食品生物技术习题

食品生物技术复习题
一、填充题：
1、食品生物技术的包括食品与基因工程、食品与酶工程、食品与发酵工程、食品与细胞工程、食品与蛋白质工程。

2、基因的本质是具有遗传效应的DNA片段。

3、核酸的基本组成单位是核苷酸。

4、核苷酸的组成一分子（脱氧）核糖、1个磷酸基和1个含氮碱基。

5、三种限制性内切酶Ⅰ型酶、Ⅱ型酶和Ⅲ型酶。

6、核酸酶可分为两类核酸外切酶、核酸内切酶。

7、PCR全称Polymerase Chain Reaction（聚合酶链反应）。

8、按照与酶蛋白结合的紧密程度，可以把辅助因子分为辅酶和辅基。

9、酶的固定化方法有吸附法、包埋法、共价键结合法、交联法。

10、酶的活性中心以内的必需基团包括结合基团、催化基团。

11、按微生物对氧的需求发酵分为厌氧发酵和通风发酵。

（微生物发酵类型：好氧、厌氧和兼性厌氧）
12、按培养基的物理性状发酵分为固态发酵和液体深层发酵。

13、根据操作方式发酵可分为分批发酵、连续发酵和流加发酵。

14、根据细胞是否贴附于支持培养的细胞类型物上生长的特性，体外分为两大类贴附型细胞和悬浮型细胞。

15、动物细胞培养方法分为分批式培养、流加式培养、半连续培养、连续培养。

16、依据培养方式不同植物单细胞培养的方法分为看护培养、平板培养、微室培养。

二、概念题：
食品生物技术(food biotechnology)食品生物技术是指以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料的技术。

食品生物技术主要研究内容包括：一、食品与基因工程；二、食品与酶工程；三、食品与发
酵工程；四、食品与细胞工程；五、食品与蛋白质工程；
基因工程：又称遗传工程，它是在体外将异源DNA（目的基因）与基因载体（质粒、病毒等）重组成复制子并转移至宿主细胞的过程。

（在各部门广泛应用，食品领域已实现食品原料或食品微生物的改良。

）
酶工程：把酶或细胞或经过修饰后直接应用于化学反应的生物催化工程，包括固定化酶、固定化细胞和固定化细胞体系等。

（使玉米淀粉经酶法液化、糖化和葡萄糖异构化，成功地工业化生产高果糖浆。

）
发酵工程：又称微生物工程，是指利用微生物的生长繁殖和代谢活动，并通过现代化工技术，大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术。

（改良面包酵母菌种、通过微生物发酵方法生产凝乳酶。

）
细胞工程：细胞工程是指在细胞水平上的遗传操作，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的技术。

（主要介绍细胞融合技术、动物细胞工程、植物细胞工程和微生物细胞工程及其在食品工业中的应用。

）
蛋白质工程：是指通过生物技术对蛋白质的分子结构或者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获得更合适人类需要的蛋白质产品的技术。

限制性内切核酸酶指一类能识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并在识别序列内或附近特异切割双链DNA的核酸内切酶。

DNA连接酶（DNA ligase）：能催化DNA分子中相邻的3′-OH末端和5′-磷酸基末端间形成磷酸二酯键的酶。

诱导：是酶促分解底物或产物使微生物细胞合成分解代谢途径中有关酶的过程。

诱导酶：微生物通过诱导作用而产生的酶，它是为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的。

（如E.coli在含乳糖的培养基中合成β-半乳糖苷酶和半乳糖苷渗透酶。

）
组成酶：在正常微生物培养条件下，不管有没有诱导物存在，都能“本能”地合成的酶，如参与细胞基本新陈代谢和生长繁殖的各种酶，称为组成酶。

载体（vector）：把一个有用的目的DNA片段通过重组DNA技术,送进受体细胞中去进行繁殖和表达的工具叫载体。

（三种最常用的载体是细菌质粒、噬菌体和动植物病毒。

）
质粒（plasmid）：存在于细菌、放线菌及酵母细胞内细胞质中双螺旋共价闭环的DNA。

目的基因：在基因工程中，按照人们的预先设计获得需要的特异基因，即目的基因。

基因重组：将目的基因（或外源基因）与载体在体外结合构建形成重组子。

酶工程把酶或细胞或经过修饰后直接应用于化学反应的生物催化工程。

酶的固定化：将酶与不溶性载体相结合，使游离酶、细胞或细胞器等的催化活动完全或基本上限制在一定空间内的过程。

固定化酶：经过固定化的，与不溶性载体相结合的酶，容易与溶液中的底物和产物分离，可反复使用。

发酵：微生物在无氧条件下通过分解代谢有机化合物并产生能量的生物氧化过程。

单细胞蛋白（SCP）:单细胞蛋白是指通过培养酵母、细菌、真菌、微藻等单细胞微生物而获得的菌体蛋白质。

细胞融合（cell fusion)：又称细胞杂交，是指在外力（自然或人工）作用下，两个或两个以上的异源（种、属间）细胞或原生质体互相接触，不经过有性过程而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成一个杂合细胞的现象。

