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1、食品发酵与工程第一章 绪论1. 发酵：借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身或其直接 代谢次级产物的过程。2. 发酵工业：利用生物的生命活动产生的酶对无机或有机原料进行酶加工生物化学反应过程 获得产品的工业。3. 酿造：我国人民对一些特定产品（通常成分复杂，风味要求较高）的发酵生产的特殊称 法，由未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵的过程称为酿造。4. 发酵与酿造有何区别？本质上都属于“广义的发酵”（微生物进行的一切活动）。区别在于最终产品的 成分的复杂性不同。酿造指我国人民对一些特定产品（如：黄酒、白酒、啤酒；酱 油、食醋、腐乳、酱腌菜等）的发酵生产的特殊称法，由未知的
2、混合微生物区系参 与的一种自然发酵的过程称为酿造。其产品成分复杂、风味要求高。发酵指成分单 一、风味要求不高的产品的生产（如：酒精、柠檬酸、谷氨酸、单细胞蛋白等）。发 酵食品的生产多数属于“酿造”过程。广义的“发酵”“工业发酵” 泛指利用 微生物制造或生产某些产品的过程。5. 发酵食品： 指经过微生物细菌、酵母和霉菌等或酶的作用使加工原料发生许多理想的十分 重要的生物化学变化及物理变化后制成的食品。（发酵食品是指人们利用有益微生物加工制造的一类食品，具有独特的风味。）6. 食品发酵与酿造的特点:（1）安全简单。常温常压下进行，生产过程安全，生产条件简单。（2）原料广泛。淀粉、糖蜜、农副产品、矿
3、产资源、石油产品、废水料等都可以作 为发酵与酿造的原料（3）反应专一。整个过程通过生物体的自动调节方式完成，反应专一性强，可得到 单一代谢产物，可避免不利或副产物的混杂。（4）代谢多样。生物体代谢方式、过程多样化，及生物体化学反应的高度选择性， 可得到各种代谢产物，其适应范围广。（5）易受污染。培养基营养丰富，易于微生物的生长，整个过程应严格控制杂菌污 染。（6）菌种选育。进行菌种的选育和优化工业，确保菌种的基本特征和优良性状。7. 发酵按产品性质来分，发酵工业产品有的类型：（1）.生物代谢产物发酵。产品包括初级代谢产物、中间代谢产物、次级代谢产物（初级代谢产物 微生物在对数生长期形成的一些自
4、身生长所必须的代谢产物。次级代谢产 物：微生物进入稳定期形成的一些对细胞代谢没有明显意义但具有明显优势 的代谢产物。）（2）.酶制剂发酵。 利用微生物生产的胞内酶或胞外酶加以分离提取得到的酶制剂。（3）.生物转化发酵。利用生物细胞中的酶作用于一些化合物的特定部位，使它转变成结构相 似但具有更大经济价值的化合物。（4）.菌体制造获得。 是以获得具有特定用途的生物细胞为目的产品的一种发酵，包括单细胞蛋 白、藻类、食用菌、生物杀虫剂、人畜防治疾病用的疫苗等。8. 我国发酵食品的工艺有何特色:（1）.发酵原料多样，有植物性和动物性原料，且多以淀粉质原料为主。(2) .多菌种混合发酵且多以霉菌为主的微生
5、物群。国外多以细菌、乳酸菌。(3) .工艺复杂、多用曲。(4) .多为固态发酵。如，醪9. 根据生物技术发展的趋势,以及食品发酵与酿造和生物技术的关系,分析现代食品发 酵与酿造的发展情况:(1) .利用基因工程技术，人工选育、改良和合成菌种。基因工程：将目的基因从DNA上切割下来(或人工合成)，在体外将该基因连接到载体上，通过转化或转 导等手段将重组的基因组导入受体细胞，使后者获得复制、表达该基因的能力，从而达到定 向改变菌种遗传特性或创造新菌种的目的。新的受体细胞具有我们所期望的新遗传特性和生 产性能，常规育种方法无法比拟。已在动植物细胞、微生物中得到应用。Eg.胰岛素、干扰素 等。(2)
