名词解释

名词解释：

淀粉水解糖：在工业生产上将淀粉水解为以葡萄糖为主的水解液的过程称为淀粉水解糖的制备，制得的水解液称为淀粉水解糖。

液化：利用a-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的过程；

糖化：利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程 （狭义） 糖蜜预处理： 糖蜜是甘蔗或甜菜制糖的副产物。发酵前对糖蜜进行稀释、酸化、灭菌及澄清等过程称为糖蜜前处理 。

发酵机制：指微生物通过其代谢活动，利用基质合成人们所需要的产物的内在规律。

代谢控制发酵：人为地改变微生物的代谢调控机制，使有用中间代谢产物过量积累，这种发酵称为代谢控制发酵。

巴斯德效应：在好气条件下，酵母发酵能力降低的规律称为巴斯德 效应。其现象是乙醇的积累减少，实质是细胞内糖代谢降低。 鲜啤酒：未经巴氏灭菌或超滤即出售。新鲜、爽口，保质期短

生啤酒：未经巴氏灭菌，但经超滤等无菌过滤后出售。新鲜、爽口，保质期较短。 熟啤酒：经巴氏灭菌后出售。苦味增加，有熟味，保质期长。

简答： 发酵流程:

比拟放大的基本过程:

普遍:小型实验－中间规模试验(中试)－大型规模生产(工业化生产)

发酵工程：斜面菌种－摇瓶试验(培养基、温度、起始pH值、 需氧量、发酵时间)－小型发酵罐－中试－大规模工业生产

发酵工程的发展经历了哪几个阶段：

1、自然发酵时期 2、纯培养技术建立(第一个转折期) 3、通气搅拌的好气性发酵工程技术建立（第二个转折期） 4、人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术建立(第三个转折期) 5、发酵动力学、连续化、自动化工程技术的建立(第四个转折期) 6、生物合成和化学合成相结合工程技术建立(第五个转折期)

微生物工业发展趋势：

1、几个转变：分解代谢→合成代谢；自然发酵→人工控制的突变型发酵→代谢控制发酵→通过遗传因子的人工支配建立的发酵 2、化学合成与生物合成相结合

3、大型、连续化、自动化发酵：发酵罐的容量可达500t，常用的也达20-30t。 4、人工诱变育种和代谢控制发酵：微生物潜力进一步挖掘，新菌株、新产品层出不穷。

5、 原料范围不断扩大：石油、植物淀粉、天然气、空气、纤维素、木质素等

举例说明微生物工业的范围：

酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒）

食品工业（酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳） 有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇） 抗生素发酵工业（青霉素、链霉素、土霉素等） 有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等） 酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等） 氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等） 核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸、肌苷等）

维生素发酵工业（维生素B12、维生素B2等） 生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等） 名贵医药产品发酵工业（干扰素、白介素等） 微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、单细胞蛋白） 微生物环境净化工业（利用微生物处理废水等）

生物能工业（沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等能源物质） 微生物冶金工业（微生物探矿、冶金、石油脱硫等）

发酵产品主要类型：

微生物菌体：1.单细胞蛋白 （饲料添加剂、食品） 2.食（药）用菌 （蘑菇、香菇、灵芝、猴头等） 3.微生物农药（细菌、真菌、病毒：苏云金杆菌、白僵菌） 4.疫苗（细菌、病毒）第一代：病原微生物及其产物，第二代：基因工程疫苗，第三代：人工合成疫苗 5.微生态制剂（细菌：乳酸菌、双歧杆菌）

代谢产物 ：（分为初级代谢产物、次级代谢产物，这是一类当前最主要的微生物发酵产品，也是开发潜力最大的一类）； 酒精、酱油、食醋、酸奶、谷氨酸、柠檬酸、核酸、多糖、脂类、维生素、抗生素、毒素、激素、色素等

酶：酶制剂工业是利用微生物发酵，获得与生物体内的酶具有相同功能的酶制剂。我国主要应用在食品方面，其中产量较大的是α-淀粉酶、糖化酶、葡萄糖异构酶、蛋白酶和脂肪酶。

如何理解传统工艺，原料决定菌种，现代工艺，菌种决定原料？

发酵原料是一种选择培养基。传统工艺就是利用这种选择作用，把自然界带入的各种野生菌，在发酵基质上进行选择富集培养，这些微生物生长和代谢的结果可生产出有特殊风味的食品。

