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、名词解释（共10题，每题3分）1.食品发酵与酿造：指利用微生物的特定代谢功能，在人为调控的适宜条件下，将原料中的大分子组分转化为符合人类需求的食品、食品添加剂或其他相关产品的过程。通常广义的“酿造”特指多菌种混合参与、产物风味复杂度高的传统发酵过程，“发酵”可涵盖纯菌或混合菌的工业化生产过程。2.纯种培养：指从自然混杂的微生物群落中分离筛选得到单一目标菌株，在全程无杂菌污染的环境下进行扩大培养，获得纯的、活性稳定的菌株群体的技术，是现代工业化发酵的核心基础。3.液化型淀粉酶（α-淀粉酶）：属于糖苷水解酶类，可随机切开淀粉、糖原分子内部的α-1,4糖苷键，将淀粉水解为糊精、低聚糖和少量葡萄糖，工业生产常用的芽孢杆菌来源α-淀粉酶最适作用pH为6.0-7.0，最适作用温度为60-70℃，是淀粉质原料发酵的核心用酶之一。4.大曲：是中国传统固态白酒酿造的专用糖化发酵剂，以小麦、大麦、豌豆等为主要原料，经粉碎、加水拌料、压制成坯、自然富集环境微生物、控温控湿培曲、储存陈化等工序制成，含有多类微生物菌群、丰富的酶系和风味前体物质，决定了白酒的香型和风味特征。5.前体物质：指发酵过程中额外添加的、可直接被微生物整合到目标产物分子结构中，且自身结构无明显变化，可显著提升目标产物产量的小分子物质，如青霉素发酵过程中添加的苯乙酸、赖氨酸发酵添加的二氨基庚二酸等。6.发酵动力学：是研究发酵过程中微生物菌体生长、底物消耗、目标产物合成三者的速率变化规律，以及环境参数对三类速率的影响机制的学科，是发酵过程自动化控制、工艺优化的核心理论基础。7.巴氏消毒：由法国微生物学家巴斯德发明的低温消毒技术，指在63℃保持30min（低温长时间）或72℃保持15s（高温短时间）的处理条件，可杀灭食品中的致病微生物和绝大多数腐败微生物，同时最大程度保留食品的营养和风味，广泛应用于牛奶、啤酒、果酒等产品的消毒工序。8.固态发酵：指发酵培养基体系无游离可流动水或游离水含量极低，水分含量通常维持在50%-65%，以气-固-液三相共存为特征的发酵方式，具有底物浓度高、产物浓度高、废水排放量少、适合多菌种混合发酵的优势。9.代谢控制发酵：指以微生物代谢通路研究为基础，通过诱变育种、基因编辑等手段，定向改造微生物的代谢网络，阻断支路代谢、解除产物反馈抑制、强化目标产物合成通路，实现目标产物过量积累的育种及发酵控制技术，是氨基酸、核苷酸等发酵产品的核心技术支撑。10.酒度：即酒精体积分数，指20℃环境下，100mL酒液中所含纯乙醇的体积数，是酒类产品的核心理化指标之一。二、填空题（共15题，每空1分）1.食品发酵与酿造的三大核心要素是____、____、____。答案：性能优良的微生物菌株、可控的发酵环境参数、符合要求的发酵原料2.常用的微生物分离纯化方法包括____、____、____。答案：稀释涂布平板法、平板划线分离法、单细胞挑取法3.啤酒生产的四大核心原料是____、____、____、____。答案：大麦麦芽、酒花、加工用水、啤酒酵母4.谷氨酸发酵的核心生产菌株为____，发酵过程中需控制的核心参数为温度____、pH____、通风量____。答案：谷氨酸棒状杆菌，30-36℃，7.0-7.2，1:0.8-1.2vvm5.