发酵工程工艺原理复习思考题答案。修改版

《发酵工程工艺原理》复习思考题第一章思考题：1．何谓次级代谢产物？次级代谢产物主要有哪些种类？举例说明次级代谢产物在食品中的应用及对发酵食品的影响。

P50初级代谢：指微生物的生长、分化和繁殖所必需的代谢活动而言的。

初级代谢过程所生成的产物就是初级代谢产物。

关系不大，生理功能也不十分清楚，但可能对微生物的生存有一定价值。

次级代谢过程所生成的产物就是次级代谢产物。

通常在细胞生成的后期形成。

次级代谢产物有抗生素、生物碱、色素和毒素等。

2．典型的发酵过程由哪几个部分组成？发酵工程的一般过程可分为三个步骤：第一，准备阶段；第二，发酵阶段；第三，产品的分离提取阶段。

准备阶段的任务包括四个方面，即各种器具的准备，培养基的准备，优良菌种的选择或培育，器具和培养基的消毒。

优良菌种是保证发酵产品质量好、产量高的基础。

优良菌种的取得，最初是通过对自然菌体进行筛选得到的。

20世纪40年代开始使用物理的或化学的诱变剂，如紫外线、芥子气等处理菌种，进行人工诱发突变，从而迅速选育出比自然菌种更优良的菌种。

后来，又运用细胞工程和遗传工程的成果来获取菌种。

例如，使用大肠杆菌生产人类的胰岛素、生长素、干扰毒等等。

在发酵过程中，还要防止“不速之客”来打扰。

发酵工程要求纯种发酵，以保证产品质量。

因此，防止杂菌污染是确实保证正常生产的关键之一。

其方法是，对于这些不受欢迎的“来客”进行灭菌消毒。

在进行发酵之前，对有关器械、培养基等也进行严格的消毒。

第二章思考题：1．食品发酵对微生物菌种有何要求？举例说明。

➢能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并能高产和稳产所需的代谢产物。

➢可在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需的酶活性高。

➢生长速度和反应速度快，发酵周期短。

➢副产物尽量少，便于提纯，以保证产品纯度。

➢菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。

➢对于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。

2．什么叫自然突变和诱发突变？诱变育种的实质是什么？P17自然突变：在自然状况下发生的突变；诱发突变：在人为地用物理或化学因素诱发的突变。

诱变育种：用各种物理、化学的因素人工诱发基因突变进行的筛选。

诱变育种实质：3．突变分为哪两种类型，举例说明。

P17➢基因突变——少数核苷酸碱基的改变（点突变），如碱基对置换和移码。

➢染色体畸形——涉及一大段核苷酸或染色体的突变，如断裂，重复，缺失，易位，染色体数目变化等结构变化。

4．何为DNA体外重组技术？举例说明在发酵工业中的应用。

DNA体外重组技术：根据需要用人工方法取得供体DNA上的基因，在体外重组于载体DNA上，再转移入受体细胞，使其复制、转录和翻译，表达出供体原有的遗传性状，如用基因工程生产胰岛素。

5．何为营养缺陷型？举例说明营养缺陷型的筛选方法。

营养缺陷型：指某一菌株丧失了合成某种营养物质的能力，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。

表示为“X –”补充培养基(S.M.)：为满足特定X –需要在基本培养基中补加了某种营养物质的培养基。

完全培养基(C.M.)：能满足各种不同X –营养要求的培养基。

基本培养基(M.M.):能满足野生型生长需要的培养基。

6．菌种保藏的目的与核心是什么？产孢子的微生物适宜用何种保藏方法？目的: 保证菌种不发生遗传变异、无污染和保持活力。

核心：人工创造条件（如低温、干燥、缺氧、和缺乏营养物质），使菌种的代谢活动处于不活动状态。

•菌种保藏方法: 斜面低温保藏法、石蜡油封保藏法、砂土保藏法、冷冻干燥法、液氮超低温冻结法霉菌：采用砂土管保藏法。

此法特别适宜于产孢子或芽孢的微生物。

•酵母菌:定期移植斜面低温保藏法；细菌:冻干法；放线菌：冻干法或砂土保藏法。

7．造成菌种退化的原因是什么？生产中如何防止菌种的退化？菌种退化的原因:保藏方法不妥、保藏操作不当、传代不当、培养基不适、回复突变防止菌种退化的措施：➢从菌种选育方法上考虑1)进行充分的后培养及分离纯化2)增加突变位点，减少基因回复突变的几率➢从菌种保藏方式上考虑1)尽量减少传代次数2)选择适宜的保藏培养基➢从菌种培养适宜条件上考虑1)结构类似物抗性菌株在保藏培养基中应添加相应药物,及时淘汰回复突变细胞。