在使用纯种发酵剂前，我们必须对原料进行灭菌，以防止其他杂菌对发酵的干扰。

发酵产品主要有哪些附加值：

发酵有利于食品保藏，发酵产品的保健作用，发酵增加了食品的营养价值

菌种发展总趋势，如何理解：

发酵菌 氧化菌 野生菌 变异菌 自然选育 代谢控制育种 诱变育种 基因重组定向育种

工业菌种选育的定义、方法

按照生产要求，根据微生物遗传变异理论，利用自然菌种筛选、人工诱变育种、代谢控制育种或基因重组定向育种等方法得到优良菌种的工作。

(1)自然选育：从自然界土壤、水、空气、动物、植物、矿物等样品中分离筛选得到菌种的方法。

(2)生产育种：长期生产过程中自然突变获得优良菌株。 (3)抗噬菌体菌株的选育（如去除吸附位点）

(4)诱变育种：采用物理、化学诱变因素处理微生物细胞，提高基因的随机突变几率，然后通过定向筛选获得所需优良菌株。

(5) 代谢控制育种：通过改变微生物菌种的代谢途径或代谢自动调节系统（如增加特定基因拷贝数来提高限速酶含量）而使微生物发生异常代谢，使所需中间代谢产物过量积累。

(6) 基因重组定向育种：通过转化、转导、杂交和原生质体融合等遗传学方法和技术定向地重组微生物DNA，使微生物的功能发生定向的改变。

工业菌种衰退的定义、防止方法

定义：指菌种整体在多次接种传代过程中逐渐造成生产能力降低，表现为发酵力（如对培养基的利用）或繁殖力（如孢子的产生）下降或发酵产物得率降低的现象。

防止方法：作好菌种保藏工作；尽可能使每次培养条件适合而一致；尽量减少传代次数 ；应使用幼龄菌培养

菌种复壮的概念与方法

概念：在菌种已衰退情况下，通过纯种分离和生产性能测定等方法，从衰退群体中找出少数未衰退的个体，以恢复原有典型性状的措施。 方法：单细胞菌株分离法；

沸水筛选法：菌液用沸水处理后进行单细胞菌株分离，从而挑选出优良菌体。 改变培养条件法：采用有利于高产菌株而不利于低产菌株的条件来选出高产菌株。 通过宿主体复壮：如Bacillus thuringiensis的复壮 诱变处理法：对发生回复突变进行重新诱变育种。

工业菌种保藏原则与方法

原则：挑选优良纯种，最好是休眠体（如孢子、芽孢等），创造一个最有利于休眠的环境条件（如低温、干燥、缺氧、营养物质缺乏等），就可以达到菌种保藏

的目的。同时，作为可行的方法，还要考虑方法的经济和简便。

方法：斜面低温保藏法；石蜡油封保藏法；砂土保藏法；冷冻干燥保藏法；液氮超低温保藏法

工业菌种扩大培养工艺与级数

级数：斜面菌种→一级种子摇瓶培养→二级种子罐培养→发酵罐 （二级） 斜面菌种→一级种子摇瓶培养→二级种子罐培养→三级种子罐培养→发酵罐 （三级） 尽量采用二级发酵

培养基种类：

按成分不同：天然培养基、半组合培养基、组合培养基

按物理状态不同：固体培养基、半固体培养基、液体培养基、脱水培养基 按功能不同：选择培养基、鉴别培养基

按培养目的不同：种子培养基、孢子培养基、发酵培养基

发酵培养基设计的原则

“投其所好”明确目的：用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量较高；用于生产代谢产物的发酵培养基氮源一般应比种子培养基低，若代谢产物是次级代谢产物，要考虑是否加入特殊物质；工业生产发酵培养基，应选择来源广泛、价格低廉的原料。

发酵培养基设计的基本步骤

调查研究：菌种来源、生理特性、生物合成途径,产物化学性质、提炼方法、质

量要求等，以便“投其所好”。

培养基成分的确定：C/N比、重要金属非金属等、复合培养试验 发酵条件的确定：温度、起始pH值、溶解氧、氧化还原电位、渗透压等 补料：对碳及氮的代谢予以适当控制，或添加各种养料和前体物质 不断完善：在生产实践过程中不断调整改进

代粮发酵主要原料

野生植物淀粉、野生植物纤维、木屑水解物、石油原料与产品（如石蜡、醋酸、乙醇等）、空气原料（碳酸气）

前体物质、促进剂的概念

在有些氨基酸、核苷酸、抗生素等发酵中添加一些特殊物质能获得较高的产率，它们在发酵中主要起避免反馈抑制、作为产物的前身等作用，这些特殊物质称为前体物质。

在氨基酸、抗生素和酶制剂发酵过程中，可以在发酵培养基中加进某些对发酵起一定促进作用的物质，称为促进剂。

促进剂作用原理（以抗生素生产为例）

起生长因素作用 推迟菌体自溶

抑制了某些合成其它产物途径而使之向所需产物途径转化 降低了产生菌的呼吸

改变发酵液的物理性质，改善通气效果 与产物结合，防止反馈抑制

结合淀粉水解糖的制备方法与各自优缺点，思考实际生产中，该如何对方法进行选择

1、酸解法：又称酸糖化法，它是以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。

优点： 缺点

（1）水解时间短 （1）副反应多，产物纯度低

（2）所需设备少 （2）需耐腐蚀、高温、高压设备增加了危险性与污染 （3）生产能力大 （3）对淀粉原料要求高：颗粒小而均匀，淀粉乳浓度较低 原料较精细 2、酶解法是指用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖

