现代食品生物技术作业
题目一：目前，转基因食品发展可以分成哪些阶段，各阶段有什么特点？ 转基因就是将不同来源的DNA 分子进行重组，克服了天然物种生殖隔离屏障，将具有某种特性的基因分离和克隆，再转接到另外的生物细胞内，从而可以按照人们的意愿创造出自然界中原来并不存在的新的生物功能和类型。以转基因生物为原料加工生产的食品就是转基因食品。通过这种技术人类可以获得更符合要求的食品品质，它具有产量高、营养丰富、抗病力强的优势，但它可能造成的遗传基因污染也是它的明显缺陷。
自1900年孟德尔定律被重新发现以来，遗传学大体上经历了三个发展阶段：
（1）细胞遗传学阶段，从1910年T.H 摩尔根发表关于果蝇的性连锁遗传开始，到1940年比德尔（G .W.Beadle ）和泰特姆（E.L.Tatum ）发表关于链孢霉的营养缺陷型研究结果之前，这一阶段的主要成就是确立了遗传的染色体学说。
（2）微生物遗传学阶段，从1941年比特尔和泰特姆发表关于链孢霉营养缺陷型的研究结果开始，到1961年雅各布（F.Jacob ）和莫诺（J.Monod ）发表关于大肠杆菌的操纵子学说为止，这一阶段的特点是，用微生物作材料，研究了基因的精细结构、化学本质、突变机制以及细菌的基因重组、基因调控等。
（3）分子遗传学阶段，从1953年沃森（J.D.Watson ）和克里克（F.H.C.Crick ）提出DNA 的双螺旋结构模型开始，直到现在。这一阶段先是发现了DNA 结构、复制、转录、转译的规律，mRNA 、tRNA 和核糖体的功能，以及遗传密码的本质等，后来又在研究细菌质粒、噬菌体和限制性内切酶的基础上实现了遗传工程。
转基因作物根据转基因的特性分为三代：
第一代称为“InPuttraits ”，意思是转基因作物的特性主要集中在输入特性方面，增加农作物抗性和耐储藏性能，其主要目的是降低耕种成本，增加作物产量以及减少化学农药的使用等。抗除草剂作物、抗虫作物、抗病毒作物、抗恶劣环境作物（如抗旱作物）、耐储藏等均属于第一代转基因作物。第一代转基因作物虽然没有给消费者带来直接利益，但却给农户带来巨大的实惠，同时，也在一定程度上减少了化学农药给环境带来的污染。
第二代称为“Outputtraits ”，意思是转基因作物的特性主要集中在输出特性方面，其主要目的是提高作物产品的品质，如改善食品的味道，增加食物的营养，减少食物中的反式脂肪酸，提高油料作物的含油量等。增加营养因子（金稻）、品质改良（高筋小麦、高油酸大豆、低芥酸油菜）、果蔬品质改良（抗褐变土豆、高胡萝卜素和番茄红素的番茄）属于第二代转基因作物。第二代转基因作物可以让消费者直接受益。
第三代称为“Value －addedtraits ”，意思是转基因作物的特性主要集中在作物传统功能以外的其他方面，主要是为了特定目的而使作物产生特殊的化学物质，以增加食品中的功能因子和食品的免疫功能。这种转基因作物将用于与传统粮食及纤维制品完全不同的领域，如药用作物，生物燃料作物，含有生物降级物质的作物等。
题目二：转基因食品的安全性评价内容包括什么，你如何评价转基因食品商品的强制标签规定？
转基因食品及其产业化存在潜在安全风险是不争的事实，不加控制的转基因食品技术对人类社会及自然环境的危害也是显而易见的。因此，世界上许多国家都制定了对转基因生物的管理法规和办法，负责对其安全性进行评价和监控，其内容主要集中在环境安全性和食用安全性两方面。我国正在起草的命名为《中国生物安全国家框架》的法规，规定了本着对全人类和子孙后代长远利益负责的态度，从生物安全性问题的广泛性、潜在性、长期性、严重性上做好生物安全管理工作，同时要求对进口的转基因食品进行严格的安全检测，真正确保消费者的利益。
我国在转基因食品技术领域确立的既有制度主要有：安全性评价制度。对转基因食品生产经营活动进行安全性评价是国际社会的一致做法。中国政府在转基因生物产业方面继续坚持“科学规划、积极研究、加强管理、稳步推进”的原则，并实行严格的分级管理安全评价制度、标识制度、生产加工许可制度、种子（种畜禽、水产苗种）经营许可制度和进口审批制度。其中安全评价是转基因安全管理工作的核心，一般都要从多方面、多个阶段进行。一要考虑受体生物的安全性；二要考虑基因操作的安全性，如基因来源、结构、功能、转基因方法等是否安全；三要评价转基因生物的安全；四要将转基因产品与常规产品相比较，综合考察其安全性；五要联系转基因生物的用途、规模、应用环境及控制措施等进行综合安全评价。安全评价重点考察其遗传稳定性、环境安全性和食用安全性。包括转基因作物生存竞争能力评价、基因漂移的生态风险评价、营养学评价、致敏性评价、毒理学评价等多方面。1993年，国家科委发布(基因工程安全管理办法) ，1996年农业部颁布了(农业生物基因工程安全管理实施办法) ，根据这两个规定，我国将生物产品按其风险大小分为4个等级。目前，我国的生物产品大多属于低度风险的I 级，即该类基因工程工作对人类健康和生态环境尚不构成风险，不会对人类造成危害。但是基因表达调控是一个复杂的生命现象，每个基因产物又都是微量的，监测很困难，而它的影响却是巨大的。
一、对环境的安全性评价
转基因技术是一种新的尖端生物技术，在提高粮食产量、减少农药使用、生产含有更多营养成分的健康食物方面有巨大潜力。公众存在担忧情绪，主要是怕它被错误地利用。与任何食品一样，转基因食品的安全性需要慎重对待和严格管理，转基因作物对生态环境的长远影响也需要更多的跟踪研究。面对转基因食品，我们需要的是严谨的科学态度，而不是简单地给予偏见或排斥。
事实上，自然界中的基因重组一直都没有停止过，人类今天种植的普通谷物正是几千年自然选择和人为选择的结果。我们在吃这些食物时，就吃进了从这种食物的野生亲缘种来的抗病基因和各种其他基因。这是一般人没有意识到的。传统的杂交育种会引入成千上万个新基因，其中许多基因是人类尚不了解的，不知道会引起什么后果。而转基因技术只是在已经普遍种植的作物品种中，加入一两个已知性状的新基因，因此它培育新品种的效率更高，而风险并不比传统育种更大。
关于转基因作物的潜在生态风险早在1992年公布的《生物多样性公约》条款中就已明确提出来，要求制定或采取办法酌情管制、管理或控制由生物技术改变的活生物(LMO或GMO) 在使用和释放时可能产生的危险，既可能对环境产生不利影响，从而影响到生物多样性的保护和持续利用，也要考虑到对人类健康的危险。对环境产生不利的影响，包括了对农田生态系统的影响，以及自然生态系统的影响，影响是多方面的。转基因作物因为是人工制造的品种，我们可以把这