传统高盐稀态酱油酿造过程中的核心功能微生物类群为____、____、____。答案：米曲霉、酵母、乳酸菌6.酵母菌酒精发酵的核心反应式为C₆H₁₂O₆→____+____+能量，理论上1kg无水葡萄糖可生产____kg无水乙醇。答案：2C₂H₅OH、2CO₂，0.5117.菌种保藏的核心原理是____，目前工业生产常用的菌种保藏方法包括____、____、____、____。答案：通过低温、干燥、缺氧、缺营养等条件抑制微生物代谢活性；斜面低温保藏法、液体石蜡油封保藏法、沙土管保藏法、冷冻干燥保藏法、液氮超低温保藏法（任答4种即可）8.固态食醋酿造的三个核心生化阶段分别为：曲霉产生的糖化酶将淀粉转化为葡萄糖的____阶段、酵母将葡萄糖转化为乙醇的____阶段、醋酸菌将乙醇氧化为乙酸的____阶段。答案：糖化、酒精发酵、醋酸发酵9.发酵过程中溶解氧的核心影响因素包括____、____、____。答案：通风量、搅拌转速、发酵液黏度、罐压、氧分压（任答3种即可）10.常温酸奶发酵的核心生产菌株为____和____，发酵终点判定的酸度标准通常为____°T。答案：保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌，70-9011.果酒酿造过程中添加二氧化硫的核心作用包括____、____、____、____。答案：抑菌杀菌、抗氧化、促进果汁澄清、增酸、浸提色素（任答4种即可）12.柠檬酸发酵的核心生产菌株为____，发酵过程中需限制____离子的浓度，避免其激活顺乌头酸酶导致柠檬酸分解。答案：黑曲霉，铁13.我国固态白酒按照工艺和香型可分为三大核心流派，分别为____、____、____。答案：酱香型白酒工艺、浓香型白酒工艺、清香型白酒工艺14.发酵过程中杂菌污染的核心判定依据包括____、____、____、____。答案：发酵液OD值异常波动、pH值非预期变化、溶氧值异常骤降、产物合成速率骤减、镜检发现非生产菌株（任答4种即可）15.啤酒后发酵（储酒）阶段的核心作用包括____、____、____、____。答案：残糖继续发酵饱和CO₂、还原双乙酰消除不良风味、沉淀蛋白质和酵母等杂质、促进风味物质成熟（任答4种即可）三、单项选择题（共10题，每题2分）1.下列产品中不属于食品发酵与酿造产物的是（）A.酱油B.苏打饼干C.苏打水D.白酒答案：C，苏打水为人工充入二氧化碳的碳酸饮料，无微生物发酵过程。2.α-淀粉酶作用于淀粉的核心化学键是（）A.α-1,4糖苷键B.α-1,6糖苷键C.β-1,4糖苷键D.β-1,6糖苷键答案：A3.谷氨酸发酵过程中，下列哪种异常条件会导致乳酸大量积累、谷氨酸产量骤降（）A.溶氧过高B.溶氧不足C.温度过低D.pH过高答案：B，溶氧不足时微生物代谢流向EMP厌氧通路，大量生成乳酸等副产物。4.下列菌种保藏方法中，保藏时间最长的是（）A.斜面4℃保藏B.液体石蜡油封保藏C.冷冻干燥保藏D.液氮超低温保藏答案：D，液氮保藏温度为-196℃，微生物代谢完全停滞，保藏时间可达10年以上。5.啤酒麦汁煮沸工序的作用不包括（）A.钝化麦芽酶活性B.杀灭杂菌C.浸出酒花有效成分D.启动酒精发酵答案：D，酒精发酵为后续酵母接种后的工序。6.食醋发酵过程中醋酸菌的代谢类型为（）A.专性厌氧B.兼性厌氧C.专性好氧D.微好氧答案：C，醋酸菌需在有氧条件下才能将乙醇氧化为乙酸，缺氧时代谢停滞甚至死亡。