2026年大学食品科学与工程(发酵工程)试题及答案

2026年大学食品科学与工程(发酵工程)试题及答案一、选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40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.在发酵工程中，莫诺方程是用来描述（）关系的经典动力学模型。A.菌体浓度与底物浓度B.产物生成速率与菌体浓度C.比生长速率与限制性底物浓度D.底物消耗速率与产物浓度2.关于分批培养过程中的比生长速率μ，下列说法正确的是（）。A.在延滞期，μ达到最大值B.在对数生长期，μ保持恒定且最大C.在稳定期，μ逐渐上升D.在衰亡期，μ大于对数生长期3.在微生物发酵的热量计算中，发酵热不包括下列哪项？（）A.生物合成热B.搅拌热C.蒸发散热D.维持代谢热4.下列哪种灭菌方法属于化学灭菌法？（）A.干热灭菌B.过滤除菌C.环氧乙烷灭菌D.射线灭菌5.在氧传递模型中，a是指（）。A.液膜传质系数B.气膜传质系数C.体积氧传递系数D.气液比表面积6.对于Gaden产物的生成动力学模型，当产物生成与菌体生长偶联时，属于（）。A.I型B.II型C.III型D.0型7.在发酵罐的搅拌过程中，雷诺准数Re用于判断流体的流动状态，当RA.层流B.过渡流C.湍流D.塞流8.下列关于补料分批培养的描述，错误的是（）。A.可以解除底物抑制C.可以解除葡萄糖效应B.菌体浓度始终低于分批培养D.可以延长发酵周期9.在好氧发酵中，临界溶氧浓度是指（）。A.发酵液中的饱和溶氧浓度B.维持微生物正常呼吸所需的最低溶氧浓度C.抑制微生物生长的最高溶氧浓度D.氧传递速率最大时的溶氧浓度10.下列哪种传感器常用于发酵过程中pH值的在线检测？（）A.热电偶B.玻璃电极C.溶氧电极D.电导率电极11.在空气除菌过程中，采用深层过滤介质（如棉花、活性炭）时，主要依靠（）作用拦截微粒。A.惯性撞击B.扩散拦截C.重力沉降D.静电吸引12.某发酵罐的搅拌功率计算中，功率准数是（）的函数。A.雷诺准数RB.弗劳德准数FC.普朗特准数PD.施伍德准数S13.在基因工程菌发酵中，为了防止质粒丢失，通常在培养基中加入（）。A.抗生素B.诱导剂C.抑制剂D.螯合剂14.下列关于发酵液过滤特性的描述，正确的是（）。A.发酵液越粘稠，过滤阻力越小B.菌体越小，越容易过滤C.预处理（如加热、絮凝）可以改善过滤性能D.只有细菌发酵液需要预处理，霉菌不需要15.在连续培养中，当稀释率D等于比生长速率μ时，反应器处于（）。A.洗出状态B.稳定状态C.亚稳态D.非稳态16.下列哪种物质常作为微生物发酵的主要碳源？（）A.硫酸铵B.磷酸二氢钾C.葡萄糖D.玉米浆17.在发酵罐放大过程中，若以a相等为基准进行放大，通常会导致（）。A.搅拌转速增加B.搅拌功率减少C.单位体积输入功率（P/D.混合时间缩短18.乳糖操纵子调控机制中，当有乳糖存在且无葡萄糖时，阻遏蛋白（）。A.结合在操纵基因上，转录受阻B.不结合在操纵基因上，转录进行C.被降解D.激活cAMP水平19.下列哪种下游操作主要用于蛋白质类产物的初步分离？（）A.离子交换层析B.细胞破碎C.盐析D.结晶20.在微生物生长曲线中，secondarymetabolites（次级代谢产物）主要在（）大量生成。A.延滞期B.对数生长期C.稳定期D.衰亡期二、填空题（本大题共20空，每空1.5分，共30分。请将答案写在答题纸指定位置）21.发酵工程的上游技术主要包括菌种选育、培养基设计和________。22.衡量灭菌彻底程度的指标是________，通常要求达到甚至更低。23.在灭菌设计中，D值表示________，z值表示________。24.氧从气相传递到液相细胞的阻力主要存在于________和________两层膜中。25.常用的微生物深层通气发酵罐类型主要有机械搅拌发酵罐、________和________。26.根据产物生成与菌体生长的关系，产物生成动力学模型分为________、________和________。27.在发酵过程中，控制pH值的方法通常包括加酸/碱和________。28.发酵罐的几何尺寸比例中，高径比H/29.稀释率D的定义是________，单位是________。30.基因工程菌的高密度发酵主要目的是提高________的产量。31.在膜分离技术中，截留分子量（MWCO）是指________。32.发酵液的预处理方法中，絮凝是通过加入________使固体颗粒聚集长大的过程。33.常用的消泡方法有机械消泡和________。34.微生物的生长得率系数表示________。35.