氨基酸发酵工艺学试题库答案

氨基酸发酵工艺学试题库答案
一、名词解释
1.营养缺陷型：凡是一种微生物缺少或丧失其合成某一种或几种必须生长因素能力者，称为营养缺陷型，即必须存在某种代谢中间产物才能生长的突变体。

2.DE值：即葡萄糖值，表示淀粉水解程度及糖化程度。

DE值=还原糖/干物质×100％
3.糊化：淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后淀粉粒破裂，淀粉分子溶解于水中形成带有粘性的淀粉糊，此过程称为糊化。

4.发酵热：引起发酵过程温度变化的原因是发酵过程所产生的热量，称为发酵热。

发酵热包括生物热、搅拌热、蒸发热和辐射热。

5.代谢控制发酵：就是用遗传学或其它生物化学的方法，人为的改变、控制微生物的代谢，使有用产物大量生成、积累的发酵。

6.发酵转换：当发酵条件、环境因素发生变化时，必然会影响控制代谢有关酶的合成及其活性，从而导致发酵转换方向，产生其他的发酵产物，这种现象就叫发酵转化。

7.双酶法制糖：双酶法是用淀粉酶和糖化酶将淀粉水解成葡萄糖的工艺。

双酶法水解可分为两步：第一步是液化过程，利用α－淀粉酶将淀粉液化，转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加。

第二步是糖化，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖。

8.生物素亚适量：生物素是催化乙酰CoA羧化酶的辅酶，参与脂肪酸的合成，从而影响磷脂合成及细胞膜的形成。

它的作用主要影响谷氨酸产生菌细胞膜的谷氨酸通透性；同时也影响菌体的代谢途径。

因此，为了形成有利于谷氨酸向外渗透的细胞膜，必须使磷脂合成不充分，因而必须要控制生物素“亚适量”。

9.“强制控制”发酵：就是人为强制控制生物素含量和菌体生长量的方法，如采取“高生物素、高吐温、高接种量”或“高生物素、高青霉素、高种量”的方法。

即在发酵培养基中预先配加一定量（大过量）的纯生物素，大大削弱原每批发酵培养基中生物素含量变化的影响；高生物素能激活丙酮酸羧化酶，促进菌体迅速增殖；再在菌体对数生长期的早期，加入相对高一些的吐温或青霉素，人为控制所需净增OD值，以充分形成控制量的产酸型细胞。

10.连续等电点：是指在大量谷氨酸晶体存在的条件下，一边连续等当量添加发酵液（或谷氨酸锌盐溶液）与盐酸（或硫酸）使溶液始终在结晶点PH3.0(或PH2.4)，一边连续从底部打出谷氨酸结晶液，送入育晶罐（池）继续育晶。

二、判断改错题
1.×
2.×
3.√
4.×
5.×
6.√
7.√
8.×
9.√10.×
11.×12.×13.√14.×15.√16.√17.×18.×19.×20.√
21.×22.×23.√24.√25.×26.×27.×28.√29.×30.×
三、单项选择题
1. B
2.D
3.C
4.A
5.B
6.B
7.D
8.C
9.D 10.A
四、填空题
1.蛋白质水解液抽提法，化学合成法，酶法，微生物发酵法
2.北京棒杆菌AS1.299，钝齿杆菌AS1.542，天津短杆菌T 6-13
3.α-酮戊二酸，二氨基庚二酸途径，α-氨基己二酸途径
4.81.7％
5.谷氨酸锌盐沉淀，2.4±0.2
6.长菌型细胞，转移期细胞，产酸型细胞
7. Ca2+或氯化钙或硫酸钙，碘液，灭酶或杀酶处理
8.呈盐性，赖氨酸盐酸盐
9.α-型结晶，β-型结晶，自然起晶，加晶种起晶
10.99％、95％、90％、80％
11.复合反应、分解反应
12.30~34℃、35 ~37℃
13.离子交换法、菌体、钙离子
14. 3.22、6.96
15.等电点法、离子交换法、锌盐法
16.澄清、脱钙
五、简答题
1. 简述谷氨酸发酵中生物素的概念、作用以及如何控制用量。

