2026年生物工程(发酵工程)试题及答案

2026年生物工程(发酵工程)试题及答案一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1.5分，共30分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）1.在发酵工业中，最常用的碳源是（）。A.蛋白质B.葡萄糖C.硫酸铵D.磷酸二氢钾2.确定灭菌工艺的主要依据是（）。A.灭菌温度B.灭菌时间C.灭菌后的杂菌数量D.热致死时间3.在分批培养过程中，微生物的比生长速率μ在哪个阶段达到最大值？（）。A.延滞期B.对数生长期C.稳定期D.衰亡期4.下列关于氧的传递系数a的描述，错误的是（）。A.它是评价反应器通气效率的重要参数B.其单位通常是或miC.增加搅拌转速一定会提高aD.它受培养基物理性质（如粘度）的影响5.丝状真菌发酵过程中，菌丝形态主要受哪种因素影响最大？（）。A.pH值B.搅拌剪切力C.温度D.接种量6.在谷氨酸发酵中，控制生物素亚适量的目的是（）。A.促进菌体生长B.打破细胞膜通透性，利于谷氨酸外泄C.抑制杂菌生长D.提高发酵温度7.下列哪种发酵类型属于连续发酵？（）。A.分批发酵B.补料分批发酵C.单罐连续发酵D.间歇发酵8.柠檬酸发酵生产中，为了阻断TCA循环，常采取的措施是（）。A.缺乏锰离子B.缺乏镁离子C.缺乏生物素D.缺乏氮源9.在发酵罐的几何尺寸中，高径比（H/A.只考虑安装方便B.氧的传递与搅拌功率的平衡C.只考虑成本D.只考虑美观10.测定发酵过程中菌体浓度的最快速、非破坏性的方法是（）。A.干重法B.光密度（OD）法C.细胞计数板法D.离心沉淀体积法11.空气过滤除菌常用的介质是（）。A.活性炭B.棉花或玻璃纤维C.硅胶D.沸石12.在Monod方程中，当底物浓度S≫时，比生长速率μA.0B./C.D.13.发酵热的主要来源不包括（）。A.搅拌热B.蒸发热C.生物热D.辐射热14.用于控制发酵pH值的常用酸碱物质是（）。A.盐酸和氢氧化钠B.硫酸和氨水C.硝酸和氢氧化钾D.磷酸和碳酸钠15.在抗生素发酵中，产物合成期通常处于（）。A.延滞期B.对数生长期C.稳定期（产物分泌期）D.衰亡期16.搅拌器的雷诺数R用于判断发酵罐内的流体流动状态，当R>A.层流B.过渡流C.湍流D.停滞流17.下列哪个参数属于发酵过程的状态参数，而非控制参数？（）。A.温度B.pHC.溶氧浓度（DO）D.补料流速18.在发酵工程中，表示（）。A.产物对底物的得率系数B.菌体对底物的得率系数C.氧对底物的得率系数D.底物消耗速率19.为了实现高密度培养，补料分批发酵通常控制（）。A.底物浓度处于较高水平B.底物浓度处于限制水平C.菌体浓度处于最低水平D.温度处于波动状态20.常见的机械搅拌发酵罐中，挡板的作用是（）。A.防止液体旋转打漩，改善混合效果B.增加发酵罐强度C.固定搅拌轴D.测量液位高度二、多项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有两项或两项以上是符合题目要求的。全部选对得2分，选错得0分）1.影响微生物需氧量的因素有（）。A.菌体浓度B.培养基成分C.发酵温度D.搅拌转速2.工业发酵培养基的设计原则包括（）。A.营养物质丰富且配比合理B.原料来源广泛且价格低廉C.有利于下游提取工艺D.尽量使用纯化学试剂3.发酵罐放大设计时，常采用的几何相似准则有（）。A.恒定aB.恒定单位搅拌功率（P/C.恒定搅拌桨叶端线速度D.恒定雷诺数4.下列关于补料分批发酵优点的描述，正确的有（）。