1酶工程:①概念:酶工程又称酶反应技术,将酶或微生物细胞、动植物细胞、细胞器等在一定的生物反应装置中,利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。②研究的四个方面:酶的生产与纯化、酶分子的修饰改造、酶的应用、酶和细胞的固定。
2.酶的缺点:①稳定性差,使用寿命短;②使用效率低,不能反复使用;③难实现连续化。 3.固定化酶:(1)概念:将水溶性的酶,用物理或化学方法处理使其变成不溶于水的酶的技术称为固定化酶技术。(2)优点:①一般固定化酶热稳定性较游离酶热稳定性高,因此可以利用温度的提高来加速反应的速率;②可反复多次使用,效率高,专一性强;③易与产物分离,有利于精制,提高产品质量。④具有一定的机械强度,可以置于专门的反应器中进行连续的催化反应,便于连续化和自动化的操作。(3)固定化酶的方法:吸附法、包埋法、结合法、交联法、热处理法。
4.纤维素酶:①葡萄糖内切酶在纤维素分子内部的非结晶区,随机水解β-1,4糖苷键,将长链纤维素分子截断,产生大量非还原性末端的小分子纤维素;②葡萄糖外切酶作用于纤维素线状分子末端,水解β-1,4糖苷键,每次切下一个纤维二糖;③β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖和短链的纤维寡糖生成葡萄糖,对纤维二糖和纤维三糖水解速度快,随着聚合度的增加水解速度降低。
5.淀粉糖酶类作用特点及反应产物:(1)α-淀粉酶:从底物分子内部随机内切淀粉分子中的 α-1,4糖苷键生成分子量不等的糊精(主要)和少量低聚糖,麦芽糖和葡萄糖,而使淀粉糊的粘度迅速下降,即起“液化”作用,所以又称液化酶;(2)β-淀粉酶:从淀粉分子非还原端每次切下两个葡萄糖单位→即一个麦芽糖单位,并将原来的α-构型变成β-构型。β-淀粉酶不能水解α-1,6糖苷键,故水解支链淀粉是不完全的,因而,水解至分枝点前2-3个葡萄糖残基时停止,而残留较大分子的消极糊精。产物是麦芽糖和极限糊精;(3)葡萄糖淀粉酶:从淀粉非还原端依次水解α-1,4糖苷键,生成葡萄糖,并把其构型转变为β-型,产物为β- 葡萄糖。此外,也能水解淀粉的α-1,6糖苷键和α-1,3糖苷键;(4)脱枝酶:只作用于1,6糖苷键,把淀粉的分枝切下来,但是对异麦芽糖的1,6糖苷键不起作用,必须要有1,4糖苷键同时存在时脱枝酶才能起作用。
6.果葡糖浆的生产工艺:淀粉→液化(耐热性α-淀粉酶)→糊精低聚糖→糖化(糖化酶,DE值95%-96%)→过滤纯化→异构化(异构酶)→过滤纯化→果葡糖浆.
7.低聚果糖生产基本原理:①低聚果糖是由蔗糖和1-3个果糖基通过β-1,2苷键与蔗糖中的果糖基结合而成的蔗果三糖,蔗果四糖和蔗果五糖等一类碳水化合物总称;②生产:Fru-O-Glu+E-H→[Fru-E]+H-O-Glu; [Fru-E] + H-OH→Fru-OH + E-H; [Fru-E]+H-OR→ Fru-OR' + E-H 。
8.高F值寡肽的制备:(1)在氨基酸或寡肽混合物中,支链氨基酸与芳香族氨基酸的摩尔比称为F值,高F值寡肽即具有高支链、低芳香族氨基酸组成特征的寡肽;(2)生产:①使用蛋白酶Ⅰ水解蛋白质原料形成可溶性肽,要求水解发生在特定的位置使得切下的肽段的N-末端或C-末端为芳香族氨基酸;②利用蛋白酶Ⅱ(羧肽酶)切断芳香族氨基酸旁的肽键,并将其从肽链中释放出来。
9.干酪生产的酶类:凝乳酶、乳中的天然蛋白酶、发酵剂菌种产生的水解酶。 10.酶在焙烤工业中的应用:淀粉酶(麦芽)、蛋白酶、戊聚糖酶、脂肪氧化酶(大豆粉)、葡萄糖氧化酶。
11.固态发酵的优缺点:(1)优点:①培养基简单且来源广泛;②不需要严格的无菌操作;③发酵残渣处理简单,废水排放少;④分生孢子可作为种子,能长期保存和重复利用;(2)缺点:①培养基不均匀且不易搅拌,使得发酵参数的检测和控制都比较困难;②连续操作和自动化很困难;③劳动强度大,占地面积大,易污染杂菌。
12.液态深层发酵的优点:①培养基均匀,容易控制发酵参数,选择最佳培养条件;②易于实现大规模工业化、标准化、自动化生产、生产效率高。
13.优良生产菌种的特性:①遗传性稳定,不易变异退化;②生长繁殖能力强;③不生产或少生产与目标产品性质相近的副产物;④对培养基营养成分要求低;⑤最适温度、耗氧适中、易于控制发酵条件;⑥具有抗噬菌体感染的能力;⑦菌种为非病原菌。