些品种看作为自然界原来不存在的外来种。一般说来，外来种对环境或生物多样性造成威胁或危险会有一段较长的时间。有时需10年的时间，或更长的时间。转基因作物商品化种植至今最长也就是5～6年的时间，一些潜在风险在这么短的时间内不一定能表现出来。
1. 转基因生物对环保的不利影响
一些专家认为，转基因技术存在着广泛性、潜在性、长期性的危险，可能会影响环境中非目标性生物的生态结构，改变物种竞争关系等一系列问题。而这些风险有的可通过有效的管理来消除，有的需要进一步科学研究予以确认。
（1）转基因生物技术对目标物种进化的影响。与自然生物相比，转基因生物具有更强的竞争性，加之具有很好的的经济效益，长期下去就会取代原有的自然生物，导致该物种其他品种的灭绝。而物种的多样性是减少物种遭受疾病侵袭的重要方式。缺乏了物种多样性，当转基因品种的生物由于某种原因而灭绝时将可能导致该物种绝迹。同时，也对非目标物种有伤害，对生物多样性形成威胁。如果大规模的种植转基因作物，可能会减少有益昆虫的种群。
（2）转基因生物对生态环境的影响。生态系统是一个经过生存竞争而形成的一个稳定的动态系统，如果不严格控制转基因生物在自然界中生长、繁殖，则可能会危害到其他物种的生存。GEO 通过食物链影响当地的生态环境，新的微生物与有亲缘关系的生物进行有效的竟争，引起环境发生不可见的破坏。作为人工制造成的转基因作物，可能成为自然界不存在的外来品种，若干年后，可能对地壤、野生近缘种、普通作物、相邻的植物及环境造成破坏。例如，转基因生物中被人为植入的基因与其他物种基因杂交产生“疯长”的物种，从而破坏生态平衡；转基因生物还可能引发害虫、野草等生物体对药物产生耐药性，从而进一步破坏生态平衡。
（3）基因污染难以消除。转基因作物可能与野生亲缘作物杂交，通过基因流可使野生近缘种变为杂草，成为“超级杂草”，造成“基因污染”。基因化的生物、细菌、病毒等进入环境，保存或恢复是不可能的，它不象化学或核污染，副面危害是不可逆转的。
（4）不精确的技术。基因技术将一异源基因从一生物转入另一生物，虽然其DNA 可以精确地切割，但不能将新基因准确地植入另一生物中，从而影响这一生物其它基因的基本功能。科学家无法预见植物基因化后产生新的，未知的蛋白质，也不能完全准确的预见对受体影响的结果表现为不成熟性。
除去对环境可能存在的不利影响外，也可以将转基因武器的有利方面应用在环境保护上。我们可以针对一些破坏生态平衡的动植物，研制出专门的基因产品，既能高效的杀死它们，又不会对其他生物造成影响，还能节省成本。例如一直严重危害我国淡水区域的水葫芦，如果有一种基因产品能够高效杀灭的话，那每年就可以节省几十亿。
2. 对人体的安全性评价
转基因食品是通过基因技术加入了外来基因或去除原有基因的食品。许多人担心，吃了转基因食品动植物的基因会转移到人体中。这是由于不了解基因作用原理而产生的一种误解。几乎任何食品都含有基因，不论基因的来源如何，构成基因的物质DNA （脱氧核糖核酸）进入人体后，都会被酶分解破坏成小分子，不可能将外来遗传信息带到人的基因组里。从这个角度上说，转基因食品与传统食品并没有差别。
从本质上讲，转基因生物和常规育成的品种是一样的，两者都是在原有的基础上对某些性状进行修饰，或增加新性状，或消除原有不利性状。常规育成的品种仅限于种内或近缘种间，而转基因植物中的外源基因可来自植物、动物、微生物。虽然，目前的科学水平还不能完全精确地预测一个外源基因在新的遗传背景中产生什么样的相互作用，但从理论上讲，转基因食品是安全的。长期食用转基因食品不会有副作用，一是因为转基因食品上市之前是经过大量试验和许多部门严格检验的；二是转基因食品在体内不积累。
但是，从科学的角度来看，基因化食品可能存在的卫生危害如下：
（1）未进行较长时间的安全性试验：基因化食品改变了我们所食用食品的自然属性，它所使用的生物物质不是人类食品安全提供的部份，未进行长时间的安全试验，没有人知道这类食品是安全的。
（2）产生毒素：基因化食品能产生不可预见的生物突变，可能产生新的有害物质或过敏源，自身能制造杀虫毒素的转基因作物，毒素可能伤害其他生物，或进入食物链威胁家畜与人类健康。据美国的一项研究结果发现，由布莱德国际公司开发的具有抗虫害能力的转基因玉米能使蝴蝶幼虫死亡，成为“蝴蝶杀手”。
（3）过敏或变态反应：转基因食品对人类健康的影响主要表现在过敏反应、毒性反应及其它变态反应等方面。作为传统食品的动植物都是经过人类长期自然选择的结果，与人的生理机能是相互协调的。而作为新事物的转基因食品并没有经过这样的长期选择过程，基因技术会在食品中产生不能预见的和未知的变态反应原，某些人群对一些转基因食品存在过敏反应甚至毒性反应是完全可能的。2001年7月联合国食品法典委员会制定了评估转基因生物是否符合健康标准的首批原则。该原则将转基因食品“引起变态反应能力”作为主要项目之一。
（4）减少食品的营养价值或降解食品中重要的成份：基因化的目的是去除或灭活人们认为不需要的物质，这些物质可能是未知的，但它是基本的。基因化食品的虚假新鲜感迷惑消费者。具有芳香、有光泽的红色蕃茄能贮藏几周，但营养价值较低。消费者在购买水果或蔬菜时，仅依靠外观和质地，因此，不能准确判定该产品的真实质量。营养物质在环境中自然循环受到转基因微生物的干扰。
（5）产生抗菌素耐药性细菌：目前的转基因技术中常常会植入具有抗药性的基因，例如抗除草剂基因、耐抗生素基因。基因技术采用耐抗菌素（如抗卡那霉素、氨苄青霉素、新霉素、链霉素等）基因来标识转基因化的农作物，这就意味着农作物带有耐抗菌素的基因。这些基因通过细菌而影响我们。英国的研究显示，转基因作物中的突变基因可能会进入到生物有机体，突变的基因如跨越种群和转移至细菌，其结果可能会导致新的疾病。虽然这种机会可能性很小，但如出现无法治疗的并广泛传播的对生命造成严重威胁的疾病时，其后果不堪设想。
（6）产生的问题不能进行追踪：若不进行标识，我们的公共卫生当局就无力因出现问题发现其来源，潜在性的危害值得怀疑。
虽然目前对转基因食品还存在很大争议，但是转基因食品所具有的独特优势却始终吸引着广大消费者。以含有维生素A 的转基因稻米为例，这种稻米有助于缓解维生素A 缺乏症和因此导致的失明等情况。虽然有反对的声音存在，但更多的人认为推广此类稻米势在必行。而对食品进行严格的毒性与过敏性检测可以有效减少转基因食品对人类健康的危害。
3. 转基因食品商品的强制标签规定
吃不吃转基因食品，在社会上褒贬不一，有人赞同，亦有人反对。