7.酸奶发酵过程中产生的核心风味物质是（）A.柠檬酸B.乳酸C.乙酸D.丁酸答案：B8.浓香型大曲白酒生产中，大曲的用量通常占总投料量的（）A.5%-10%B.20%-30%C.50%-60%D.80%以上答案：B9.柠檬酸发酵过程中，限制下列哪种物质的浓度可显著提升柠檬酸积累量（）A.碳源B.氮源C.铁离子D.溶氧答案：C，铁离子是顺乌头酸酶的激活因子，限制铁离子浓度可阻断柠檬酸的分解代谢。10.下列关于发酵灭菌工艺的说法错误的是（）A.培养基灭菌通常采用湿热灭菌法B.无菌空气采用过滤除菌法制备C.发酵罐设备灭菌通常采用干热灭菌法D.无菌室空间灭菌可采用紫外线照射法答案：C，发酵罐等大型设备通常采用121℃湿热灭菌或化学熏蒸灭菌，干热灭菌仅适用于玻璃器皿、金属工具等小型耐高热物品。四、判断题（共10题，每题2分，需说明判断理由）1.食品发酵与酿造只能利用有益微生物，绝对不能利用有害微生物的任何代谢产物。（×）理由：只要符合食品安全国家标准，部分发酵产品可利用特定微生物产生的微量代谢产物提升风味，如腐乳发酵过程中部分菌株产生的小分子肽是重要风味来源，无需完全排除所有有害微生物的代谢相关反应。2.纯种发酵的产品风味一定优于多菌种混合发酵的产品。（×）理由：多菌种混合发酵过程中不同菌株的代谢协同作用可生成更多种类的风味物质，传统酱油、白酒等产品均采用多菌种发酵，风味复杂度远高于纯种发酵的同类产品。3.酒精发酵过程中温度越高，酵母发酵速率越快，最终酒精产量越高。（×）理由：酿酒酵母的最适发酵温度为28-32℃，温度过高会导致酵母提前衰老失活，发酵不完全，酒精产量下降，还会生成过量杂醇油影响产品风味。4.谷氨酸发酵中后期可通过流加尿素或氨水调节pH，同时补充合成谷氨酸所需的氮源。（√）理由：谷氨酸发酵过程中微生物产酸会导致pH下降，流加含氮碱性物质既可维持7.0-7.2的适宜pH范围，也可为谷氨酸合成提供氮元素，提升产物转化率。5.巴氏消毒法可杀灭食品中的所有微生物，达到商业无菌要求。（×）理由：巴氏消毒仅能杀灭致病微生物和绝大多数腐败微生物，会残留少量耐热非致病微生物，因此巴氏消毒产品需低温储存，无法常温长期存放，商业无菌需经121℃高温灭菌才能实现。6.固态发酵过程中物料水分含量越低，越有利于微生物生长和产物合成。（×）理由：固态发酵适宜水分含量为50%-65%，水分过低会导致微生物无法获得足够溶剂运输营养物质，生长代谢受抑制；水分过高则会导致物料透气性下降，杂菌污染风险升高。7.果酒酿造过程中二氧化硫添加量越高，防杂菌效果越好，产品品质越高。（×）理由：我国GB2760规定果酒中二氧化硫残留量不得超过250mg/L，过量添加会导致产品出现刺激性硫味，危害人体健康，需严格按照标准控制添加量。8.啤酒中双乙酰含量超过0.1mg/L时会产生馊饭味，因此后发酵阶段需将双乙酰还原到阈值以下才能出厂。（√）理由：双乙酰是酵母发酵的副产物，风味阈值极低，后发酵阶段酵母可将双乙酰还原为无味的2,3-丁二醇，需控制其含量达标才能保证产品风味合格。9.菌种退化是指菌株遗传性状发生不可逆劣变，无法通过任何方法恢复生产性能。（×）理由：多数菌种退化是由于群体中低性能突变株占比升高导致，可通过分离纯化、自然复壮等方法筛选出高性能菌株恢复生产性能，仅发生不可逆遗传物质丢失的退化菌株无法恢复。10.