三、问答题
1、什么是基因？其本质是什么？DNA的结构和功能？
答：基因是遗传的物质基础，是DNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称。

其本质是具有遗传效应的DNA分子片段。

DNA的结构：
DNA 一级结构指四种核苷酸(dAMP、dCMP、dGMP、dTMP)按照一定的排列顺序，通过磷酸二酯键连接形成的脱氧核苷酸链。

DNA二级结构指两条脱氧核苷酸链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。

DNA的三级结构是指DNA二级结构进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构，也称为超螺旋结构。

DNA分子的功能是：
①贮存决定物种的所有蛋白质和RNA结构的全部遗传信息；
②策划生物有次序地合成细胞和组织组分的时间和空间；
③确定生物生命周期自始至终的活性和确定生物的个性。

2、什么是酶的诱导合成和酶的反馈抑制？有什么实际指导意义？请举例说明。

答：①酶的导合成的本质就是诱导物钝化了阻遏蛋白，使它与操纵基因亲和力降低，解除了阻遏蛋白对操纵基因的抑制，从而促使蛋白质合成。

其实际指导意义：如加入适当的诱导物，可以提高酶合成的产量，同时，也可采用现代生物技术育种，使调节基因发生突变，使其失去产生阻遏蛋白的能力或者使操纵基因发生突变，丧失了与阻遏蛋白结合的能力，从而有利于酶的合成。

例如，链霉菌发酵诱导合成葡萄糖异构酶，就是根据这种机制，加入0.02%木糖或其代用品作为其诱导底物便可使葡萄糖异构酶诱导合成；（诱导酶在环境中存在某种物质的情况下才能合成。

例：大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有当葡萄糖被消耗完毕斤，大肠杆菌才开始利用乳糖。

表明分解乳糖的酶是诱导酶，只在没葡萄糖有乳糖的情况下才能合成的。

这样避免了细胞体内物质和能量的浪费和增强了微生物对环境适应能力。

）
②酶的反馈抑制是阻碍代谢过程中包括关键酶在内的一系列酶的合成的现象，从而更彻底底控制和减少末端产物的合成。

其实际指导意义：在微生物培养和发酵过程中，培养基中的葡萄糖对微生物生长提供了碳源，但又往往能明显地抑制某些酶（主要是分解代谢的诱导酶类）的合成。

例如，葡萄糖能降低芽孢杆菌蛋白酶的合成。

<细胞代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构发生可逆变化（当代谢产物与酶脱离时，酶结构复原，恢复酶活性）。

例：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸过量时就会反馈抑制酶活性。

3、什么是PCR扩增法，其原理、操作步骤、反应过程和意义？
PCR技术是一种用于体外扩增位于两端已知序列之间的DNA区段的分子生物学技术。

PCR原理：
PCR技术的实质为体内DNA复制的体外模拟。

即使双链DNA热变性而分开成为单链DNA，退火后在低温下，两个与模板互补的引物与单链DNA配对结合，再在中温下利用TAG DNA聚合酶的聚合活性和热稳定性进行聚合（延伸）反应。

每经过一次变性、退火和延伸为一个循环，所扩增的特定DNA序列数是按几何指数增长。

PCR技术操作步骤为：
①反复将目的基因片段进行热变性处理，令其双股链解开；
②进行反链杂交、退火、形成单链；
③用Tag DNA聚合酶沿DNA链全程合成出两股双链DNA分子；
④然后开始第二个反应周期。

每个反应周期，特异性目的基因可扩增一倍。

用n代表反应周
期数，则特异性DNA目的基因片段便按2^n指数扩增下去，一直扩增至所需数量为止。

PCR反应过程：
①DNA的变性：DNA双链在加热或碱性条件下，双链的氢键断裂为单链DNA，一般解链温度为85-95℃；
②引物与单链DNA退火结合：单链DNA在温度逐渐降低时，重新与其互补的引物或另一条单链结合形成双链，称为退火；
③引物延伸：以目标DNA为模板，以引物为固定起点，以四种脱氧核苷三磷酸为底物在DNA 聚合酶的作用下，由5’端向3’端的方向进行DNA复制。

