加入我们 登录
۩杰西达邦中国影迷会۩ 返回首页

irrisa的个人空间 http://www.tbbs.chinatikfans.com/?22602 [收藏] [复制] [分享] [RSS] 大爱泰剧

日志

第46讲发酵工程简介

已有 3137 次阅读2011-8-14 20:13 |个人分类:生物|

合作梳理知识体系

发酵工程简介

概念:采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用产品或直接把

微生物应用于工业生产过程的新技术

实例——谷氨酸发酵(菌种:③______

培养基   物理状态:①___________原料:②___________

发酵过程:采用④_________培养法

控制条件:⑤___________、⑥______________

内容  菌种选育(常用的方法是⑦___、⑧___________、⑨___________

培养基的配制(依据的原则有:⑩______________________________

灭菌↓灭菌是指:(13)_______通常需对(14)_________等灭菌

扩大培养和接种

发酵过程

(15)_________基本方法  提取代谢产物的方法:(16)_______获得菌体本身的方法:___

自我校对:①液体状态②豆饼(或马铃薯等)的水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物素等③谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌④连续⑤温度⑥pH⑦诱变育种⑧基因工程⑨细胞工程⑩目的要明确营养要协调pH要适宜杀死一定环境中所有微生物的细胞、芽孢和孢子培养基、发酵设备分离提纯蒸馏、萃取、离子交换等过滤、沉淀等

解读高考第二关:考点关

考点1应用发酵工程的生产实例-谷氨酸发酵

谷氨酸发酵

菌种:谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌都是异养需

氧型微生物

培养基:液体天然培养基。由豆饼(或马铃薯)水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物素组成

培养方式:连续培养

培养条件控制:温度、pH、通气量、搅拌速度

提取:用Na2CO3中和后,过滤、浓缩、离心分离而成

特别提醒: (1)发酵过程中热量的来源与散失

     热量来源:搅拌器搅拌产热,微生物代谢产热。

②热量散失:发酵罐壁散热,冷却水散热。

2)搅拌器的作用

①能增加培养液中的溶解氧。

     能促使培养液与菌种充分接触,提高原料的利用率。

     例析1-1 在细菌的连续培养过程中,要以一定速度不断添加新的培养基,同时以同样速度放出老的培养基。下图表示培养基的稀释率(培养基的更新速率)与培养容器中营养物质浓度、细菌代时(细菌数目增加一倍所需的时间)、细菌密度的关系。下列相关叙述不正确的是()

A.在稀释率很低的情况下,稀释率的增加会导致细菌密度增加

B.稀释率从ab的变化过程中,细菌生长速率不断提高

C.稀释率超过b点后,营养物质浓度过高导致细菌死亡率增大,细菌密度降低

D.为持续高效地获得发酵产品,应将稀释率控制在b点附近

解析:根据题意稀释率代表培养基的更新速率,生产中若培养基更新过快,由于细菌需要对新营养环境的适应(调整期),使细菌的繁殖速率下降,细菌密度下降。根据曲线当稀释率低于a时,细菌密度随稀释率的增大而增大,即稀释率很低时,稀释率的增加会导致细菌密度增加。在稀释率从ab的变化过程中细菌的代时缩小,即表明细菌生长速率加快。从曲线来看,当培养基稀释率高于b后,培养液中细菌密度将会减小,因而会影响到细菌代谢产物的生成。因此生产上为持续高效地获得发酵产品,应将稀释率控制在b点附近,这样能够保证生物数量最大、产物最多。

答案:C

点评:正确理解细菌代时、细菌密度与细菌种群数量的关系,以及种群数量与代谢产物产量的关系是命题者的主要考查目的。

例析1-2 通过发酵罐发酵可大规模生产谷氨酸,生产中常用的菌种是好氧的谷氨酸棒状杆菌,下面有关谷氨酸发酵过程的叙述,正确的是()

A.溶氧充足时,发酵液中有乳酸的累积

B.发酵液中碳源和氮源比例的变化不影响谷氨酸的产量

C.菌体中谷氨酸的排出,有利于谷氨酸的合成和产量的提高

D.发酵液pH呈碱性时,有利于谷氨酸棒状杆菌生成乙酰谷氨酰胺

解析:①在微生物发酵过程中,发酵的条件(如培养基组分、产物浓度、温度、pH、溶氧量、通气量等)的变化不仅会影响菌种的生长繁殖,而且会影响菌种代谢产物的合成。如谷氨酸发酵生产过程中,当发酵液pH呈酸性时,谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺;当溶氧不足时,生成的代谢产物就会是乳酸(无氧呼吸产物)或琥珀酸;当培养基中C源与N源比为41时,谷氨酸棒状杆菌因大量繁殖而生成谷氨酸较少;当C源与N源比为31时,菌体繁殖受抑制,但谷氨酸的合成量大增。②谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的过程受到酶活性的调节,当细胞内谷氨酸积累时,会抑制谷氨酸脱氢酶的活性从而影响谷氨酸的合成,因此,在生产过程中可以采取一定手段改变细胞膜的透性,使谷氨酸能迅速排出细胞外,从而解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶活性的抑制作用,提高谷氨酸产量。