持认同观点的声音表示，随着人口的不断增加，以及能源的枯竭和环境污染的恶化，人类将可能陷入生存的危机。转基因食品是食品领域的一场革命，其通过遗传工程改变植物种子中的脱氧核糖核酸，然后把这些修改过的再复合基因转移到另一些植物种子内，从而获得在自然界中无法自动生长的植物物种，使得人类所需的粮食、肉类等食品，通过转基因技术的方法，改变原来的不利于生长的难题，实现增产和增收。人类可以从这些食物中摄取到更多的维生素，使身体更加健康；抗虫和抗除草剂的转基因植物食品，将使我们免受农药污染造成的身体损害。
反对的声音主要是对转基因食品的安全性进行质疑。他们担心的主要原因还是上面分析的转基因食品可能对人体存在的危害；其次还有转基因食品是否会引起伦理和宗教问题，如转基因动物生产人催乳素、人溶酶或其他人自身基因的产物而产生的伦理问题，用不同动物基因培育的转基因动物（如羊中含有猪或牛的基因）而引发的宗教问题等。
正是基于转基因食品存在两种不同观点，鉴于转基因技术的利弊目前尚无定论，宜结合我国的国情，采取深度和广度调适。因此，在消费过程中，转基因食品必须凭标识上市销售，将吃或不吃的决定权交由消费自由选择是理所当然的。
题目三：请采用固定化酶技术，写出利用甘蔗加工废糖蜜生产低聚果糖的工艺。
甘蔗制糖业是广西的支柱产业，而采用固定化酶技术，利用甘蔗加工废糖蜜生产低聚果糖则是广西制糖产业的另一条很有发展潜力的深加工产业链。
1. 酶的固定化技术
酶工程即利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需的产品。酶工程是现代酶学理论与化工技术的交叉技术，它的应用主要集中于医药工、食品工业和轻工业等领域。
酶是由生物体产生的具有催化活性的蛋白质，它能特定地促成某个化学反应而本身却不参加反应，具有反应效率高，条件温和，反应产物污染小，能耗低，反应容易控制等特点。这是任何无机催化剂都无法比拟的优点。但因为酶的化学本质是蛋白质，其最大弱点是不稳定性，对酸、碱、热及有机溶液容易发生酶蛋白的变性作用，从而降低或失去活性。而且酶往往在溶液中进行反应，反应以后会残留在溶液系统中不易回收，造成最终产品生化分离提纯操作上的麻烦。加之酶反应只能分批进行，难于连续化、自动化操作。这大大地阻碍了酶工程的发展应用为克服上述缺点，要将游离酶固定化后进行应用。固定化酶技术是把从生物体内提取出来的酶，用人工方法固定在载体上。由于固定化酶的运动被化学或物理的方法限制了，能将其从反应介质中回收，所以它原则上能在批量操作成连续操作中重复使用酶。
将酶或细胞限制或定位于特定空间位置的技术，称为酶或细胞固定化技术，是酶工程关链技术之一。实际上有了酶的固定化技术，酶在工业生产中的利用价值才真正得以体现。经固定后之酶称为固定化酶或“固着酶”。固定化酶称之为固定化生物催化剂，其特点是既保持生物催化剂功能，又具有固相催化剂特点。 固定化酶具有如下性质：（1）酶的稳定性提高；（2）酶的活性和催化底物有所变化；（3）最适温度有所提高。
与水溶性的酶相比，固定化酶的优点有：（1）反应完成后可通过简单的方法
回收酶，酶活力降低不多，这样可使酶重复使用，同时由于酶没有游离到产品中，便于产品的分离和纯化；（2）酶固定化处理后一般稳定性有较大提高，对温度和pH 值的适应范围增大，对抑制剂和蛋白酶的敏感性降低；（3）实现批量或连续操作模型的可能，适于产业化、连续化、自动化生产。
2. 低聚果糖的性质
功能性低聚糖的功能可分为初级、次级和三级。初级功能是指营养源；次级功能是指能提供甜味，低聚糖的甜度为庶糖的30—50％；三级功能是指它的双歧因子、低热量、抗蛀牙等的作用。低聚糖的主要生理功能有：(1)高效的双歧杆菌增殖因子；(2)低热值；(3) 水溶性膳食纤维；(4)促进机体对钙、镁、锌等矿物元素的吸收；(5)非龋齿性。
目前已知的功能性低聚糖有1000多种，自然界中只有少数食品中含有天然的功能性低聚糖，并由于受到生产资源条件的限制，所以除大豆低聚糖等少数几种由提取法制取外，大部分是由天然原料经生物技术合成的。
低聚果糖是较早开发的功能性低聚糖之一，它的优良保健功能和生理活性已被广泛认可，成为最具代表性的功能性低聚糖。天然的和微生物酶法得到的低聚糖几乎都是直链的。工业上，低聚果糖有两种生产方法：以菊芋为原料酶法生产和以蔗糖为原料酶法生产。
低聚果糖(fructooligsacchride，FOS ，以下称FOS) 又名蔗果低聚糖或蔗果三糖族低聚糖，分子式为G-F-Fn(n=l，2，3，G 为葡萄糖，F 为果糖) ，它是由蔗糖和l ～3个果糖基通过β-l ，2苷键与蔗糖中的果糖基结合而成的蔗果三糖(GF2) ，蔗果四糖(GF3) 和蔗果五糖(GF4) 等一组低聚糖的总称，属于果糖与葡萄糖构成的直链低聚糖。它的分子量最多不超过823，分子聚合度是在2-7之间，平均聚合度为2.7。其化学结构式为：
注：(1)蔗果三糖，(2)蔗果四糖，(3)蔗果五糖。
3. 低聚果糖的生产概况
自从1950年，Bacon 等人在研究酵母转化酶时，发现此酶具有转化生成蔗果低聚糖的功能后，人们开始对低聚果糖的工业化生产进行了深入地研究。 目前，在低聚果糖的生产中主要采用三种工艺方法。
（1）酶解法
以菊芋粉为原料，通过控制酶的水解度水解生成的果寡糖混合物，此法生成的低聚果糖链较长。
（2）深层液体发酵法
以50%-60%蔗糖溶液为底物，直接运用黑曲霉发酵产生的β-呋喃果糖苷酶转化生成低聚果糖液。
（3）固定化酶法生产
其实此法和发酵法机理一样，其首先运用海藻酸钠和氯化钙等试剂将黑曲霉孢子固定化做成颗粒，即为固定化酶。将此酶按比例投入50%蔗糖溶液中反应，然后过滤分离，将酶与糖液分开，固定化酶可反复使用。
可以看出，在上述工艺方法中，都受到了酶促反应平衡理论的影响，这也就使得反应产物中低聚果糖含量不能达到较高水平。为了提高低聚果糖的纯度，人们不断地寻求有效的方法，有的从酶促反应的角度出发，在发酵产物中通过降低副产物葡萄糖的含量，促使反应向产物方向进行的方法来提高低聚果糖的含量，但是效果并不太理想。另外新技术的应用特别是色谱技术和膜分离技术等分离方法的应用为生产高纯度低聚果糖带来了曙光，但却由于成本高，效率低，技术不成熟或分离不彻底等原因一直没有在国内工业上普及开来。
固定化酶法克服了液体深层发酵法以及固定化细胞法的不足和缺陷。液体深层发酵法的弊端是工艺繁杂，酶只能利用一次，生产成本高、环境污染大，产品亦受污染；固定化细胞法倒是可以重复利用细胞内酶，减少了发酵产生菌体的费用，但该法在生产工艺上要求较高，去杂质和脱色脱盐的供需仍不可避免；固定化酶法生产的产品杂质少，反应过程中无色素及其他代谢产物产生，产品不需脱色、脱盐，品质更纯净。
4. 采用固定化酶法，将蔗糖废糖蜜加工成低聚果糖