在固定化细胞发酵中，最常见的载体有海藻酸钠、________和________。三、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“×”）36.所有微生物的最适生长温度都是37℃。（）37.在分批培养中，底物浓度越高，比生长速率μ就一定越高。（）38.连续发酵可以始终在较高的比生长速率下进行，因此生产效率高于分批发酵。（）39.搅拌功率的计算公式P=40.过滤除菌可以去除空气中的所有微生物，包括噬菌体。（）41.发酵过程中的溶氧浓度（DO）值越高，对微生物生长越有利。（）42.青霉素发酵属于初级代谢产物发酵。（）43.在发酵罐放大中，保持单位体积输入功率（P/44.离子交换层析主要利用物质分子量的差异进行分离。（）45.超临界流体萃取技术特别适用于热敏性物质的提取。（）四、名词解释（本大题共5小题，每小题4分，共20分）46.发酵工程47.莫诺方程48.氧传递系数（a）49.临界溶氧浓度50.下游加工五、简答题（本大题共6小题，每小题8分，共48分）51.简述微生物分批培养各个生长阶段的特点及其在工业生产中的控制策略。52.试比较分批培养、补料分批培养和连续培养的优缺点。53.影响氧传递系数（a）的主要因素有哪些？如何提高发酵过程中的供氧能力？54.简述发酵过程中温度对微生物生长的影响及工业发酵中的温度控制策略。55.什么是代谢调控？在发酵工业中，如何通过营养条件控制来打破微生物的正常代谢调节以积累产物？56.简述发酵罐几何放大中，以单位体积功率（P/V）相等和以氧传递系数（六、计算题（本大题共3小题，共42分。要求写出必要的计算过程和公式）57.（本题14分）某发酵罐采用121℃进行实罐灭菌。已知该耐热芽孢杆菌的=1.5min，z=C。发酵液中原有杂菌总数=个，要求灭菌后失败概率为（1）理论上需要的灭菌时间（F值）；（2）如果灭菌过程中的升温阶段（从20℃升至121℃）贡献了5分钟的灭菌效果，恒温阶段需要维持多少分钟？58.（本题14分）在10m³的机械搅拌发酵罐中进行某酵母的好氧培养。已知发酵液密度ρ=1080，粘度μ=0.002

Pa·s（1）该搅拌桨的搅拌功率P；（2）单位体积搅拌功率P/（3）若将发酵罐放大至100m³，按P/59.（本题14分）某细菌在连续发酵反应器中进行培养。已知莫诺方程参数：=0.5，=0.2

g/L。进料底物浓度=（1）求当稀释率D=0.3时，反应器出口的菌体浓度X和底物浓度（2）求该反应器的临界稀释率（即开始发生洗出时的稀释率）。七、综合分析题（本大题共2小题，共30分）60.（本题15分）某生物制药公司利用大肠杆菌重组菌生产人胰岛素。在50L发酵罐中试过程中发现，当葡萄糖浓度过高时，菌体生长虽然较快，但目标产物胰岛素的表达量受到抑制，且发酵液中积累了大量的乙酸。试分析：（1）产生乙酸积累的根本原因是什么？（2）乙酸积累对发酵过程有哪些不利影响？（3）作为发酵工程师，请设计具体的工艺控制策略（包括上游和中游）来解决这一问题，以提高胰岛素的产量。61.（本题15分）在抗生素（如青霉素）的深层通气发酵过程中，溶氧浓度（DO）是一个关键的控制参数。假设在发酵中后期，DO值突然下降至临界值以下且长时间无法回升。（1）分析导致DO值下降的可能原因（至少列举4点）。（2）针对上述原因，分别提出相应的解决方案。（3）除了溶氧，请说明在抗生素发酵中，为什么补料策略（如葡萄糖流加）对产物合成至关重要？参考答案与解析一、选择题1.C2.B3.C4.C5.C6.A7.C8.B9.B10.B11.A12.A13.A14.C15.B16.C17.C18.B19.C20.C二、填空题21.灭菌工艺22.无菌程度（或染菌概率）23.在特定温度下杀灭90%微生物所需的时间；热死时间随温度变化降低一个对数单位所需的温度变化24.气膜；液膜25.气升式发酵罐；自吸式发酵罐26.生长偶联型；非生长偶联型；混合型27.补加碳源/氮源（或流加培养基）28.2:1~4:129.进料流量/发酵液体积（F/V）；30.目的产物（或胞内产物）31.能被膜截留的最小分子的分子量32.絮凝剂33.化学消泡（或添加消泡剂）34.消耗单位底物生成的菌体量35.卡拉胶；聚乙烯醇（PVA）三、判断题36.×37.×38.√39.√40.×41.×42.×43.√44.×45.√四、名词解释46.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控制的环境中生产有用物质或直接用于工业化生产的技术体系。它包括上游工程（菌种选育、培养基设计）、中游工程（发酵过程控制）和下游工程（分离纯化）。47.莫诺方程：描述微生物比生长速率与限制性底物浓度之间关系的经验公式，即μ=，其中μ为比生长速率，为最大比生长速率，S为底物浓度，为半饱和常数。