酱油酿造的淋油工序是指用热水浸提酱醅中的可溶性风味物质和营养成分，通过多次浸提得到不同等级的酱油产品。（√）理由：淋油通常采用三次梯度浸提，头道浸出液为一级酱油，二、三道浸出液可作为低级酱油或回用到下一批发酵工序，可最大化提取酱醅中的有效成分。五、简答题（共4题，每题10分）1.简述食品发酵与酿造的通用基本工艺流程。答：食品发酵与酿造的通用流程分为6个核心环节：（1）原料预处理：包括原料筛选、清洗、粉碎、润料、蒸煮糊化等工序，目的是分解原料中的大分子淀粉、蛋白质等组分，提升微生物可利用度，同时杀灭原料表面的杂菌。（2）糖化处理：针对淀粉质原料，添加大曲、糖化酶等糖化剂，将淀粉转化为可发酵性糖，为微生物生长和代谢提供碳源。（3）菌种制备：从保藏菌株出发，经斜面活化、种子罐扩大培养，得到数量充足、活性稳定、无杂菌污染的种子液或种曲，接入发酵体系。（4）发酵过程控制：根据目标产物的代谢规律，精准控制发酵过程的温度、pH、溶氧、通风量、搅拌转速等参数，阻断杂菌污染路径，保证目标产物高效合成。（5）产物提取与精制：发酵结束后，采用过滤、压榨、蒸馏、萃取、脱色、灭菌、调配等工艺，将目标产物从发酵体系中分离，加工为符合质量标准的成品。（6）成品检验与包装：对成品的感官、理化、微生物指标进行逐批检验，合格后进行包装、入库、销售。2.简述工业发酵菌种选育的主要方法及特点。答：工业发酵常用的菌种选育方法分为4类：（1）自然选育：从自然环境、发酵样品中分离筛选目标菌株，特点是操作简单、安全性高，但筛选效率低，获得的菌株性能提升幅度有限，通常用于初始菌株的分离。（2）诱变育种：利用紫外线、X射线、等离子体等物理诱变剂或亚硝基胍、硫酸二乙酯等化学诱变剂处理微生物细胞，诱导基因突变，筛选性能优良的突变株，特点是突变率高、筛选范围广，是目前工业发酵的主流育种方法，但诱变方向不可控，需要开展大量筛选工作。（3）代谢控制育种：基于微生物代谢通路研究，通过诱变定向敲除或弱化支路代谢关键酶，解除目标产物的反馈抑制，强化产物合成通路，如谷氨酸发酵就是通过诱变阻断α-酮戊二酸脱氢酶合成，实现谷氨酸过量积累，特点是育种目的性强，菌株产量提升显著，但需要对菌株代谢通路有清晰的研究基础。（4）基因工程育种：通过重组DNA技术将外源优良基因导入宿主菌株，或对宿主基因进行精准编辑，获得性状改良的菌株，特点是精准可控，可实现跨物种基因转移，获得传统育种方法无法得到的优良性状，但需经过严格的生物安全性评估。3.简述啤酒酿造中麦汁制备的核心工序及作用。答：麦汁制备是啤酒酿造的基础环节，核心工序包括：（1）麦芽粉碎：将大麦麦芽粉碎为粗细适宜的颗粒，增大麦芽与水的接触面积，提升酶解效率，同时过滤时可形成合理滤层，保障麦汁澄清度。（2）糖化：将粉碎麦芽与水按1:4-1:5的比例混合，在45℃（蛋白质休止）、62-65℃（糖化）、70℃（终了糖化）的温度梯度下保温，利用麦芽自身的淀粉酶、蛋白酶等将淀粉分解为可发酵糖，蛋白质分解为氨基酸和多肽，为酵母发酵提供全面营养。（3）麦汁过滤：将糖化后的醪液送入过滤槽过滤，去除麦糟，得到澄清的麦汁，避免麦糟中的不良物质进入后续工序影响风味。（4）麦汁煮沸：将过滤后的麦汁加热至沸腾，保持90-120min，作用包括：钝化麦芽中的酶活性，稳定麦汁成分；杀灭麦汁中的所有杂菌；浸出酒花中的苦味物质、芳香物质和多酚，赋予啤酒特有的风味和苦味；蒸发多余水分，将麦汁浓度调整到目标范围；去除生青味等不良挥发性物质。