2026年大学生物技术(发酵工程)试题及答案

2026年大学生物技术(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，最常用的灭菌方法是（）。A.过滤除菌B.化学药剂灭菌C.紫外线灭菌D.湿热灭菌2.基质比消耗速率的单位是（）。A.g/(L·h)B.g/(g·h)C.g/hD.g/L3.在分批培养过程中，菌体生长的延滞期长短主要取决于（）。A.接种量的大小B.培养基的pH值C.搅拌速度D.溶氧浓度4.通风发酵罐中，搅拌器的主要作用不包括（）。A.打碎空气气泡，增加气液接触面积B.使发酵液充分混合，保持均匀C.强化传热过程D.直接提供微生物生长所需的能量5.Monod方程描述的是（）之间的关系。A.菌体比生长速率与基质浓度B.菌体浓度与产物生成速率C.基质消耗速率与时间D.产物浓度与菌体浓度6.在发酵过程中，溶氧系数（a）随发酵液粘度的增加而（）。A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小7.下列关于补料分批培养的叙述，正确的是（）。A.培养过程中不连续流加营养物质，也不排出培养液B.培养过程中连续流加营养物质，并连续排出培养液C.培养过程中连续流加营养物质，但不排出培养液D.培养过程中不连续流加营养物质，但连续排出培养液8.对于Gaden产物的生成模型，属于生长偶联型的是（）。A.I型B.II型C.III型D.IV型9.工业发酵中，常用的空气过滤除菌介质是（）。A.砂滤棒B.活性炭C.超细玻璃纤维纸D.石棉板10.柠檬酸发酵生产中，为了解除代谢调节机制对产物合成的限制，常采用（）。A.营养缺陷型菌株B.野生型菌株C.抗代谢结构类似物菌株D.高温敏感型菌株11.在微生物生长动力学中，当基质浓度S≫A.延滞期B.对数生长期C.减速期D.稳定期12.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.平板计数法13.氨基酸发酵中，控制细胞膜通透性的关键物质是（）。A.生物素B.维生素B1C.维生素B12D.叶酸14.发酵罐的几何尺寸比例中，高径比（H/A.1:1B.2:1~3:1C.5:1~10:1D.10:1~15:115.下列哪种染源主要通过培养基灭菌不彻底引起？（）A.噬菌体污染B.杂菌污染C.霉菌污染D.以上都是16.在连续发酵中，当稀释率D大于最大比生长速率时，会发生（）。A.菌体洗出B.菌体浓度达到最大C.产物浓度达到最大D.形成二次生长17.确定发酵罐搅拌功率时，主要考虑的准数是（）。A.雷诺数B.努塞尔特数C.佛鲁德数D.舍伍德数18.在好氧发酵中，氧在培养基中的溶解度很低，约为（）。A.200-300mg/LB.20-30mg/LC.6-8mg/LD.0.5-1mg/L19.为了控制发酵过程中的pH，通常采用（）。A.只加酸B.只加碱C.联合流加酸或碱及营养液D.改变搅拌转速20.下游加工过程中，初步分离（固液分离）最常用的方法是（）。A.萃取B.离心分离C.离子交换D.色谱二、多项选择题（本大题共5小题，每小题3分，共15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）21.影响微生物次级代谢产物合成的因素包括（）。A.碳源种类B.磷酸盐浓度C.前体物质D.微生物生长速率22.发酵工业中常用的碳源有（）。A.葡萄糖B.糖蜜C.淀粉D.尿素23.设计发酵罐搅拌器时，需要考虑的流体力学性质有（）。A.