48.氧传递系数（a）：表征发酵体系中氧传递能力的重要参数，是液膜传质系数与比表面积a的乘积，单位通常是或。数值越大，氧传递速率越快。49.临界溶氧浓度：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。低于此浓度，微生物的呼吸代谢将受到限制。50.下游加工：指从发酵液或培养液中分离、纯化生物产品的过程，通常包括细胞分离、细胞破碎（如胞内产物）、产物提取、产物精制和成品加工等步骤。五、简答题51.微生物分批培养各阶段特点及控制策略：（1）延滞期：菌体不生长或生长极慢，细胞内酶系正在适应环境。控制策略：接种量要大，种子龄要适宜，培养基成分与种子培养基一致。（2）对数生长期：菌体以最大比生长速率生长，底物消耗快，代谢产物少。控制策略：促进生长，提供充足营养和适宜环境，此阶段是获取大量种子的最佳时期。（3）稳定期：菌体生长速率下降，达到最大浓度，次级代谢产物开始大量积累，营养耗尽或有毒产物积累。控制策略：对于次级代谢产物发酵，应延长此阶段，通过补料、控制pH和溶氧来促进产物合成。（4）衰亡期：菌体死亡，自溶，释放胞内产物，发酵液粘度增加。控制策略：对于初级代谢产物应及时放罐，对于胞内酶等产物可在此阶段收获。52.分批、补料分批和连续培养比较：（1）分批培养：优点是操作简单，不易染菌，投资少；缺点是非稳态，周期长，设备利用率低，存在底物抑制。（2）补料分批培养：优点是可以解除底物抑制和葡萄糖效应，延长产物合成期，提高产量；缺点是操作较复杂，需精确控制补料速率。（3）连续培养：优点是稳态操作，生产效率高，易于自动化控制，产品质量均一；缺点是容易染菌，菌种易发生变异，培养时间长设备利用率高但技术要求严。53.影响a的因素及提高供氧能力的方法：影响因素：（1）操作变量：搅拌转速、通气量、罐压。（2）流体物性性质：发酵液粘度、表面张力、密度。（3）设备几何参数：搅拌桨类型、挡板、空气分布器。提高供氧能力的方法：（1）增加搅拌转速，打碎气泡，增加湍流，减小液膜厚度。（2）增加通气量，增加气液接触面积。（3）提高罐压，增加氧分压推动力。（4）改变空气分布器，减小气泡直径。（5）在发酵液中添加消泡剂或改变流变性质，降低粘度。54.温度对微生物生长的影响及控制策略：影响：温度影响酶活性、膜流动性、代谢反应速率。在最适温度下生长最快；温度过高导致酶失活、菌体死亡；温度过低导致代谢减缓。控制策略：（1）选择最适生长温度进行菌体生长阶段。（2）对于次级代谢产物发酵，常采用“变温控制”，即在生长阶段控制较高温度，在产物合成阶段控制较低温度（利于产物积累，减少消耗）。（3）根据发酵热的变化，及时通过夹套或盘管进行冷却或加热。55.代谢调控及营养条件控制策略：代谢调控：微生物通过调节酶的合成或活性来控制代谢流向，以适应环境并优先生长。控制策略：（1）利用营养缺陷型菌株：限制必需营养物（如氨基酸），阻断正常代谢途径，使中间产物积累。（2）添加反馈抑制剂的结构类似物：抗代谢类似物，解除正常终产物的反馈抑制。（3）控制关键底物的浓度：如利用补料分批培养控制低糖浓度，解除葡萄糖效应（cAMP阻遏），诱导次级代谢酶系的合成。（4）调节初级代谢与次级代谢的关系：通过控制磷酸盐等关键因子，使菌体从生长阶段转向产物合成阶段。56.放大准则及参数变化规律：（1）以P/放大倍数n=搅拌功率P∝，V因P/V恒定，且=n结论：大罐搅拌转速下降，搅拌功率按体积倍数增加。（2）以a相等放大：对于非牛顿流体或高粘度体系，通常关联式为a∝若a恒定，通常会导致大罐的P/V增加，搅拌转速结论：通常大罐需要更高的单位体积输入功率才能维持与小罐相同的氧传递系数。六、计算题57.解：（1）根据灭菌动力学方程：F已知=1.5min，=，log=5，F=理论灭菌时间（值）为12分钟。（2）总灭菌时间=+12==7恒温阶段需要维持7分钟。58.解：（1）转速单位换算：N=搅拌功率公式：PP=15.625，≈P=（2）P/（3）放大倍数/=线性放大倍数n=按P/V相等放大，则（注：也可以通过转速和直径计算，结果一致）。59.解：（1）在稳态连续培养中，D=由莫诺方程μ=，得S代入数据：S=菌体浓度X=X=（2）临界稀释率发生在S→时，或者从公式推导：当D接近时，底物无法被消耗完。通常=。==（注：也有定义认为=，但在实际操作中，当D>七、综合分析题60.分析与策略：（1）原因：这是典型的“Crabtree效应”（葡萄糖效应）。在高葡萄糖浓度下，即使有氧，大肠杆菌也会倾向于进行酵解（EMP途径）产生乙酸，导致Overflowmetabolism。（2）不利影响：乙酸对细胞有毒性，抑制菌体生长和外源蛋