食品生物技术(复习专用)

一、名词解释1、基因：是具有遗传效应的DNA片段。2、质粒：质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子。3、限制酶：是可以识别特定的核苷酸序列，并在每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键进行切割的一类酶4、基因工程：又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。5、酶工程：是指工业上有目的的设置一定的反应器和反应条件，利用酶的催化功能，在一定条件下催化化学反应，生产人类需要的产品或服务于其它目的的一门应用技术。6、末端转移酶：是一种无需模板的DNA聚合酶，催化脱氧核苷酸结合到DNA分子的3'羟基端。7、葡萄糖淀粉酶：又称糖化酶。它能把淀粉从非还原性未端水解a-1.4葡萄糖苷键产生葡萄糖，也能缓慢水解a-1.6葡萄糖苷键，转化为葡萄糖。同时也能水解糊精，糖原的非还原末端释放β-D-葡萄糖。8、相对酶活力：具有相同酶蛋白量的固定化酶与游离酶活力的比值称为相对酶活力。9、α-淀粉酶：可以水解淀粉内部的α-1,4-糖苷键，水解产物为糊精、低聚糖和单糖，酶作用后可使糊化淀粉的黏度迅速降低，变成液化淀粉，故又称为液化淀粉酶、液化酶、α-1,4-糊精酶。10、甲基化酶：作为限制与修饰系统中的一员，用于保护宿主DNA不被相应的限制酶所切割。11、葡萄糖异构酶：也称木糖异构酶，能将D-葡萄糖、D-木糖、D-核糖等醛糖可逆地转化为相应的酮糖。12、发酵工程：是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。13、补料分批发酵：又称“流加发酵”，是指在微生物分批发酵过程中，以某种方式向发酵系统中补加一定物料，但并不连续地向外放出发酵液的发酵技术，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术。14、分批发酵：分批发酵又称为分批培养，是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。15、初级代谢产物：初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。16、次级代谢产物：指生物生长到一定阶段后通过次级代谢合成的分子结构十分复杂、对该生物无明显生理功能，或并非是该生物生长和繁殖所必需的小分子物质，如抗生素、毒素、激素、色素等。17、一级种子：采用茄子瓶孢子、营养体或摇瓶种子接入体积较小的种子罐培养得到的种子。18、诱变育种：在人为的条件下，利用物理、化学等因素，诱发生物体产生突变，从中选择，培育成动植物和微生物的新品种。19、分子育种：将分子生物学技术应用于育种中，在分子水平上进行育种。通常包括：分子标记辅助育种和遗传修饰育种（转基因育种）。二、简答题1、举例说明生物技术在食品中的应用（6种以上）1.利用基因工程改造食品微生物。如面包酵母菌，啤酒酵母。2.利用基因工程改善食品原料的品质。如提高植物性食品氨基酸产量3.利用基因工程改进食品生产工艺。如改善牛乳加工特性。4.利用基因工程生产食品添加剂及功能性食品。如生产木糖醇，生产氨基酸5.利用基因工程进行食品包装和食品检测。如利用PCR技术检测是否为转基因食品。6.利用生物技术处理食品工业废水。2、基因工程的三大理论和三大技术基础？三大理论基础：（1）Avery等的肺炎球菌转化试验证明了生物的遗传物质是DNA；（2）Watson和Crick发现了DNA分子双螺旋结构及DNA半保留复制机理；（3）Crick确立了遗传中心法则，即生物体中遗传信息是按DNA→RNA→蛋白质方向进行传递。三大技术基础：（1）如何从生物体庞大的双链DNA分子中将所需要的基因片段切割下来（限制酶）；（2）如何将获得的基因片段进行连接（DNA连接酶）；（3）如何将切割下来的基因片段进行繁殖扩增（基因载体）。3、常用目的基因制备的方法及原理？（1）目的基因的直接分离法。