蔗糖是存在于自然界中最广泛的低聚糖，由于它不具备调节生理活性的功能，因此不属于功能性低聚糖。但是蔗糖可作为制取功能性低聚糖的原料。蔗糖分子是由一个葡萄糖残基和一个果糖残基经a —1，2糖苷键相连而形成的的二糖，水解酶可破坏a —1，2键使蔗糖水解生成葡萄糖分子和果糖分了，再通过转移酶的作用，在特定的经基上产生新的糖苷键(俗称转苷) ，从而形成各种各样的新低聚糖。例如，果糖苷酶催化蔗糖水解生成葡萄糖和果糖，而果糖基转移酶则起果糖基转移反应，使果糖分子转移到另一蔗糖分子的果核基的CI —0H 上，形成β—1，2健相接成为低聚果糖。功能性低聚糖的兴起无疑为蔗糖的深加工开辟了新的途径，这也从一个方面提示我们：利用现代生物技术的方法来处理蔗糖，以获取具有实用价值的生物化工制品已成为蔗糖深加工的发展趋势。目前已开发出来的以蔗糖为原料的功能性低聚糖品种很多。
（1）基本原理
工业上生产低聚果糖是通过微生物发酵产生的β-果糖基转移酶(β-fructosyltransferase ，EC 2.4.1.99) 或β-呋喃果糖苷酶(β-fructofuranoside ，EC
3.2.1.26) 作用于30-60％蔗糖溶液进行分子内果糖苷转移反应生成的。高纯低聚果糖深加工则是利用色谱技术和膜技术来精制出高纯低聚果糖。
（2）生产方法
蔗糖加水溶解后通过装有固定化果糖基转移酶的生物反应器(控制温度、PH 、通风) 制造低聚果糖。
工业上主要采用具有果糖基转移活性的酶(如β—D —吱喃果糖昔酶) 作用于蔗糖而制取低聚果糖。其反应可表示为：
酶 GFn 十G (n＝2—4，G 表示葡萄糖，F 表示果糖)
工业化生产低聚果糖多采用固定化酶法进行连续化生产，即将具有较高果糖基转移酶活力的活性菌体固定在一定载体上并装柱，高浓度蔗糖溶液以一定速度通过固定化酶柱，由酶作用于蔗糖发生转移反应，然后经活性炭脱色，离子交换法脱盐等手段进行分离提纯，经浓缩可得低聚果糖含量为55％~60％的液体产品。将反应液通过色谱技术和膜分离技术等分离方法进一步提纯后可精制出含量为95％的高纯度产品。
在蔗糖转移反应生成低聚果糖的同时，也生成了副产物——葡萄糖，葡萄糖是酶抑制物，它的存在会削弱酶的催化能力，使低聚果糖含量降低。可在反应体系中加入葡萄糖氧化酶或葡萄糖异构酶，前者能将葡萄糖氧化成葡萄糖酸，而后者能使葡萄糖转化为果糖，从而对蔗糖的转移反应起协同促进作用，达到增加低聚果糖生成量，提高产品纯度的目的。
题目四：在现代发酵工程中，一般可以通过调整哪些技术参数达到提高目的产物产量的目的？
一次成功的发酵同时受到两方面因素的制约，一是生产菌种的遗传特性，二是发酵条件。
1. 菌种的控制
优良的菌种是高产的基础条件，为保证菌种不受各种外来菌种的污染，必须做好发酵的染菌控制，严防出现下列情况：
（1）设备、管道、阀门漏损；
（2）设备及管道灭菌不彻底存在死角；
（3）空气净化不彻底；
（4）菌种不纯或培养基灭菌不彻底；
（5）无菌操作不严格，生产操作出错。
2. 生产过程的控制
优良的菌种固然是高产的基础，发酵条件也同样不可忽视。发酵过程中许多物理参数和生化参数是很难实现在线分析和控制的，一般只能针对少数几个可检测和监控的参数进行，包括：温度、溶解氧、pH 值、二氧化碳、基质浓度、泡沫和发酵终点判断。
（1）从酶动力学角度来看，酶促反应过程中释放发酵热，导致温度升高，反应速率加大，生长代谢加快，生产期提前。但因酶本身很易因热而失去活性，温度越高，酶失活越快，表现在发酵周期缩短，菌体易衰老，影响产物的最终产量。发酵过程中一般需要进行适当的冷却操作，并应根据发酵不同阶段，确定最适温度。一般来说，接种后应适当提高些培养温度，以利于孢子的萌发或加快微生物的生长、繁殖，待发酵液温度上升时，发酵液的温度应控制在微生物的最适生长温度；主发酵旺盛阶段，温度控制可比最适生长温度低些，即控制在微生物代谢产物合成的最适温度；同时，为使微生物生长速度最快和代谢产物产率最高，
必须根据微生物菌种的特性，选择和控制最适温度。
（2）每种微生物在确定的设备和发酵条件下，对氧气的需要变化均有自己的规律。一般说来，发酵初期，菌体大量繁殖，氧气消耗大，需氧量大于供氧量；发酵中后期，菌体已繁殖到一定程度，呼吸强度不大，需氧量变化较小；发酵后期，菌体衰亡自溶，发酵液的溶氧反而会上升。因此，在供氧时，要多方面考虑，工艺控制上可采用改变通气量、搅拌速度和培养液粘度、补加无菌水等方法来调节。
（3）pH 对微生物的生长和代谢产物的形成有很大影响。大多数细菌的最适生长pH 为6.5-7.5，霉菌一般为4.0-5.8；酵母为3.8-6.0。不同的pH 环境下得到的发酵产物各不同。为了使目标微生物能在最适的pH 范围内生长、繁殖和发酵，首先应根据不同微生物的特性，不仅在原始培养基中要控制适当的pH ，而且整个发酵过程中，必须随时检测pH 的变化情况，根据变化规律，选用适当的方法进行适当的调节和控制。例如在基质中加入缓冲性物质，在生产过程中加入无机酸、碱进行调控等。
（4）二氧化碳既是微生物某些代谢的基质，又是代谢产物。在发酵液中的二氧化碳对氨基酸、抗生素等发酵有刺激或抑制作用。不同的菌种，不同工艺的发酵，二氧化碳的影响也不同，有的对合成产物有刺激作用，有的则有抑制作用。如果对发酵有利，则应设法提高二氧化碳浓度，反之则尽可能降低其浓度。对于二氧化碳溶于发酵液中造成pH 下降的问题，可用碱进行中和，但不能用碳酸钙。
（5）基质是菌种生长代谢的物质基础，又涉及产物的合成，发酵工业必须选择适当的基质和适当的浓度，以提高产物的合成量。其中，碳源、氮源和磷酸盐对发酵过程的影响极为重要，在生产中要注意及时补加。
（6）控制发酵过程中产生的泡沫，是使发酵过程得以顺利进行和稳产、高产的重要因素之一。发酵中少量泡沫的产生是正常的，过多则容易引起发酵液溢出浪费或感染杂菌，同时也会降低设备的利用率，影响通气效果。控制泡沫，可通过物理法（改变温度等）、机械法（机械力打碎等）、化学法（加入消泡剂等）进行。
（7）发酵终点的判断，对提高产量和经济效益都很重要，需要综合考虑菌体的衰亡、产品质量和生产的经济效益等各种因素。判断放罐的指标有：产物产量、过滤速度、氨基氮含量、菌体形态、pH 、发酵液外观和粘度等。
3. 其它影响产物产量的因素
发酵液的预处理和固液分离步骤同样对产物的产量有影响。发酵液预处理和固液分离的作用是：
（1）分离细胞、菌体和其它悬浮颗粒
（2）除去部分可溶性杂质
（3）改变滤液性质
为使能达到发酵液预处理和固液分离的最佳效果，可采用调节PH 、加热、过滤、离心分离等方法进行处理。