径向流B.轴向流C.混合时间D.剪切力24.关于微生物的热灭活，下列说法正确的有（）。A.遵循一级反应动力学B.死亡速率常数与温度有关C.死亡速率常数与菌种耐热性有关D.灭菌时间越长，残留菌数越少25.发酵过程参数优化中，响应面分析法（RSM）的主要步骤包括（）。A.关键因子的筛选B.最陡爬坡实验C.中心组合设计D.建立回归模型并求解三、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“×”）26.在分批培养中，补加料液的体积越大，对发酵液的物理性质影响越小。（）27.所有的抗生素都属于微生物的次级代谢产物。（）28.发酵过程中的最适温度是恒定不变的，不随菌体生长阶段而改变。（）29.增加通气量可以显著提高发酵罐中的溶氧浓度，但也会增加泡沫的产生。（）30.搅拌功率准数在湍流区（高雷诺数下）保持恒定。（）31.微生物对氮源的利用具有选择性，铵盐和硝酸盐通常是优先利用的速效氮源。（）32.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杂菌污染。（）33.青霉素发酵属于生长偶联型产物生成。（）34.消泡剂原则上应在泡沫产生前加入，即采用“预防性消泡”策略。（）35.发酵液的粘度主要取决于菌体形态和浓度，与培养基成分无关。（）四、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）36.发酵工程的主要任务是通过研究微生物的生理过程，采用________技术，实现生物产品的工业化生产。37.在灭菌过程中，衡量灭菌彻底程度的指标通常采用________，即把一定数量的灭菌对象在特定条件下杀灭________所需的时间。38.根据氧传递理论，氧从气相传递到液相细胞的阻力主要存在于________和________。39.微生物生长曲线主要包括延滞期、________、减速期、稳定期和________。40.在分批发酵中，产物的比生成速率与菌体比生长速率μ的关系模型中，Luedeking-Piret模型方程为=αμ+β，其中α41.发酵罐的搅拌轴封装置主要有________和________两种形式，其中后者更适合无菌要求高的发酵过程。42.常见的发酵罐类型包括机械搅拌发酵罐、________、________和自吸式发酵罐等。43.在谷氨酸发酵中，控制细胞膜通透性的关键因子是________，当其浓度________时，有利于谷氨酸向胞外分泌。44.发酵过程的优化主要从________、________和环境条件三个方面进行。45.在下游处理中，细胞破碎的方法主要包括物理法、化学法和________，其中高压匀浆法属于________。五、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.比生长速率48.氧传递系数（a）49.前体50.补料分批培养六、简答题（本大题共4小题，每小题10分，共40分）51.简述微生物分批培养过程中各生长阶段的菌体生长特征及其对发酵控制的意义。52.影响发酵罐氧传递系数（a）的主要因素有哪些？并简要说明如何提高发酵过程中的溶氧水平。53.简述在发酵过程中产生泡沫的主要原因及其危害，常用的消泡方法有哪些？54.简述代谢控制发酵的基本原理，并列举两种获得代谢控制突变株的方法。七、计算题（本大题共2小题，每小题15分，共30分）55.在一个10的机械搅拌发酵罐中进行某细菌的分批培养。已知培养基的密度为1000

