食品发酵工艺学复习提纲

1《食品发酵与酿造工艺学》复习提纲第一章绪论1.在发酵与酿造历史上作出突出贡献的科学家有哪些？他们的贡献分别是什么？列文虎克成功制造了世界上第一台显微镜，并在人类历史上第一次通过显微镜发现了单细胞生命体-----微生物。巴斯德发明了巴斯德灭菌法。1861年，巴斯德实验，结束了绵延100多年的争论，把自然发生论赶出了科学界。1865年，巴斯德受农业部长的重托，解决了法国南部蚕业上遇到的疾病使蚕大量死亡的难题。发明了狂犬病疫苗，他还指出这种病原物是某种可以通过细菌滤器的“过滤性的超微生物”。科赫1881年后，创用了固体培养基划线分离纯种法。建立了单种微生物的分离和纯培养技术。1882年3月24日科赫在德国柏林生理学会上宣布了结核菌是结核病的病原菌。单种微生物分离和纯培养技术的建立，是食品发酵与酿造技术的第一个转折点。20世纪40年代，好气性发酵工程技术成为发酵与酿造技术发展的第二个转折点。人工诱变育种技术和代谢调控发酵工程技术成为发酵与酿造技术发展的第三个转折点。20世纪70年代发展起来的DNA重组技术，又大大推动了发酵与酿造技术的发展。2.与化学工业相比，发酵和酿造工业具有什么特点？与化学工业相比，发酵与酿造工业的特点：安全、简单；原料广泛；反应专一；代谢多样；易受污染；菌种选育3.发酵技术的两个核心分别是什么？生物催化剂、生物反应系统4.发酵和酿造的概念分别是什么？两者有何区别？试分别举出几个发酵和酿造的例子。发酵：泛指利用微生物制造工业原料和工业产品的过程。通常所说的发酵指生物或离体的酶，不彻底地分解代谢有机物，并释放出能量的过程。酿造：是我国劳动人民对一些特定产品进行发酵生产的一种称谓，通常把成分复杂、风味要求较高，诸如黄酒、白酒、啤酒、葡萄酒等酒类以及酱油、酱、食醋、腐乳、豆豉、酱腌菜等食佐餐调味品的生产称谓酿造。5.酿造与发酵的区别：利用生物体或生物体长生的酶进行的化学反应。第二章菌种选育、保藏与复壮1.名词：诱变育种、诱变剂、原生质体融合诱变育种：人为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。诱变剂：用来处理微生物并能提高生物体突变频率的这些物理或化学因素成为诱变因素，又称诱变剂。诱变剂有物理诱变因子（紫外线、Ｘ射线）、化学诱变因子（亚硝基胍、亚硝酸、亚硝基甲基胍）生物诱变因子（噬菌体）2.微生物菌种选育的方法主要有哪些？菌种选育的方法有：自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程。3.紫外线诱变育种的作用机理是什么？紫外线照射后引起的ＤＮＡ结构改变，ＤＮＡ强烈吸收紫外线，特别是碱基对，而嘧啶比嘌呤对紫外线更为敏感。紫外线引起ＤＮＡ结构变化，是胞嘧啶和尿嘧啶的水合作用以及二聚体形成。4.菌种保藏与复壮的意义是什么？常用的菌种保藏方法有哪些？2在一定时间内使菌种不死、不变、不乱，以供研究、生产、交换之用。（一）低温保藏法（二）低温定期移植法（三）石蜡油低温保藏法（四）干燥保藏沙土管法、滤纸保藏法、大小米保藏法（五）甘油管保藏法（六）真空冷冻干燥法（七）液氮超低温保存第三章微生物的代谢调控理论及其在食品发酵与酿造中的应用1.名词：同功酶、别构酶、多功能酶、葡萄糖效应、操纵子、反馈抑制、反馈阻遏、协同反馈抑制、合作反馈抑制、积累反馈抑制、顺序反馈抑制、能荷调节、巴斯德效应。1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，它们虽同存于一个个体或同一组织中，但在生理、免疫和理化特性上却存在着差别。2别构酶：具有别构作用（或变构作用）的酶。其分子有活性中心和别构中心，往往是具有四级结构的多亚基的寡聚酶。3多功能酶：分子组成只有一条多肽链，但具有两种或两种以上催化活力的酶。一个终产物的过量，在使共同途径第一步反应受到部分抑制的同时，分支途径第一步反应也受到抑制，使代谢沿着其他分支进行。因此，一个产物的过量不致干扰其他产物的生成。4葡萄糖效应（glucoseeffect）：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。