2026年发酵工程分析题库及答案

2026年发酵工程分析题库及答案一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分。在每小题给出的四个备选项中，只有一个是符合题目要求的）1.在发酵工程中，用于衡量微生物生长过程中底物转化为细胞生物量的效率的参数是（）。A.比生长速率μB.得率系数C.维持系数D.饱和常数2.工业发酵生产中，最常用的灭菌方法是（）。A.过滤除菌B.化学药剂灭菌C.紫外线灭菌D.高压蒸汽灭菌3.在Monod方程中，当底物浓度S远大于饱和常数时，微生物的生长处于（）。A.延滞期B.对数生长期C.减速期D.稳定期4.氧气在发酵液中的传递过程，其控制步骤通常是（）。A.气相主体中的扩散B.气液界面的气膜扩散C.气液界面的液膜扩散D.液相主体中的扩散5.补料分批培养与分批培养相比，其主要优势在于（）。A.设备投资成本低B.染菌风险极低C.可解除底物抑制并延长发酵周期D.操作控制极其简单6.在发酵罐搅拌功率的计算中，搅拌雷诺准数R的定义式为（）。A.B.C.D.7.某发酵过程中，若测得呼吸商（RQ）大于1，通常意味着（）。A.碳源氧化不完全，产生乙醇或有机酸B.碳源完全氧化生成CO2和H2OC.微生物处于内源呼吸阶段D.发酵过程缺氧8.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.维生素C.诱导剂D.缓冲剂9.下列关于发酵热计算的描述中，错误的是（）。A.发酵热包括生物合成热、搅拌热、蒸发热等B.生物合成热主要由微生物代谢产生C.搅拌热是机械搅拌输入的机械能转化为热能D.发酵过程中发酵热是恒定不变的10.气升式发酵罐与机械搅拌发酵罐相比，其最显著的特点是（）。A.剪切力大，适合丝状菌B.溶氧系数高，能耗低C.结构复杂，清洗困难D.混合效果极差11.在分批培养中，微生物的比生长速率μ在哪一期达到最大值？（）A.延滞期B.对数生长期C.稳定期D.衰亡期12.下列哪种传感器通常用于在线检测发酵过程中的溶解氧浓度？（）A.热电偶B.pH电极C.复膜氧电极D.电导率电极13.对于牛顿型流体，其黏度主要取决于（）。A.温度B.压力C.剪切速率D.流速14.在发酵罐放大设计中，若以a相等为准则，通常适用于（）。A.高黏度非牛顿流体发酵B.溶氧控制为关键因素的发酵C.剪切力敏感的细胞发酵D.主要产物为次级代谢物的发酵15.丝状菌发酵过程中，发酵液流变学特性通常表现为（）。A.牛顿流体B.塑性流体C.假塑性流体D.胀塑性流体16.连续培养达到稳态时，下列哪项描述是正确的？（）A.底物浓度随时间变化B.细胞浓度随时间变化C.稀释率D等于比生长速率μD.产物生成速率随时间变化17.在发酵液预处理中，加入絮凝剂的主要目的是（）。A.杀灭细菌B.调节pH值C.增加过滤速度，改变固体颗粒大小D.提取产物18.下列哪种物质常作为微生物发酵的碳源？（）A.硫酸铵B.磷酸二氢钾C.葡萄糖D.玉米浆19.在测定发酵液中菌体浓度时，对于体积较大的丝状菌，最适合的方法是（）。A.光密度法（OD值）B.干重法C.血球计数板法D.荧光法20.为了提高发酵罐的氧传递速率，下列措施中最有效的是（）。A.降低搅拌转速B.降低通气量C.增加搅拌转速并增加通气压力D.升高发酵温度二、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备选项中，有两个或两个以上是符合题目要求的）1.影响微生物生长的主要环境因素包括（）。A.温度B.pH值C.溶解氧D.营养物质浓度2.发酵工业中常用的种子扩大培养的目的是（）。A.增加菌体数量B.诱导产酶C.缩短发酵罐的延滞期D.节约生产成本3.下列关于分批培养中各生长阶段的特征，正确的有（）。A.