A.限制性内切酶酶切法。B.物理化学法。C.逆转录获取法。（2）基因文库筛选法。A.鸟枪法B.基因组文库法C.cDNA文库法（3）聚合酶链式反应法（PCR）。（4）基因的化学合成法。4、多聚酶链式反应的基本原理？过程有哪些？基本原理：（1）在模板DNA、引物和4种脱氧核糖核苷酸存在的条件下，利用DNA聚合酶催化合成反应，体外扩增特异DNA片段。（2）能够指导特定DNA序列的合成。（3）使特定DNA区段得到了迅速大量的扩增。反应过程：（1）变性。通过加热至一定温度使双链DNA两链间的氢键断裂，DNA双链离解形成两条DNA单链。（2）复性（退火）。当反应体系温度突然降低时，由于模板DNA分子的结构比引物DNA分子复杂得多，而且在反应体系中引物的量大大多于模板，因此引物和与其互补的模板配对形成局部杂交双链，而变性后离解形成的两条模板DNA单链之间互补配对的机会则较少。（3）延伸。在4种脱氧核糖核苷三磷酸底物、Mg2+等存在的条件下，TaqDNA聚合酶以模板－引物杂交体分别为模板和引物催化DNA链沿5’→3’方向合成延伸。每个循环的扩增产物作为下一循环的模板。5、酶的生产方法有哪些？各有哪些利弊？提取法、发酵法、化学合成法。常用的是微生物发酵法。6、酶提取和分离纯化的方法有哪些？（一）根据酶分子溶解度不同的方法（1）盐析沉淀法（2）等电点沉淀法（3）有机溶剂沉淀法（二）根据酶分子大小和形状不同的方法（1）离心分离法（2）体积排阻法（3）超滤（三）根据酶分子电荷性质的方法（1）离子交换层析；(2)等电聚焦电泳（四）根据酶分子专一性结合的分离方法（1）亲和层析7、酶的分离纯化应注意的问题有哪些？根据溶解度变化的纯化方法较适宜于早期纯化阶段，规模较大；而柱层析法或电泳分离更适宜于后期的纯化过程，规模较小。某些价格昂贵的层析介质方法，只适用于纯化过程的最后几步。8、酶的固定化方法有哪些？a.吸附法（1）物理吸附法；（2）离子吸附法；b.化学结合法（1）共价结合法；（2）共价交联法；c.包埋法（1）凝胶网格型；（2）微囊型。8、固定化酶的性质和评价指标有哪些？（一）固定化酶的性质酶活力变化、酶稳定性变化、最适pH变化、最适温度变化、酶作用的专一性、动力学常数变化。（二）固定化酶的评价指标相对酶活力、酶活力回收率、半衰期。9、配置和选择培养基应注意什么问题？培养基的配制原则：（1）根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基（2）合适的碳氮比(3)合适的pH值(4）合适的渗透压（5）合适的氧化还原电位10、工业培养基有哪些类型？按组成物质的成分可分为：合成培养基和天然培养基。按状态分可分为：固体培养基、半固体培养基、液体培养基。按用途可分为：斜面培养基、种子培养基、发酵培养基。4、组成工业培养基的主要成分有哪些？（1）碳源：目前使用最广的碳源是淀粉，主要来自玉米、谷物、木薯等，还可以用经水解得到的各种淀粉糖，如葡萄糖、麦芽糖等。使用最多的是葡萄糖，另外还有蔗糖、乳糖等。用于疫苗、一些基因工程产品生产的培养基，通常采用牛血清蛋白、牛肉汁、酵母粉等作为碳源。（2）氮源：氨水、硫酸铵、硝酸铵等为无机氮源；黄豆粉、花生粉、酵母粉、鱼粉等都是有机氮源。一般来说，有机氮源更有利于微生物的生长。（3）无机盐：磷酸盐、硫酸镁。（4）特殊生长因子：一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类等。（5）前体物质及促进剂：前体物质是某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物结合到产物分子中；促进剂和抑制剂是在发酵过程中，加入某些对发酵起促进或抑制作用的物质。如表面活性剂、EDTA、大豆油提取物、黄血盐、甲醇等。（6）水：天然水含有不同类型和不同量的矿物质，具有一定的硬度和碱度，水的质量对微生物的生长和发酵产物的形成有一定影响。如一些著名的酿酒厂附近都有优质的水源。5、食品发酵工业对微生物菌种的一般要求是什么？