答案:C

点评:这是一道以谷氨酸生产为线索的有关微生物代谢、营养、代谢的人工控制等方面的综合题。解此题的启示是:在复习中应尽量对关联知识进行归纳总结,形成清晰的知识网络。

互动探究1-1有关谷氨酸发酵的叙述中正确的是()

A.发酵过程中要不断通入空气

B.培养条件不当将不能得到产品

C.搅拌的唯一目的是使空气成为小气泡

D.冷却水可使酶活性下降

解析:进行谷氨酸发酵的菌种是异养需氧型微生物,所以要在培养过程中不断通进空气,但是必须是无菌空气。搅拌不但使空气成为小气泡以增加培养基中的溶氧量,还能使培养基与菌种充分接触,提高原料利用率。在培养过程中,由于微生物的代谢产热和机械摩擦生热,会使培养基的温度升高,高到一定程度,就会使酶的结构和核酸的结构遭到破坏,培养因此受到影响。降低温度,保证酶正常活性,而不会使酶的活性下降。当培养条件不恰当时,不能得到谷氨酸,如pH降低时将得到乙酰谷氨酰胺,溶氧低时将得到乳酸或琥珀酸。

答案:B

互动探究1-2发酵过程中用一定的转速搅拌除能使菌种与培养液充分接触,提高原料的利用率外,还能增加()

