高中生物一轮高效复习全套之 选修第5章第3节

发酵与发酵工程 1 发酵 1 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 分类 2 发酵工程 1 内容 包括菌种的选育 培养基的配制 灭菌 扩大培养和接种 发酵过程和产品的分离提纯等方面 2 流程 3 二者的区别与联系发酵是个过程 是通过微生物培养大量生产各种代谢产物的过程 而发酵工程是一种生物技术 采用现代工程技术手段 人工控制环境条件 进行大规模发酵生产 发酵工程这种生物技术的应用给传统的发酵业带来了很大的变化 特别提醒 培养基在满足微生物的营养需求的基础上 应尽量降低生产成本 以得到更高的经济效益 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开 分开进行培养 以促使菌体数量快速增加 能在短时间里得到大量的菌体 1 2009年高考全国 卷 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 影响发酵过程的因素 4 营养物质的浓度 无机盐 生长因子 C N影响菌体生长和代谢产物的积累 2 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 溶氧量等关系如下图所示 则在发酵罐中生产该食品香料时 应控制的培养条件是 A 通入无菌空气并快速搅拌B 将温度始终控制在30 C 加缓冲液 控制pH始终在4 3D 发酵罐严格密封解析 由题意可知 发酵目的是得到食品香料 属于该细菌的代谢产物 由图可知 代谢产物在温度为37 左右 pH为4 3左右时 产量最高 而由其生长速率 代谢产物与溶氧的关系可以判断 该细菌为厌氧细菌 答案 D 微生物发酵工程及其应用 发酵工程在工业生产上得到广泛应用 其生产流程如下图所示 结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际 回答有关问题 1 人工控制微生物代谢的措施包括 和 目前采用 已经选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的 新菌种 2 选育好的菌种进行扩大培养后 应选用 期的菌种接种到发酵罐内的培养液中 原因是 3 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 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的遗传特性和控制生产过程中的各种条件 目前已经采用诱变育种的方法选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌的菌种 2 接种时一般选择对数期的菌种接种 因为这一时期的菌种代谢旺盛 形态和生理特性稳定 3 发酵过程中 采取连续培养的方法可大大提高生产效率 由于生产赖氨酸或谷氨酸的细菌为好氧型细菌 因此要增加通气量 当发酵产品是代谢产物时 一般用蒸馏 萃取 离子交换等方法提取 当发酵产品为菌体时 一般采用过滤 沉淀等方法分离 答案 1 改变微生物的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 对数细菌代谢旺盛 形态和生理特性稳定 3 连续培养好氧菌萃取 或蒸馏或离子交换等 1 随着生物技术的快速发展 发酵工程为人类提供了越来越多的产品 生产啤酒 酸奶 味精 胰岛素的常用菌种分别是 A 酵母菌 醋酸杆菌 枯草杆菌 大肠杆菌B 青霉菌 乳酸菌 黄色短杆菌 肺炎双球菌C 酵母菌 乳酸菌 谷氨酸棒状杆菌 大肠杆菌D 谷氨酸棒状杆菌 酵母菌 放线菌 大肠杆菌解析 发酵工程生产啤酒用酵母菌 生产酸奶用乳酸菌 生产味精用谷氨酸棒状杆菌 生产胰岛素用大肠杆菌 答案 C 影响发酵的因素分析 2011年西安模拟 人造蛋白食品是现代的微生物工程的杰作之一 食用真菌蛋白是人造蛋白的一种 真菌蛋白的制造过程的图解如下图所示 请根据图解回答下列问题 1 往发酵罐内注入少量的氨水的目的是 2 制造真菌蛋白时 要向发酵罐内注入空气 由此可以推知发酵罐中的真菌的代谢类型是 型 3 往发酵罐内添加的一切物品都要经过消毒 从生态学的角度进行分析 其原因是 4 添加的糖被真菌利用 