（1）纯度高、稳定：生产菌种纯度高，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。（2）易培养：菌种可以在要求不高，易于控制的培养条件下（糖浓度、温度、pH值、溶解氧和渗透压等）迅速生长和发酵。（3）周期短：菌株生长速度和产物生成速度应较快，发酵周期较短。（4）来源广泛：菌种能在廉价原料制成的培养基上迅速生长和繁殖，并且生成所需的代谢产物产量要高。（5）产物单一。（6）不易被感染：选择一些不易被噬菌体感染的菌株。（7）非病源菌：不产生任何有害的生物活性物质（包括激素和毒素等），以保证安全。三、论述题（2题，每题15分）1、请说出果葡糖浆生产中常用的糖酶及其作用特点。果葡糖浆的生产：以淀粉为原料，通过α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶水解形成葡萄糖，再利用葡萄糖异构酶的异构化反应，制成一种含有果糖与葡萄糖的混合糖浆；（1）α-淀粉酶：淀粉内切酶，能随机水解直链或支链淀粉分子α-1,4糖苷键生成不同长度的寡糖，最终产物为α-极限糊精和少量的葡萄糖及麦芽糖;（2）葡萄糖淀粉酶：糖化酶，主要催化淀粉和寡糖的α-1,4糖苷键水解，从分子的非还原性末端释放出β-葡萄糖分子。此酶还可缓慢水解α-1,6糖苷键和α-1,3糖苷键，水解后生成DE为97～98，葡萄糖含量为95%～97%(w／w)的葡萄糖浆；（3）葡萄糖异构酶：也称木糖异构酶，能将D-葡萄糖、D-木糖、D-核糖等醛糖可逆地转化为相应的酮糖。2、综述一种基因工程技术在酶制剂工业中的应用。凝乳酶是第一个应用基因工程技术把小牛胃中的凝乳酶基因转移至细菌生产的一种酶。重组DNA技术生产小牛凝乳酶，首先从小牛胃中分离出对凝乳酶原专一的mRNA，然后借助反转录酶、DNA聚合酶和S1核苷酸酶的作用获得编码该酶原的双链DNA。再以质粒或噬菌体为运载体导入大肠杆菌。目前，采用基因工程技术将凝乳酶基因导入到大肠杆菌、啤酒酵母、乳酸克鲁维酵母等微生物细胞中并使之表达来生产凝乳酶已取得较好的效果。近20年来用基因工程菌发酵生产的食品酶制剂主要有：凝乳酶、α－淀粉酶、转化酶、脂肪酶、溶菌酶等。在食品加工过程中，通过添加一些酶类，可以改善产品的色泽、风味和质构。例如，蛋白酶可以改善蛋白质的溶解性；转谷氨酰胺酶可以使蛋白质分子间发生交联，可用于增加大豆蛋白的胶凝性能，使肉制品等添加大豆蛋白后具有更好的品质；用葡萄糖氧化酶可以去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色泽；用脂酶和蛋白酶可加速奶酪的成熟；葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香；木瓜蛋白酶可分解胶原蛋白，用于肉的嫩化。附加题：1、酶的非水相催化中水的作用。水的作用：（1）所谓非水介质并不是绝对无水，其水含量在0.01以下（2）酶活力构象的形成有赖于各种氢键，疏水键等非共价键的相互作用，水分子直接或间接参与氢键和疏水键的形成。（3）酶只有在一定量水存在的条件下才能催化反应，与酶分子紧密结合并维持其催化活力的水分子层称为必须水。2、有机溶剂对酶活性的影响。（1）吸附在酶分子上的水分的影响。（2）对底物和产物的影响。（3）对酶的直接影响。3、基因工程的DNA聚合酶有几类？主要有哪些活性？常用的DNA聚合酶：大肠杆菌DNA聚合酶、T4DNA聚合酶、T7DNA聚合酶、耐热DNA聚合酶和反转录酶等活性：能够把脱氧核苷酸连续地加到双链DNA分子引物链的3’-OH末端，催化核苷酸的聚合作用。DNA聚合酶作用时大多都需要模板，合成产物的序列与模板互补。4、基因工程的大肠杆菌载体有哪些，各有什么特点？（1）质粒载体独立于染色体外而能自我复制的环状双链DNA分子，具有标记基因（2)噬菌体载体菌体颗粒的外壳是蛋白质，内部是线状双链DNA，或环状双链DNA、线状单链DNA、环状单链DNA。可分为溶菌周期和溶源周期两种不同的类型。溶菌周期噬菌体（烈性噬菌体）将其感染的寄主细胞变成噬菌体的“制造厂”，产生大量的子代噬菌体颗粒。溶源生长周期