14.味精酶法生产原理:①谷氨酸的生物合成:糖酵解作用、戊聚糖磷酸途径、三羧酸循环、乙醛酸循环、丙酮酸羧化支路;②控制谷氨酸合成的措施:乙醛酸循环弱、GDH酶活力强、异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱、α-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱、谷氨酸脱氢酶能力强。
15.麦汁的制造:(1)过程:①麦芽和谷物的粉碎;②糖化制成麦芽汁;③过滤分离麦糟;④麦汁煮沸并添加酒花;⑤麦汁冷却并分离固形物。(2)麦汁煮沸的目的:①将麦汁浓缩到规定浓度;②使酒花有效成分融入麦汁中;③使麦汁中的蛋白质凝固析出,提高啤酒的非生物稳定性;④使酶失活,对麦汁进行灭菌,以获得定型的麦汁。
16.发酵法生产单细胞蛋白(SCP)的优点:①不受时间的和耕地的制约;②产量高、蛋白质含量高且营养丰富;③富集蛋白质的能力快。17.破除SCP生产菌体细胞壁的方法:①化学法:用不同化合物处理菌体,如:氢氧化钠,乙酸,柠檬酸,氯仿等去除细胞壁或增加其通透性。②酶法:一般将活性菌体置于一定温度下,以激活胞内β-葡聚糖酶,使细胞壁发生自溶,或者加入外酶。③机械法:包括高压均质,球磨研磨法,超声波破碎法,冷冻-解冻交替处理法。
18.什么是基因工程、食品基因工程?答:①基因工程:用酶学方法,将异源基因与载体DNA进行体外重组,将形成的重组子转入受体,使异源基因在其中复制表达从而改变其生物特性,大量生产出人类所需要的产物的高新技术。②食品基因工程:利用基因工程的技术和手段,在分子水平上定向重组遗传物质,以改良食品的品质和性状,提高食品的营养价值、贮藏加工性状以及感官性状的技术。 19.基因工程的操作步骤? 答:①目的基因的获得,载体的选择;②重组质粒的构建;③导入目标生物体细胞内;④转基因重组体的获得;⑤转基因生物的鉴定。
20.什么是限制性内切酶?常用的工具酶有哪些?答:(1)限制性内切酶:在生物体内有一类酶,他们能将外来的DNA切断,即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力,但对自己的DNA却无损害作用,这样可以保护细胞原有的遗传信息,由于这种切断作用是在DNA分子内部进行的,故名限制性内切酶。(2)常用的工具酶:①限制性内切酶;②聚合酶;③反向转录酶;④碱性磷酸酯酶。
21.什么叫目的基因?获得目的基因的方法有哪些?答:(1)目的基因:在基因工程中,按照人们的预先设计获得需要的特异基因,即目的基因。(2)获得基因的方法:①分离法;②反转录合成法;③化学合成法;④聚合酶链式反应(PCR扩充)。
22.理想的基因工程载体应具备的特征有哪些?对质粒载体有哪些要求?常用的质粒载体有哪些?答:(1)基因载体的特征:①本身是一个复制子,并且在受体细胞中能大量繁殖;②相对分子质量小;③载体具有选择性的遗传标志,可供受体细胞辨认的表型特征;④载体具有多个限制性内切酶的单一切点。(2)质粒载体的要求:具有基因载体必要的条件;(3)常用的质粒载体:
23.目的基因与载体的连接方式有哪些?答:①粘性末端连接法,如直接粘结、加尾粘结;②平头连接法;
24.PCR反应过程有哪些?答:①DNA的变性:DNA双链在加热或碱性条件下,双链的氢键断裂为单链DNA,一般解链温度为85-95℃;②引物与单链DNA退火结合:单链DNA在温度逐渐降低时,重新与其互补的引物或另一条单链结合形成双链,称为退火;(3)引物延伸:以目标DNA为模板,以引物为固定起点,以四种脱氧核苷三磷酸为底物在DNA聚合酶的作用下,由5’端向3’端的方向进行DNA复制。
25.试述基因工程在食品工业上的应用? 答:①改良食品加工的原料,如改善乳牛的产奶量;提高植物性食品氨基酸含量;②改良微生物菌种性能,如将α-乙酰乳酸脱羧酶基因克隆到酵母中进行表达,可降低啤酒双乙酰含量而改善啤酒风味;③应用于酶制剂的生产,如凝乳酶、α-淀粉酶、葡萄糖氧化酶的生产;④改良食品加工工艺,如采用基因工程改良小麦种子贮藏蛋白的烘烤特性;降低大麦中的醇溶蛋白含量,改良啤酒的加工工艺;⑤应用于生产保健食品的有效成分,如在动植物或其细胞中使目的基因得到表达可以制造有益于人类健康的保健成分或有效因子。