现代食品生物技术作业
题目一：目前，转基因食品发展可以分成哪些阶段，各阶段有什么特点？ 转基因就是将不同来源的DNA 分子进行重组，克服了天然物种生殖隔离屏障，将具有某种特性的基因分离和克隆，再转接到另外的生物细胞内，从而可以按照人们的意愿创造出自然界中原来并不存在的新的生物功能和类型。以转基因生物为原料加工生产的食品就是转基因食品。通过这种技术人类可以获得更符合要求的食品品质，它具有产量高、营养丰富、抗病力强的优势，但它可能造成的遗传基因污染也是它的明显缺陷。
自1900年孟德尔定律被重新发现以来，遗传学大体上经历了三个发展阶段：
（1）细胞遗传学阶段，从1910年T.H 摩尔根发表关于果蝇的性连锁遗传开始，到1940年比德尔（G .W.Beadle ）和泰特姆（E.L.Tatum ）发表关于链孢霉的营养缺陷型研究结果之前，这一阶段的主要成就是确立了遗传的染色体学说。
（2）微生物遗传学阶段，从1941年比特尔和泰特姆发表关于链孢霉营养缺陷型的研究结果开始，到1961年雅各布（F.Jacob ）和莫诺（J.Monod ）发表关于大肠杆菌的操纵子学说为止，这一阶段的特点是，用微生物作材料，研究了基因的精细结构、化学本质、突变机制以及细菌的基因重组、基因调控等。
（3）分子遗传学阶段，从1953年沃森（J.D.Watson ）和克里克（F.H.C.Crick ）提出DNA 的双螺旋结构模型开始，直到现在。这一阶段先是发现了DNA 结构、复制、转录、转译的规律，mRNA 、tRNA 和核糖体的功能，以及遗传密码的本质等，后来又在研究细菌质粒、噬菌体和限制性内切酶的基础上实现了遗传工程。
转基因作物根据转基因的特性分为三代：
第一代称为“InPuttraits ”，意思是转基因作物的特性主要集中在输入特性方面，增加农作物抗性和耐储藏性能，其主要目的是降低耕种成本，增加作物产量以及减少化学农药的使用等。抗除草剂作物、抗虫作物、抗病毒作物、抗恶劣环境作物（如抗旱作物）、耐储藏等均属于第一代转基因作物。第一代转基因作物虽然没有给消费者带来直接利益，但却给农户带来巨大的实惠，同时，也在一定程度上减少了化学农药给环境带来的污染。
第二代称为“Outputtraits ”，意思是转基因作物的特性主要集中在输出特性方面，其主要目的是提高作物产品的品质，如改善食品的味道，增加食物的营养，减少食物中的反式脂肪酸，提高油料作物的含油量等。增加营养因子（金稻）、品质改良（高筋小麦、高油酸大豆、低芥酸油菜）、果蔬品质改良（抗褐变土豆、高胡萝卜素和番茄红素的番茄）属于第二代转基因作物。第二代转基因作物可以让消费者直接受益。
第三代称为“Value －addedtraits ”，意思是转基因作物的特性主要集中在作物传统功能以外的其他方面，主要是为了特定目的而使作物产生特殊的化学物质，以增加食品中的功能因子和食品的免疫功能。这种转基因作物将用于与传统粮食及纤维制品完全不同的领域，如药用作物，生物燃料作物，含有生物降级物质的作物等。
题目二：转基因食品的安全性评价内容包括什么，你如何评价转基因食品商品的强制标签规定？
转基因食品及其产业化存在潜在安全风险是不争的事实，不加控制的转基因食品技术对人类社会及自然环境的危害也是显而易见的。因此，世界上许多国家都制定了对转基因生物的管理法规和办法，负责对其安全性进行评价和监控，其内容主要集中在环境安全性和食用安全性两方面。我国正在起草的命名为《中国生物安全国家框架》的法规，规定了本着对全人类和子孙后代长远利益负责的态度，从生物安全性问题的广泛性、潜在性、长期性、严重性上做好生物安全管理工作，同时要求对进口的转基因食品进行严格的安全检测，真正确保消费者的利益。
我国在转基因食品技术领域确立的既有制度主要有：安全性评价制度。对转基因食品生产经营活动进行安全性评价是国际社会的一致做法。中国政府在转基因生物产业方面继续坚持“科学规划、积极研究、加强管理、稳步推进”的原则，并实行严格的分级管理安全评价制度、标识制度、生产加工许可制度、种子（种畜禽、水产苗种）经营许可制度和进口审批制度。其中安全评价是转基因安全管理工作的核心，一般都要从多方面、多个阶段进行。一要考虑受体生物的安全性；二要考虑基因操作的安全性，如基因来源、结构、功能、转基因方法等是否安全；三要评价转基因生物的安全；四要将转基因产品与常规产品相比较，综合考察其安全性；五要联系转基因生物的用途、规模、应用环境及控制措施等进行综合安全评价。安全评价重点考察其遗传稳定性、环境安全性和食用安全性。包括转基因作物生存竞争能力评价、基因漂移的生态风险评价、营养学评价、致敏性评价、毒理学评价等多方面。1993年，国家科委发布(基因工程安全管理办法) ，1996年农业部颁布了(农业生物基因工程安全管理实施办法) ，根据这两个规定，我国将生物产品按其风险大小分为4个等级。目前，我国的生物产品大多属于低度风险的I 级，即该类基因工程工作对人类健康和生态环境尚不构成风险，不会对人类造成危害。但是基因表达调控是一个复杂的生命现象，每个基因产物又都是微量的，监测很困难，而它的影响却是巨大的。
一、对环境的安全性评价
转基因技术是一种新的尖端生物技术，在提高粮食产量、减少农药使用、生产含有更多营养成分的健康食物方面有巨大潜力。公众存在担忧情绪，主要是怕它被错误地利用。与任何食品一样，转基因食品的安全性需要慎重对待和严格管理，转基因作物对生态环境的长远影响也需要更多的跟踪研究。面对转基因食品，我们需要的是严谨的科学态度，而不是简单地给予偏见或排斥。
事实上，自然界中的基因重组一直都没有停止过，人类今天种植的普通谷物正是几千年自然选择和人为选择的结果。我们在吃这些食物时，就吃进了从这种食物的野生亲缘种来的抗病基因和各种其他基因。这是一般人没有意识到的。传统的杂交育种会引入成千上万个新基因，其中许多基因是人类尚不了解的，不知道会引起什么后果。而转基因技术只是在已经普遍种植的作物品种中，加入一两个已知性状的新基因，因此它培育新品种的效率更高，而风险并不比传统育种更大。
关于转基因作物的潜在生态风险早在1992年公布的《生物多样性公约》条款中就已明确提出来，要求制定或采取办法酌情管制、管理或控制由生物技术改变的活生物(LMO或GMO) 在使用和释放时可能产生的危险，既可能对环境产生不利影响，从而影响到生物多样性的保护和持续利用，也要考虑到对人类健康的危险。对环境产生不利的影响，包括了对农田生态系统的影响，以及自然生态系统的影响，影响是多方面的。转基因作物因为是人工制造的品种，我们可以把这
