食品发酵与酿造工艺学基础复习题及答案

食品发酵与酿造工艺学基础复习题及答案一、单项选择题1.下列微生物中，属于单细胞蛋白生产常用菌种的是（）。A.黑曲霉B.啤酒酵母C.枯草芽孢杆菌D.乳酸菌2.在酒精发酵过程中，酵母菌主要通过（）途径将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳。A.EMP途径B.HMP途径C.TCA循环D.ED途径3.下列关于乳酸发酵的描述，错误的是（）。A.乳酸细菌通常是兼性厌氧菌B.同型乳酸发酵产物只有乳酸C.异型乳酸发酵除产生乳酸外，还产生乙醇、二氧化碳等D.乳酸发酵对pH值的要求不严格，中性条件下生长最好4.柠檬酸发酵生产中，为了积累柠檬酸，必须阻断代谢流中的（）。A.丙酮酸脱氢酶系B.异柠檬酸脱氢酶C.α-酮戊二酸脱氢酶D.柠檬酸合成酶5.谷氨酸发酵属于典型的（）发酵类型。A.代谢调控型B.能量代谢型C.次级代谢产物D.生物转化型6.在微生物生长曲线中，如果以连续发酵方式进行生产，主要利用的是（）。A.延滞期B.对数生长期C.稳定期D.衰亡期7.下列哪种灭菌方法常用于培养基的实罐灭菌？（）A.干热灭菌B.紫外线灭菌C.巴氏杀菌D.连同蒸汽灭菌（湿热灭菌）8.双歧因子是指能促进双歧杆菌生长繁殖的物质，最主要的是（）。A.葡萄糖B.蛋白质C.低聚糖（双歧因子）D.维生素9.在味精（谷氨酸钠）生产中，通常使用的菌种是（）。A.谷氨酸棒状杆菌B.大肠杆菌C.黑曲霉D.米曲霉10.下列关于白酒固态发酵的特点，说法正确的是（）。A.发酵速度快，周期短B.网络致密，微生物区系丰富C.只能使用一种微生物D.容易染杂菌，需严格无菌条件11.啤酒发酵中，下面发酵酵母的沉降特性通常为（）。A.凝集性酵母B.粉末性酵母C.上面酵母D.野生酵母12.黄酒生产中的主要糖化菌是（）。A.根霉B.毛霉C.红曲霉D.青霉13.在发酵工程中，代表二氧化碳的生成速率，其单位通常为（）。A.g/(L·h)B.mol/LC.g/LD.h14.下列属于次级代谢产物的是（）。A.氨基酸B.核苷酸C.抗生素D.维生素15.为了解除代谢调节机制中的反馈抑制，常采用的育种手段是（）。A.营养缺陷型筛选B.抗代谢结构类似物筛选C.杂交育种D.基因工程16.酱油生产中，制曲阶段的主要目的是（）。A.生成酒精B.生成乳酸C.产生蛋白酶、淀粉酶等酶系D.产生香气17.下列哪种因素对微生物生长速率影响最大，且在发酵过程中常作为控制参数？（）A.搅拌速度B.罐压C.温度D.空气湿度18.在分批补料中，流加糖的目的是（）。A.增加发酵液体积B.延长发酵周期，提高产物得率C.降低粘度D.提高溶氧浓度19.食品发酵中，为了防止杂菌污染，除了灭菌外，还可以利用（）。A.降低pH值B.提高温度C.增加搅拌D.降低压力20.醋酸发酵是将乙醇氧化为乙酸，该过程由（）完成。A.醋酸菌B.乳酸菌C.酵母菌D.霉菌二、多项选择题1.微生物发酵的主要类型包括（）。A.厌氧发酵B.好氧发酵C.兼性厌氧发酵D.固态发酵E.液态深层发酵2.下列哪些物质属于微生物的碳源？（）A.葡萄糖B.蔗糖C.硫D.玉米浆E.淀粉3.影响微生物生长的环境因素主要有（）。A.温度B.pH值C.溶解氧D.渗透压E.辐射4.下列关于微生物培养基的物理状态，描述正确的有（）。A.固体培养基用于分离菌种和保藏B.半固体培养基用于观察运动性C.液体培养基用于工业发酵D.天然培养基成分完全已知E.