延滞期：菌体不生长，细胞内物质合成活跃B.对数期：菌体以最大比生长速率生长C.稳定期：菌体生长速率等于死亡速率，次级代谢产物大量合成D.衰亡期：细胞自溶，释放胞内产物4.提高发酵罐氧传递系数a的措施包括（）。A.增加搅拌转速B.增加通气量C.降低发酵液黏度D.增加发酵罐装液量5.发酵过程中染菌的常见原因有（）。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6.常用的发酵产物分离纯化方法包括（）。A.沉淀B.萃取C.离子交换D.色谱分离7.在发酵工艺控制中，补料策略的控制参数通常有（）。A.pH值B.溶解氧（DO）浓度C.尾气CO2浓度D.菌体浓度8.与机械搅拌发酵罐相比，气升式发酵罐的优点包括（）。A.结构简单B.无机械密封，泄漏风险低C.剪切力小，适合动植物细胞D.氧传递效率高9.发酵液的流变特性对发酵过程的影响主要体现在（）。A.影响氧传递效率B.影响混合效果C.影响热量传递D.影响菌体形态10.下列关于代谢调控的描述，正确的有（）。A.初级代谢产物是微生物生长繁殖所必需的B.次级代谢产物通常在菌体生长稳定期大量合成C.碳代谢调节（碳源分解代谢物阻遏）影响酶的合成D.氮代谢调节影响次级代谢产物的合成三、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分）1.发酵工程是指利用微生物的__________获得产品或服务的工程技术体系。2.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。3.在发酵工程中，表示__________得率系数。4.氧体积传递系数a的单位通常是__________。5.丝状真菌在发酵过程中容易形成__________，导致发酵液黏度显著增加。6.工业微生物菌种主要来源于自然界筛选和__________。7.发酵罐的几何尺寸中，高径比（H/8.为了保证发酵过程的无菌状态，空气过滤系统通常采用__________介质进行过滤。9.在分批培养中，当稀释率D大于最大比生长速率时，会发生__________现象。10.微生物发酵的碳源主要包括糖类、脂类和__________。11.测定发酵液pH时，最常用的方法是使用__________电极。12.发酵过程中的热平衡方程为：发酵热=生物热+搅拌热蒸发热_________。13.发酵罐放大时，常采用的准则有等a放大、等__________放大等。14.莫诺方程的表达式为μ=S/15.在发酵液中，气泡的平均直径越小，气液比表面积__________，有利于氧传递。16.柠檬酸发酵生产中，常用的菌种是__________。17.发酵罐搅拌器的类型主要有平桨式、涡轮式和__________式。18.在连续培养中，比生长速率μ主要由__________控制。19.基因工程菌发酵中，IPTG常作为__________剂使用。20.发酵下游处理过程的一般流程是：预处理、固液分离、__________和精制。四、简答题（本大题共8小题，每小题5分，共40分）1.简述分批培养、补料分批培养和连续培养的区别及优缺点。2.什么是氧传递系数（a）？影响a的主要因素有哪些？3.简述发酵过程中引起pH变化的原因及工业上控制pH的方法。4.什么是代谢调控？在工业发酵中如何利用营养缺陷型菌株进行代谢调控？5.简述发酵罐放大设计的常用准则及其适用范围。6.什么是流变学？发酵液的流变特性主要有哪几种类型？对发酵过程有何影响？7.简述微生物发酵热的主要来源及其对发酵过程的影响。8.在发酵过程中，为什么要进行中间补料？补料的方式有哪些？五、计算与分析题（本大题共5小题，共50分）1.（10分）在分批培养中，以葡萄糖为底物培养某种细菌。已知初始菌体浓度=0.5

