生物工程氨基酸工艺学考试试题及答案

生物工程氨基酸工艺学考试试题及答案
一.选择题（单选，每题2分，共20分）
1.关于利用发酵工程生产谷氨酸的生产实例的叙述中，错误的是（B）
A．常用的谷氨酸产生菌有好氧性的谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等
B．生产用的培养基通常是由豆饼的水解液、玉米浆、尿素、磷酸二氢钾、氧化钾、
硫酸镁、生物素等配制而成的液体培养基，从培养基的成分上分析，该培养基为合成培养基
C．发酵过程中应通过发酵罐上面连接的通气、搅拌、接种、加料、冷却、PH检测等
装置严格控制发酵条件
D．提取出来的谷氨酸用适量的Na2CO3溶液中和后，再经过过滤、浓缩、离心分离等步骤，便制成了味精
2.与阳离子树脂进行交换时，在无其他离子干扰的情况下，下列哪种氨基酸优先被吸附（A）：
A.赖氨酸（PI=9.74）
B.亮氨酸（PI=5.98）
C.谷氨酸
D.天冬氨酸（PI=2.77）
3.下列哪一种不属于必须氨基酸（D）
A.Ile
B.Leu
C.Met
D.Arg
4.关于谷氨酸发酵，下列说法不正确的是（C）
A.生产上所用谷氨酸产生菌的种类与Lys产生菌基本一致
B.其两大类原料的发酵工艺主要区别在于发酵过程是否需要添加青霉素、表面活性剂等
C.与Lys发酵相比较，谷氨酸发酵要消耗更多的氮源
D.加晶种起晶时，需要控制溶液的pH，以利于较大结晶颗粒的形成
5.氨基酸发酵过程中若发生噬菌体污染时会出现一些明显的变化，主要表现在(D)
A.发酵液光密度值急剧下降
B.发酵液泡沫增多、粘度增大，甚至呈胶体
C．C源、N源以及氧的消耗减慢甚至停滞，排气中CO2含量迅速下降
D.以上说法都对
6.关于结构类似物，下列说法正确的是(D)
A．S-2氨基乙基-L-半胱氨酸（AEC）是赖氨酸的结构类似物
B.α-噻唑丙氨酸（α-TA）是亮氨酸的结构类似物
C.a-氨基b-羟基戊酸（AHV）是苏氨酸的结构类似物
D．以上说法都对
7.从代谢控制育种的角度出发，下列关于选育高产谷氨酸菌株途径中可行的是(C)
A.选育以琥珀酸或苹果酸为唯一碳源的菌株
B．选育不分解利用谷氨酸的突变株
C.A和B
D．以上均不可行
8.以乳酸发酵短杆菌生产赖氨酸，从合成途径上看，赖氨酸的合成(B)
A．受到苏氨酸的单独反馈抑制
B．受到赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制
C.受到半胱氨酸的单独反馈抑制
D．受到亮氨酸的反馈抑制
9.对采用谷氨酸棒杆菌合成芳香族氨基酸的调控机制的描述，下列说法正确的（D）
A.预苯酸脱氢酶受到络氨酸的轻微抑制
B.预苯酸脱水酶受到苯丙氨酸的反馈抑制时，酪氨酸可解除这种抑制作用
C.色氨酸强烈抑制临氨基苯甲酸合成酶的活性
D.以上说法都正确
10.以下是对氨基酸工业的描述，其中说法正确的是（D）
A.氨基酸的生产最早是采用水解蛋白质的方法
B.中国谷氨酸的生产量居世界第一
C.除缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸国内不能实现产业化生产外，其他氨基酸均已完全实现国产化D．以上说法都正确
二.填空题（每空1分，共26分）
1.目前国内谷氨酸提取工艺主要有；等电点法、离子交换法和等电点-离子交法。