意义：PCR技术能在短时间内大量扩增目的基因DNA片段，且全部操作已实现自动化，这一技术不仅广泛应用于基因重组操作中的基因扩增及其检出，而且在研究火花的致癌基因、等会基因序列变异，以及分子生物学、医学、食品、农业、化工的许多领域中都得到广泛的应用。

4、基因克隆的载体的概念及必须具备哪些性能？请列举三个基因载体。

答：基因克隆的载体是把一个有用的目的DNA片段通过重组DNA技术,送进受体细胞中去进行繁殖和表达的工具。

必须具备的性能：
①本身是一个复制子，能自我复制，在受体细胞中大量繁殖；
②相对分子质量小；
③载体具有选择性的遗传标志，可供受体细胞辨认的表型特征；
④载体具有多个限制性内切酶的单一切点。

三种最常用的载体是细菌质粒、噬菌体和动植物病毒。

5、目的基因与载体的连接主要哪4种连接方式？
答：①粘性末端连接。

指将目的基因与载体用同一种限制酶酶切，产生相同的粘性末端，再通过DNA连接酶连接。

②平头末端连接。

指将目的基因与载体切割成平端，用T4DNA连接酶连接。

③人工接头法。

过程：合成连接子→与DNA平头末端连接→限制酶切割→产生粘性末端→连接、构建重组DNA。

④同源多聚尾连接法。

载体和目的基因无法用同种限制酶切割时可用。

先用单链核酸酶将粘性末端切平，再在末端核苷酸转移酶的催化下，将脱氧核糖苷酸添加于载体或目的基因的3’-端，故二者计科通过碱基互补进行粘合，再由DNA连接酶连接。

6、举例说明基因工程在食品工业中应用（至少举四个方面的例子）。

答：
①改良食品加工的原料，如改善乳牛的产奶量；提高植物性食品氨基酸含量；
②改良微生物菌种性能，如将α-乙酰乳酸脱羧酶基因克隆到酵母中进行表达，可降低啤酒双乙酰含量而改善啤酒风味；
③应用于酶制剂的生产，如凝乳酶、α-淀粉酶、葡萄糖氧化酶的生产；
④改良食品加工工艺，如采用基因工程改良小麦种子贮藏蛋白的烘烤特性；降低大麦中的醇溶蛋白含量，改良啤酒的加工工艺；
⑤应用于生产保健食品的有效成分，如在动植物或其细胞中使目的基因得到表达可以制造
有益于人类健康的保健成分或有效因子。

7、生物技术在食品生产中的应用概况
答：①、基因工程在食品生产中的应用。

改造食品原材料，改善食品品质和加工特性；利用基因工程菌株改善发酵食品品质和风味；酶制剂的生产和改良；乳酸菌遗传和生物技术特性改良食品加工工艺的改良。

②、酶工程在食品生产中的应用。

制糖工业：酶法生产葡萄糖，果葡糖浆的生产，饴糖、麦芽糖和高麦芽糖浆的生产；酒精饮料：葡萄酒、啤酒；在蛋白制品加工方面的应用；乳品工业；肉类和鱼类加工；蛋品加工；面包烤焙和食品制造；谷类食品发酵；醋的生产。

③、细胞工程在食品生产中的应用：细胞工程在氨基酸菌种育种中的应用；细胞工程在酶制剂生产菌种育种中的应用；细胞工程在酵母菌育种中的应用；细胞工程在酱油曲霉菌育种中的应用；细胞工程在肉类工程中的应用；
④、发酵工程在食品生产中的应用：高活性干酵母的生产及其应用；黄原胶的发酵生产；结冷胶的发酵生产；茁酶多糖的发酵生产等。