g/L，初始底物浓度=10

g/L。经过4

h(1)求该段时间内的平均比生长速率。(2)求菌体对底物的得率系数。2.（10分）某发酵罐在标准状态下进行通气搅拌实验，已知搅拌功率P=5

kW，通气量=1/min，发酵液体积=10(1)若发酵液中的临界溶解氧浓度=0.5

mg/L，饱和溶解氧浓度(2)若微生物的摄氧率（OUR）为0.15·3.（10分）在一个10L的机械搅拌发酵罐中进行酵母培养，已知搅拌桨直径=0.2

m，转速N=600r/min(1)计算搅拌雷诺准数R并判断流型。(2)若该搅拌器在全挡板条件下操作，功率准数=5，计算搅拌功率P4.（10分）采用连续发酵法生产乙醇，已知稀释率D=0.5，进入发酵罐的底物浓度=50

g/L。Monod方程参数为：=0.8，=(1)计算发酵罐出口处的稳态底物浓度S。(2)计算发酵罐出口处的菌体浓度X和产物浓度P。5.（10分）某抗生素发酵过程，已知菌体生长符合产物非偶联模型。即产物生成速率方程为：=βX，其中β为非生长相关系数，X为菌体浓度。在发酵稳定期，测得β=0.05

g/(g(1)计算该阶段产物生成的平均速率。(2)若发酵结束时产物总浓度为50

g/L参考答案与解析一、单项选择题1.B解析：得率系数定义为消耗单位底物所生成的细胞量，是衡量底物转化为细胞效率的参数。μ是比生长速率，是维持系数，是半饱和常数。2.D解析：工业生产中，培养基和设备的灭菌最常用且最有效的方法是高压蒸汽灭菌（实罐灭菌或连消）。过滤除菌主要用于空气除菌。3.B解析：当S≫时，Monod方程简化为μ4.C解析：氧传递阻力主要分布在气膜和液膜，但氧气是难溶气体，液膜阻力远大于气膜阻力，因此液膜扩散通常是控制步骤。5.C解析：补料分批培养可以控制底物浓度在较低水平，解除底物抑制或葡萄糖效应，同时延长发酵周期，提高产物产量。6.A解析：搅拌雷诺准数R=7.A解析：RQ=释放CO2摩尔数/消耗O2摩尔数。RQ>1通常表明碳源氧化不完全，产生了比CO2氧化度更高的还原性物质（如乙醇、有机酸），属于有氧发酵但处于不完全氧化状态（如Crabtree效应）。8.A解析：为了保持基因工程菌的选择压力，防止质粒丢失，通常在培养基中加入相应的抗生素。9.D解析：发酵热在发酵过程中不是恒定的，随着不同生长阶段代谢强度的变化而变化。10.B解析：气升式发酵罐利用气流带动循环，剪切力较小，溶氧效率相对较高，且无机械搅拌密封，能耗相对较低。11.B解析：在对数生长期，微生物代谢旺盛，比生长速率达到最大值并保持相对稳定。12.C解析：复膜氧电极（原电池型或极谱型）是测定溶解氧浓度的专用电极。13.A解析：牛顿型流体的黏度是物理属性，仅取决于温度和压力，与剪切速率无关。14.B解析：以a相等为准则进行放大，主要保证发酵过程中的氧传递效果不变，适用于耗氧量大的发酵过程。15.C解析：丝状菌发酵液通常呈现假塑性流体特征，即随着剪切速率增加，表观黏度下降。16.C解析：连续培养稳态时，dX/dt=17.C解析：絮凝剂通过电中和或架桥作用使细小颗粒聚集成较大的絮团，从而加快固液分离（过滤或沉降）速度。18.C解析：葡萄糖是常用的碳源。硫酸铵和磷酸二氢钾是氮源和无机盐，玉米浆是氮源/生长因子。19.B解析：丝状菌易缠绕，OD值测定不准确，血球计数板计数困难，干重法是测定菌体浓度的直接且准确的方法。20.C解析：增加搅拌转速和通气压力可以增加气液湍动，打碎气泡，增加气液接触面积，从而显著提高氧传递速率。二、多项选择题1.ABCD解析：温度、pH、溶解氧和营养物质浓度均是影响微生物生长的关键环境因子。2.AC解析：种子扩大培养的主要目的是增加接种量所需的菌体数量，并使菌体处于旺盛生长状态，从而缩短发酵罐内的延滞期。3.BCD解析：延滞期菌体生长速率接近0，但并非“不生长”（极慢），且细胞内物质合成活跃（适应环境）。B、C、D描述均正确。4.ABC解析：增加搅拌、通气量和降低黏度均能提高a。增加装液量会降低气液传质面积，降低a。5.ABCD解析：空气系统、设备、种子、培养基灭菌不彻底以及操作不当均是染菌的常见原因。6.ABCD解析：沉淀、萃取、离子交换、色谱分离均为发酵下游常用的分离纯化技术。7.ABCD解析：pH、DO、尾气CO2（反映代谢活性）和菌体浓度均可作为反馈控制补料策略的参数。8.ABC解析：气升式结构简单，无机械密封（泄漏低），剪切力小。