A.可以解除底物抑制C.可以解除产物抑制D.延长发酵周期，提高产量5.发酵过程中的主要代谢参数包括（）。A.pHB.溶氧（DO）C.搅拌转速D.罐压6.引起发酵液染菌的原因可能有（）。A.空气过滤系统失效B.设备泄漏C.种子带菌D.培养基灭菌不彻底7.常见的发酵产物提取方法包括（）。A.沉淀法B.萃取法C.离子交换法D.色谱法8.在发酵过程中，二氧化碳的作用包括（）。A.参与某些代谢途径的调节B.碳源C.浓度过高会抑制微生物生长D.对pH值有缓冲作用9.下列属于非牛顿流体的发酵液特性是（）。A.粘度随剪切速率变化B.符合牛顿粘性定律C.高浓度菌丝发酵液常呈此特性D.粘度是恒定值10.发酵工业中常用的传感器类型有（）。A.pH电极B.溶氧电极C.温度传感器D.菌体浓度在线传感器（如电容探头）三、填空题（本大题共20空，每空1分，共20分）1.微生物生长曲线主要包括延滞期、__________、稳定期和衰亡期四个阶段。2.在发酵工程中，值常用于衡量灭菌的彻底程度，其基准温度通常为__________℃。3.氧气从气相传递到细胞内的步骤包括：气膜扩散、气液界面扩散、__________、液膜扩散、细胞周围液膜扩散及细胞内部扩散。4.Monod方程描述了底物浓度与__________之间的关系。5.常见的发酵罐类型包括机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐和__________。6.在分批培养中，稀释率D等于__________时，菌体会被洗出。7.发酵液的粘度随菌丝浓度增加而__________，从而影响氧传递。8.谷氨酸产生菌主要是__________属的细菌。9.为了提高发酵罐的传热系数，通常在罐内设置__________。10.在抗生素发酵中，初级代谢产物通常在__________期合成，次级代谢产物在稳定期合成。11.临界溶氧浓度（Ccrit）是指__________。12.发酵过程中的pH控制通常采用流加__________或碱来调节。13.搅拌功率的计算公式中，功率准数是__________的函数。14.在发酵罐放大中，保持单位体积液体搅拌功率（P/15.种子扩大培养的目的是为了获得__________和一定数量的优良种子。16.青霉素发酵中，前体物质苯乙酰硫（PAC）的作用是__________。17.双水相萃取体系通常由__________和两种聚合物组成。18.发酵罐的冷却方式主要有夹套冷却和__________。19.在高细胞密度培养中，为了限制底物浓度，常采用__________流加策略。20.传感器信号变送的主要功能是将非标准电信号转换为__________。四、判断题（本大题共10小题，每小题1分，共10分。正确的打“√”，错误的打“×”）1.只要培养基灭菌彻底，发酵过程中就不会染菌。（）2.在分批培养中，限制性底物耗尽时，比生长速率μ为零。（）3.搅拌转速越快，发酵罐内的溶氧浓度一定越高。（）4.次级代谢产物通常对菌体自身的生长繁殖不是必需的。（）5.发酵罐的挡板通常设置为4块，且宽度为罐径的1/10到1/12。（）6.所有的微生物发酵过程都需要严格的无氧环境。（）7.a随着发酵液粘度的增加而增加。（）8.连续发酵可以达到较高的设备利用率，但容易发生菌种变异和染菌。（）9.溶氧电极测量的是发酵液中的氧分压，而不是氧含量。（）10.在发酵后期，由于菌体衰老，摄氧率（OUR）通常会下降。（）五、名词解释（本大题共5小题，每小题3分，共15分）1.发酵工程2.补料分批发酵3.氧传递系数（a）4.