合成培养基成分完全已知5.发酵罐搅拌的作用包括（）。A.打散气泡，增加气液接触面积B.使发酵液混合均匀C.增加溶氧D.有利于热量交换E.完全代替通入空气6.谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的必要条件包括（）。A.生物素缺陷型B.α-酮戊二酸脱氢酶活性微弱或缺失C.柠檬酸合成酶活性强D.细胞膜通透性改善E.丰富的氮源7.常见的食品防腐剂在发酵食品中的应用原理包括（）。A.抑制杂菌生长B.不影响目标菌生长C.改善食品风味D.增加营养价值E.延长保质期8.下列哪些是单细胞蛋白（SCP）的特点？（）A.蛋白质含量高B.生长速度快C.生产原料来源广泛D.氨基酸组成完全E.不含核酸9.典型的酸奶生产菌种组合是（）。A.保加利亚乳杆菌B.嗜热链球菌C.双歧杆菌D.大肠杆菌E.青霉菌10.在发酵过程中，检测参数可分为物理参数、化学参数和生物参数，下列属于化学参数的是（）。A.温度B.pH值C.溶氧浓度（DO）D.菌体浓度E.尾气中和C浓度三、填空题1.微生物生长曲线主要包括延滞期、________、稳定期和衰亡期四个阶段。2.在葡萄糖发酵生成乙醇的反应中，理论产率为________克乙醇/克葡萄糖（保留两位小数，分子量：葡萄糖180，乙醇46）。3.工业发酵中，最常用的灭菌方法是________，其标准条件通常为C，维持________分钟。4.微生物按对氧的需求可分为专性好氧、专性厌氧、兼性厌氧和________。5.柠檬酸发酵的优良菌种主要是________，其发酵需要________浓度的锰离子来抑制蛋白质合成从而促进产酸。6.味精生产中，常用的细胞膜通透性改善剂是________或青霉素。7.在发酵工程中，氧的体积传递系数a反映了发酵罐的________能力。8.乳酸菌发酵糖类产生乳酸，根据产物不同可分为同型乳酸发酵和________。9.酱油酿造的主要工艺流程包括：原料处理、制曲、发酵、________和灭菌。10.啤酒发酵度分为外观发酵度和________。11.用来衡量微生物发酵过程中基质消耗速率与产物生成速率之间关系的参数是________。12.为了防止噬菌体污染，在生产中常采用轮换使用不同________的策略。13.微生物次级代谢产物通常在微生物生长的________期大量合成。14.在基因工程育种中，将外源DNA导入受体细胞的方法有转化、转导和________。15.食品发酵中，亚硝酸盐主要由________还原产生，但在良好的发酵环境中会逐渐降解。16.连续发酵根据培养器数量可分为单罐连续发酵和________。17.在分批式发酵中，比生长速率μ随时间________。18.世界上最著名的发酵工程产品是________，其产量是衡量一个国家发酵工业水平的标志。19.醋酸菌属于革兰氏________菌，最适生长温度为________。20.发酵热的产生主要包括微生物生物热、搅拌热和________。四、判断题1.所有霉菌都是好氧微生物，因此霉菌发酵必须通入大量氧气。（）2.乳酸菌不具有过氧化氢酶活性，因此它们在有过氧化氢存在的环境中无法生存。（）3.次级代谢产物与微生物的维持生存和生长繁殖无关。（）4.在谷氨酸发酵中，生物素是生长因子，浓度越高越好。（）5.巴氏杀菌可以杀灭食品中所有的微生物芽孢。（）6.酒精发酵是典型的厌氧发酵，因此整个发酵过程绝对不能接触氧气。（）7.