答：生物素是控制L-Glu积累量高低的重要因素。

它是催化乙酰CoA羧化酶的辅酶，参与脂肪酸的合成，从而影响磷脂合成及细胞膜的形成。

生物素的作用：主要影响谷氨酸产生菌细胞膜的谷氨酸通透性；同时也影响菌体的代谢途径。

也就是说生物素浓度对菌体生长和谷氨酸积累都影响，而且大量合成谷氨酸所需要的生物素浓度比菌体生长的需要低，因此，为了形成有利于谷氨酸向外渗透的细胞膜，必须使磷脂合成不充分，因而必须要控制生物素“亚适量”。

2. 简述以大米为原料的酶酸法制糖工艺的流程。

（要点）
答：大米―→清洗―→浸泡―→粉碎―→调浆―→加入保护剂(氯化钙)―→加酶(α-淀粉酶)―→液化―→杀酶―→过滤―→调液化液pH值―→糖化―→中和、脱色、过滤
3. 在谷氨酸发酵中怎样控制细胞膜的渗透性？
答：一、化学控制方法：
⑴控制磷脂合成，导致形成磷脂合成不足的不完全的细胞膜
①生物素缺陷型；②添加表面活性剂或饱和脂肪酸；③油酸缺陷型；④甘油缺陷型
⑵阻碍谷氨酸细胞壁的合成，形成不完全的细胞壁，进而导致形成不完全的细胞膜
①添加青霉素或头孢菌素C等抗生素。

二、物理控制方法：利用利用温度敏感性突变株。

4. 简述以糖蜜为原料生产谷氨酸工艺的特点。

答：⑴优点：
①省去淀粉糖化工序。

降低成本、缩短周期、简化设备、节省能源和原料；
②含糖量高，利于提高产酸率，便于实施高糖发酵；
⑵缺（难）点：
①需要添加物（吐温等），工艺复杂；
②需加强精制脱色环节（含黑褐色色素多）；
③需水解脱除胶体物质或使其含量降低；
④需进行脱钙处理。

5. 在味精生产中，成品往往会出现晶体无光泽、色黄、色灰、色红等现象，试
分别解释出现上述质量问题的原因。

（要点）
答：⑴晶体无光泽：①干燥温度太高，味精失去结晶水；②离心分离时母液未淋洗甩干。

⑵色黄：①脱色不彻底；②离心分离时未用水淋洗；③干燥处理时间太长，温度高。

⑶色灰：①混有活性炭细粉末；②或含有硫化钠。

⑷色红：母液除铁不尽，含有硫化亚铁或铁离子。

6.谷氨酸发酵中怎样控制碳氮比？
答：谷氨酸发酵的碳氮比为100：20 ~30，当碳氮比低于100：20时，菌体大量繁殖，积累少量谷氨酸，当碳氮比高于100：30时，菌体生长受到一定的抑制，产生的谷氨酸进而形成谷氨酰胺、因此在谷氨酸发酵中，需要正确控制碳氮比，在发酵的不同阶段，控制不同的碳氮比。

7.谷氨酸发酵过程中pH值过高或过低有什么不好？
答：发酵前期由于幼龄细胞对PH值较敏感，如果控制PH值过低，菌体生长旺盛，营养成分消耗大，发酵转入正常代谢，长菌不产酸；如果发酵前期PH 值过高，虽有利于抑制杂菌生长，但对菌体生长不利，糖代谢缓慢，发酵时间延长。

由于谷氨酸脱氢酶最适PH为7.0－7.2，转氨酶最适PH值为7.2－7.4，所以在发酵中后期，为了促进谷氨酸的生长，应尽可能保持发酵液PH值7.2左右。

8.酮酸对锌盐法提取谷氨酸有什么影响？
答：生产实践表明，发酵液中酮酸含量高于0.1％，有二价铁离子存在时，发酵液颜色发红，采用锌盐法提取谷氨酸发生困难，使收率降低。