临界溶氧浓度5.呼吸商（RQ）六、简答题（本大题共6小题，每小题5分，共30分）1.简述微生物发酵过程的主要控制参数及其生物学意义。2.简述在发酵过程中，温度对微生物生长和代谢产物合成的影响。3.比较分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的优缺点。4.简述发酵罐搅拌器的两个主要作用。5.什么是代谢控制发酵？如何通过营养缺陷型进行代谢控制？6.简述引起发酵过程泡沫产生的原因及其危害。七、计算题（本大题共3小题，共25分）1.（8分）某微生物在恒化器中进行连续培养，已知其最大比生长速率=0.8，饱和常数=0.5g/L(1)若稀释率D=0.4，求反应器内的稳态菌体浓度X和底物浓度(2)求该系统的临界稀释率。2.（8分）一个500L的机械搅拌发酵罐，装液量为300L。通入空气量为1vvm（每分钟每罐液体体积通入的标准空气体积）。在发酵某时刻，测得发酵液中的溶解氧浓度=2mg/L(1)假设氧传递主要受液膜控制，试计算此时的体积氧传递系数a（单位：）。(2)若将a提高50%，理论上溶解氧浓度会变为多少？（假设OUR不变）3.（9分）在分批培养中，某菌体生长符合Monod方程。已知=1.0，=2g/L，=(1)计算当底物浓度S降至5g/L(2)写出该阶段底物消耗速率与菌体生长速率的关系式。八、综合分析题（本大题共2小题，共25分）1.（12分）某抗生素厂在采用新菌株进行生产时，发现发酵过程中出现以下问题：发酵前期溶氧下降极快，且长时间维持在较低水平（接近0），导致菌体生长过早停止，产量低下。试分析可能的原因，并提出从工艺和设备两方面进行改进的详细措施。2.（13分）现有一个100L的实验规模发酵罐，生产某种胞外酶。在优化工艺后，拟将规模放大至10（10,000L）的生产罐。实验罐的操作参数为：转速=300rpm，搅拌桨直径=0.2m(1)若以a相等为准则进行放大，请计算生产罐的通气量和搅拌功率大致范围（需说明放大思路）。(2)分析在放大过程中可能出现的问题（如混合时间、剪切力变化），并讨论如何解决。参考答案及解析一、单项选择题1.B2.D3.B4.C5.B6.B7.C8.A9.B10.B11.B12.C13.B14.B15.C16.C17.C18.B19.B20.A二、多项选择题1.ABC2.ABC3.ABC4.ABCD5.ABCD6.ABCD7.ABCD8.AC9.AC10.ABC三、填空题1.对数生长期2.1213.液膜扩散4.比生长速率5.自吸式发酵罐6.最大比生长速率（）7.升高8.棒杆菌9.冷却蛇管10.对数生长11.微生物的临界需氧条件，即维持微生物正常呼吸所需的最低溶氧浓度12.酸13.雷诺数14.剪切力15.旺盛的种子16.直接参与青霉素分子的合成，提高产量17.无机盐（或PEG/盐）18.蛇管冷却19.指数流加20.标准电信号（如4-20mA或0-10V）四、判断题1.×2.√3.×4.√5.√6.×7.×8.√9.√10.√五、名词解释1.发酵工程：指利用微生物的特定性状，通过现代工程技术手段，在生物反应器中生产有用代谢产物或生物制品的技术过程。它是生物技术的重要组成部分，连接上游生物技术和下游加工处理。2.补料分批发酵：是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加一种或多种营养成分，但不清除培养液，直到发酵终止的发酵方式。该方式可以解除底物抑制或产物抑制，延长发酵周期，提高产物产量。3.氧传递系数（a）：是描述发酵过程中氧传递效率的重要参数，其中为液膜传质系数，a为单位体积发酵液中的气液比表面积。