6、.结合细胞工程技术，用发酵技术进行动植物细胞培养。动物细胞生长激素、疫苗、免疫球蛋白等 植物细胞生物碱类、色素、调味料、香料，名贵植物种苗等(3) .应用酶工程技术，将固定化酶或细胞广泛应用于发酵与酿造工业。(4) .重视生化工程在发酵与酿造业的应用。生化反应器、生物传感器、生物分离工程(5) .发酵法生产单细胞蛋白。利用各种资源，解决粮食危机(6) .加强代谢研究，进一步搞好代谢控制，开发更多代谢产品。第二章 菌种的选育、保藏、复壮(重点)1. 常用工业微生物的种类有哪些？(1) 细菌工业生产中常用的细菌有：枯草芽抱杆菌、乳酸杆菌、醋酸杆菌、棒状 杆菌、短杆菌、节杆菌、假单胞菌、小球菌等，用
7、于生产乳酸、醋酸、 氨基酸、核苷酸、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、维生素、肌苷酸、丙酮丁 醇等产品以及生物防治、细菌浸矿等。(2) 放线菌它的最大经济价值在于能产生多种抗生素。从微生物中发现的抗生素，有 60%以上是放线菌产生的，如链霉素、金霉素、红霉素、庆大霉素等。常 用的放线菌主要来自以下几个属：链霉菌属、小单抱菌属和诺卡氏菌属等。近年来也用放线菌生产氨基酸、核苷酸、维生素和酶制剂等。酵母菌工业上常用的酵母菌有：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等，用于酿酒、制 造面包、制造低凝固点石油、生产酒精、脂肪酶，以及生产可食用、药 用和饲用的酵母菌体蛋白等。.霉菌 工业上常用的霉菌有：藻状菌纲的根霉、毛霉、犁
8、头霉、子囊菌纲的红曲霉， 半知菌类的曲霉、木霉、青霉等；它们可用于生产多种酶制剂、抗生素、有机 酸、生长素及甾体激素等。2. 工业生产中使用的微生物菌种为什么会发生衰退？菌种衰退表现在哪些方面？防止 菌种衰退的措施有哪些？ 菌种衰退：菌种在培养或保藏的过程中，由于自发突变的存在，出现某些优良生产 性状的劣化、遗传标记的丢失等现象。(1) 原因：基因的自发突变、人工诱变导致的退化变异，传代次数过多、不适宜的培 养条件 。(2) 表现：代谢产物生产能力下降；遗传标记的丢失； 原有的典型性状的不典型； 菌落及细胞形态的改变； 生长速度缓慢；致病菌对宿主侵染力下降； 抗不良环境条件，抗噬菌体，抗低温能
9、力减弱。(3) 防止衰退的措施：控制传代次数； 创造良好的培养条件：培养基、培养温度等； 利用不易衰退的细胞传代； 采用有效的菌种保藏方法。3简要说明诱变育种的步骤。诱变育种应注意哪些问题？诱变育种：是指人为地、有意识地将对象生物置于诱变因子中使该生物体发生突变从这些突变体中筛选具有优良性状的突变株的过程。召少数存活A寥数未变多数负变 少数突变正变可计算:存活率 突变室 正变率凸数幅度犬. I.飞高严率”j窑数不宜投产I小数适宜投产r“投产率也一般程序：出发菌株!菌种纯化（出发菌株性能测定）!制备斜面抱子!制备单抱子悬液（悬液进行活菌计数）!诱变剂处理（存活菌数的测定并计算存活率）!平板分离（
10、测定变异率）!挑取变异菌落并移植至斜面上!初筛（初筛数据分析，生产性状的粗测）!斜面传代!复筛（复筛数据分析，精确测定生产性状）变异菌株（菌株参数分析）!小型或中型投产试验!大型投产试验注意问题：（1）采用合理有效的诱变方法；（2）选择简便有效的诱变剂。在选用理化因素作诱变剂时，在同样效果下，应 选用最简便的因素，在同样简便的条件下，应选用最高效的因素；（3）选用合适的诱变剂量。一般正变较多出现在低剂量中，负变较多地出现在 高剂量中；（4）挑选优良的出发菌株。最好采用生产上已发生自变的菌株，选用对诱变剂 敏感的菌株，选取有利于进一步研究或应用性状的菌株；（5）处理单细胞或孢子悬液。单细胞悬液应