A.放料速率

B.冷却水循环

C.进料数量

D.溶氧数量

解析:谷氨酸棒状杆菌是好氧菌,发酵过程中的搅拌能使空气形成细小的气泡,迅速溶解在培养液中(称溶氧),以确保产物为谷氨酸。

答案:D

考点2发酵工程的内容

一、菌种的选育1.原因:自然菌种产量一般都比较低,不能满足工业上的需要,因此要获得能在种类、产量和质量等方面符合人们要求的产品,必需要进行菌种选育。

二、培养基的配制

根据不同菌种,选择不同材料配制

遵循配制原则    营养要协调,以利于产物的合成

既要满足需要,又要降低成本

在生产实践中,培养基的配方要经过反复试验才能确定。

三、灭菌1.对象:杀灭所有微生物的菌体、芽孢、孢子。

2.设备:培养基和发酵装置都要灭菌,通入的空气、加入培养基的所有物质也要灭菌。

3.方法:高温蒸气、火焰灼烧、酒精灭菌等。

4.原因:防止杂菌与发酵菌种形成竞争关系,影响发酵产品。

四、扩大培养和接种

1.扩大培养:就是将培养到对数期的菌体分开分别培养,促进菌体快速繁殖,短时间得到大量菌体。2.接种:要特别注意防止杂菌污染。

五、发酵过程

1.随时取样检测培养液中的细菌数目、产物浓度等,从而了解发酵进程。

2.及时添加必需的培养基成分,以满足菌体的营养需要。

3.严格控制发酵条件

度变化原因氧化分解

机械搅拌产热t ℃散热发酵罐壁散热

水分蒸发

冷却水

控制方法:温度自动测试、控制装置、检测调整

调节原因:温度会影响微生物代谢pH变化原因氮源利用

放出NH3上升pH下降糖类利用

产生有机酸

控制方法:加酸或碱,也可添加pH缓冲液

调节原因:影响代谢产物的种类

例:谷氨酸发酵时,pH为酸性,谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺

溶解氧     减少原因:好氧细菌氧化分解

补充方法:通入无菌空气

补充原因:影响代谢产物种类

例:谷氨酸生产时,若溶解氧不足时,生成的代谢

产物是乳酸或琥珀酸

六、分离提纯

产品    代谢产物:采用蒸馏、萃取、离子交换方式提取

菌体本身:过滤、沉淀

特别提醒: 关于发酵工程中注意的几个问题

1)外界因素对发酵的影响

氧、温度、pH和磷酸盐对谷氨酸发酵过程的影响。谷氨酸生产所用菌种是好氧菌,通风和搅拌不仅会影响对氮源和碳源的利用率,而且会影响发酵周期和谷氨酸的合成量,尤其是发酵后期,加大通气量有利于谷氨酸的合成。当菌体生长到稳定期,适当提高温度有利于生产谷氨酸。在发酵过程中,随着营养物质的利用,代谢产物的积累,培养液的pH会不断变化分别随着氮源的利用,放出氨,pH会上升;当糖被利用生成有机酸,pH会下降。磷酸盐是谷氨酸发酵过程中必需的,但浓度不能过高,否则会转向缬氨酸发酵。发酵结束后,常用离子交换树脂法等进行提取。

2)单细胞蛋白

单细胞蛋白指菌体本身,而非某种蛋白质。用做饲料或食品添加剂。

3)发酵和发酵工程

发酵是个过程,是通过微生物培养,大量生产各种代谢产物的过程。

发酵工程是一种生物工程技术,采用现代工程技术手段,人工控制发酵条件,进行大规模地发酵生产,所以发酵工程是应用于发酵过程中的一种生物技术。

例析2 发酵工程在工业生产上得到广泛应用,其生产流程如图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际,回答相关问题。

1)人工控制微生物代谢的措施包括()和()。目前采用①()已经选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的()新菌种。(2)在发酵过程中,产物源源不断地产生。这说明赖氨酸或谷氨酸的生产采用了  的发酵方式。在生产过程中,由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为(),常需增加通氧量。当发酵生产的产品是代谢产物时,还要采用②()等分离提纯的方法进行提取。

解析:①人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)等。②黄色短杆菌能利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸和谷氨酸等,生产中为获得大量的高产菌种,科学家对黄色短杆菌进行诱变处理,选育出了不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种,从而达到大量积累赖氨酸的目的。③人们根据微生物生长曲线,确定微生物在进入稳定期后,代谢产物逐渐积累,因此适当补充营养物质,有助于延长稳定期,提高代谢产物的产量,为此人们探索出连续培养的方法,即以一定的速度不断地添加新的培养基,同时以同样的速度不断地放出老的培养基,以保证微生物对营养物质的需要,并排出部分有害的代谢产物,使微生物保持较长时间的高速生长。④黄色短杆菌属于好氧菌,因此,发酵过程中应注意不断通入无菌空气。⑤发酵工程产品有两类:一类是代谢产物,另一类是菌体本身(如酵母菌和细菌、单细胞蛋白)。如果产品是代谢产物,可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。如果是菌体,可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来。

答案:(1)改变微生物遗传特性控制生产过程中的各种条件诱变育种黄色短杆菌(2)连续培养好氧菌萃取(或蒸馏或离子交换等)点评:本题以谷氨酸或赖氨酸发酵为线索,考查相关的基础知识。值得一提的是考查知识出自教材,但分布于不同的章节中,这就提醒考生在复习过程中,一定要学会将相关知识进行串联复习。

互动探究2下图为谷氨酸发酵装置图。

图中36处是发酵罐夹层中水的进出口,水在发酵罐夹层流动的作用是()。(2)谷氨酸发酵液的pH应控制在78范围内,随着代谢产物的积累,发酵过程中,若谷氨酸积累过量,会抑制()的活性,导致合成途径中断,这种代谢调节方式称为()调节。(3)如果在4处通入空气,谷氨酸产量会(),原因是()。

解析:在利用发酵罐进行发酵的过程中,由于微生物的呼吸作用以及搅拌等都能产生大量的热,使发酵液温度升高,为防止温度过高降低酶的活性,而降低谷氨酸产量,采取了水在发酵罐表层中流动而降温的措施。由于谷氨酸显酸性,随着它的积累pH变化趋势会下降,控制办法是加碱(或氨水),以保持pH的相对稳定。发酵过程中若谷氨酸积累过量,会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,导致合成途径中断,这种代谢调节方式称为酶活性的调节方式。如果在4处通入空气而不是无菌空气,谷氨酸产量会下降,原因是混入杂菌产生竞争,分解或吸收谷氨酸。

答案:(1)冷却(降温或使温度控制在3037)(2)谷氨酸脱氢酶酶活性(反馈、负反馈)(3)下降混入杂菌产生竞争,分解或吸收谷氨酸

点评:本题考查了微生物代谢的调节、发酵工程及相关知识,学生能理解以上知识,就能结合题干写出正确答案。

笑对高考第三关:技巧关

微生物工程技术的发展微生物工程在基因工程、细胞工程、蛋白质工程等现代生物技术的支持下,可以生产众多的产品,应用的范围进一步扩大,已经深入到工农业生产、医疗保健、环境保护、甚至微电子领域,促进了传统产业技术的改造和新兴产业的产生,对人类社会生活产生了重大的影响,同时也具有巨大的经济效益潜力。