a越大，氧传递速率越快。4.临界溶氧浓度（Ccrit）：指微生物的呼吸速率不再随溶氧浓度增加而增加时的最低溶氧浓度。当发酵液中的溶氧浓度低于此值时，微生物的呼吸代谢将受到限制。5.呼吸商（RQ）：指微生物发酵过程中释放的二氧化碳摩尔数与消耗的氧气摩尔数之比（RQ六、简答题1.简述微生物发酵过程的主要控制参数及其生物学意义。答：主要控制参数包括：(1)温度：影响酶活性、代谢途径方向及产物合成。(2)pH：影响酶活性、细胞膜电荷状态及营养物质吸收。(3)溶氧（DO）：影响好氧微生物的呼吸代谢和能量供应。(4)搅拌转速与通气量：影响溶氧、混合均匀度及物质传递。(5)营养物质浓度：作为底物直接参与菌体生长和产物合成。(6)泡沫：影响装液系数、氧传递及染菌风险。2.简述在发酵过程中，温度对微生物生长和代谢产物合成的影响。答：温度直接影响微生物体内的酶反应速率。在适宜温度范围内，升高温度可加快生长和代谢速率；但温度过高会导致酶失活、菌体衰老甚至死亡。此外，温度还影响代谢产物的合成方向，例如某些抗生素发酵在较低温度下更有利于次级代谢产物的积累，而菌体生长则需较高温度。因此，发酵过程常采用变温控制策略。3.比较分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的优缺点。答：(1)分批发酵：操作简单，不易染菌；但存在底物抑制，非生长伴随型产物产量低。(2)补料分批发酵：可解除底物/产物抑制，延长产物合成期，获得高产量；但操作控制相对复杂，需精确控制补料速率。(3)连续发酵：生产效率高，产品质量稳定，便于自动化；但菌种易变异，长期运行染菌风险高，适用范围有限。4.简述发酵罐搅拌器的两个主要作用。答：(1)打碎气泡，增加气液接触面积，提高氧传递效率（a）。(2)使发酵液产生循环流动，混合均匀，保证温度、pH和营养物质分布均一，并防止固形物沉淀。5.什么是代谢控制发酵？如何通过营养缺陷型进行代谢控制？答：代谢控制发酵是通过人为改变微生物的代谢调控机制，使其按期望的途径积累产物的发酵技术。利用营养缺陷型进行代谢控制的方法是：筛选出某一步代谢受阻的营养缺陷型菌株，在发酵过程中限量供给该菌株所需的生长因子，从而阻断支路代谢，使中间代谢产物或最终目的产物大量积累。例如，利用赖氨酸缺陷型生产谷氨酸。6.简述引起发酵过程泡沫产生的原因及其危害。答：原因主要是由培养基中的蛋白质、胶体物质等表面活性物质在通气搅拌作用下产生；此外，菌体代谢产生的气体也会助长泡沫。危害：降低发酵罐的有效装液系数；造成逃液，增加染菌风险；影响氧传递效率；严重时导致通气搅拌无法进行。七、计算题1.解：(1)根据Monod方程及恒化器物料平衡：μ代入数据：0.4解得：0.4根据菌体物料平衡：XX(2)临界稀释率==2.解：(1)氧传递方程：O稳态时，O故a首先统一单位。OUOa(2)若a提高50%，则新的=O32008=3.解：(1)假设底物仅用于菌体生长。Δ菌体增量Δ最终菌体浓度X(2)底物消耗速率与菌体生长速率的关系式为：−=+X（若考虑维持代谢，为维持系数；若忽略维持代谢，则题目未给维持系数，通常基础计算写：=八、综合分析题1.答：可能原因：(1)菌种变异：新菌株呼吸强度过大，超过供氧能力。(2)培养基配方不当：碳氮比不合适，导致菌体爆发式生长，耗氧剧增。(3)接种量过大或种子过老，接入后迅速适应环境导致耗氧激增。(4)供氧设备能力不足：搅拌功率低、通气量小或分布器堵塞，导致a偏低。改进措施：工艺方面：(1)调整接种量，适当降低以减缓前期耗氧。(2)调整培养基配方，采