8、酶的固定方法都有哪四种？
答：酶的固定方法，根据酶与载体结合的化学反应类型分为四类：
一、吸附法。

吸附法的显著特点是工艺简便及条件温和，其载体选择范围较广，不会引起酶
变性失活，可反复使用。

但酶和载体容易结合不牢而脱落。

吸附法分为物理吸附法和离子吸附法。

物理吸附法是酶被载体物理吸附而固定化的方法，离子吸附法是将与含有离子交换基因的水不溶性载体以静电作用力相结合的固定化方法。

二、包埋法。

包埋法是指用一定方法将酶包埋于半透明的载体之中，支撑固定化酶的方法。

这种酶包埋在高聚物内的方法对大多数酶、粗酶制剂甚至完整的微生物细胞都是适用的。

包埋法分为凝胶包埋法和半透膜包埋法。

凝胶包埋法是将酶或含酶菌体包埋在各种凝胶内部的微孔中，制成一定形状的固定化酶或固定化菌体。

半透膜包埋法是将酶分子定位于半透性的聚合体膜内制成微胶囊，有利于底物和产物的扩散。

三、共价键结合法。

共价键结合法是酶蛋白的侧链基团和载体表面上的功能基团之间形成共价键而固定的方法。

四、交联法。

交联法是使用双功能试剂或多功能试剂与酶分子间进行交联的固定化方法。

9、简述纤维素酶在食品工业中的作用（最少四个方面）。

答：①饮料生产。

在果汁生产上，利用纤维素酶对纤维素类物质的降解，可促进果汁的提取与澄清，提高可溶性固形物含量，并可将果皮渣综合利用；
②果蔬生产。

某些蔬菜水果经纤维素酶适当处理可使细胞壁膨胀、软化，提高可消化性和改进口感；可改进脱水蔬菜的烧煮性和复原性；
③种子蛋白利用。

纤维素酶可用于处理大都可促进脱皮，增加大豆或豆饼提取优质蛋白质的得率。

④速溶茶生产。

用纤维素酶抽取茶叶中的有效成分，可提高得率，又保持其色香味；
⑤琼脂生产。

用纤维素酶提取琼脂，避免其分解；并由于细胞壁的降解可提高得率简化工艺。

10、请举例说明酶工程在食品工程中的应用。

答：酶工程广泛应用于酒精、味精、有机酸、啤酒、淀粉糖、果汁、肉、蛋、豆、奶、面制品加工等领域。

（一）改进啤酒生产工艺，提高啤酒质量。

1）固定化生物催化剂酿造啤酒新工艺；
2）固定化酶用于啤酒澄清；
3）添加蛋白酶和葡萄糖氧化酶，提高啤酒稳定性；
4）葡聚糖酶提高啤酒的持泡性；
5）降低啤酒中双乙酰的含量；
6）改进工艺，生产干啤酒。

（二）改进果酒、果汁饮料的生产工艺。

1）果汁提取；
2）果汁澄清；
3）果酒澄清、过滤。

（三）食品保鲜。

1）利用葡萄糖氧化酶保鲜：食品的除氧保鲜盒蛋类制品的脱糖保鲜；
2）利用溶菌酶保鲜。

（四）利用固定化酶生产高果糖浆。

（五）酶法生产新型低聚糖。

1）低聚果糖的生产；
2）异麦芽寡糖的生产；
3）低聚半乳糖的生产。

（六）酶法生产环状糊精。

（七）酶法应用于干酪制品的生产。

11、发酵类型及概念。

（按微生物对氧的需求，按培养基的物理性状，按发酵工艺流程/操作方式）
答：①按微生物对氧的需求，发酵分为厌氧发酵和通风发酵。

厌氧发酵：废物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定化，同时伴有甲烷和CO2产生的发酵过程。

通风发酵：将空气不断通入发酵液中，供给微生物所需氧的发酵过程。

②按培养基的物理性状，发酵分为固态发酵和液体深层发酵。

固态发酵：指微生物在湿的固体培养基上生长、繁殖、代谢的发酵过程。

液体深层发酵：在装有无菌液体培养基的封闭式发酵罐中接入菌种，通入无菌空气并适当搅拌，进行微生物培养或发酵的技术。

③根据操作方式，发酵可分为分批发酵、连续发酵和流加发酵。

分批发酵：指在一个封闭的培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式。

即一次性投料，一次性收获产品的发酵方式。

连续发酵：指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。

流加发酵：也叫半连续发酵，它是以分批发酵为基础，间歇或连续地补加新鲜培养基的一种发酵方法。

12、单细胞蛋白的概念和利用微生物生产单细胞蛋白的特点?
答：单细胞蛋白是指通过培养酵母、细菌、真菌、微藻等单细胞微生物而获得的菌体蛋白质。

利用微生物生产单细胞蛋白的特点：
①利用微生物发酵技术生产单细胞蛋白具有较高的产率，其富集蛋白质的能力要比动、植物快得多。

②微生物的生长速度极快；
③原料来源广泛。

可来自农业、工业废物，石油天然气以及CO2、H2等废气中；
④可以工业化生产，所需劳动力少，不受地区、季节和气候的限制；
⑤价格低廉，可作为提供饲料及食品蛋白资源的有效途径；
⑥单细胞蛋白除了含有大量蛋白质、氨基酸，还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物质。