通过微生物工程技术的发展过程可以把微生物的结构、类型、代谢、营养以及免疫、遗传、变异、生态等多方面的知识进行综合,所以也极易成为考题素材的来源。

典 例 为了实现燃料供应来源多样化,发展长期替代化石燃料的产品如燃料酒精、生物柴油、沼气等已经列入了我国未来10年的发展计划。

广东省是我国甘蔗的主产区之一。甘蔗是一种高光效的C4植物,单位面积产量很高,种植面积日益扩大,目前已成为南方地区燃料酒精生产的重要原料。利用甘蔗生产燃料酒精的一般工艺流程为:甘蔗→榨汁(蔗糖)→酵母发酵→蒸馏→成品(燃料酒精)

请根据上述材料,回答下列问题:(1)简述甘蔗大规模快速繁殖的过程_________

 (2)具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种,对野生酵母菌进行诱变后通过筛选可以得到具有这些特性的突变菌,诱变及筛选过程如下:

步骤1:野生菌液体培养一段时间后接受紫外线照射诱变处理。

步骤2:制备选择培养基。在基本培养基的基础上,注意()(),加琼脂后灭菌,制成固体平板。

步骤3:将紫外照射后的菌液稀释涂布平板。

步骤4:根据()筛选出突变菌。

(3)上述步骤234的依据分别是()

(4)利用获得的突变菌和蔗汁进行酒精发酵实验,除了将培养基灭菌、保持空间洁净外,发酵过程中防止外来杂菌入侵还有哪些可行方法?(列举两种)___________

 (5)甘蔗榨汁以后还有大量的蔗渣废弃物,主要成分为木质素、纤维素和半纤维素,但是酵母菌无法直接利用,原因是其()。请提出解决该问题的方法。(列举两种方法)_________

思维导析:(1)若要快速繁殖甘蔗,可以采用组织培养的方法,主要包括脱分化和再分化两个过程。(2)既然要选择出耐高糖、耐酸性的微生物,我们可以通过在培养基中加入大量的糖以及调节pH为酸性,看微生物能否在此培养基上生存来选择。(5)酵母菌之所以不能利用纤维素主要是没有相应的酶系,因此可以考虑采用转基因方法或者是利用其他微生物先将纤维素分解成能够被酵母菌利用的糖类。

答案:(1)选取甘蔗外植体,通过诱导脱分化产生愈伤组织,然后通过调整植物激素比例,再分化形成芽和根,获得大量试管苗(或通过诱导大量形成胚状体,制成人工种子,适宜条件下萌发长成幼苗)

(2)添加高浓度蔗糖(葡萄糖)调低pH值是否能在选择培养基上生长

(3)提供高糖和酸性的筛选环境;获得单菌落;能生长代表该菌落具有耐高糖和耐酸的特性

(4)①利用突变菌的耐酸特性,降低培养基的pH值,达到抑菌的目的;②利用突变菌的耐高糖特性,通过高渗环境达到抑菌目的;③保持厌氧环境,达到抑菌目的;④在培养基中添加一些抑制物如特殊的抗生素,达到抑菌目的

(5)缺乏相应分解酶系(或缺乏纤维素酶和半纤维素酶)在酵母菌中转入分解酶系相关基因;利用酶或微生物分解蔗渣;利用物理和化学方法分解蔗渣;将酵母菌与其他能分解蔗渣的微生物混合发酵

应 用 拓 展

阅读下述材料,回答相关问题:

我国第一个《抗菌药物临床应用指导原则》自200411月开始执行。卫生部发布该原则的目的是为了指导医师合理规范地使用抗菌药物,保障患者用药安全。

1)抗菌药不合理使用的现象普遍存在,如长期或过量使用抗菌药,可能导致病菌()增强。在此过程中,抗生素起()作用,其实质是()

2)现已从临床上获得某疾病的致病菌株(已知其代谢类型为异养需氧型)。某研究性学习小组为了研究“抗生素单独与联合使用对该致病菌株的影响”,制定了实验方案(供选抗生素:青霉素、头孢霉素;其他实验用具根据需要选择)。

①你认为该研究方案主要包括的内容有:()。(至少写出三项)