5操纵子：是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由调节基因（R）、启动子（P）、操纵基因（O）和在功能上相关的几个结构基因(S)组成6反馈抑制：某代谢途径的末端产物（即终产物）过量时，这个产物可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性，促使整个反应过程减慢或停止，从而避免了末端产物的过多累积。7反馈阻遏：是指抑制酶的形成是由途径终点产物或其衍生物执行的。即当代谢的，它就会终产物大量存在并达到一定浓度时，它就会同细胞中早已存在的阻遏物结合起来共同发挥作用。8协同反馈抑制：指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。9合作反馈抑制：指两种末端产物同时存在时，可以起着比一种末端产物大得多的反馈抑制作用。10累积反馈抑制：每一分支途径的末端产物按一定百分率单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时，它们的抑制作用是累积的。11顺序反馈抑制：当E过多时，可抑制C→D，这时由于C的浓度过大而促使反应向F、G方向进行，结果又造成了另一末端产物G浓度的增高。由于G过多就抑制了C→F，结果造成C的浓度进一步增高。C过多又对A→B间的酶发生抑制，从而达到了反馈抑制的效果。这种通过逐步有顺序的方式达到的调节，称为顺序反馈抑制。12能荷的调节（P65）：当细胞中腺苷酸全部是ATP，能荷为1；当细胞中腺苷酸全部是ADP，能荷为0.5；当细胞中腺苷酸全部是AMP，能荷为0。当细胞或线粒体中三种核苷酸同时并存时，能荷大小随三者比例而异，三者的比例随细胞生理状态而变化。能荷在细胞不同生长时期的变化另外一个度量细胞能量状态的参数是磷酸化位。磷酸化位3=[ATP]/[ADP][Pi]磷酸化位除了腺苷酸外，还决定于无机磷浓度。磷酸化位与能荷相比，其值变化范围更宽，因此是反映细胞能量状态更加灵敏的指标。13巴斯德效应：氧的存在可以使酵母菌细胞进行呼吸作用而乙醇的产量显著下降，即单位时间内消耗速度减慢。这种呼吸（需氧能量过程）抑制发酵（厌氧能量代谢过程）的现象。2.结合操纵子模型说明酶诱导合成的调控过程。操纵子是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由调节基因（R）、启动子（P）、操纵基因（O）和在功能上相关的几个结构基因(S)组成；调节基因:用于编码调节蛋白的基因。启动基因:是一种能被依赖于DNA的RNA聚合酶所识别的碱基顺序，它既是RNA多聚酶的结合部位，也是转录的起始点；操纵基因是位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，能与阻遏物（一种调节蛋白）相结合，以此来决定结构基因的转录是否能进行；结构基因则是决定某一多肽的DNA模板，可根据其上的碱基顺序转录出对应的mRNA，然后再可通过核糖体而转译出相应的酶。一个操纵子的转录，就合成了一个mRNA分子。3.微生物代谢调控的方式主要有哪些？1）调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力---通道调节；（2）调节代谢流---通量调节；（3）通过酶的定位以限制它与相应底物的接近---限制其基质有形接近。4.用能荷调节理论解释巴斯德效应。5.结合实例说明控制细胞膜渗透性的方法。微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高度选择性。细胞内的代谢产物常常以很高的浓度累积着，并自然地通过反馈阻遏限制了它们的进一步合成。采取生理学或遗传学方法，可以改变细胞膜的透性，使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外。这种解除末端产物反馈抑制作用的菌株，可以提高发酵产物的产量。例：谷氨酸发酵过程中，可通过①控制生物素、油酸、甘油的亚适量，控制细胞膜的合成；②加入青霉素,抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联；③加入表面活性剂如吐温80或阳离子表面活性剂(如聚氧化乙酰硬脂酰胺),将脂类从细胞壁中溶解出来,使细胞壁疏松,通透性增加。