些品种看作为自然界原来不存在的外来种。一般说来，外来种对环境或生物多样性造成威胁或危险会有一段较长的时间。有时需10年的时间，或更长的时间。转基因作物商品化种植至今最长也就是5～6年的时间，一些潜在风险在这么短的时间内不一定能表现出来。
1. 转基因生物对环保的不利影响
一些专家认为，转基因技术存在着广泛性、潜在性、长期性的危险，可能会影响环境中非目标性生物的生态结构，改变物种竞争关系等一系列问题。而这些风险有的可通过有效的管理来消除，有的需要进一步科学研究予以确认。
（1）转基因生物技术对目标物种进化的影响。与自然生物相比，转基因生物具有更强的竞争性，加之具有很好的的经济效益，长期下去就会取代原有的自然生物，导致该物种其他品种的灭绝。而物种的多样性是减少物种遭受疾病侵袭的重要方式。缺乏了物种多样性，当转基因品种的生物由于某种原因而灭绝时将可能导致该物种绝迹。同时，也对非目标物种有伤害，对生物多样性形成威胁。如果大规模的种植转基因作物，可能会减少有益昆虫的种群。
（2）转基因生物对生态环境的影响。生态系统是一个经过生存竞争而形成的一个稳定的动态系统，如果不严格控制转基因生物在自然界中生长、繁殖，则可能会危害到其他物种的生存。GEO 通过食物链影响当地的生态环境，新的微生物与有亲缘关系的生物进行有效的竟争，引起环境发生不可见的破坏。作为人工制造成的转基因作物，可能成为自然界不存在的外来品种，若干年后，可能对地壤、野生近缘种、普通作物、相邻的植物及环境造成破坏。例如，转基因生物中被人为植入的基因与其他物种基因杂交产生“疯长”的物种，从而破坏生态平衡；转基因生物还可能引发害虫、野草等生物体对药物产生耐药性，从而进一步破坏生态平衡。
（3）基因污染难以消除。转基因作物可能与野生亲缘作物杂交，通过基因流可使野生近缘种变为杂草，成为“超级杂草”，造成“基因污染”。基因化的生物、细菌、病毒等进入环境，保存或恢复是不可能的，它不象化学或核污染，副面危害是不可逆转的。
（4）不精确的技术。基因技术将一异源基因从一生物转入另一生物，虽然其DNA 可以精确地切割，但不能将新基因准确地植入另一生物中，从而影响这一生物其它基因的基本功能。科学家无法预见植物基因化后产生新的，未知的蛋白质，也不能完全准确的预见对受体影响的结果表现为不成熟性。
除去对环境可能存在的不利影响外，也可以将转基因武器的有利方面应用在环境保护上。我们可以针对一些破坏生态平衡的动植物，研制出专门的基因产品，既能高效的杀死它们，又不会对其他生物造成影响，还能节省成本。例如一直严重危害我国淡水区域的水葫芦，如果有一种基因产品能够高效杀灭的话，那每年就可以节省几十亿。
2. 对人体的安全性评价
转基因食品是通过基因技术加入了外来基因或去除原有基因的食品。许多人担心，吃了转基因食品动植物的基因会转移到人体中。这是由于不了解基因作用原理而产生的一种误解。几乎任何食品都含有基因，不论基因的来源如何，构成基因的物质DNA （脱氧核糖核酸）进入人体后，都会被酶分解破坏成小分子，不可能将外来遗传信息带到人的基因组里。从这个角度上说，转基因食品与传统食品并没有差别。
从本质上讲，转基因生物和常规育成的品种是一样的，两者都是在原有的基础上对某些性状进行修饰，或增加新性状，或消除原有不利性状。常规育成的品种仅限于种内或近缘种间，而转基因植物中的外源基因可来自植物、动物、微生物。虽然，目前的科学水平还不能完全精确地预测一个外源基因在新的遗传背景中产生什么样的相互作用，但从理论上讲，转基因食品是安全的。长期食用转基因食品不会有副作用，一是因为转基因食品上市之前是经过大量试验和许多部门严格检验的；二是转基因食品在体内不积累。
但是，从科学的角度来看，基因化食品可能存在的卫生危害如下：
（1）未进行较长时间的安全性试验：基因化食品改变了我们所食用食品的自然属性，它所使用的生物物质不是人类食品安全提供的部份，未进行长时间的安全试验，没有人知道这类食品是安全的。
（2）产生毒素：基因化食品能产生不可预见的生物突变，可能产生新的有害物质或过敏源，自身能制造杀虫毒素的转基因作物，毒素可能伤害其他生物，或进入食物链威胁家畜与人类健康。据美国的一项研究结果发现，由布莱德国际公司开发的具有抗虫害能力的转基因玉米能使蝴蝶幼虫死亡，成为“蝴蝶杀手”。
（3）过敏或变态反应：转基因食品对人类健康的影响主要表现在过敏反应、毒性反应及其它变态反应等方面。作为传统食品的动植物都是经过人类长期自然选择的结果，与人的生理机能是相互协调的。而作为新事物的转基因食品并没有经过这样的长期选择过程，基因技术会在食品中产生不能预见的和未知的变态反应原，某些人群对一些转基因食品存在过敏反应甚至毒性反应是完全可能的。2001年7月联合国食品法典委员会制定了评估转基因生物是否符合健康标准的首批原则。该原则将转基因食品“引起变态反应能力”作为主要项目之一。
（4）减少食品的营养价值或降解食品中重要的成份：基因化的目的是去除或灭活人们认为不需要的物质，这些物质可能是未知的，但它是基本的。基因化食品的虚假新鲜感迷惑消费者。具有芳香、有光泽的红色蕃茄能贮藏几周，但营养价值较低。消费者在购买水果或蔬菜时，仅依靠外观和质地，因此，不能准确判定该产品的真实质量。营养物质在环境中自然循环受到转基因微生物的干扰。
（5）产生抗菌素耐药性细菌：目前的转基因技术中常常会植入具有抗药性的基因，例如抗除草剂基因、耐抗生素基因。基因技术采用耐抗菌素（如抗卡那霉素、氨苄青霉素、新霉素、链霉素等）基因来标识转基因化的农作物，这就意味着农作物带有耐抗菌素的基因。这些基因通过细菌而影响我们。英国的研究显示，转基因作物中的突变基因可能会进入到生物有机体，突变的基因如跨越种群和转移至细菌，其结果可能会导致新的疾病。虽然这种机会可能性很小，但如出现无法治疗的并广泛传播的对生命造成严重威胁的疾病时，其后果不堪设想。
（6）产生的问题不能进行追踪：若不进行标识，我们的公共卫生当局就无力因出现问题发现其来源，潜在性的危害值得怀疑。
虽然目前对转基因食品还存在很大争议，但是转基因食品所具有的独特优势却始终吸引着广大消费者。以含有维生素A 的转基因稻米为例，这种稻米有助于缓解维生素A 缺乏症和因此导致的失明等情况。虽然有反对的声音存在，但更多的人认为推广此类稻米势在必行。而对食品进行严格的毒性与过敏性检测可以有效减少转基因食品对人类健康的危害。
3. 转基因食品商品的强制标签规定
吃不吃转基因食品，在社会上褒贬不一，有人赞同，亦有人反对。