②简述该研究的主要意义:()。

请进一步完成该实验的相关步骤:

第一步:配制细菌培养基四份编号为ABCD,并利用高压蒸气灭菌。第二步:()

第三步:()

④结果预测及相应结论(至少写出两种):________________

解析:长期或过量使用抗菌素,可导致病菌抗药性增强,在此过程中,抗生素起选择作用。欲验证抗生素单独使用与联合使用的效果,可通过设置对照实验验证,可分四组,一组不加抗生素,另三组分别加入一种或两种,观察细菌生长情况,即可得出结论。

答案:1)抗药性选择使抗药基因频率在种群中提高

2)①研究目的、研究方法、研究计划、结果预测、报告交流形式等

②提高抗生素使用的针对性等

第二步:将致病菌株培养液适当稀释后,各取1mL菌液均匀涂布在上述四只培养基中,向A中全部涂布少量青霉素、向B中全部涂布少量头孢霉素、向C中同时全部涂布少量的青霉素和头孢霉素。

第三步:将ABCD四只培养基一起置于适宜条件下培养一段时间。观察各培养基中致病菌生长状况(菌落)。

a.ABC三只培养基中细菌生长状况较D培养基中细菌生长状况差,说明抗生素具有抑菌作用;

b.C培养基中细菌生长状况较AB培养基中细菌生长状况都要好,说明单独使用抗生素的效果好于联合使用;

c.C培养基中细菌生长状况较AB培养基中细菌生长状况都要差,说明抗生素单独使用的效果不如联合使用;

d.C培养基中细菌生长状况与AB培养基中细菌生长状况相近,说明抗生素联合与否,与抗生素的作用效果无关。(其他答案合理也可)

高考真题备选

1.2009·全国Ⅰ,3)下列关于通过发酵工程生产谷氨酸的叙述,错误的是()

A.发酵时需不断通入无菌空气,否则会积累乳酸

B.发酵时常采用培养基为液体天然培养基

C.从自然界分离的野生菌株可直接用于生产

D.当菌体生长进入稳定期时,补充营养物可提高谷氨酸产量

解析:从自然界分离的野生菌株,因其产量低而不能直接用于工业生产,故需通过诱变、基因工程、细胞工程等手段选育出生产用菌种。谷氨酸棒状杆菌是好氧菌,发酵时需不断通入无菌空气,以防止谷氨酸棒状杆菌无氧呼吸产生乳酸或琥珀酸。工业生产常用液体天然培养基,当菌体生长进入稳定期,营养物质相对不足,补充营养物质可提高谷氨酸产量。

答案:C

2.2009·上海生物,39)氯苯化合物是重要的有机化工原料,因其不易降解,会污染环境。其研究小组依照下列实验方案(下图)筛选出能高效降解氯苯的微生物SP1菌。培养基配方如下表。

培养基的组成

液体培养基

蛋白胨

牛肉膏

氯苯

氯化钠

硝酸铵

无机盐(无碳)

蒸馏水

Ⅰ号

10 g

5 g

5 mg

5 g

-

-

1 L

Ⅱ号

-

-

50 mg

5 g

3 g

适量

1 L

Ⅲ号

-

-

2080 mg

5 g

3 g

适量

1 L

 (1)配制Ⅱ号固体培养基时,除添加Ⅱ号液体培养基成分外,还应添加1%___

2)培养基配制时,灭菌与调pH的先后顺序是___

3)从用途上来说,Ⅰ号培养基和Ⅱ号培养基分别属于_培养基和_培养基。在Ⅱ号培养基中,为SP1菌提供氮源的成分是_____

4)在营养缺乏或环境恶劣时,SP1菌体会变成一个圆形的休眼体,这种休眠体被称为__

5)将SP1菌接种在含不同浓度氯苯的Ⅲ号培养液中培养,得到生长曲线(如下图)。从图可知,SP1菌在  培养条件下最早停止生长,其原因是____

解析:(1)要配制固体培养基,需添加凝固剂——琼脂。(2)配制培养基时应先调pH值,再灭菌。(3)从 Ⅰ号和Ⅱ号培养基的营养要素组成特点可知:Ⅰ号为通用培养基,Ⅱ号为选择培养基。在Ⅱ号培养基中,硝酸铵为SP1菌提供氮源。(4)芽孢是细菌形成的一种具有很强抗逆性的休眼体。(5)由题图可知在含20 mg/L氯苯的培养液中培养菌体数目首先达到最大值,最早停止生长。

