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第六章 食品發酵

學習目的與要求

1、食品發酵的基本概念;

2、食品發酵的一般工藝過程;

3、如何選擇工業用菌種;

4、發酵有哪些類型?各種類型的基本特點;

5、發酵過程的控制;

6、發酵產物的提取。

復習思考題

一、名詞解釋

發酵 發酵熱 下游工程 固態發酵 液態發酵 生物熱 混合發酵

分批發酵 連續發酵 固定化發酵

二、單項選擇題

1、發酵是( )在無氧狀態下的呼吸過程，即無氧呼吸，它和呼吸一樣是生物獲得能量的一種形式。

①細菌 ②霉菌 ③蕈菌 ④酵母

2、把借助微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來制備微生物菌體本身，或其直接代謝產物或次級代謝產物的過程統稱為( )。

①發酵 ②釀造 ③發酸 ④干燥

3、微生物發酵在常溫、常壓下進行，發酵設備是否需要考慮防爆裝置( )。

①需要 ②不需要 ③無關系

4、發酵全過程容易發生雜菌污染而造成巨大的損失，故發酵過程要求( )。

①通氣攪拌 ②控制溫度 ③不檢查菌群 ④無雜菌

5、獲得的微生物發酵產物都要按照( )有關部門制定的標準進行質量檢驗和性能測定，符合要求后才稱為合格產品。

①國際 ②行業 ③地方 ④國家

6、工業發酵所用的微生物稱為菌種。能作為菌種的微生物是( )。

①所有微生物 ②部分微生物 ③部分微生物菌株 ④所有微生物菌株

7、分子育種是應用基因工程手段來進行的?；蚬こ淌且环N DNA體外重組技術，這種使DNA分子進行重組，再在受體細胞內無性繁殖的技術又稱( )

①分子聚合 ②分子雜交 ③分子標記 ④分子克隆。

8、固態發酵又稱固體發酵，是指微生物在沒有或幾乎沒有( )的固態的濕培養基上的發酵過程。

①平衡水 ②蒸餾水 ③結合水 ④游離水

9、現代微生物工業大多數都是采用( )，這是因為其適用面廣，能精確地調控，總的效率高，并易于機械化和自動化。

①半固態發酵 ②固液混合發酵 ③固態發酵 ④液態發酵

10、連續發酵，是指以一定速度向發酵罐內添加新鮮培養基，同時以相同的速度流出培養液，從而使發酵罐內的液量( )，使培養物在近似恒定狀態下生長的培養方法。

①溢出 ②增加 ③降低 ④維持恒定

11、混合培養物發酵又簡稱混合發酵，是指( )微生物混合在一起共用一種培養基進行發酵。

①相同 ②一種 ③兩種 ④多種

12、在影響微生物生長繁殖的各種物理因素中，起著最重要作用的是( )。

①濕度 ②氣體成分 ③壓力 ④溫度

13、溫度和微生物生長的關系是在其最適溫度范圍內，生長速度隨溫度升高而( )，發酵溫度升高，生長周期就縮短。

①無法確定 ②定量增加 ③降低 ④增加

14、微生物生長的最適pH值和發酵的最適pH值( )

①相同 ②不一定相同 ③無關 ④無法確定

15、由于微生物不斷消耗發酵液中的氧，而氧在發酵液中的溶解度很低，所以發酵過程中應采用( )。

①降低溫度 ②提高溫度 ③加強通風 ④強制供氧

三、多項選擇題

1、發酵用微生物菌種絕大多數可來源于( )

①已有優良生產菌種 ②自行選育新菌種 ③野生種 ④雜交種

2、發酵生產企業應注意( )

①減小噪音 ②防止三廢污染 ③安全用電 ④安全生產

3、分批發酵過程中應注意的操作有( )。

①除氧氣 ②消泡劑 ③加發酵劑 ④控制pH值

4、在連續發酵中可以維持不變的參數有( )