持认同观点的声音表示，随着人口的不断增加，以及能源的枯竭和环境污染的恶化，人类将可能陷入生存的危机。转基因食品是食品领域的一场革命，其通过遗传工程改变植物种子中的脱氧核糖核酸，然后把这些修改过的再复合基因转移到另一些植物种子内，从而获得在自然界中无法自动生长的植物物种，使得人类所需的粮食、肉类等食品，通过转基因技术的方法，改变原来的不利于生长的难题，实现增产和增收。人类可以从这些食物中摄取到更多的维生素，使身体更加健康；抗虫和抗除草剂的转基因植物食品，将使我们免受农药污染造成的身体损害。
反对的声音主要是对转基因食品的安全性进行质疑。他们担心的主要原因还是上面分析的转基因食品可能对人体存在的危害；其次还有转基因食品是否会引起伦理和宗教问题，如转基因动物生产人催乳素、人溶酶或其他人自身基因的产物而产生的伦理问题，用不同动物基因培育的转基因动物（如羊中含有猪或牛的基因）而引发的宗教问题等。
正是基于转基因食品存在两种不同观点，鉴于转基因技术的利弊目前尚无定论，宜结合我国的国情，采取深度和广度调适。因此，在消费过程中，转基因食品必须凭标识上市销售，将吃或不吃的决定权交由消费自由选择是理所当然的。
题目三：请采用固定化酶技术，写出利用甘蔗加工废糖蜜生产低聚果糖的工艺。
甘蔗制糖业是广西的支柱产业，而采用固定化酶技术，利用甘蔗加工废糖蜜生产低聚果糖则是广西制糖产业的另一条很有发展潜力的深加工产业链。
1. 酶的固定化技术
酶工程即利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需的产品。酶工程是现代酶学理论与化工技术的交叉技术，它的应用主要集中于医药工、食品工业和轻工业等领域。
酶是由生物体产生的具有催化活性的蛋白质，它能特定地促成某个化学反应而本身却不参加反应，具有反应效率高，条件温和，反应产物污染小，能耗低，反应容易控制等特点。这是任何无机催化剂都无法比拟的优点。但因为酶的化学本质是蛋白质，其最大弱点是不稳定性，对酸、碱、热及有机溶液容易发生酶蛋白的变性作用，从而降低或失去活性。而且酶往往在溶液中进行反应，反应以后会残留在溶液系统中不易回收，造成最终产品生化分离提纯操作上的麻烦。加之酶反应只能分批进行，难于连续化、自动化操作。这大大地阻碍了酶工程的发展应用为克服上述缺点，要将游离酶固定化后进行应用。固定化酶技术是把从生物体内提取出来的酶，用人工方法固定在载体上。由于固定化酶的运动被化学或物理的方法限制了，能将其从反应介质中回收，所以它原则上能在批量操作成连续操作中重复使用酶。
将酶或细胞限制或定位于特定空间位置的技术，称为酶或细胞固定化技术，是酶工程关链技术之一。实际上有了酶的固定化技术，酶在工业生产中的利用价值才真正得以体现。经固定后之酶称为固定化酶或“固着酶”。固定化酶称之为固定化生物催化剂，其特点是既保持生物催化剂功能，又具有固相催化剂特点。 固定化酶具有如下性质：（1）酶的稳定性提高；（2）酶的活性和催化底物有所变化；（3）最适温度有所提高。
与水溶性的酶相比，固定化酶的优点有：（1）反应完成后可通过简单的方法
回收酶，酶活力降低不多，这样可使酶重复使用，同时由于酶没有游离到产品中，便于产品的分离和纯化；（2）酶固定化处理后一般稳定性有较大提高，对温度和pH 值的适应范围增大，对抑制剂和蛋白酶的敏感性降低；（3）实现批量或连续操作模型的可能，适于产业化、连续化、自动化生产。
2. 低聚果糖的性质
功能性低聚糖的功能可分为初级、次级和三级。初级功能是指营养源；次级功能是指能提供甜味，低聚糖的甜度为庶糖的30—50％；三级功能是指它的双歧因子、低热量、抗蛀牙等的作用。低聚糖的主要生理功能有：(1)高效的双歧杆菌增殖因子；(2)低热值；(3) 水溶性膳食纤维；(4)促进机体对钙、镁、锌等矿物元素的吸收；(5)非龋齿性。
目前已知的功能性低聚糖有1000多种，自然界中只有少数食品中含有天然的功能性低聚糖，并由于受到生产资源条件的限制，所以除大豆低聚糖等少数几种由提取法制取外，大部分是由天然原料经生物技术合成的。
低聚果糖是较早开发的功能性低聚糖之一，它的优良保健功能和生理活性已被广泛认可，成为最具代表性的功能性低聚糖。天然的和微生物酶法得到的低聚糖几乎都是直链的。工业上，低聚果糖有两种生产方法：以菊芋为原料酶法生产和以蔗糖为原料酶法生产。
低聚果糖(fructooligsacchride，FOS ，以下称FOS) 又名蔗果低聚糖或蔗果三糖族低聚糖，分子式为G-F-Fn(n=l，2，3，G 为葡萄糖，F 为果糖) ，它是由蔗糖和l ～3个果糖基通过β-l ，2苷键与蔗糖中的果糖基结合而成的蔗果三糖(GF2) ，蔗果四糖(GF3) 和蔗果五糖(GF4) 等一组低聚糖的总称，属于果糖与葡萄糖构成的直链低聚糖。它的分子量最多不超过823，分子聚合度是在2-7之间，平均聚合度为2.7。其化学结构式为：
注：(1)蔗果三糖，(2)蔗果四糖，(3)蔗果五糖。
3. 低聚果糖的生产概况
自从1950年，Bacon 等人在研究酵母转化酶时，发现此酶具有转化生成蔗果低聚糖的功能后，人们开始对低聚果糖的工业化生产进行了深入地研究。 目前，在低聚果糖的生产中主要采用三种工艺方法。
（1）酶解法
以菊芋粉为原料，通过控制酶的水解度水解生成的果寡糖混合物，此法生成的低聚果糖链较长。
（2）深层液体发酵法
以50%-60%蔗糖溶液为底物，直接运用黑曲霉发酵产生的β-呋喃果糖苷酶转化生成低聚果糖液。
（3）固定化酶法生产
其实此法和发酵法机理一样，其首先运用海藻酸钠和氯化钙等试剂将黑曲霉孢子固定化做成颗粒，即为固定化酶。将此酶按比例投入50%蔗糖溶液中反应，然后过滤分离，将酶与糖液分开，固定化酶可反复使用。
可以看出，在上述工艺方法中，都受到了酶促反应平衡理论的影响，这也就使得反应产物中低聚果糖含量不能达到较高水平。为了提高低聚果糖的纯度，人们不断地寻求有效的方法，有的从酶促反应的角度出发，在发酵产物中通过降低副产物葡萄糖的含量，促使反应向产物方向进行的方法来提高低聚果糖的含量，但是效果并不太理想。另外新技术的应用特别是色谱技术和膜分离技术等分离方法的应用为生产高纯度低聚果糖带来了曙光，但却由于成本高，效率低，技术不成熟或分离不彻底等原因一直没有在国内工业上普及开来。
固定化酶法克服了液体深层发酵法以及固定化细胞法的不足和缺陷。液体深层发酵法的弊端是工艺繁杂，酶只能利用一次，生产成本高、环境污染大，产品亦受污染；固定化细胞法倒是可以重复利用细胞内酶，减少了发酵产生菌体的费用，但该法在生产工艺上要求较高，去杂质和脱色脱盐的供需仍不可避免；固定化酶法生产的产品杂质少，反应过程中无色素及其他代谢产物产生，产品不需脱色、脱盐，品质更纯净。
4. 采用固定化酶法，将蔗糖废糖蜜加工成低聚果糖
