红素模拟：通过基因工程酵母表达大豆血红蛋白（LegHb），或添加氯化血红素（来自植物源，如大豆），提升铁的吸收率（可达15%）；③营养素添加：强化维生素B12（微生物发酵生产）、锌（硫酸锌）、维生素D（辐照麦角固醇），弥补植物基肉的营养缺口。（4）多汁性保持：动物肉的多汁性源于肌纤维持水（结合水）和脂肪融化（游离水释放），植物基肉因缺乏肌纤维结构和动物脂肪，加热时易脱水变硬。解决方案：①持水体系构建：添加亲水胶体（如黄原胶、卡拉胶）与植物蛋白形成网络结构，锁住水分（如每克蛋白结合3-5g水）；②脂肪微胶囊：将植物脂包裹于蛋白质-多糖复合壁材中，加热时壁材融化释放脂肪，模拟动物脂肪融化的“润口感”；③细胞培养技术辅助：少量添加培养的动物脂肪细胞（＜5%），利用其天然持水特性提升多汁性（目前处于实验室阶段）。综上，植物基肉的开发需跨学科技术整合（食品加工、微生物发酵、营养科学），通过质构调控、风味设计、营养强化及多汁性保持的协同优化，逐步实现与动物肉在感官、营养上的高度相似，推动可持续食品体系发展。四、实验设计题（30分）某食品企业计划开发一款新型谷物饮料（原料：燕麦30%、糙米20%、小米10%、水40%），但产品在储存（4℃，30天）过程中出现分层、沉淀问题。请设计实验优化其稳定工艺，要求包含实验目的、材料与方法、检测指标及预期结果。实验目的：通过优化加工工艺（如均质条件、稳定剂种类及添加量），降低谷物饮料的分层率和沉淀量，提高4℃储存30天的稳定性。材料与方法：1.实验材料：燕麦（去壳）、糙米（精米）、小米（去壳）、水（蒸馏水）、稳定剂（羧甲基纤维素钠（CMC）、黄原胶（XG）、结冷胶（GG）、海藻酸钠（SA））、α-淀粉酶（2000U/g）、NaOH（调节pH）。2.基础工艺：原料预处理：燕麦、糙米、小米按比例混合，加水浸泡（料水比1:4，40℃，2h）→打浆（胶体磨，100目筛）→液化（加α-淀粉酶0.1%，90℃，30min，DE值10-15）→灭酶（100℃，5min）→冷却至60℃→添加稳定剂→均质→灌装→杀菌（121℃，15min）→4℃储存。3.单因素实验：（1）均质条件优化：固定稳定剂为CMC0.15%，设置均质压力（20、30、40、50MPa）和均质次数（1次、2次），考察对稳定性的影响。（2）稳定剂种类筛选：固定均质条件（40MPa，2次），分别添加0.15%的CMC、XG、GG、SA，对比稳定性。（3）稳定剂复配优化：选择单