①營養物濃度 ②產物濃度 ③pH值 ④微生物細胞的濃度

5、與微生物發酵有關的參數，可分為( )。

①人為因素 ②生物因素 ③化學因素 ④物理因素

6、發酵過程中，隨著培養菌對培養基的利用，以及機械攪拌的作用，將產生一定熱量，同時因發酵罐壁散熱、水分蒸發等也帶走部分熱量，這些熱量包括( )等。

①輻射熱 ②蒸發熱 ③攪拌熱 ④生物熱

7、發酵培養基中對微生物生長具有明顯影響的因素有( )。

①pH值 ②氧氣 ③水分 ④溫度

8、根據固定化的機理，固定化的方法有( )

①吸附 ②包埋 ③共價 ④交聯

四、簡述題

1、簡述常見發酵產品的種類及相應的生產菌種類。

2、工業生產所用于發酵的菌種有什么要求?

3、說明發酵菌種的主要來源。

4、微生物發酵可分為哪幾類?

5、混合發酵的優勢如何?

6、能正確敘述好氧發酵的特點，大型發酵罐的基本組成和要求。

7、PH值對微生物發酵的影響，如何控制?

8、消泡劑應具備的條件。

9、濃縮發酵產物的方法及其特點。

10、連續發酵的優缺點。

11、固定化發酵的特點。

五、論述題

1、闡述發酵過程中各工藝過程的具體操作要求。

2、獲得優良菌株的方法有哪些?

3、固態、液態發酵的特點比較。

4、溫度對微生物發酵的影響，如何控制?

5、吸附法提取發酵產物的優缺點、吸附劑具備條件、吸附劑的種類。

6、發酵過程中泡沫如何變化?怎樣消泡?

控制?

發酵培養基的pH值，對微生物生長具有非常明顯的影響，也是影響發酵過程中各種酶活的重要因素，還可能嚴重影響菌體的生長和產物的合成，因此對微生物發酵來說有各自的最適生長pH。①發酵液的pH值的改變，影響了微生物細胞原生質膜的電荷發生改變;②發酵液的pH值直接影響酶的活性，在不適宜的pH值下，微生物細胞中某些酶的活性受到抑制，從而影響微生物的生長繁殖和新陳代謝;③發酵液的pH值影響培養基某些重要的營養物質和中間代謝產物的離解，從而影響微生物對這些物質的利用。

8、消泡劑應具備的條件。

①應該在氣—液界面上具有足夠大的鋪展系數，才能迅速發揮消泡作用。這就要求消沫劑有一定的親水性;②應該在低濃度時具有消泡活性;③應該具有持久的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫;④應該對微生物、人類和動物無毒性;⑤應該對產物的提取不產生任何影響;⑥不會在使用、運輸中引起任何危害;⑦成本低;⑧應該對氧傳遞不產生影響;⑨能耐高溫滅菌。

9、濃縮發酵產物的方法及其特點。

濃縮常在發酵液提取前后進行，有時貫穿在整個發酵產品提取過程中。濃縮是將低濃度溶液除去一定量溶劑變為高濃度溶液的過程。其方法有：蒸發濃縮法，冷動濃縮，吸收濃縮等。

五、論述題

1、發酵過程中各工藝過程的具體操作要求。

①發酵原料的選擇及預處理②微生物菌種的選育及擴大培養③發酵設備選擇及工藝條件控制④發酵產物的分離提取⑤發酵廢物的回收和利用(見教材234—235)

2、獲得優良菌株的方法有哪些?