（5）麦汁冷却：将煮沸后的麦汁快速冷却至8-12℃（淡爽型啤酒），同时通入无菌空气，为酵母繁殖提供氧气。4.简述发酵过程中杂菌污染的主要危害及预防措施。答：杂菌污染是发酵生产中最常见的故障，主要危害包括：（1）杂菌消耗发酵体系中的营养物质，导致目标产物产量下降，严重时整批发酵无目标产物生成；（2）杂菌的代谢产物会改变发酵液的pH、溶氧等参数，抑制生产菌株的生长和代谢；（3）杂菌代谢产物混入目标产物中，导致产品风味劣变，甚至产生有毒有害物质，影响产品安全性；（4）严重污染会导致整批发酵液报废，增加生产成本，延误生产周期。预防措施包括：（1）严格控制种子质量，定期对生产菌株进行分离复壮，保证接入的种子液无杂菌污染；（2）定期校准灭菌设备参数，验证培养基、发酵设备的灭菌效果，保证灭菌彻底；（3）定期维护更换空气过滤系统的滤芯，保证通入发酵罐的空气达到无菌要求；（4）严格执行无菌操作规范，取样、流加物料等操作严格按照无菌要求开展；（5）发酵车间定期清洁消毒，控制环境中的杂菌浓度。六、论述题（共2题，每题20分）1.论述固态发酵与液态发酵的核心区别，以及两类工艺在食品发酵工业中的应用场景。答：固态发酵与液态发酵是食品发酵工业的两类核心工艺，核心区别体现在5个方面：（1）培养基状态：固态发酵培养基为固态，无游离可流动水，水分含量为50%-65%，气-固-液三相共存；液态发酵培养基为液态，游离水含量达80%以上，固形物均匀分散在液相中。（2）微生物生长环境：固态发酵中微生物附着在固体基质表面生长，氧气传递效率高，浓度梯度明显，适合好氧微生物和多菌种混合发酵；液态发酵中微生物均匀分散在液相中，氧气传递需依赖搅拌和通风实现，溶氧控制难度大，更适合纯种发酵。（3）参数控制难度：固态发酵的温度、pH、水分等参数在物料中分布不均匀，在线检测难度大，过程控制精度低；液态发酵的参数在液相中均匀分布，易实现在线检测和自动化控制，发酵过程稳定性高。（4）产物特征：固态发酵底物浓度高，产物浓度也较高，后续提取工艺简单、成本低；液态发酵底物被水分稀释，产物浓度低，后续需经过浓缩等工序，提取成本高。（5）生产属性：固态发酵设备投资小、能耗低、废水排放量少，但发酵周期长、生产效率低，适合小规模生产；液态发酵设备投资大、能耗高、废水排放量大，但发酵周期短、自动化程度高，适合大规模标准化生产。应用场景方面：固态发酵主要应用于依赖多菌种代谢、风味要求高的传统发酵食品生产，如固态法白酒、酱油制曲、腐乳、豆豉、固态食醋、纳豆等，这类产品需要多菌株协同代谢生成复杂风味物质，固态发酵的环境更适配微生物生长，产品风味更饱满。液态发酵主要应用于大规模标准化工业发酵产品的生产，如味精、柠檬酸、液态法白酒、啤酒、酸奶、食用酒精、酶制剂等，这类产品产量需求大、质量标准统一，液态发酵的高自动化、高生产效率可满足供应需求。近年来随着智能化固态发酵设备的推广，固态发酵也逐渐应用于功能性多糖、益生菌制剂等高附加值产品的生产，结合了固态发酵产物浓度高、提取成本低的优势。2.论述谷氨酸发酵的代谢调控机制及生产过程中的关键控制要点。答：谷氨酸是全球产量最大的氨基酸发酵产品，其代谢调控机制是基于谷氨酸棒状杆菌的代谢网络定向改造实现的，核心调控点包括3个：（1）阻断支路代谢：通过诱变育种敲除谷氨酸棒状杆菌的α-酮戊二酸脱氢酶编码基因，使得三羧酸循环运行至α-酮戊二酸节点