华农2012《食品发酵工艺原理》复习题答案

名词解释：工业发酵的含义对工业微生物而言，利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来获得微生物菌体或代谢产物的过程。如厌氧培养的生产过程，酒精，乳酸等。通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基、酶制剂等。{发酵可以定义为：通过生物细胞（微生物、动植物细胞）的生长繁殖和代谢活动，产生和积累人们所需要的产品的生物反应过程统称为发酵。}发酵工程的含义给微生物提供适宜的生长条件，利用微生物的某种特定功能，通过现代化的技术手生产出人类所需要的产品的工程。发酵机制发酵机制（或微生物发酵的机理）：特定的微生物通过O代谢活动，利用基质合成人们所需的产物的内在规律。巴斯德效应酵母在厌氧的条件下，能分解葡萄糖产生酒精，并且消耗葡萄糖的速度很快；而在好氧条件下，酵母的发酵能力降低，酒精产量大为降低，葡萄糖消耗速度也会减慢，这种抑制发酵的现象称为巴斯德效应。次级代谢与初级代谢按照产物与微生物生长繁殖的关系分：初级代谢产物与次级代谢产物。为微生物提供生物合成的能量、中间体物质以及从中间体合成细胞物质（蛋白质、核酸、有机酸、脂类、多糖等高分子化合物）这类代谢称初级代谢。例如：EMP途径、三羧酸循环、氨基酸、ATP等的合成酒精、乳酸、柠檬酸、氨基酸等是微生物在一定的生长期里（通常是生长期的后期或稳定生长期里），合成一些对微生物本身没有明显作用的物质，或是在外界环境胁迫下合成的一类有利于其生存的代谢活动，称为次级代谢。次级代谢产物次级代谢产物是指由微生物产生的，与微生物生长、繁殖无关的一类物质。如抗生素、色素、维生素、酶制剂、甾体、激素等。自发突变与诱发突变在自然状况下发生的突变称自然突变或自发突变。微生物在自然条件下发生自发突变，频率为10-8~10-5。自然选育自然选育：生产中根据菌种自突变的特点进行菌种筛选的过程（定期传代复壮，无人工诱变），通过分离、筛选，排除劣质性状的菌株，选择维持具有原来生产水平或具有更优良性能的高产菌株。通过自然选育可以达到纯化与复壮菌种、防止菌种化的目的。诱变育种用各种物理、化学的因素人工诱微生物突变，提高突变频率，从变异的细胞中筛选出具有所需生产性状的菌株，称为诱变育种。营养缺陷型营养缺陷型菌株指某一菌株丧失了合成某种营养物质的能力，是微生物经诱变剂处理后产生的一种生化突变体。由于基因突变，它失去了合成某种物质（氨基酸、维生素或核苷酸碱基的能力，在基本培养基上不能生长，在培养基中若不外加这种营养成分就不能正常生长的变异菌株。在营养缺陷型突变株中，生物合成途径中的某一步发生了酶的缺陷，合成反应不能完成，某段产物不能累积，因此末端产物的反馈调节被解除。缺陷型表为“X–”发酵培养基人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。C/N比生长因子凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入含义后却能提高产量的添加剂。消毒与灭菌消毒(disinfection)：用物理或化学方法杀死物料、容器器具内外病原微生物，而对被消毒的物体基本无害的措施。一般只能杀死营养细胞，例如巴氏消毒法（60℃，30min）。灭菌(sterilization)：用物理或化学方法杀死或除去物料、空气容器等环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。关系：消毒不一定达到灭菌的要求，而灭菌可以达到消毒的目的。过滤介质除菌采用适当的过滤介质对热敏性的液体或气体进行过滤，去除微生物的方法。致死温度实消分批灭菌也叫间歇灭菌或实罐灭菌、实消。培养基的间歇灭菌就是将配制好的培养基放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程，也称为实罐灭菌，或实消。空消发酵附属设备灭菌，又称空消种子的扩大培养种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养，最终获得一定数量和质量的纯种过程，这些纯种培养物称为种子。