其氧传递效率通常低于高性能的机械搅拌罐，但在某些特定条件下能耗利用率高。9.ABCD解析：流变特性直接影响混合、传质（氧和热量）、流动状态及菌体形态。10.ABCD解析：初级代谢产物是生长必需；次级代谢多在稳定期合成；碳氮代谢调节（如碳阻遏、氮阻遏）是重要的代谢调控机制。三、填空题1.代谢活动（或特定功能）2.对数生长期3.产物对底物4.（或）5.菌丝球6.人工育种（或基因工程改造）7.2:1~3:1（或2~4）8.纤维（或玻璃纤维、聚四氟乙烯等）9.洗出10.醇类（或有机酸、烃类）11.pH（或玻璃）12.辐射热（或显热）13.单位体积功率（P/14.半饱和15.越大16.黑曲霉17.螺旋桨18.稀释率19.诱导20.提取（或初步纯化）四、简答题1.答：分批培养：一次性投料、一次性放料。优点：操作简单，不易染菌；缺点：非生长阶段时间长，设备利用率低，底物抑制难以控制。补料分批培养：过程中间歇或连续补加底物，但不取出产物。优点：可解除底物抑制，延长产物合成期，提高产量；缺点：操作控制较复杂。连续培养：连续进料出料。优点：发酵状态稳定（稳态），设备利用率高，便于自动控制；缺点：菌种易退化，染菌风险大，适用范围有限。2.答：氧传递系数（a）：是反映发酵罐氧传递能力的重要参数，定义为单位体积发酵液单位时间内氧的传递量（推动力归一化后的速率常数）。它等于液膜传质系数与比表面积a的乘积。影响因素：(1)操作变量：搅拌转速、通气压力、通气量。(2)物理性质：发酵液的黏度、表面张力、扩散系数。(3)设备几何参数：搅拌器类型、挡板、空气分布器等。(4)发酵液成分：消泡剂、菌体浓度等。3.答：pH变化原因：(1)基质代谢：酸性产物（如有机酸）积累导致pH下降；氮源利用（如铵盐释放氨）导致pH上升。(2)产物生成：碱性或酸性产物的积累。控制方法：(1)基础配方调节：选择合适的碳氮比和缓冲成分（如磷酸盐、CaCO3）。(2)流加酸碱：在线监测pH，通过流加酸或碱进行自动控制。(3)补料策略：通过补加糖或氮源调节pH。4.答：代谢调控：通过控制微生物的代谢途径，使其最大量地积累目的产物。营养缺陷型的应用：营养缺陷型菌株缺乏合成某种必需物质（如氨基酸、维生素）的能力。在发酵培养基中，人为限制该物质的浓度（亚适量），使得菌体生长受到限制，从而切断正常的代谢调节网络（如解除反馈阻遏），迫使代谢流向支路，大量积累特定的次级代谢产物或中间代谢产物。5.答：常用准则：(1)等单位体积功率放大（P/(2)等氧传递系数放大（a=常数）：适用于耗氧量大、溶氧为限制因素的发酵。(3)等搅拌尖端线速度放大（N=常数）：适用于对剪切力高度敏感的细胞（如动植物细胞、某些丝状菌）。适用范围：见上述各点。通常高耗氧发酵优先考虑a准则；剪切敏感型优先考虑线速度或P/6.答：流变学：研究物质流动和变形的科学。发酵液流变类型：(1)牛顿流体：黏度恒定（如细菌、酵母低浓度发酵液）。(2)假塑性流体：黏度随剪切速率增加而降低（如高浓度丝状菌发酵液）。(3)胀塑性流体：黏度随剪切速率增加而增加（较少见，如某些淀粉悬浮液）。(4)塑性流体：存在屈服应力，需克服一定应力后才开始流动（如高浓度颗粒悬浮液）。影响：影响混合均匀度、氧传递效率、热量传递及搅拌功率消耗。例如，假塑性流体在高剪切区黏度降低，利于氧传递，但在低剪切区（如罐角）可能形成死区。7.答：主要来源：(1)生物热：微生物分解底物产生能量，部分用于合成，部分以热形式释放。(2)搅拌热：机械搅拌的动能转化为热能。(3)蒸发热：水分蒸发带走热量（冷却效应）。(4)辐射热：罐壁与环境温差交换的热量。影响：发酵热导致发酵温度升高。温度是影响微生物生长和产物合成的关键参数，因此必须通过冷却夹套或盘管移除多余热量，维持恒温。8.答：原因：(1)避免高浓度底物对菌体生长或产物合成的抑制（如底物抑制、葡萄糖效应）。(2)延长发酵周期，提高产量。(3)纠正发酵过程中的成分偏差（如pH、氮源水平）。(4)控制菌体浓度，防止过度生长导致耗氧过快。补料方式：(1)间歇补料：定时定量补加。(2)连续补料：恒速或变速流加。(3)指数补料：按指数规律流加，以维持比生长速率恒定。(4)反馈补料：根据DO、pH、尾气CO2等参数在线控制补料速率。五、计算与分析题1.解：(1)求平均比生长速率根据分批培养对数生长期动力学方程：X代入数据：4.08两边取自然对数：ln=(2)求得率系数消耗的底物量Δ生成的菌体量Δ