26.细胞工程的含义?答:细胞工程是指在细胞水平上的遗传操作,即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植及组织和细胞培养等方法,快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的技术。主要介绍细胞融合技术、动物细胞工程、植物细胞工程和微生物细胞工程及其在食品工业中的应用。
27.细胞融合技术的含义?答:细胞融合技术是指两种不同亲株经酶法除去细胞壁得到两个球状原生质体或原生质体球,然后置于高渗溶液中,在以聚乙二醇助溶和氯化钙存在下,促使两者互相凝聚集并发生细胞融合,进而导致基因重组,获得新的菌株,这种融合又称为原生质体融合,其融合频率高于常规杂交育种数倍到几十倍。
28.诱导细胞融合的方法有哪些?答:①生物方法(病毒);②化学方法(聚乙二醇PEG);③物理方法(电激和激光)。 29.动物体细胞技术主要应用于哪几个方面?答:①用于基因定位和绘制人类基因图谱;②用于生产树突状细胞抗肿瘤疫苗;③用于生产单克隆抗体;④用于动物育种;⑤用于细胞疗法;⑥动物体细胞融合在基础理论研究方面的应用。
30.植物细胞有哪些特性? 答:细胞的大小、细胞块的形状、培养液的粘度都与微生物不同,而且对氧的要求相对微生物要低得多;植物细胞容易聚集,易分化,比较脆弱,对剪切力耐受性差,植物细胞培养代谢途径和代谢产物形成与细胞生长关系密切相关而且极力比较复杂,选择合适的反应器构型及操作方法及大地关系到植物细胞的代谢产物合成。
31.什么是蛋白质工程?蛋白质工程基本步骤有哪些? 答:(1)蛋白质工程:是指通过生物技术对蛋白质的分子结构或者对编码蛋白质的基因进行改造,以便获得更合适人类需要的蛋白质产品的技术。(2)步骤:①分离纯化目的蛋白,使之结晶,进行分析,得到其空间结构的尽可能多的信息;②对目的蛋白的功能作详尽的研究,确定它的功能域;③通过对蛋白质的一级结构、空间结构和功能之间的相互关系分析,找出关键的基因和结构;④围绕这些关键的基因和结构提出对蛋白质进行改造的方案,并用基因工程的方法去实施;⑤队经过改造的蛋白质进行功能性测定。
32.改造蛋白质的方法有哪些?答:①初级改造:个别氨基酸的改变和一整段氨基酸序列的删除、置换或插入;②高级改造:蛋白质分子的剪裁,如结构域的拼接;③从头设计合成新型蛋白质。 33.简述蛋白质工程技术在食品工业中的应用。答:①消除酶的被抑制特性;②引入二硫键,改善蛋白质的热稳定性;③转化氨基酸残基,改善蛋白质热稳定性;④改变酶的最适PH值条件;⑤提高酶的催化活性;⑥修饰酶的催化特异性;⑦修饰nisin的生物防腐效应。
34.酸乳加工中凝固型和搅拌型的区别:①凝固型:先用零售容器罐装,再培养、冷却形成凝固型酸乳;②搅拌型:先在发酵罐发酵,搅拌、冷却后用零售容器罐装形成搅拌型酸乳。
35.SCP生产的原料:利用淀粉质原料、烷烃化合物、糖蜜原料、纤维素质原料和工业废液。 36.生物传感器:①定义:以传感器为基础,由生物学、电化学、光学、热力学及计算机等学科相互渗透和融合的产物,是多学科的交叉领域。②基本组成:生物敏感元件、换能器和信号处理放大装置。 37.生物传感器在食品工业中的应用:①农药和抗生素残留的分析,如乙酰胆碱酯场效应管传感器,用于分析敌敌畏等有机磷农药的残留;②食品添加剂的分析,如将亚硫酸氧化酶固定于玻璃电极上,结合流动注射分析系统制成了测定亚硫酸盐的生物传感器;③污染微生物的检测,如利用微生物在代射过程中产生电子,电子直接在阳极上放电产生电流,通过测定电流大小从而测定微生物浓度的传感器,检测酿酒酵母、乳酸菌;④生物毒素的检测;⑤食品新鲜度的分析,如利用鱼死亡后,鱼肉中ATP分解代谢后各种代谢产物之间的比例关系做成生物传感器。
38.食品工业废水生物处理的应用:①肉类加工厂的废水处理,如厌氧塘-氧化塘联合处理肉加工的废水;②鱼类加工厂的废水处理,如利用曝气池处理鱼类加工厂的废水;③罐头加工厂的废水处理,如利用絮凝剂去除青豆罐头中的胶体物质;④淀粉加工厂的废水处理,如用厌氧池处理淀粉加工厂的废水;⑤节约用水的方法,如水的循环使用,改进废水处理设备。
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