答案:(1)琼脂(2)先调pH,后灭菌

3)通用选择硝酸铵

4)芽孢(5)20 mg/L氯苯碳源最早耗尽

 

课后活页作业

1.在用微生物发酵法生产味精的过程中,要对发酵罐()

A.严格密封

B.不断通入二氧化碳

C.先通风,后密封

D.不断通入无菌空气

解析:生产味精常用谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌,它们都是好氧菌。

答案:D

2.用蔗糖、奶粉和经蛋白酶水解后的玉米胚芽液,通过乳酸菌发酵可生产新型酸奶,下列相关叙述错误的是()

A.蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关

B.酸奶出现明显气泡说明有杂菌污染

C.应选择处于对数期的乳酸菌接种

D.只有奶粉为乳酸菌发酵提供氮源

解析:乳酸菌的异化作用类型是厌氧型,产物是乳酸,并无气体产生。乳酸菌和其他菌种一样,菌种应为对数期的乳酸菌,若发酵过程有气体产生,则一定是被产气菌污染所致。在本题中,经蛋白酶水解后的玉米胚芽液也含有氨基酸,也可以为乳酸菌发酵提供氮源。

答案:D

3.下列有关发酵工程的说法,正确的是()

A.青霉素是抗生素,在青霉素生产过程中不需严格灭菌

B.单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的

C.谷氨酸棒状杆菌要在隔绝空气的条件下发酵才能得到谷氨酸(味精的主要成分)

D.在菌种选育的过程中可以利用人工诱变、细胞工程和基因工程等手段

解析:青霉素只能抑制某些微生物生长。单细胞蛋白是微生物菌体,不是微生物细胞的提取物。谷氨酸棒状杆菌是好氧菌,在谷氨酸发酵过程中,需一定量的溶氧。

答案:D

4.利用酵母菌酿酒时,从开始便一直向发酵罐内通氧气,其结果是()

A.酵母菌大量死亡,酒精减少

B.酵母菌数量变多,酒精产量不变

C.酵母菌数量增多,酒精增产

D.酵母菌数量增多,不产酒精

解析:利用酵母菌酿酒,目的是利用酵母菌的无氧呼吸产生酒精,而在发酵的初期则需要在有氧的状态,加快酵母菌的繁殖速度,尽快扩大菌种数量。

答案:D

5.发酵条件对发酵过程的影响:谷氨酸除用于制造味精外,还可以用来治疗神经衰弱及配制营养注射液。某制醋厂转产用谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸,结果却产生出乳酸,其可能的原因是()

A.温度控制不适B.pH7080

C.通气量不足D.通气量适中

解析:谷氨酸棒状杆菌是好氧菌,当通气量不足时,改变代谢途径,产生乳酸或琥珀酸。B项和D项都是微生物正常发酵过程的控制条件,A项温度不适只能降低谷氨酸的产量,不会改变代谢途径。

答案:C

6.分离提纯是制取发酵产品不可缺少的阶段,产品不同分离提纯的方法不同,对产品的代谢产物常采用的提取方法是()

①蒸馏②萃取③过滤④离子交换⑤沉淀

A.①③⑤B.①②④

C.①②③D.③④⑤

解析:发酵工程生产的产品有两类,一类是菌体本身,可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来;另一类是代谢产物,可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。

答案:B

7.利用生物工程生产啤酒、味精、胰岛素、酸奶的常用菌种分别是()

A.酵母菌、枯草杆菌、大肠杆菌、乳酸菌

B.酵母菌、大肠杆菌、青霉菌、乳酸菌

C.酵母菌、谷氨酸棒状杆菌、大肠杆菌、乳酸菌

D.黄色短杆菌、酵母菌、大肠杆菌、乳酸菌

解析:啤酒生产所用菌种为酵母菌,味精生产应用的是谷氨酸棒状杆菌,胰岛素的生产应用的为大肠杆菌,酸奶生产应用的为乳酸菌。

答案:C

8.在利用谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的过程中,下列叙述正确的是()

①各个生长时期的长短是固定的,无法人为缩短生长周期

②对数期是采样留种的最佳时期

③在稳定期补充营养物质可以提高产量

④调整期是收获代谢产物的最佳时期

A.①②B.②③C.③④D.①④

解析:对数期细菌代谢旺盛,个体形态、生理特性稳定,可作菌种。在稳定期营养物质减少,补充营养物质有利于延长稳定期,积累代谢产物。

答案:B

9.下表是在一固定容积的发酵罐内培养酵母菌,并定时取样测定培养基的pH及菌体数量(万个/毫升)的结果,ah是样品代号。下面对该表的叙述中错误的是()