2)基因工程菌添加抗生素于培养基中防止质粒的丢失➢从菌种管理的措施上考虑 :复壮1）定期对保藏菌种分离纯化，淘汰已退化细胞；2）定期对发酵液进行分离筛选8．何为菌种的复壮？菌种的复壮：从已衰退的菌种中筛选出少数尚未退化的个体，以恢复原菌株固有的优良性状。

狭义：在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分析和生产性能测定等方法，从衰退的群体中找出未衰退的个体，以达到恢复该菌种原有典型性状的措施。

广义:在菌种的生产性能未衰退前就有意识的经常进行纯种的分离和生产性能测定工作，以期菌种的生产性能逐步提高。

实际上是利用自发突变（正变）不断地从生产中选种。

复壮措施：➢纯种分离（平板划线法，涂布法，倾注法，单细胞挑取法）➢通过寄主体内生长进行复壮；➢淘汰已衰退的个体；采用比较激烈的理化条件进行处理，以杀死生命力较差的已退化的菌种➢采用有效的菌种保藏方法9．培养基有哪些类型？各有何种用途？发酵工业上使用最广的是哪种类型？➢按状态：固体、半固体和液体培养基。

固体的培养基适用于菌种的分离和保存以及有子实体的真菌类。

半固体主要用于鉴定菌种，观察细菌运动特征及噬菌体的效价测定等。

液体培养基适用于发酵工业的大规模生产。

➢按纯度：天然培养基、合成培养基和半合成培养基。

天然培养基适合于微生物的生长繁殖和目的产物的合成。

合成培养基使用于研究菌种基本代谢过程的物质变化以及生产某些疫苗等生物制品。

➢按生产工艺要求：孢子培养基、种子培养基和发酵培养基。

发酵工业使用得最广泛的是液体发酵培养基。

10．如何确定培养基的组成？生产中液体培养基的制备有哪些步骤？培养基的配制原则•根据不同微生物的营养需要配制•确定合适的碳氮比•控制pH条件•控制氧化还原电位•根据原料特点确定配比培养基的制备(液体培养基)制备：原料预处理、原料混溶、调节pH和灭菌。

（1）原料预处理：淀粉糖的制备、糖蜜的预处理（2）原料混溶：缓冲物质主要元素原料微量元素生长素↓↓↓↓加底水→搅拌→搅拌均匀→搅拌均匀→搅拌→搅拌均匀（3）调节酸碱度和灭菌11. 淀粉糖的制备方法？哪种方法制备的淀粉糖质量好？➢酸解法优点：生产简易，设备简单，水解时间短，设备生产能力大。

缺点：设备需耐腐蚀，高温高压；副反应复杂。

对原料要求高，颗粒不能大，浓度不能高，否则转化率低。

➢酶解法优点：反应条件较温和，不需耐高温、耐压、耐酸设备；酶作用专一性强，淀粉水解副反应少，糖液纯度高，淀粉转化率高；可在较高淀粉乳浓度下水解，可采用粗原料；糖液颜色浅，纯净，无苦味，质量高，有利于糖液的精制。

缺点：反应时间较长，要求的设备较多，需专门培养酶的条件，由于酶本身是蛋白质，易造成糖液过滤困难。

➢酸酶结合法酸酶法：先用酸水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶水解为葡萄糖。

酸液化速度快，且糖化是由酶来进行，对液化要求不高，可采用较高的淀粉乳浓度，提高生产效率。

酶酸法：先用淀粉酶液化到一定程度，然后用酸水解成葡萄糖。

能采用粗原料淀粉，淀粉浓度较酸法高，生产易控制，时间短，减少副反应，糖液颜色较浅。

使用酸酶结合法制备的淀粉糖质量好12．糖蜜可直接用作发酵原料吗？为什么？糖蜜是甘蔗或甜菜糖厂的一种副产品，糖蜜含糖量较高，因其本身就含有相当数量的可发酵性糖，只须添加酵母便可直接发酵生产酒精。