其主要表现为，菌体与谷氨酸锌盐不易分开，结晶粒子细，不易沉淀，白废液（锌盐母液）中残余谷氨酸量高，含锌量也高，结晶发糊，收率低；严重时，形成的谷氨酸甚至会成为一种悬浮状态和极细微的锌盐，随白废液而流失。

9.麸皮水解液是谷氨酸发酵中常用的生物素源，简述麸皮水解液的制备方法。

答：采用低浓度、高温、高压快速水解法，即以干麸皮：水＝1：20配料，用工业盐酸调PH至1.0，以0.25兆帕（约2.5公斤/厘米2）压力蒸汽加热水解10分钟左右至水解终点，然后过虑，取滤液备用（应当注意，实际水解时间应以无水酒精检查基本无糊精反应为准）。

这种方法使麸皮水解比较完全，水解时间短，有用成分破坏少，色泽浅。

10.以甜菜糖蜜为原料进行谷氨酸发酵，生物素本身已过量，为什么有的厂还要配加100微克/升以上的纯生物素？
答：以甜菜糖蜜为原料进行谷氨酸发酵时，发酵培养基预先配加100微克/升以上的纯生物素，是为了削弱每批原料中生物含量变化不易掌握的影响，使每批发酵培养基中的生物素处于生物素已知的大过量状态，再进行人为的强制控制，易于稳产、高产；与此同时，高浓度的生物素还能激活丙酮酸羧化酶，强化CO2固定反应，有利于提高转化率。

11.谷氨酸发酵中，生物素含量与菌体形态以及谷氨酸产量之间有什么关系？
答：众所周知，生物素是控制L－谷氨酸积累量高低的重要因素。

生物素作为催化脂肪酸生物合成限速反应的关键酶——乙酰CoA羧化酶的辅酶，参与脂脂酸的合成，从而影响到磷脂合成，细胞膜的形成，所以为了形成有利于谷氨酸向外渗透的细胞膜，希望磷脂合成不足，因而必须控制生物素亚适量。

当生物素亚适量时，谷氦酸产生菌在发酵过程中能完成从生长型细胞向产酸型细胞的转变，产酸高，糖酸转化率高。

当生物素逐渐增加时，谷氨酸产生菌在
发酵过程中从生长型细胞向产酸型细胞的转变越来越不明显，菌体量增加，产酸量逐渐降低。

当生物素量增加到30微克／升以上时，基本上不存在产酸型细胞，细胞形态与种子相似，几乎不分泌谷氨酸，而细胞内却含有比较高的谷氨酸，说明细胞存在着对谷氨酸通透性的严重障碍，出现只长菌，耗糖，不产酸的现象。

12.什么叫“双酶法”？该方法有什么优缺点？
答：双酶法是用淀粉酶和糖化酶将淀粉水解成葡萄糖的工艺。

双酶法水解可分为两步：第一步是液化过程，利用ɑ－淀粉酶将淀粉液化，转化为糊精及低聚糠，使淀粉的可溶性增加。

第二步是糖化，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖。

优点：①酶专一性高，副产物少，糖液纯度高；②反应条件温和，不需要耐高温高压、耐酸的设备；③可在较高的淀粉浓度下水解；④制取的水解糖液营养丰富，可简化培养基，提高糖酸转化率，利于后道提取；⑤糖液质量高，可被充分利用；⑥适用于大米或粗淀粉原料，避免淀粉大量流失，减少粮耗。

缺点：是生产周期长，夏天糖液容易变质，发酵生产不正常时，给生产调度带来困难。

13.什么叫“连续等电点法”？其工艺有什么特点？
答：目前生产上所应用的连续等电点结晶，是指在大量谷氨酸晶种存在的条件下，一边连续等量添加发酵液(或谷氨酸锌盐溶液)与盐酸(或硫酸)，使溶液始终在结晶点pH3.0(或pH2.4)，一边连续从底部打出谷氨酸结晶液，送入育晶罐(池)继续育晶。