固态发酵具有设备简单、能耗低、废水少等优点，但容易染菌。（）8.酶活性调节包括变构调节和共价修饰，其中共价修饰调节是可逆的。（）9.发酵罐的冷却夹套或蛇管主要用于移除微生物代谢产生的生物热和搅拌热。（）10.啤酒酵母在发酵过程中，不仅产生乙醇和二氧化碳，还产生高级醇、酯类等风味物质。（）11.抗生素属于初级代谢产物。（）12.微生物的诱导酶只有在底物存在时才会大量合成。（）13.在连续发酵中，当稀释率D大于比生长速率时，菌体会被洗出。（）14.黄酒是中国的民族特产，属于低度酿造酒。（）15.所有的细菌都是单细胞生物。（）五、名词解释1.发酵2.次级代谢产物3.分批发酵4.补料分批发酵5.连续发酵6.呼吸商7.临界氧浓度8.糖化9.菌种退化10.代谢控制发酵六、简答题1.简述微生物生长曲线各时期的特点及其在发酵工业中的应用。2.试比较分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的优缺点。3.简述谷氨酸生物合成的代谢调节机制及工业上如何解除这些调节以积累谷氨酸。4.影响微生物发酵产率的因素有哪些？请从物理、化学和生物三个方面进行阐述。5.简述淀粉质原料生产酒精的工艺流程及其主要原理。6.什么是单细胞蛋白（SCP）？开发单细胞蛋白的意义是什么？7.简述酸奶凝固的生化机理及影响酸奶质量的因素。8.在发酵过程中，造成染菌的原因主要有哪些？如何预防？七、论述与计算题1.论述题：请详细阐述柠檬酸发酵的代谢调控机制，并说明为什么黑曲霉是生产柠檬酸的优良菌种。2.分析题：某谷氨酸发酵厂在夏季生产时发现产酸率明显下降，且发酵液中残糖较高。试从微生物代谢调控、发酵罐散热及溶解氧等方面分析可能的原因，并提出相应的解决措施。3.计算题：在一个10的机械搅拌发酵罐中进行酵母培养，发酵液体积为8。已知培养基中初始葡萄糖浓度为100g/L，经过12小时发酵，葡萄糖浓度降至10g/(1)求该时间段内葡萄糖的消耗速率（以g/(2)若忽略菌体维持代谢所需的底物，求对菌体的得率系数（g菌体/g葡萄糖）。(3)若发酵液密度约为1000k4.综合应用题：设计一套利用乳酸菌发酵玉米粉生产乳酸的初步工艺方案。要求包括：(1)菌种选择及活化扩培流程。(2)原料预处理方法。(3)发酵条件控制（温度、pH、厌氧条件等）。(4)产物分离提取的大致步骤。5.案例分析题：某啤酒厂生产的啤酒出现“双乙酰”味（馊饭味），严重影响风味。请分析双乙酰的生成机理，并说明在工艺上应采取哪些措施降低双乙酰含量？参考答案一、单项选择题1.B2.A3.D4.B5.A6.B7.D8.C9.A10.B11.A12.A13.A14.C15.B16.C17.C18.B19.A20.A二、多项选择题1.ABDE2.ABE3.ABCDE4.ABCE5.ABCD6.ABCDE7.ABE8.ABC9.AB10.BCE三、填空题1.对数生长期2.0.513.湿热灭菌（高压蒸汽灭菌）；15~30（或20）4.微需氧菌5.黑曲霉；低6.表面活性剂（如吐温-60）7.供氧8.异型乳酸发酵9.淋油/浸出10.真正发酵度11.得率系数12.菌株13.稳定14.接合15.硝酸盐16.多罐串联连续发酵17.下降18.抗生素19.阴性；30~35C20.显热（或蒸发热/辐射热，视具体语境，通常主要指冷却带走的热量，此处填“显热”或“环境热差”均可，主要指散失热量）四、判断题1.