2.谷氨酸等电点为pH
3.22，其溶解度受温度影响较大（较大、较小），其结晶型有2种，分为α-型结晶和β-型结晶，其中不易沉降分离的是β-型结晶型。

3.国内谷氨酸生产的碳源原料主要有淀粉糖和糖蜜两类，国内谷氨酸产生菌大多数为生物素（维生素H或VH）缺陷型。

4.在生物合成氨基酸途径中，谷氨酸是谷氨酰胺（Gln）/鸟氨酸（Orn）/瓜氨酸（Cit）/精氨酸（Arg）（填氨基酸的名称，一种即可，下同）的前体，苏氨酸是异亮氨酸（Ile）的前体;.分枝酸是色氨酸（Trp）的前体。

5.谷氨酸的实际生产中，要求上柱发酵液的pH值控制在 5.0～5.5[注：填范围值，下2个空同上]即可；上柱时，逆上柱流速控制在2～3m3/(m3·h)，顺上柱流速控制在
1.5～
2.0m3/(m3·h)，同时注意控制流出的谷氨酸的量不要超过
0.2%，避免漏吸现象的发生。

6.氨基酸发酵产生菌种选育时，常规育种中一般采用黄色短杆菌和谷氨酸棒杆菌为出发菌株。

7.要提高谷氨酸发酵产率，可以从选育高产菌种、采用流加液氨培养二级种子、采用大种量、高生物素、高初糖、连续流加高浓度糖的发酵工艺、通电发酵法、改进发酵设备、应用先进的计量和自控技术实现在线显示及自动操作等几个方面进行。

8.天冬氨酸族氨基酸生物合成共同途径上的第一个关键酶是天冬氨酸激酶（AK），在
E.coli中，此酶由3种同工酶组成；从合成调节机制上看，天冬氨酸族氨基酸优先合成蛋氨酸（Met）；在苏氨酸合成途径中，苏氨酸反馈抑制高丝氨酸脱氢酶（HD）
三.名词解释（每题2分，共12分）
1.末端产物阻遏
是指由某代谢途径末端产物的过量累积时而引起的反馈阻遏，是一种较为重要的反馈阻遏。

2.代谢调控
在发酵工业中，为了大量积累人们所需要的某一代谢产物，常人为地打破微生物细胞内的自动代谢调节机制，使代谢朝人们所希望的方向进行。

3糖酸转化率
产出的谷氨酸与投入的G总量的百分比，糖酸转化率=产出的谷
氨酸/投入的葡萄糖量×100%=（产酸水平×放罐体积）/（种子用糖量+发酵培养基用糖量+流加糖量）×100%。

4生物素的“亚适量”
指淀粉糖原料产谷氨酸生产过程中，控制发酵培养基的生物素浓度在5～6μg/L，此浓度即为生物素的“亚适量”
5种子扩大培养
指将处于休眠状态的保藏菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶、种子罐等逐级扩大培养，从而获得一定数量和质量的纯种的过程。

6代谢互锁
在氨基酸合成途径中，受到另一种与合成途径本身完全无关的氨基酸控制。

它只是在很高浓度下（与生理学浓度相比）才能体现抑制作用，而且是部分性的抑制（阻遏）作用。

7营养缺陷型
对某些必须的营养物质（AA)或生长因子的合成能力出现缺陷的变异菌株或细胞。

必须在基本培养基（如由葡萄糖和无机盐组成的培养基）中补加相应的营养成分才能正常生长
8流加发酵
也叫补料分批发酵、半连续发酵、半连续培养。

它是以分批培养为基础，间歇或连续地补加新鲜培养基的一种发酵方法。

四.简答题（第一、二小题每题5分，第三、四、五小题每题6分，共28分）
1.氨基酸发酵涉及的内容有那些？其技术的关键是什么？
氨基酸发酵技术涉及代谢控制理论和定向育种理论及操作技术，其内容包括：培养基的制备、培养基及设备灭菌、空气除菌、种子扩大培养、传质与传热、发酵过程控制理论与操作；氨基酸的提取与精制的方法及操作。