转化形成真菌蛋白 必须经过的生理过程是 5 从自然界中分离出的真菌菌种 用于制造真菌蛋白时 真菌蛋白的产量较低 要获得较多的真菌蛋白 培育优良的真菌菌种可采用 的方法 6 利用微生物工程方法制造出的真菌蛋白 常作为家畜 如猪 的饲料添加剂 猪食用这些添加剂后 可加速育肥的原因是 这些添加剂在猪体内的代谢产物有 解析 从图中和题目中信息可确定该真菌为需氧厌养型真菌 加氨是为调节pH 由糖生成蛋白质需氨基转换作用 而利用真菌蛋白育肥家畜则为蛋白质转变为脂肪的过程 答案 1 满足真菌所需氮源 调节pH 2 异养需氧 3 防止杂菌与真菌之间的竞争 4 氨基转换作用 5 诱变育种 6 真菌蛋白被分解形成的氨基酸 经脱氨基作用形成的不含氮部分可转变成脂肪CO2 H2O 尿素 2 沼气发酵是指人畜粪便 秸秆 污水等各种有机物在密闭的沼气池内 被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化 最终产生沼气的过程 下列有关叙述不正确的是 A 有足够数量含优良沼气菌种的接种物有利于启动沼气发酵B 为防止发酵产热导致池温过高 应定期打开池盖进行散热C 发酵原料不仅要充足 而且需要适当搭配 保持一定的碳 氮比例D 沼气发酵微生物将分泌纤维素酶 淀粉酶 蛋白酶 脂肪酶等胞外酶解析 沼气发酵主要是产甲烷杆菌的作用 其代谢类型是异养厌氧型 定期打开池盖进行散热的同时 也增加了氧气 抑制甲烷杆菌的繁殖 答案 B 1 2011年孝感模拟 在生产谷氨酸过程中 常用的培养基中含有玉米浆 尿素 氧化钾 生物素等 下列说法正确的是 A 玉米浆属于生长因子B 尿素的作用主要是提供氮源C 生物素的作用可以用其他有机物替代D 这是一种半固体培养基解析 从培养基成分看 玉米浆是为微生物发酵提供碳源的 尿素提供的主要是氮源 氧化钾主要营造碱性环境 生物素则为微生物提供生长因子 其他一般的有机物是不能替代的 因为培养基的成分中不含有琼脂 所以这不是固体培养基 答案 B 2 2011年黄冈调研 有关谷氨酸发酵的叙述中正确的是 A 发酵过程中要不断地通入空气B 培养液的pH常控制在较低范围C 搅拌的唯一目的是使空气成为小泡D 适量冷却水可维持酶的正常活性解析 进行谷氨酸发酵的菌种谷氨酸棒状杆菌 黄色短杆菌等是异养需氧型微生物 所以要在培养过程中不断通入空气 但必须通入的是无菌空气 否则易造成杂菌污染 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 因而谷氨酸发酵的培养液的pH应控制在7 8的范围 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 达到一定程度 酶和核酸的结构遭到破坏 培养会因此受到影响 因此降低温度是保证酶正常活性的条件之一 而不会使酶活性下降 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 提高原料的利用率 答案 D 3 在发酵罐发酵的过程中 使温度升高的热量来源于 冷却水供应不足 微生物代谢旺盛 培养基不新鲜 搅拌 放料口排出产物A B C D 解析 解答此题应从如下几步入手分析 第一步 题目问的是使温度升高的热量来源 而冷却水只能带走热量 不能产生热量 故排除A和C选项 第二步 发酵过程中呼吸作用可以产生大量的化学能 且大部分转变成了热能 而搅拌除了增加溶氧 加快反应速度外 同时还通过摩擦产生了热能 第三步 培养基的新鲜程度可影响代谢速度 但与热量的产生无直接关系 放料口排出产物属同理 答案 D 4 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A B C 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 C 5 基因工程培育的 工程菌 通过发酵工程生产的产品有 石油 人生长激素 紫草素 聚乙二醇 生长激素释放抑制因子 重组乙肝疫苗A B C D 解析 利用 工程菌 生产的产品都是蛋白质类物质 答案 B 6 某种能生产蛋白质类食品添加剂的细菌 其生长速率 代谢产物的产量与培养液中的温度 pH 溶氧等关系如图所示 1 要获得最高产量 发酵罐内的温度 pH应分别调节为 2 该细菌新陈代谢的类型是 3 为了缩短生产周期 提高设