错误（部分霉菌如米根霉可进行微好氧或兼性厌氧发酵，但绝大多数是好氧，题目说“必须通入大量氧气”对于好氧菌是对的，但“所有霉菌都是好氧”太绝对，实际上绝大多数工业发酵霉菌是好氧的，但严格生物学分类中存在例外。此题按常规教学判错，因有少数例外或严格厌氧情况罕见但存在，且“大量”非绝对。注：通常认为霉菌是好氧的，但此处判断题若严谨，判错）。2.正确3.正确4.错误（生物素作为关键因子，需控制在亚适量，过高则导致生长过快不产酸）5.错误（巴氏杀菌只能杀灭致病菌和营养体，不能杀灭芽孢）6.错误（酵母繁殖期需要少量氧气，即“酵母生长需氧，发酵产酒厌氧”）7.正确8.正确9.正确10.正确11.错误（抗生素属于次级代谢产物）12.正确13.正确14.正确15.错误（存在粘细菌、衣细菌等多细胞或丝状细菌）五、名词解释1.发酵：利用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产物或次级代谢产物的过程。2.次级代谢产物：指微生物在生长停止期（稳定期），利用初级代谢产物进一步合成的、对微生物自身生长繁殖非必需的物质，如抗生素、毒素、色素等。3.分批发酵：指在一个密闭反应器中投入培养基和菌种，进行培养，过程中不连续添加培养基也不取出产物，待发酵结束后一次性取出全部产物的发酵方式。4.补料分批发酵：指在分批发酵过程中，间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基，但不取出培养液，直到发酵终止，最后放出全部培养液的发酵方式。5.连续发酵：指以一定的速度向发酵罐内连续添加新鲜培养基，同时以相同的速度排出发酵液，从而使发酵罐内的液面维持恒定，微生物在稳定状态下生长的发酵方式。6.呼吸商（RQ）：指微生物发酵过程中释放的二氧化碳摩尔数与消耗的氧气摩尔数的比值，即RQ7.临界氧浓度：指微生物的呼吸速率不再随溶氧浓度增加而增加时的最低溶氧浓度。低于此浓度，微生物的呼吸速率会受到限制。8.糖化：利用淀粉酶或糖化酶将淀粉质原料水解成可发酵性糖（如葡萄糖、麦芽糖）的过程。9.菌种退化：指由于自发突变或外界环境条件改变，导致生产菌株的优良性状（如高产率、高产酶能力）丧失或下降的现象。10.代谢控制发酵：利用遗传学或生物化学的方法，人为地改变微生物的代谢调控机制，使其按照预定的方向积累目的产物的发酵技术。六、简答题1.简述微生物生长曲线各时期的特点及其在发酵工业中的应用。延滞期：菌体不立即繁殖，生长速率为零。此时菌体正在适应新环境，合成酶类。工业上尽量缩短此期（如采用种龄同步、增大接种量）。对数生长期：菌体以最大比生长速率进行生长，菌体浓度呈几何级数增加，代谢旺盛，酶活性高。工业上常作为发酵种子制备的最佳时期。稳定期：生长速率下降，最终为零。此时菌体浓度达到最大，初、次级代谢产物大量积累。工业上许多发酵产物（如抗生素、氨基酸）主要在此期提取。衰亡期：菌体死亡率增加，活菌数下降，细胞变形，自溶，释放内含物。工业上一般不进入此期，除非收集某些胞内酶或进行自溶处理。2.试比较分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的优缺点。分批发酵：优点：操作简单，周期短，染菌几率低，不易发生菌种变异。缺点：非稳态工艺，控制较难，存在底物抑制或产物抑制时效率低，设备利用率低（非生产时间长）。补料分批发酵：优点：可解除底物抑制或葡萄糖效应，延长产物合成期，提高产量；可精确控制发酵路径。缺点：操作相对复杂，需检测参数控制流加，仍为非稳态过程。