蔗糖是存在于自然界中最广泛的低聚糖，由于它不具备调节生理活性的功能，因此不属于功能性低聚糖。但是蔗糖可作为制取功能性低聚糖的原料。蔗糖分子是由一个葡萄糖残基和一个果糖残基经a —1，2糖苷键相连而形成的的二糖，水解酶可破坏a —1，2键使蔗糖水解生成葡萄糖分子和果糖分了，再通过转移酶的作用，在特定的经基上产生新的糖苷键(俗称转苷) ，从而形成各种各样的新低聚糖。例如，果糖苷酶催化蔗糖水解生成葡萄糖和果糖，而果糖基转移酶则起果糖基转移反应，使果糖分子转移到另一蔗糖分子的果核基的CI —0H 上，形成β—1，2健相接成为低聚果糖。功能性低聚糖的兴起无疑为蔗糖的深加工开辟了新的途径，这也从一个方面提示我们：利用现代生物技术的方法来处理蔗糖，以获取具有实用价值的生物化工制品已成为蔗糖深加工的发展趋势。目前已开发出来的以蔗糖为原料的功能性低聚糖品种很多。
（1）基本原理
工业上生产低聚果糖是通过微生物发酵产生的β-果糖基转移酶(β-fructosyltransferase ，EC 2.4.1.99) 或β-呋喃果糖苷酶(β-fructofuranoside ，EC
3.2.1.26) 作用于30-60％蔗糖溶液进行分子内果糖苷转移反应生成的。高纯低聚果糖深加工则是利用色谱技术和膜技术来精制出高纯低聚果糖。
（2）生产方法
蔗糖加水溶解后通过装有固定化果糖基转移酶的生物反应器(控制温度、PH 、通风) 制造低聚果糖。
工业上主要采用具有果糖基转移活性的酶(如β—D —吱喃果糖昔酶) 作用于蔗糖而制取低聚果糖。其反应可表示为：
酶 GFn 十G (n＝2—4，G 表示葡萄糖，F 表示果糖)
工业化生产低聚果糖多采用固定化酶法进行连续化生产，即将具有较高果糖基转移酶活力的活性菌体固定在一定载体上并装柱，高浓度蔗糖溶液以一定速度通过固定化酶柱，由酶作用于蔗糖发生转移反应，然后经活性炭脱色，离子交换法脱盐等手段进行分离提纯，经浓缩可得低聚果糖含量为55％~60％的液体产品。将反应液通过色谱技术和膜分离技术等分离方法进一步提纯后可精制出含量为95％的高纯度产品。
在蔗糖转移反应生成低聚果糖的同时，也生成了副产物——葡萄糖，葡萄糖是酶抑制物，它的存在会削弱酶的催化能力，使低聚果糖含量降低。可在反应体系中加入葡萄糖氧化酶或葡萄糖异构酶，前者能将葡萄糖氧化成葡萄糖酸，而后者能使葡萄糖转化为果糖，从而对蔗糖的转移反应起协同促进作用，达到增加低聚果糖生成量，提高产品纯度的目的。
题目四：在现代发酵工程中，一般可以通过调整哪些技术参数达到提高目的产物产量的目的？
一次成功的发酵同时受到两方面因素的制约，一是生产菌种的遗传特性，二是发酵条件。
1. 菌种的控制
优良的菌种是高产的基础条件，为保证菌种不受各种外来菌种的污染，必须做好发酵的染菌控制，严防出现下列情况：
（1）设备、管道、阀门漏损；
（2）设备及管道灭菌不彻底存在死角；
（3）空气净化不彻底；
（4）菌种不纯或培养基灭菌不彻底；
（5）无菌操作不严格，生产操作出错。
2. 生产过程的控制
优良的菌种固然是高产的基础，发酵条件也同样不可忽视。发酵过程中许多物理参数和生化参数是很难实现在线分析和控制的，一般只能针对少数几个可检测和监控的参数进行，包括：温度、溶解氧、pH 值、二氧化碳、基质浓度、泡沫和发酵终点判断。
（1）从酶动力学角度来看，酶促反应过程中释放发酵热，导致温度升高，反应速率加大，生长代谢加快，生产期提前。但因酶本身很易因热而失去活性，温度越高，酶失活越快，表现在发酵周期缩短，菌体易衰老，影响产物的最终产量。发酵过程中一般需要进行适当的冷却操作，并应根据发酵不同阶段，确定最适温度。一般来说，接种后应适当提高些培养温度，以利于孢子的萌发或加快微生物的生长、繁殖，待发酵液温度上升时，发酵液的温度应控制在微生物的最适生长温度；主发酵旺盛阶段，温度控制可比最适生长温度低些，即控制在微生物代谢产物合成的最适温度；同时，为使微生物生长速度最快和代谢产物产率最高，
必须根据微生物菌种的特性，选择和控制最适温度。
（2）每种微生物在确定的设备和发酵条件下，对氧气的需要变化均有自己的规律。一般说来，发酵初期，菌体大量繁殖，氧气消耗大，需氧量大于供氧量；发酵中后期，菌体已繁殖到一定程度，呼吸强度不大，需氧量变化较小；发酵后期，菌体衰亡自溶，发酵液的溶氧反而会上升。因此，在供氧时，要多方面考虑，工艺控制上可采用改变通气量、搅拌速度和培养液粘度、补加无菌水等方法来调节。
（3）pH 对微生物的生长和代谢产物的形成有很大影响。大多数细菌的最适生长pH 为6.5-7.5，霉菌一般为4.0-5.8；酵母为3.8-6.0。不同的pH 环境下得到的发酵产物各不同。为了使目标微生物能在最适的pH 范围内生长、繁殖和发酵，首先应根据不同微生物的特性，不仅在原始培养基中要控制适当的pH ，而且整个发酵过程中，必须随时检测pH 的变化情况，根据变化规律，选用适当的方法进行适当的调节和控制。例如在基质中加入缓冲性物质，在生产过程中加入无机酸、碱进行调控等。
（4）二氧化碳既是微生物某些代谢的基质，又是代谢产物。在发酵液中的二氧化碳对氨基酸、抗生素等发酵有刺激或抑制作用。不同的菌种，不同工艺的发酵，二氧化碳的影响也不同，有的对合成产物有刺激作用，有的则有抑制作用。如果对发酵有利，则应设法提高二氧化碳浓度，反之则尽可能降低其浓度。对于二氧化碳溶于发酵液中造成pH 下降的问题，可用碱进行中和，但不能用碳酸钙。
（5）基质是菌种生长代谢的物质基础，又涉及产物的合成，发酵工业必须选择适当的基质和适当的浓度，以提高产物的合成量。其中，碳源、氮源和磷酸盐对发酵过程的影响极为重要，在生产中要注意及时补加。
（6）控制发酵过程中产生的泡沫，是使发酵过程得以顺利进行和稳产、高产的重要因素之一。发酵中少量泡沫的产生是正常的，过多则容易引起发酵液溢出浪费或感染杂菌，同时也会降低设备的利用率，影响通气效果。控制泡沫，可通过物理法（改变温度等）、机械法（机械力打碎等）、化学法（加入消泡剂等）进行。
（7）发酵终点的判断，对提高产量和经济效益都很重要，需要综合考虑菌体的衰亡、产品质量和生产的经济效益等各种因素。判断放罐的指标有：产物产量、过滤速度、氨基氮含量、菌体形态、pH 、发酵液外观和粘度等。
3. 其它影响产物产量的因素
发酵液的预处理和固液分离步骤同样对产物的产量有影响。发酵液预处理和固液分离的作用是：
（1）分离细胞、菌体和其它悬浮颗粒
（2）除去部分可溶性杂质
（3）改变滤液性质
为使能达到发酵液预处理和固液分离的最佳效果，可采用调节PH 、加热、过滤、离心分离等方法进行处理。