第三章复习思考题1．何谓消毒、灭菌？消毒可以达到灭菌的目的吗？消毒：指用物理或化学方法杀死物料、容器、器具内外的病原微生物。

灭菌：指用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物。

（3BPPT1）消毒达不到灭菌的目地。

2．灭菌的方法主要有哪几种？其灭菌原理何在？发酵工业中为何应用最广的是湿热灭菌？工业生产上的灭菌方法有加热灭菌、化学药剂灭菌、射线灭菌等。

化学药剂灭菌、射线灭菌用于无菌间、培养室及车间空气灭菌。

加热灭菌（干热灭菌：火焰灭菌、烘箱灭菌；湿热灭菌：巴氏灭菌、间歇灭菌、高压蒸汽灭菌）（1）干热灭菌法原理：通过脱水干燥和大分子变性来实现。

一般细菌繁殖体在干燥状态下。

80-100°c经一小时即可被杀死。

（2）湿热灭菌法原理：用蒸汽灭杀液体中的病原菌或特定微生物。

温热的杀菌效果比干热好，其原因有：①蛋白质凝固所需的温度与其含水量有关，含水量愈大，发生凝固所需的温度愈低。

湿热灭菌的菌体蛋白质吸收水分，因较大同一温度的干热空气中易于凝固。

②温热灭菌过程中蒸气放出大量潜热，加速提高湿度。

因而湿热灭菌比干热所要温度低，如在同一温度下，则湿热灭菌所需时间比干热短。

③湿热的穿透力比干热大，使深部也能达到灭菌温度，故湿热比干热收效好。

3．何谓微生物的热阻？高温短时灭菌法（HTST）的理论基础是什么？热阻：微生物对热的抵抗力。

19 世纪50 年代，法国人巴斯德(Pasteur)阐明了食品的微生物腐败机理，为灭菌技术的发展奠定了理论基础4．在工业生产中，影响培养基灭菌的因素有哪些？为什么？1．培养基成分：在培养基成分中，糖、脂肪和蛋白质的存在对微生物有一定的保护作用。

特别是浓度较高的有机营养物质，当其表面受热变性后能形成一层保护膜影响热的传导，从而提高微生物的耐热性。

但这种耐热性同浓度(即基质中含水最)有关，相反；无机盐、碱、酸等则可以削弱微生物的耐热性，这同提高微生物细胞壁的导热性能有关系。

2．PH值：pH值高底pH6.0～8.0时,微生物最耐热;pH小于6.0时,氢离子易渗入细胞内,改变细胞的生理反应促使其死亡。

所以培养pH值愈低,所需灭菌时间愈短。

3．培养基中的颗粒4．泡沫（3BPPT10）5．比较分批灭菌与连续灭菌的优缺点，两种灭菌方法各适用于何种场合？一、连续灭菌（连消）: 是采用专一灭菌设备—-连消塔，在高温下对液体培养基进行短时间加热灭菌。

优点：（1）培养基受热时间短（可在20～30s达到预定灭菌温度），营养成分破坏少；（2）质量均匀；（3）适用于自动控制。

适用条件：大规模生产，培养基中不含有固体颗粒或泡沫较少。

（3BPPT11）二、分批灭菌(实消):指培养基在发酵罐中灭菌。

优点：无需专一灭菌设备，但易发生局部过热而破坏营养成分的现象。

适用条件：当培养基中含有固体颗粒或培养基有较多泡沫时，以采用分批灭菌为好。

对于容积小的发酵罐，连续灭菌的优点不明显，而采用分批灭菌比较方便。

三、设备灭菌实罐灭菌时，发酵罐与培养基一起灭菌。

培养基采用连续灭菌时，发酵罐需在培养基灭菌前，直接用蒸汽进行空罐灭菌，用无菌空气保压，待培养基流入罐后，开始冷却。

其他设备一般采用蒸汽灭菌。

有些设备也可采用SO2熏蒸灭菌，如葡萄酒发酵池、罐等。