 

a

b

c

d

e

f

g

h

活菌数

32

56

127

234

762

819

821

824

培养液pH

6.0

4.7

5.9

4.9

5.7

5.3

5.1

5.6

A.取样先后次序为acbgfhde

B. g样时次级代谢产物已有相当的积累

C.如果要扩大培养,可在c样时期选取菌种

D. d样时培养基中的养分几乎被耗尽

解析:酵母菌在培养过程中会产生CO2,使培养液的pH下降,故取样越晚,培养液的pH越小,取样的先后顺序为acehfgdbhfg段活菌数目最多,且相对稳定,故g样时期属于稳定期,该期次级代谢产物大量积累;由ace期菌体数目迅速增加,故c样时期属于对数期,可进行扩大培养;gdb显示活菌数目急剧下降,故d样时期属于衰亡期,原因是营养物质大量消耗、有害代谢产物积累、pH发生变化等。

答案:A

10.在发酵生产中,可根据微生物群体的生长规律控制生产进程。在一定的时间内,为提高次级代谢产物生产率,一般需要()

A.缩短稳定期、延长对数期

B.延长对数期和稳定期

C.缩短调整期、延长稳定期

D.延长调整整和衰亡期

解析:考查微生物生长规律在实践中的应用。在稳定期,活菌数目最多,细胞内大量积累代谢产物,特别是次级代谢产物,故可采用连续培养的方法,缩短调整期,延长稳定期,提高代谢产物的产量。

答案:C

11.下图中曲线A为谷氨酸棒状杆菌的生长曲线,那么曲线B纵坐标可能表示()

A.谷氨酸的产量B.谷氨酸的产生速率

C.培养基的消耗量D.培养基的消耗速率

解析:根据图中AB两曲线的变化情况可知,A是谷氨酸棒状杆菌的生长曲线,B是谷氨酸的生产量曲线,因为谷氨酸的产量在谷氨酸棒状杆菌达到稳定期后,将会最多,而生产速率是开始大而后变小,培养基的消耗量是逐渐增大的,消耗速率则会在菌体数目最多时,消耗最多,故在对数期速率最大。

答案:A

12.用某种培养基培养谷氨酸棒状杆菌,测得其生长曲线如图A所示。谷氨酸是谷氨酸棒状杆菌的代谢产物之一,其合成途径如图B所示。下列有关叙述,不正确的是()

A.该培养基是恒定容积的液体培养基,含有五大营养要素物质

B.谷氨酸脱氢酶是组成酶,谷氨酸在图A中的各个时期都有合成

C.在图A中的②时期,谷氨酸棒状杆菌代谢旺盛,种内斗争剧烈

D.在图B中,谷氨酸脱氢酶被抑制的直接原因是其结构发生改变

解析: 在有些情况下,一种代谢产物的积累,并不影响酶的活性。

答案:C

13.2008·安徽“江南十校”素质测试)如下图,将谷氨酸棒状杆菌接种到四个营养全面、pH适宜的培养基中,放在以下条件中培养,其中菌落形成最快的是()

解析:在谷氨酸生产中,当培养基中的碳源与氮源的比为4:1时,菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少;当碳源与氮源比为3:1时,菌体繁殖受抑制,但谷氨酸的合成量大。谷氨酸棒状杆菌是好氧性细菌,因此,要使谷氨酸棒状杆菌的菌落形成最快,培养基中碳氮比必须为4:1,培养过程中还要通入无菌空气。综上分析应选择C条件。

答案:C

14.有一种能生产食品香料的细菌,其生长速率、代谢产物的产量与培养液中的温度、pH、溶氧量等关系如图所示:

在生产实践中,人们设计了高效、自控、产品质量较稳定的两级连续培养装置,回答有关问题:

1)根据曲线图与甲装置的用途可知,甲装置内的温度、pH应分别调节为______

A.334.3    B.335.5    C.375.5     D.374.3

2) 发酵过程中,通气装置控制阀应_________

3)在生产实践中,当甲装置内的细胞处于__________期时,可让甲装置中的培养基大量流入乙装置,这样有利于乙装置中细菌较快进入  期,达到缩短生产周期的目的。