第四章发酵与酿造工程学基础及主要设备41.名词：发酵热、接种量、种龄、碳氮比发酵热：习惯上将发酵过程中释放出的净热量成为发酵热，包括生物热、搅拌热、蒸发热和辐射热。接种龄：指摇瓶或种子罐中培养的菌种开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。接种量：指接入的种子液的体积和接种后培养基的体积比。多以百分数表示，如：接种量为1%(v/v)。碳氮比：指培养基中碳源所含的碳元素与氮源所含的氮元素的质量比。2.影响发酵过程pH变化的因素主要有哪些？简述生产当中调节和控制pH的方法。（一）pH对发酵过程的影响：影响酶的活性、影响微生物细胞膜所带电荷、影响培养基中某些营养物质和中间代谢产物的离解。（二）影响发酵过程pH变化的因素：引起发酵液pH下降的因素：1、培养基中碳氮比不当，碳源过多2、消泡油加得过多3、生理酸性物质（铵盐）过多，氨被利用。引起发酵液pH升高的因素：1、培养基中碳氮比不当，氮源过多，氨基酸释放；2、生理碱性物质（如硝酸盐）过多；3中间补料时氨水或尿素等碱性物质加入的量过多。（三）发酵过程pH的控制：1.调节培养基的原始pH值，或加入缓冲液制成缓冲能力强的培养基；2.选用不同代谢速度碳源和氮源构成适当比例配制培养基；3.在发酵过程中加入弱酸或弱碱进行pH调节，也可通过调节通风量来调节pH。3.简述发酵过程中消除泡沫的方法，常用的化学消泡剂主要有哪几类？泡沫的消除：物理消泡法、机械消泡法、化学消泡法：常用的化学消泡剂有四类（天然油脂类、聚醚类、醇类、硅酮类4.按照发酵罐的设备特点可以把发酵罐分为哪几类？通风式发酵罐、自吸式发酵罐和液提式发酵罐各有何结构特点？自吸式发酵罐：①有一个特殊的搅拌器，搅拌器由转子和定子组成；②没有通气管。液提式发酵罐：是液体借助于一个液体泵进行输送，同时气体在液体的喷嘴处被吸入发酵罐。喷嘴是这类发酵罐的一个特殊部件，制造要求精密。5第五章酒精发酵与酿酒名词：白酒、啤酒的度、白酒的度、糖化、糖化剂白酒定义:是用谷物、薯类或糖分等为原料，经糖化发酵、蒸馏、陈酿和勾兑制成的酒精浓度大于20%（V/v）的一种蒸馏酒。啤酒的度指啤酒中原麦芽汁的质量百分比。白酒的度指乙醇的体积与白酒体积的百分比。糖化：用淀粉质原料生产酒精时，在进行乙醇发酵之前，一定要先将淀粉全部或部分转化成葡萄糖等可发酵性糖，这种淀粉转化为糖的过程称为糖化，所用催化剂称为糖化剂。1.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2.我国发酵法生产酒精的现状如何?有哪些新的进展？3.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是：大麦、水、酵母、酒花。啤酒发酵工艺：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4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？啤酒花，简称：酒花使用的主要目的是利用其苦味，香味，防腐力和澄清麦汁的能力。酒花的主要成分有：α-酸、β-酸及酒花油和多酚物质、果胶、蛋白质等。由于酒花的作用，使啤酒带有很明显的酒花香味和酒花苦味，但是这种苦味，苦而不长。第六章氨基酸与核酸发酵1.谷氨酸发酵时淀粉原料的水解方法有哪几种？酸解法、酶解法、酸酶法和酶酸法。2.谷氨酸的生物合成方式主要有哪两种？（1）转氨基作用（2）还原氨基化作用3.谷氨酸发酵所涉及的生化途径有哪些？它们分别在谷氨酸发酵过程中发挥什么作用？（1）糖酵解途径：葡萄糖降解为丙酮酸，丙酮酸进入三羧酸循环。（2）（HMP）磷酸己糖途径：生成的NADPH+H+是还原氨基化反应必须的供氢体。（3）（TCA）三羧酸途径：提供谷氨酸的前体物质α-酮戊二酸。（4）CO2固定反应：在苹果酸酶和丙酮酸羧化酶作用下分别生成丙酮酸和草酰乙酸，6前者氧化为草酰乙酸，使草酰乙酸得到补充。（5）乙醛酸途径：通过异柠檬酸裂解酶作用补充琥珀酸，维持菌体生长需要。（6）还原氨基化作用：α-酮戊二酸经还原氨基化作用生成谷氨酸。4.在谷氨酸发酵过程中，应如何控制发酵条件，才能达到高产的目的？1.发酵培养基（1）碳源：糖类、脂肪、醇类、烃类（2）氮