种子扩培的目的：1、接种量的需要2、菌种的活化、驯化3、缩短发酵时间、保证生产水平种子制备的过程大致可分为：1、实验室种子制备阶段2、生产车间种子制备阶段接种量*是指移的种子液体积与接种后培养液总体积的比例。取决于生产菌种在酵罐中生长繁殖的速率和产品生产的工艺要求，通过实验确定。种龄是指种子罐中培养的菌体开始移下一级种子罐或酵罐时的培养时间。菌体比生长速率菌体比生长速率（specificgrowthrate)，是单位质量菌体在单位时间内的增量g/(g·h),即菌体的生长速率除以菌体的浓度，单位为h-1基质比消耗速率单位质量菌体在单位时间内消耗基质的量称为基质的消耗比速率，它表示细胞对营养物质利用的速率或效率。产物比生产速率每克菌体在单位时间（1h）内培养液中产物浓度的变化量，它表示微生物细胞合成产物的速度或效率产物与生长偶联型生长偶联产物生成——菌体生长、碳源利用和产物形成几乎在相同时间出现高峰。产物形成直接与碳源利用有关产物与生长非偶联型生长与产物生成部分偶联——在生长开始后并无产物生成，在生长继续进行到某一阶段才有产物生成。产物形成间接与碳源利用有关。部分偶联型非生长偶联产物生成——在生长停止后才有产物生成。产物形成与碳源利用无准量关系。分批发酵分批（发酵）培养（batchculture）：指在一个密闭系统内一次性投入有限数量营养物，接入微生物进行培养只完成一个生长周期的方法。Fin=Fout=0（无培养基进出）如在好氧发酵过程中，需要不断通入无菌空气并加入酸碱以调节发酵液的pH值，除此以外，与外界没有其它的物料交换。连续发酵指在一开放系统中，以一定的速度向发酵罐内连续供给新鲜培养基，同时以相同速度将含有微生物和产物的培养液从发酵罐内放出，从而使发酵罐内液体量维持恒定，使培养物在近似恒定状态下生长和进行代谢活动的方法。Fin=Fout＞0补料分批发酵指在分批发酵中间歇地或连续地补（流）新鲜培养基的方法。Fin≠0（Fout＝0，Fout≠0）发酵热发酵热就是发酵过程中所产生的净热量生物热在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物质，将其分解氧化产生能量，一部分用于合成高能化合物（如ATP）提供细胞代谢产物合成需的能量，另一部分以热的形式散发，这散发出来的热就叫生物热。溶解氧呼吸强度QQ2mmolO2/g.h，也称氧的比消耗速率氧的消耗速率也称微生物摄氧率——rmmolO2/g.h。XQO2r(其中，X=X0*eut，X—每ml发酵培养液中的菌体质量浓度g/L)临界氧浓度临界氧浓度CCr：各种微生物对发酵液中溶氧浓度的最低要求。对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度。KLa以浓度差为推动力溶解氧的传质总系数染菌时间污染时间是指无菌检测方法确定的污染时间，不是杂菌窜入培养的时间。染菌率总染菌率：指一年内发酵染菌的批次与总投料批次数之比的分率：[发酵染菌批（次）数/总投料批（次）数]*100%简答题或问答题：1、简述自然发酵产特点及其例子2、常见的厌氧和耗氧发酵产物种类厌氧发酵：酒精、乳酸、丙酮与丁醇等好氧发酵：柠檬酸、谷氨酸、抗生素等3、酵母的酒精发酵机制是什么？巴斯德效应及其机理是什么？在酵母体内，葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸，在无氧条件下，由丙酮酸脱羧酶催化，丙酮酸脱羧生成乙醛。生成的乙醛作为受氢体，被NADH+H还原为乙醇巴斯德效应及其机理：酵母在厌氧的条件下，能分解葡萄糖产生酒精，并且消耗葡萄糖的速度很快；而在好氧条件下，酵母的发酵能力降低，酒精产量大为降低，葡萄糖消耗速度也会减慢，这种抑制发酵的现象称为巴斯德效应。其机理是因为糖酵解过程(EMP）的受末端产物ATP的反馈控制，即有氧时，由于酵解产生的和丙酮酸进入线粒体而产生大量ATP，控制酵解途径关键酶磷酸果糖激酶的活性，葡萄糖进入途径减少，葡萄糖消耗速率降低。4、简述亚硫酸盐和碱法甘油发酵机制在发酵液中加入3，乙醛与其起加成反应，生成难容的结晶状亚硫酸钠加成物，使乙醛不能作为受氢体。