4)从培养液中提取食品香料的方法为____________

A.过滤B.蒸馏C.萃取D.沉淀

5)甲装置中,最初取样是每毫升10个细菌,培养一段时间后,再次取样是每毫升320个细菌,则细菌至少已繁殖了_________代。

6)如下图为该细菌生产食品香料的代谢途径,若要大量合成食品香料,可采取的措施是:

a.___________b.____________________

解析:微生物生长繁殖和产生代谢产物的最适温度和pH可能不同,从图中可看出,甲装置是用于微生物生长繁殖的,乙装置是产生代谢产物的。

答案:(1B2)关闭(3)对数稳定(4BC55

6a.对该细菌进行诱变处理,选育出不能合成酶③的菌种

b.改变细胞膜通透性,使代谢产物迅速排放到细胞外面

15.如图(1)为发酵装置,请据图回答:

1)在培养过程中发现放料口所排的培养基中,微生物细胞形态多样。这时,微生物生长处于________期,添加培养基的速度应该_________。请在图(2)坐标系中画出添加培养基后的微生物生长变化曲线。

2)若该装置的pH检测及控制装置出现故障,可以采取的应急措施是______________pH发生变化的原因是_____________

3)冷却水的进口是[         ],无菌空气的进口是[             ]。

4)若此装置用于酒精发酵和谷氨酸发酵,在发酵过程中,技术上的关键区别是 

5)若培养过程中进料和放料速度未变,但有效产物减少。如果是酒精发酵应该检查_________,如果是谷氨酸发酵可能的原因是___________________

6)图中[5]的作用是___________若此装置损坏,对于有氧发酵,产量将__________

7)若进料和放料速度都加快,微生物细胞的变化是_______,在群体生长规律中将处于_________期,代谢产物的产量将___________

解析:(1)当细胞形态多样时,应处于衰亡期,此时营养物质缺少,应加快添加培养基的速度

2)当pH检测及控制装置出现故障时,为控制pH值不变,应加入pH缓冲液,否则由于代谢产物(如CO2)产生或对培养基中酸碱物质利用不均衡而造成pH改变。

3)冷却水进口在下方,出口在上方。

4)酒精发酵为厌氧发酵,而谷氨酸发酵用的是好氧菌,因此二者区别在于是否通入无菌空气。

5)若发酵过程中得不到所需产物,最大可能是发酵条件发生了改变。

6)[5]为搅拌器,通过搅拌能使培养液与微生物混合均匀且能增加溶氧。

7)若进料、放料速度加大时,发酵罐中营养物质增多,有害代谢产物减少,微生物繁殖加快,处于对数期。

答案:(1)衰亡 加快 (画图)略 (2)添加缓冲液 代谢产物的积累或酸碱物质消耗不均 (3[4] [3] 4)无菌空气是否输送 (5)通气量 溶氧量降低和pH降低 (6)把无菌空气打成细小的气泡,增加溶氧量和使菌种与培养液充分接触下降 (7)进入高速繁殖状态 对数 下降

16.有机物X有毒性,可诱发染色体断裂。利用下图所示装置和提供的下列材料用具,探究肝脏块对有机物X是否具有解毒作用。

材料用具:

肝脏小块,外周血淋巴细胞,淋巴细胞培养液,植物凝集素(刺激淋巴细胞分裂);显微镜,载玻片,盖玻片,玻璃皿,滴管;吉姆萨染液(使染色体着色),有机物X溶液等。

实验过程:

1)在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞,取4等份,备用。

2)利用甲、乙、丙、丁4组上图所示装置,按下表步骤操作(“√”表示已完成的步骤)。

 

步骤一:加入肝脏培养液

步骤二:加入有机物X溶液

 

 

步骤三:放置肝脏小块

 

 

 

上表中还需进行的操作是___________

3)培养一段时间后,取4组装置中的等量培养液,分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养。

4)一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下观察_________,并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常,而甲组的淋巴细胞正常,则说明_________

解析:本实验是探究肝脏小块对有机物X是否有解毒作用,自变量为是否加入肝脏小块,因变量为染色体形态和数量。

答案:(2)向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块

4)染色体的形态和数量肝脏小块对有机物X具有解毒作用

备 课 资 料

发酵过程中为什么培养液的pH和温度会发生变化?

在发酵过程中,培养液的pH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时,培养液的pH就会下降。而酸性物质的消耗和氨的生成则会导致培养液的pH上升。可通过在培养基中添加缓冲液和发酵过程中添加酸或碱的方法来控制pH

微生物分解有机物释放能量,一部分用于合成ATP,另一部分以热能形成散失到培养基中时,会引起发酵温度升高;机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高。此外,发酵罐壁散热、水分蒸发会带走部分热量,使发酵温度降低。

评论 (0 个评论)

facelist doodle 涂鸦板

返回顶部