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1、备考2011高效学习方案生物考点专项1列举应用发酵工程的生产实例。2简述发酵工程的概念和内容。3举例说出发酵工程的应用。一、生产实例用微生物生产谷氨酸，制造味精二、概念与内容发酵工程图示：三、应用常用菌种名称代谢类型谷氨酸棒状杆菌异养需氧型黄色短杆菌异养需氧型培养基的配制类型成分按物理性质：液体培养基按化学成分：天然培养基碳源：豆饼水解液、玉米浆氮源：尿素、豆饼水解液生长因子：生物素灭菌培养基、发酵设备必须严格灭菌扩大培养选育优良菌种、多次扩大培养达一定数量接种在无菌条件下把菌种加入培养基发酵过程(1)不断通入无菌空气(2)搅拌，既能加速氧的溶解，又能使菌种与培养液充分接触，提高原料的利用率(
2、3)连续培养：CN31(4)严格控制温度、pH等，当pH呈酸性时，会产生乙酰谷氨酰胺；当溶氧不足时，会生成乳酸或琥珀酸分离提纯蒸馏、萃取、离子交换法等提取谷氨酸生产过程说明谷氨酸发酵所用的培养基既是液体培养基又是天然培养基。液体培养基能使营养物质在发酵过程中得到充分的利用，还能为菌体提供更大的生存空间，同时也有利于生产过程中培养条件的控制以及产物的提取等。天然培养基则既能满足菌体的营养需求，又能降低生产成本，还能减少对环境的污染。其中，碳源是豆饼水解液和玉米浆；氮源是尿素和豆饼水解液；生长因子是生物素。搅拌的作用：一是使空气形成细小的气泡，迅速溶解在培养液中(称溶氧)；二是使菌种与培养液充分接
3、触，提高原料的利用率。 发酵过程中温度上升的原因：一是搅拌器机械搅拌产热；二是菌体自身代谢产热。深化拓展1发酵的含义：狭义上的发酵是指微生物的无氧呼吸，而广义上的发酵则包括有氧发酵(如氨基酸发酵)和厌氧发酵(如酒精发酵)。2发酵的分类分类依据种类培养基状态固体发酵、液体发酵等产物不同抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵等对氧的需求厌氧发酵、需氧发酵【例4】(2009全国理综，6分)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发酵时常采用的培养基为液体天然培养基C从自然界分离的野生型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
4、产量解析本题考查发酵工程的相关知识。从自然界中获得的菌种需要经过筛选和适当的处理才能应用于发酵工程，C错误。在稳定期，补充营养物质排除有害代谢产物可实现连续培养，从而提高产量，D正确。答案C如图为谷氨酸发酵装置图。发酵罐结构示意图(1)图中3、6处是发酵罐夹层中水的进出口，水在发酵罐夹层流出的作用是_。(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，发酵液pH变化趋势是_，控制办法是_。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：谷氨酸是味精的主要成分，工业上常用谷氨酸棒状
5、杆菌通过发酵而获得。在发酵过程中要控制好温度、pH和溶氧，其中温度调节主要依靠循环水，pH调节则可通过加酸或加碱的方法(本过程中因谷氨酸呈酸性可加碱，如加氨水进行调节)。谷氨酸棒状杆菌是好氧菌， 在发酵过程中需要不断通入无菌空气，增加发酵液中的溶氧，若通入不经处理的空气，空气中的杂菌就会与谷氨酸棒状杆菌产生竞争，或分解、吸收谷氨酸。谷氨酸棒状杆菌发酵的温度是3037，可通过发酵罐3、6的循环水来调节。谷氨酸棒状杆菌发酵的pH是78，pH的变化趋势是下降，因此需要加碱(氨水)来中和。发酵过程中，要及时移走发酵产物，否则谷氨酸大量积累会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，这种调节方式称为酶活性的调节。答案：(
6、1)冷却(降温或使温度控制在3037)(2)下降加碱(氨水)谷氨酸脱氢酶酶活性的(反馈、负反馈)(3)下降混入杂菌产生竞争，分解或吸收谷氨酸方法技巧：获得纯净培养物的无菌操作重要技术环节归纳：获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌的入侵。无菌技术围绕着如何避免杂菌的污染展开，主要包括以下几个方面。(1)对实验操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒。(2)对用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌。(3)为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在酒精灯火焰附近进行。(4)实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品相接触。 1.菌种的选育常用选育方法包括自然界选种、诱变育种、细胞工
7、程、基因工程等。比较如下：育种类型原理方法优缺点诱变育种基因突变物理或化学因素来处理生物能大幅度改良某些性状，操作简便，但也具有很大的盲目性基因工程基因重组将目的基因导入受体细胞，构建工程细胞或工程菌能定向改变微生物的遗传性状，但操作过程复杂，要求高细胞工程原生质体融合等体细胞杂交等能克服远源杂交不亲和的障碍，定向改变遗传性状2.发酵工程中的灭菌与接种灭菌是指使用强烈的理化因素杀死发酵设备和培养基中的所有微生物(包括芽孢、孢子等微生物休眠体)，使整个发酵罐中没有任何生物，给将要加入的生产菌种准备一个非常“干净”的环境。接种是指在没有任何其他微生物的条件下加人生产菌种。发酵罐中只有纯净的生产菌种