11、均匀而分散，孢子、芽孢等应稍加 萌发；（6）选用高效的筛选方法；（7）诱变处理时，控制适宜的外部环境条件，如温度、氧气、pH、水分等。4. 试述菌种保藏的目的、原理及常用的方法（1）目的：使微生物菌种保持原来的性状和活力，不退化、不死亡、不被污染，便于研究、交换和使用。（2）原理：挑选典型培养物的优良纯种，并创造最有利于休眠的环境条件，使微生物处于代谢不活泼、生长受抑制的休眠状态。（3）方法：低温保藏法低温定期移植法石蜡油低温保藏法干燥保藏法（沙土管法，滤纸保藏法，大小米保藏法） 甘油管保藏法真空冷冻干燥法液氮超低温保存法。5. 营养缺陷型菌株： 某一野生菌株由于发生基因突变而丧失合成某些营养
12、物质的能力，因而无法在基 本培养基上正常生长繁殖的变异菌株。必须在基本培养基中加入相应缺陷的营养物质 才能正常生长繁殖，其变异前的菌株成为野生菌株，在基本培养基上，野生型的孢子 能发芽成菌丝，而营养缺陷型的则不能。6. 营养缺陷型菌株如何筛选及鉴定一般步骤和方法（1）诱变常用紫外线等物理方法和化学诱变剂等诱变形成大量营养缺陷型菌株。用15W或20W紫外灯管，距离 15cm30cm，照射10sec20min。在照射受试菌前，灯管须预热20min,使灯光稳定。菌悬液要磁力搅 拌，使所有单细胞或单孢子均匀受到照射。特别要注意，应在黑暗或红外光下操作，接种后器皿用黑布包严， 防止发生可见光的修复作用。
13、（2）淘汰野生型a）抗生素法某些抗生素能杀死生长繁殖着的微生物，而对处于休止状态的微生物无杀伤作用。如青霉 素能抑制细菌细胞壁肽聚糖的生物合成，制霉菌素可损伤真菌细胞膜，二者可分别杀死生长繁殖着的 细菌、真菌。b）菌丝过滤法适用于放线菌、霉菌等丝状微生物。在基本培养基中野生型抱子能萌发长成菌丝体，而 营养缺陷型抱子则不生长。将经诱变处理的抱子接种于液态基本培养基中，振荡培养10h12h,使原 养型萌发（以肉眼刚能看见菌丝为度），然后以滤纸、棉花或玻璃过滤漏斗过滤，菌丝被滤除，未萌发 的缺陷型抱子能顺利通过，从而达到富集营养缺陷型的目的.（3）检出缺陷型的常用方法a）逐个测定法（点种法）把经诱变
14、处理并淘汰野生型后的菌液在完全培养基上涂布分离，将培养后长 出的每一个菌落分别点种在基本培养基和另一个完全培养基上，凡在基本培养基上不能生长而在完全培 养基的相应位置上能生长的菌落，表明其为营养缺陷型。b）夹层培养法经诱变处理后的菌液，稀释后与基本培养基混匀并倾入平皿中，待凝固后，再加上一薄 层不含菌的基本培养基。培养后在皿底将长出的菌落做上标记。然后加上一层完全培养基，再经培养后， 新出现的菌落多数是营养缺陷型（图331）。此法适用于兼性厌氧的细菌。C）影印法将丝绒包在直径小于平皿的圆柱台上，固定，作为影印接种工具，灭菌备用。将经诱变处理并淘汰野生型的菌液涂布于完全培养基表面上，培养，待长出
15、菌落后，用影印接种工具在此平板上轻按一下，然后在另一基本培养基平板上按一下。经培养后在基本培养基上不长而在完全培养基的相应部位上生长的菌落，为营养缺陷型。在筛选营养缺陷型的过程中必须注意表型延迟现象。由于诱变剂一般仅作用于DNA的某一单链，故突变无法反映在当代的表型上，需经DNA复制和细胞分裂后，才使表型发 生变异，此即表型延迟现象。鉴 定：生长谱法：将待测微生物制成菌悬液与基本培养基琼脂相混合，倒入灭菌培养 皿中，冷凝后在底面标定的位置，点放少量待测营养物（氨基酸、核苷酸等）的固体 结晶或粉末，经适温培养后在该缺陷型所需营养物周围出现菌的生长圈。第三章 微生物的代谢调控理论及其在食品发酵 与酿造中的应用（重点）1. 初级代谢产物:解释一指微生物通过代谢活动产生的、自身生长和繁殖所必须的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。通过初级代谢，能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或为生长提供能量，因此初级代谢产物，通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止，重则导致机体发生突变或死亡，是