【3分】
发酵关键在于是否能够解除微生物代谢控制机制，能否打破微生物正常的调节，从而达到人为地控制微生物代谢的目的。

【2分】2.造成采用两种原料发酵产谷氨酸工艺上的差别的原因是什么?两大类原料的发酵工艺主要区别在于发酵过程是否需要添加青霉素、表面活性剂等。

【1分】由于糖蜜原料所含生物素丰富，发酵过程必须添加青霉素、表面活性剂等来抑制产生菌的细胞壁合成，从而抑制产生菌的过度生长；虽然各种来源不同的淀粉原料所含生物素不同，但所含生物素量远远低于糖蜜，经过加工成淀粉再制成G溶液，用于配制发酵培养基时还需要添加生物素【4分】
3.谷氨酸扩大培养一般流程如何？并说明各级种子的质量要求1）.谷氨酸扩大培养流程：
斜面菌种----→一级种子培养----→二级种子培养----→发酵罐【2分】
2）.各级种子的要求：
（1）.斜面菌种：菌种绝对纯，不得混有任何杂菌和噬菌体。

（2）.一级种子：种龄9～10h；pH6.8～7.0；净增OD值在0.5以上；残糖1.0%左右；
无噬菌体污染；镜检要求菌体生长均匀、粗壮，排列整齐，革兰氏阳性反应。

（3）.二级种子：8h以上；pH7.0～7.2；净增OD值在0.5以上；残糖10～15g/L左右；无噬菌体污染；镜检要求菌体生长均匀、粗壮，排列整齐，革兰氏阳性反应。

【4分】
4.写出谷氨酸的化学结构式并表示出由谷氨酸的提取工艺流程和味精的制备过程和表示谷
氨酸发酵工艺流程HOOC-(CH2)2-CH(NH2)-COOH
谷氨酸发酵液→等电结晶（常温等电法冷冻等电法）→沉降分离→{谷氨酸晶体[上清液（母液）→离子交换→谷氨酸晶体]}谷氨酸的分离与味精的制备培养基的配制→上罐实消→冷却接种（←三角瓶培养←固体斜面培养）→发酵{发酵过程参数的控制←[DO值pH温度搅拌速度]}→{发酵液发酵过程参数测定→[还原糖的测定菌体形态观察菌体浓度测定谷氨酸的测定]谷氨酸发酵的工艺流程简图
5.试用简图的形式[只含文字与箭头]表示出谷氨酸发酵工艺流程及谷氨酸的分离与味精的
制备过程。

五.论述题（14分）简述L-色氨酸的代谢调控机制，并论述L-色氨酸高产菌的育种思路，以及在发酵条件控制中应注意的问题？
答：芳香族氨基酸的生物合成存在着特定的调节机制，因此不可能从自然界中找到大量积累色氨酸的菌株，但是可以以黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌等作为出发菌株，设法造就从遗传角度解除了
芳香族氨基酸的生物合成正常代谢机制的突变菌株，用微生物直接发酵法生成积累色氨酸。

这些方法包括：
⑴切断支路代谢：切断由分支酸到预苯酸、维生素K、CoQ的代谢支路，节约碳源，使中间体分支酸更多的转向合成色氨酸，同时可以解除Phe、Tyr对合成途径中DS的反馈调节，从而有利于色氨酸的积累。

⑵解除自身反馈调节：可通过选育色氨酸的结构类似物抗性突变株，解除自身的反馈调节来达到积累色氨酸的目的。

⑶增加前体物：为了积累更多的色氨酸，必须增加更多的前体物，减少PEP和EP的支路代谢，解除Phe、Tyr对合成途径中DS的反馈调节，增加分支酸浓度等方法可以增加前体物的合成。

⑷切断进一步代谢：选育色氨酸酶缺失突变株、色氨酸脱羧酶缺失突变株、色氨酸tRNA合成酶缺失突变株以及不分解利用色氨酸的突变株可以减少色氨酸的消耗，有利于色氨酸的积累。

⑸利用基因工程技术构建色氨酸工程菌株：应用重组DNA技术和分析应用生物学相关的遗传，进行有精确目标的基因操作，改变微生物原有的调节系统，实现目的代谢产物的提高。

如：改变代谢流、扩展代谢途径、构建新的代谢途径、及蛋白质工程的应用—对于色氨酸操纵子上的结构基因进行定点诱变，解除代谢反馈抑制等。

⑹其他标记：选育色氨酸操纵子中弱化子缺失突变型也是积累色氨酸的有效措施。