优点： 缺点

（1）副反应少，产物纯度高，质量好且出糖率高（1）水解时间长

（2）条件温和，生产安全，污染少 （2）易造成过滤困难、泡沫多等问题

（3）对淀粉原料要求较低：可用粗原，淀粉乳浓度较高 3、酸酶结合法：集中酸法与酶法优点、克服两者缺点的方法，可分为： 酸酶法 酶酸法

适用于：颗粒坚硬原料 颗粒不均匀、杂质较多原料 不适用于： 正好相反

选择：从水解糖液的质量和降低糖耗、提高原料利用率来说，选择酶法； 从水解速度来说，选择酸法 ；

综合考虑各方面因素，选择酸酶结合法，尤其是酶酸法 。

甘蔗糖蜜与甜菜糖蜜的主要区别

①甜菜中蔗糖较多，而转化糖含量极少，但总糖量接近。 ②甘蔗糖蜜呈微酸性，而甜菜糖蜜则呈微碱性。 ③甜菜糖蜜中总氮量较丰富。

糖蜜作为发酵原料的适用性

含糖量很高。

主要含非结晶糖，回收困难。 含大量的可发酵性糖，无需糖化。

谷氨酸发酵糖蜜预处理的方法与各自原理 巴斯德效应机制：

好氧，进入TCA，产生的柠檬酸、ATP抑制磷酸果糖激酶。 6-磷酸果糖积累，进而6-磷酸葡萄糖积累，抑制已糖激酶。

1，6-二磷酸果糖减少，对丙酮酸激酶激活作用减弱，磷酸烯醇式丙酮酸积累，抑制已糖激酶。

啤酒生产原理：

大麦经发芽得到麦芽。

麦芽糖化所得糖在啤酒酵母作用下进行酒精发酵生成二氧化碳和乙醇。 同时，麦芽在发酵过程中产生了有机酸、高级醇 和酯类，与啤酒花共同形成啤酒独特的风味。

啤酒花的作用：

酒花油与苦味酸赋予啤酒独特的香味和爽口的苦味； 酒花树脂可提高啤酒泡沫持久性； 沉淀蛋白质，有利于啤酒澄清； 抑菌防腐。

柠檬酸的生物合成途径图

葡萄糖经过EMP途径生成丙酮酸，一方面丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-COA；另一方面丙酮酸羧化作用生成草酰乙酸，草酰乙酸与乙酰-COA缩合生成柠檬酸。

黑曲霉生产柠檬酸，有那些特有的优势？ 见书P67-68

柠檬酸为什么能过量积累？

1、锰离子缺乏，抑制蛋白质合成，导致NH4+浓度升高，有氧时黑曲霉走不产ATP的侧系呼吸链，解除了对磷酸果糖激酶的抑制，促进EMP途径畅通。 2、丙酮酸羧化酶不被调节控制，源源不断提供草酰乙酸。

3、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA和两个CO2固定反应的平衡，及柠檬酸合成酶不被调节，增强了合成柠檬酸的能力。

4、顺乌头酸水合酶催化建立柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：3：7的平衡，造成柠檬酸最初的积累。

5、柠檬酸的积累使pH值下降，抑制了异柠檬酸脱氢酶和顺乌头酸水合酶的活力，促进了自身进一步积累。

柠檬酸生产调节措施？

1、菌种 选育优良菌株

2、发酵条件：锰离子缺乏、有氧、控制Fe2+含量、pH值2.0-2.5左右

谷氨酸生产工艺过程

淀粉水解糖的制备：将淀粉先用α-淀粉酶液化后在高温下加酸糖化得到葡萄糖 发酵：斜面活化 一级摇瓶种子 二级罐种子 发酵 谷氨酸提取：等电点锌盐法

粗谷氨酸制味精：谷氨酸与碳酸钠进行中和制成谷氨酸钠，才具有强力鲜味。 同时经过一系列的精制过程，才得到符合质量标准的味精。

谷氨酸生物合成途径图：

糖经酵解途径（EMP）和磷酸己糖途径（HMP）生成丙酮酸。丙酮酸经氧化脱羧生成乙酰-CoA，经CO2固定生成草酰乙酸，两者合成柠檬酸进入三羧酸循环，由三羧酸循环的中间产物α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下，还原氨基化合成谷氨酸。

解释表5-3

现象：

（1）生物素贫乏培养基中积累大量谷氨酸，生物素丰富培养基中几乎不积累谷氨酸。

（2）生物素贫乏培养基培养的细胞内谷氨酸含量较生物素丰富的培养基中培养的少，且较容易洗出。 机理：

生物素是脂肪酸生物合成中的辅酶，生物素缺乏时，不饱和脂肪酸合成受阻，造成磷脂含量不足，细胞膜结构不完整，提高了通透性，有利于谷氨酸分泌到培养基中，消除了谷氨酸对其自身合成的抑制，同时谷氨酸也较容易洗脱。

谷氨酸生产菌种选育模型

（1）生物素缺陷型 （2）油酸缺陷型 （3）甘油缺陷型 （4）温度敏感突变株

谷氨酸生物合成人工调节措施 1、菌种：选育，如对氟乙酸抗性菌株。

2、发酵条件：生物素限制、氟乙酸控制、锰离子缺乏

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