8、，才能保证发酵产品的品质和产量。灭菌与接种的区别在于：灭的是杂菌，接的是发酵菌种，并且灭菌在前，接种在后。如果接种之前不灭菌或灭菌不彻底，混入了其他微生物，即污染杂菌，那么，杂菌会在发酵罐中大量繁殖，与生产菌种形成竞争关系。这将造成发酵产品的产量和纯度下降，甚至得不到产品。例如在青霉素的发酵生产过程中污染了某些杂菌，这些杂菌会分泌青霉素酶，将形成的青霉素分解掉。3严格控制发酵条件发酵条件的改变及培养基成分比例不协调，均会导致产量下降，甚至不能得到正常产物，如谷氨酸发酵时溶氧不足会得到乳酸或琥珀酸，pH呈酸性时会得到乙酰谷氨酰胺，由于谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌均为好氧菌，故需满足其对氧的需求，具
9、体分析如下：4生产菌种为什么要扩大培养后才接种在发酵工程的生产中，要考虑缩短生产时间并提高产量。如果把1支试管中的优良菌种接种到1个数万升的发酵罐中，接种量无疑太小。发酵罐中菌群生长的调整期、对数期时间将大大延长，不利于提高发酵产品的产量。但是，若在对发酵罐接种之前便将这支试管的优良菌种进行多次扩大培养，使其菌种数量扩大数千倍甚至数万倍，那么，接种到发酵罐后，就可大大缩短在发酵罐中的培养时间，从而提高发酵产品的产量。5发酵过程中热量的来源与散失(1)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。6搅拌器的作用(1)能增加培养液中的溶氧。(2)能促使培养液与
10、菌种充分接触，提高原料的利用率。7发酵工程的流程简图特别提示区分消毒与灭菌消毒是指使用较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物(不包括芽孢和孢子)。灭菌则是指使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物(包括芽孢和孢子)。发酵工程中培养基必须经过灭菌处理。【例2】(2009杭州四中教育集团月考)如图所示为发酵工程生产产品的流程图，据图分析，下列叙述错误的是 ()A图中可以表示菌种选育的三种方式：基因重组、诱变育种、细胞工程B在流程图中是指接种，是指灭菌，即杀死或消灭一定环境中所有微生物的过程C发酵工程的中心阶段是发酵过程，该过程要严格控制发酵条件D若是单细胞蛋白，则的
11、分离提纯要采用蒸馏、萃取、离子交换等方法解析菌种选育的三种方式分别为诱变育种、基因工程和细胞工程。答案A(2009海淀区期中)黑曲霉发酵可以产生木聚糖酶，该酶可以将木聚糖(植物细胞壁的主要成分之一)降解为木糖。木聚糖酶是一种很有应用价值的发酵产品，如图表示生产该酶的连续发酵设置。(1)根据物理性质，该发酵过程使用的培养基属于_。根据工艺流程可知，黑曲霉的新陈代谢类型属于_型。 (2)从加料口输入的培养基必须经过严格的_处理。根据图示可知，发酵过程需要严格控制_与搅拌速度等条件。(3)在大规模的发酵生产中，需要将选育出的优良菌种经过多次的_，当达到一定数量后再接种。接种的菌种最好处于生长的_期。
12、(4)此工艺流程(连续培养)以一定的速度不断添加新的培养基，同时又以同样的速度放出老的培养基，可大大提高生产效率，道理在于 。 答案：(1)液体培养基异养需氧(2)灭菌温度、pH、溶氧、通气量(答出3点即可)(3)扩大培养对数(4)保证微生物对营养物质的需求；排出部分有害代谢产物；使微生物保持较长时间的高速生长1发酵工程的代谢产物分离提纯的方法包括()过滤沉淀蒸馏萃取离子交换ABC D解析：分离提纯是制备发酵产品不可缺少的阶段。产品不同，分离提纯的方法一般不同。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，如果是代谢产物，可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。答案：C2生物学
13、家将大肠杆菌的质粒取出，连接上人生长激素的基因以后，重新置于大肠杆菌细胞内，然后用这种带有人生长激素基因的大肠杆菌进行发酵，该处理过程在发酵工程中属于()A菌种选育 B扩大培养C接种 D诱变育种解析：题中所述应视作用基因工程方法培育菌种，这应属于发酵工程中的“菌种选育”步骤。答案：A3与缩短调整期长短有关的因素中，最全的一组是()用与菌种相同的培养基用营养丰富的培养基用稳定期获得的菌种用对数期获得的菌种接种时间提前接种量加大接种量减少接种种类加大A BC D解析：本题考查调整期的有关知识，刚刚接种到培养基上的细菌，对新环境有一个短暂的调整或适应过程，因此，一般不立即开始分裂繁殖，这段时间称为调整期。这时细菌的代谢活跃，体积增长较快，大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP及其他细胞成分。调整期是由于菌种生活环境的改变，适应新的生活环境的结果，主要是由于营养物质的改变，需要经过诱导酶的合成，所以要缩短调整期，应尽量采用与菌种相同的培养基，采用代谢旺盛的对数期细菌作为菌种，或者加大接种量，利用不同个体适应能力的差异来缩短调整期。答案：C4下列有关谷氨酸棒状杆菌的生长和谷氨酸发酵的叙述，错误的是()A组成酶是维持菌体基本生活的必要条件B菌体能合成各种生长因子，不需要从外界补充C发酵液呈酸性时，就会生成乙酰谷氨酰胺D细胞膜透性的改变，可解除代谢产物对有关酶活性的抑制解析：考查谷氨酸棒状杆