连续发酵：优点：稳态操作，便于控制及自动化；设备利用率高，生产周期长，产物质量均一；可降低劳动力成本。缺点：菌种易发生退化变异；长时间运行极易染菌；对设备仪表要求高；下游处理连续性要求高。3.简述谷氨酸生物合成的代谢调节机制及工业上如何解除这些调节以积累谷氨酸。调节机制：反馈抑制：谷氨酸反馈抑制关键酶——磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）和柠檬酸合成酶（CS）。细胞膜渗透性障碍：正常情况下谷氨酸不能透过细胞膜外排。解除措施：选育营养缺陷型：如选育生物素缺陷型或油酸缺陷型，限制生物素或油酸合成，导致细胞膜结构不完整（脂肪酸含量减少），通透性增加，使谷氨酸外泄，从而解除细胞内反馈调节。添加表面活性剂：如添加吐温-60或青霉素，破坏细胞膜，增加通透性。控制关键酶活性：通过育种手段获得抗反馈抑制的突变株。控制环境条件：如控制发酵液中生物素亚适量，铵离子适量等。4.影响微生物发酵产率的因素有哪些？请从物理、化学和生物三个方面进行阐述。物理因素：温度：影响酶活性、代谢反应速率及产物合成方向。pH值：影响酶活性、细胞膜电荷状态及营养物质吸收。溶解氧（DO）：影响好氧发酵的呼吸代谢和能量供应。搅拌与剪切力：影响传质、混合均匀度及菌丝形态（对丝状菌尤为重要）。化学因素：培养基组成：碳氮比、微量元素、生长因子等直接影响菌体生长和产物合成。前体物质：直接参与产物生物合成，显著提高产量。诱导剂/抑制剂：调节酶的合成。有毒代谢产物：积累过多会抑制菌体生长。生物因素：菌种特性：不同菌株的遗传特性决定产率上限。接种量与种龄：影响延滞期长短和发酵速度。杂菌污染：竞争营养或产生抑制物，降低产率。5.简述淀粉质原料生产酒精的工艺流程及其主要原理。工艺流程：原料预处理（粉碎、调浆）→蒸煮（糊化）→糖化（加入糖化酶）→发酵（加入酒母）→蒸馏→酒精。主要原理：蒸煮：利用高温高压使淀粉颗粒吸水膨胀、破裂，淀粉链游离，便于酶解，同时起到灭菌作用。糖化：利用α-淀粉酶和糖化酶将糊化后的淀粉水解为可发酵性葡萄糖。发酵：在厌氧条件下，酵母菌通过EMP途径将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳，释放能量供菌体维持生存。蒸馏：利用乙醇与水及其他杂质挥发度的不同，通过加热蒸发和冷凝分离，提馏出高浓度酒精。6.什么是单细胞蛋白（SCP）？开发单细胞蛋白的意义是什么？定义：利用微生物（如酵母、细菌、霉菌、藻类）在培养基中大量生长繁殖，提取其菌体蛋白作为蛋白质饲料或食品，称为单细胞蛋白。意义：资源丰富：可利用工农业废液（如纸浆废液、糖蜜、秸秆）和石油副产品等再生资源，解决蛋白质资源短缺问题。生产效率高：微生物生长繁殖速度远高于动植物，不受气候、季节限制。营养价值高：富含蛋白质、氨基酸、维生素和矿物质。环保：变废为宝，减少环境污染。7.简述酸奶凝固的生化机理及影响酸奶质量的因素。生化机理：乳酸菌（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌）利用乳糖进行发酵，产生乳酸。乳酸使牛奶的pH值下降，当pH达到酪蛋白的等电点（约4.6）时，酪蛋白胶粒发生凝集，形成网状结构，从而使牛奶发生凝固。同时，发酵产生乙醛、丁二酮等风味物质赋予酸奶特殊风味。影响因素：原料乳质量：新鲜度、抗生素残留（会杀灭发酵剂）、干物质含量。