通過自然選育、誘變育種、雜交育種、分子育種等育種方法獲得優良菌株。(見教材236—237頁)

3、固態、液態發酵的特點比較。

固態發酵是指微生物在沒有或幾乎沒有游離水的固態的濕培養基上的發酵過程，與液態

發酵相比，其優點為：培養基含水量少，廢水、廢渣少，環境污染少，容易處理;能源消耗量低，供能設備簡易;培養基原料多為天然基質或廢渣，廣泛易得，價格低廉;設備和技術較簡易，較低的投資;產物濃度較高，后處理較方便。其缺點為：菌種限于耐低水活性(aw)的微生物，菌種選擇性少;發酵速度慢，周期較長;天然原料成分復雜，有時變化，影響發酵產物的質和量;工藝參數難以測準和控制;產品少，工藝操作消耗勞力多，強度大。

4、溫度對微生物發酵的影響，如何控制?

溫度對發酵的影響是多方面的，對菌體生長和代謝產物形成的影響是由各種因素綜合表現的結果。①溫度影響酶反應速度：溫度升高，反應速度加大，生長代謝加快，產物生成提前，高溫酶很容易熱失活的，溫度愈高失活愈快，菌體易于衰老影響產物生成。②溫度通過影響發酵液中溶解氧從而影響發酵，③溫度影響生物合成方向。如谷氨酸發酵時，擴展短桿菌在30℃培養后在37℃發酵，如果其他條件不予改變時，就積累過量的乳酸。④ 溫度還能影響酶系組成及酶的特性。如用米曲霉制曲時，溫度控制在低限有利于蛋白酶合成，α-淀粉酶活性受到抑制。(5)溫度影響微生物的生長繁殖，每種微生物各有其生長發育所需的溫度。

為了使微生物的生長速度最快和代謝產物的產率最高，在發酵過程中必須根據菌種的特性，選擇和控制最適合的溫度。即在該溫度下最適于菌的生長或發酵產物的生成。不同的菌種和不同培養條件以及不同的酶反應和不同的生長階段，最適溫度不同。

5、吸附法提取發酵產物的優缺點、吸附劑具備條件、吸附劑的種類。

吸附法具有操作簡單、原料易解決，便于土法生產的優點。缺點是如吸附劑性能不穩定、選擇性不高等。收率不穩定，不能連續操作，勞動強度大，炭粉影響環境衛生。

吸附劑具備條件：①吸附劑本身是一種多細孔粉沫狀的物質，其顆粒密度下，表面積大，但孔隙也不要太大，否則在孔隙中的溶質就不易被解吸下來;②吸附劑必須顆粒大小均勻;③吸附能力變大，但也要容易洗脫下來。

吸附劑的種類：①疏水或非極性吸附劑，如活性炭應用于味精溶液的脫色。②親水或極性吸附劑，如硅膠、氧化鋁、活性土等。③各種離子交換樹脂吸附劑。

6、發酵過程中泡沫如何變化?怎樣消泡?

泡沫的多少一方面與通氣、攪拌的劇烈程度有關，攪拌所引起的泡沫比通氣大;另一方面與培養基所用的原材料的性質有關。發酵初期，由于培養基濃度大，粘度高，營養豐富，因而泡沫的穩定性與高的表面粘度和低的表面張力有關。隨著發酵進行表面粘度下降和表面張力上升，泡沫壽命逐漸縮短，泡沫減少。另外菌的繁殖，尤其是細菌本身具有穩定泡沫的作用，在發酵最旺盛時泡沫形成比較多，在發酵后期菌體自溶導致發酵液中可溶性蛋白質增加，又利于泡沫的產生。發酵過程中染菌而使發酵液粘度增加，也會產生大量泡沫。因此，由于強烈的通氣和攪拌，同時微生物呼吸或發酵產生大量的CO2等氣體排到發酵液中，必然引起大量泡沫的產生。

泡沫的控制，可以采用兩種途徑：①調整培養基中的成分(如少加或緩加易起泡的原材料)、或改變某些物理化學參數(如pH、溫度、通氣和攪拌)、或者改變發酵工藝 (如采用分次投料)來控制，以減少泡沫形成的機會。但這些方法的效果有一定的限度。②采用機械消沫或化學消沫這兩大類方法來消除已形成的泡沫。