由于该工艺溶液始终控制在起晶点pH3.0(或2.4)，这样使发酵液(或谷氨酸锌盐液)中的谷氨酸突然变为过饱和状态，即将析出的谷氨酸可被原有的大量晶种表面所吸附，这样在同样的结晶速率下，单位时间内总结晶量就会使溶液浓度降低，而形成的新晶核就相对地减少，使结晶处于稳定状态，这样就能获得良好的型谷氨酸结晶。

由于连续等电点，溶液pH值始终比较稳定越过某些蛋白质的等电点，减少某些蛋白质的析出，提高谷氨酸质量。

归纳起来，连续等电点有其溶液中谷氨酸浓度变化不大，温度变化小，pH变化小，罐内溶液pH保持3.0(或2.4)，生产周期短，成本低，操作简单，谷氨酸质量好等优点，是目前比较理想的提取工艺。

14.以甘蔗糖蜜为原料进行谷氨酸发酵时，添加青霉素或头孢霉素C的作用是什么？
答：以甘蔗糖蜜为原料进行谷氨酸发酵时，因原料生物秦已过量，不能再用控制生物素亚适量的方法来调节细胞膜的渗透性，但通过添加青霉素或头孢霉素C也可改变细胞的通透性，使谷氨酸能够从胞内渗透到胞外。

其作用机制是，添加青霉素或头孢霉素C来抑制谷氨酸生产菌细胞壁的后期合成，主要抑制糖肽转肽酶，影响细胞壁糖肽的生物合成。

因为青霉素或头孢霉素C的立体结构和革兰氏阳性的谷氨酸菌所特有的糖肽的D－A∣a－D－A∣a末端结构类似，因而它取代合成糖肽的底物而和酶的活性中心结合，使五肽末端丙氨酸不能被转肽酶移去，甘氨酸桥一头无法与它前面一个丙氨酸相接，因此网状结构连接不起来，糖肽合成就不能完成，结果形成不完全细胞壁。

这样细胞膜处于无保护状态，又由于膜内外的渗透压差，进而导致细胞膜的物理损伤，增大了谷氨酸向胞外漏出的渗透性。

15.与生产结晶赖氨酸比较，赖氨酸固体浓缩饲料在经济上具有哪些优点？
答：①营养丰富，具有更高的生物效力；
②工艺简单，提取收率高；
③生产成本降低；
④无废水，防止污染。

六、论述题
1.试述当前我国氨基酸生产行业存在的问题和解决对策，并说明氨基酸发酵工业发展的趋势如何？
答：一、存在的问题：
①菌种性能较差，产酸水平低；
②工艺与过程控制相对落后，发酵周期长；
③粮耗大，成本高，原料受限；
④分离提纯技术落后，产品收率低，产品质量不高。

二、解决的对策：
①寻找开发新菌种，提高糖质发酵的产酸率；
②开发新资源；
③开发新工艺；
④优化操作控制；
⑤有关分离提取氨基酸新技术的研究。

三、发展趋势：
①新技术和工艺的开发应用：A、遗传工程 B、生物化工技术
②新产品的开发，新应用领域的拓展：A、医药中间体 B、肽类（乳链菌肽、谷胱甘肽） C、多聚氨基酸 D、氨基酸系表面活性剂
2.提高谷氨酸产率可以采取哪些途径？
答：为了提高谷氨酸的产酸率一般可采取以下几种途径：
(1)选育高产菌种；
(2)改进发酵上艺；
①高糖发酵工艺，
②谷氨酸后期流加糖工艺；
③添加青霉素或表面活性剂流加糖工艺；
④低糖流加工艺；
⑤强制发酵工艺。

(3)降低淀粉水解及配料消毒过程的损耗。

(4)搞好发酵过程控制。

(5)引进微机控制。

(6)增加控制参数。

3.试述由谷氨酸制味精的工艺流程。

答：（应展开论述，否则酌情扣分）
无离子水
↓
纯碱或液碱→谷氨酸→谷氨酸中和液→脱色→除铁→过滤→活性炭柱→浓缩结晶→离心分离→湿味精→干燥→筛分→味精成品
↓
母液回收。