菌种：菌种的活力、比例（嗜热链球菌:保加利亚乳杆菌通常为1:1或2:1）。发酵条件：温度（通常41~43C）、时间、接种量。冷却与后熟：发酵终止后迅速冷却可停止产酸，防止口感过酸；后熟过程促进风味物质成熟。8.在发酵过程中，造成染菌的原因主要有哪些？如何预防？原因：设备问题：设备密封性差，法兰、阀门渗漏；罐体腐蚀穿孔。空气过滤系统失效：过滤器效率下降，介质受潮或破损。培养基灭菌不彻底：灭菌温度或时间不够，存在灭菌死角（如泡沫层）。种子带菌：接菌操作不当或种子本身染菌。操作失误：管道连接错误，取样操作不当。预防措施：设备维护：定期检查设备密封性，保持管道畅通无死角。严格灭菌：确保实罐灭菌和空消灭菌参数达标，使用耐高温高效空气过滤器。无菌操作：加强种子室和接种室的无菌管理，火焰接种保护。环境监控：保持车间洁净度，定期消毒。培养基优化：适当添加抑菌剂（针对特定发酵），防止泡沫逃逸。七、论述与计算题1.论述题：请详细阐述柠檬酸发酵的代谢调控机制，并说明为什么黑曲霉是生产柠檬酸的优良菌种。代谢调控机制：顺乌头酸水合酶的调节：黑曲霉体内存在两条TCA循环酶系。在正常条件下，TCA循环畅通。但在柠檬酸发酵条件下，通过控制M、N等浓度，抑制顺乌头酸水合酶的活性，阻断柠檬酸向异柠檬酸的转化，导致柠檬酸积累。α-酮戊二酸脱氢酶的抑制：该酶活性受高浓度柠檬酸和ATP的抑制，且需要TP丙酮酸羧化酶的激活：该酶是回补途径的关键酶，受高浓度乙酰CoA激活，促进草酰乙酸生成，为柠檬酸合成提供受体。呼吸链的解偶联：发酵条件下，菌体呼吸链处于“解偶联”状态，ATP合成少，ADP/AMP浓度高，激活磷酸果糖激酶（PFK），加速EMP途径，提供大量前体乙酰CoA。黑曲霉的优势：强大的酶系：黑曲霉能分泌强大的淀粉酶、糖化酶，能直接利用淀粉质原料，降低成本。耐酸性强：黑曲霉能在pH1.5~2.0的低酸环境下生长和产酸，这极大地抑制了其他杂菌的生长，使得发酵可以采用粗放工艺，不易染菌。营养需求简单：对氮源、维生素需求较低。高产特性：通过诱变育种，黑曲霉菌株产酸能力极高（可达100g/L以上）。2.分析题：某谷氨酸发酵厂在夏季生产时发现产酸率明显下降，且发酵液中残糖较高。试从微生物代谢调控、发酵罐散热及溶解氧等方面分析可能的原因，并提出相应的解决措施。原因分析：温度控制（散热）：夏季气温高，冷却水温度升高，导致发酵罐换热效率下降，发酵温度过高。谷氨酸发酵最适温度约30~34C，温度过高会导致菌体代谢异常，酶失活，提前衰老，转向生成乳酸等副产物，导致谷氨酸产率下降，耗糖受阻。溶解氧（DO）：温度升高会降低氧在发酵液中的饱和溶解度；同时冷却能力差导致搅拌强度可能受限（或因粘度变化），导致供氧不足。谷氨酸发酵是需氧过程，缺氧会导致代谢转向乳酸发酵（RQ代谢调控：高温可能影响细胞膜通透性或关键酶活性，导致代谢流紊乱。解决措施：加强冷却：增加冷却水流量，采用冷冻水或深井水冷却；检查换热器结垢情况并清理。降低搅拌温度：通过调整罐压或搅拌转速来改善溶氧，但需注意剪切力。调整发酵工艺：适当调整接种量或流加糖策略，适应高温环境；若无法控制温度，可考虑更换耐高温菌株。检查通风系统：确保空气过滤器未受潮堵塞，保证通气量。3.计算题：(1)葡萄糖消耗速率：消耗量=时间=消耗速率=(2)得率系数：菌体浓度X消耗底物S=(3)菌体总产量：发酵液体积V总产量=答案：(1)7.5g/(L·h4.综合应用题：设计一套利用乳酸菌发酵玉米粉生产乳酸的初步工艺