5、了解常见发酵产的工业微生物菌种类型，如高温淀粉酶采用地衣芽孢杆菌，谷氨酸采用棒杆菌或黄色短杆菌糖化酶采用黑曲霉菌株，许多抗生素采用放线菌来生产等等6、简述柠檬酸的发酵机制1、黑曲霉等微生物具有组成型的丙酮酸羧化酶源源不断提供草酰乙酸。2、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA和丙酮酸固定CO2反应平衡，及柠檬酸合成酶不被调节抑制，增强了合成柠檬酸的能力。3、在控制Fe++含量的情况下，顺乌头酸酶活性低,从而使柠檬酸积累。4、由于锰的缺乏，抑制了蛋白质的合成，而导致细胞内的NH4+浓度升高，促进了途径的畅通。5、柠檬酸积累增加,降低，在低条件下，顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活，从而进一步促进了柠檬酸自身的积累。7、简述谷氨酸发酵过程中改变细胞膜通透性的措施及意义代谢产物的细胞渗透性是氨基酸发酵的重要因素。∴细胞膜的渗透性好，有利于代谢产物分泌出来，避免了端产物的反馈调节，有利于提高发酵产量。影响谷氨酸产生菌细胞膜通透性的物质：（1）生物素、油酸、表面活性剂。其作用是引起细胞膜的脂肪成分的改变，尤其是改变油酸的含量，从而改变细胞膜通透性（2）青霉素：抑制细胞壁的合成，由于细胞膜失去细胞壁的保护，细胞膜受到物理损伤，从而使渗透性增强。8、简述工业发酵对菌种的要求1、发酵工业对优良微生物菌种的要求1）并能高产和稳产所需的代谢产物；2）2）能在价原料制成的培养基上迅速生长；3）3）副产物尽量少，便于提纯，以保证产品纯度。4）4）菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。5）5）生产菌株安全，不是病源菌、不产毒素、对环境无害；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。9、什么叫自然选育？自然选育在艺生产中的意义？根据自然变异从自然界或生产中选择符合生产要求的菌种。回复突变：高产菌株在传代的过程中，由于自然突变导致高产性状的丢失，生产性能下降，这种情况我们称为回复突变。自然选育虽然突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施。10、什么是诱变育种？常用的诱变剂有哪些？用各种物理、化学的因素人工诱微生物突变，提高突变频率，从变异的细胞中筛选出具有所需生产性状的菌株，称为诱变育种。物理诱变剂：紫外线、X射线、y射线，快中子；物理因素中目前使用得最方便而且十分有效的是紫外线。许多高产菌株的选育都用过紫外线，对于一般实验室、中小型工厂都适用，也很安全。其他的几种射线都是电离性质的，有一定的穿透力，一般都由专业人员在专门的设备中使用，否则有一定危险性。化学诱变剂：如碱基类似物、5氟尿嘧啶、烷化剂等，使用最多、最有效的是烷化剂。优缺点：1、大多数情况下，要比电离辐射更有效。2、化学诱变剂经济、简单。3、大部分诱变剂是致癌剂，必须非常谨慎，要避免化学诱变剂与皮肤接触，且切勿吸入其蒸气，有人对某些诱变剂极其敏感。11、简述诱变育种的基本流程（1）出发菌株的选择*诱变目的是提高代谢产物或中间产物的产量、质量，或改变原有代谢途径，产生新的代谢产物（代谢控制育种）等，因此出发菌株的选择直接关系到诱变效果。出发菌株应具备一定的生产能力或某种优良特性的菌株，其遗以下传性状应该是纯的，较高产，遗传性状稳定，对诱变剂敏感。以下几类菌株常用作出发菌株：*自然界新分离的野生型菌株，对诱变处理较敏感，容易发生正突变；*经历生产条件考验的菌株，有一定的生产性状，对生产环境有较好的适应性；*经历多次诱变处理的菌株（2）单细胞或单孢子悬浮液的制备*取处于对数生长期的菌体，且尽可能处于同步生长状态的微生物细胞，芽孢细菌采用芽孢制备悬液，放线菌和霉菌采用其孢子。要尽量选择单倍体细胞、单核或核少的多细胞体来作出诱变细胞。目的：分散的每个细胞与诱变剂机会均等充分接触；菌悬液用生理盐水或缓冲液稀释：真菌孢子和酵母细胞悬浮液的浓度为106~1010CFU/ml；放线菌或细菌108CFU/ml。（3）诱变剂的选择：单一诱变剂两种以上的诱变剂（4）诱变剂处理：*预先做诱变剂用量对菌体死亡数量的致死曲线，选择合适的处理剂量。一般以致死