kg/，粘度为0.001

Pa·s。搅拌桨直径=1.2

m，搅拌转速(1)试计算该搅拌器的搅拌功率P（单位：kW）。(2)若通气后搅拌功率下降为不通气功率的60%，计算通气时的搅拌功率。56.某微生物在连续培养反应器中进行培养。已知Monod方程参数为：=0.8，=1.0

g/L，基质对菌体的得率系数=(1)试求当稀释率D=0.5时，反应器出口的菌体浓度X和基质浓度(2)求该系统的临界稀释率（即开始发生洗出时的稀释率）。八、综合分析题（本大题共2小题，每小题35分，共70分）57.某生物技术公司计划利用大肠杆菌重组菌株生产一种药用蛋白。已知该蛋白的表达受诱导型启动子控制，且在高溶氧条件下表达量较高。请设计一套完整的发酵工艺方案，包括：(1)种子扩大培养的流程及注意事项。(2)发酵罐类型的选择及关键结构参数设计思路。(3)发酵过程中主要参数（温度、pH、溶氧、补料）的控制策略及理由。(4)如何通过代谢调节策略（如诱导时机、补料策略）提高蛋白产量？58.在抗生素（如青霉素）的工业生产中，发酵过程极为复杂。请结合发酵工程原理，分析以下问题：(1)青霉素发酵属于哪一类产物生成模型？其生长曲线与产物合成曲线有何特点？(2)为什么青霉素发酵通常采用补料分批培养（流加）方式？碳源（如葡萄糖）的流加策略对发酵有何影响？(3)在青霉素发酵中，前体物质（如苯乙酸）的添加有何作用？添加时应注意什么？(4)如何通过监测发酵过程中的尾气（和C）变化（呼吸商RQ）来指导发酵控制？参考答案及详细解析一、单项选择题1.【答案】D【解析】湿热灭菌利用高温高压水蒸气穿透力强、能导致蛋白质变性的特点，是工业发酵中最经济、最有效的灭菌方法。过滤除菌主要用于空气除菌，化学和紫外线灭菌通常用于表面或局部灭菌。2.【答案】B【解析】基质比消耗速率定义为单位质量菌体在单位时间内消耗的基质质量，单位为g/(g·3.【答案】A【解析】延滞期是菌体适应新环境的过程。接种量大，带入的处于对数生长期的菌体多，酶系适应快，延滞期短。其他因素主要影响对数生长期的比生长速率。4.【答案】D【解析】搅拌器的作用包括混合、打碎气泡（增加气液接触面积）、传热。微生物生长所需的能量来自培养基中碳源等物质的氧化分解，而非搅拌器的机械能。5.【答案】A【解析】Monod方程是描述微生物比生长速率μ与单一限制性基质浓度S之间关系的经验动力学模型，即μ=6.【答案】B【解析】发酵液粘度增加，液膜厚度增加，且气泡聚并，气液接触比表面积减小，同时液相扩散系数降低，导致氧传递系数a显著减小。7.【答案】C【解析】补料分批培养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，但直到发酵结束都不排出培养液的操作方式。8.【答案】A【解析】Gagen分类：I型为生长偶联型（产物生成与菌体生长同步）；II型为部分生长偶联型；III型为非生长偶联型。青霉素属于II型，但I型典型代表如乙醇、乳酸。9.【答案】C【解析】超细玻璃纤维纸具有过滤效率高、阻力适中、耐高温等特点，是目前工业发酵空气过滤除菌最常用的介质。石棉板因有毒已基本淘汰。10.【答案】C【解析】柠檬酸是TCA循环的中间产物。野生型受代谢调节（反馈抑制等）不积累柠檬酸。利用抗代谢结构类似物菌株（如氟乙酸抗性）可解除调节，使代谢流流向柠檬酸。11.【答案】B【解析】当S≫时，Monod方程中≈1，此时12.【答案】B【解析】光密度（OD）法通过测定菌体悬液的光吸收值来推算菌体浓度，具有快速、简便、非破坏性的优点。干重法是破坏性的，且耗时。13.【答案】A【解析】在谷氨酸发酵中（使用生物素缺陷型菌株），生物素作为乙酰CoA羧化酶的辅酶，影响脂肪酸合成。控制生物素亚适量可改变细胞膜通透性，使谷氨酸外泄。14.【答案】B【解析】一般好氧发酵罐的高径比H/15.【答案】B【解析】培养基灭菌不彻底通常导致细菌或真菌（杂菌）污染。噬菌体污染通常来自空气系统或种子带菌；霉菌污染多来自环境或设备死角。16.【答案】A【解析】在连续发酵中，当稀释率D>17.【答案】A【解析】搅拌功率计算涉及流体流动状态，雷诺数（Re18.【答案】C【解析】在常压（1atm）和25℃下，空气中的氧在纯水中的溶解度仅为6-8mg/L左右。在发酵液中，由于盐效应等因素，溶解度会更低。19.【答案】C【解析】发酵过程中pH变化是由于酸碱性物质积累。控制策略通常包括流加酸或碱进行中和，同时通过流加碳源或氮源来调节生理酸碱性，维持pH稳定。20.【答案】B【解析】初步分离（固液分离）是将菌体与发酵液分开。离心分离利用密度差进行分离，处理量大且效果好，是工业上最常用的方法。过滤也是常用方法，但题目中离心更为典型。二、多项选择题21.【答案】ABCD【解析】次级代谢产物合成受多种因素调控：碳源（碳代谢物调节）、磷酸盐（调节效应）、前体物质（直接参与合成）、生长速率（通常与菌体生长不偶联，需在稳定期产生）。22.【答案】ABC【解析】葡萄糖、糖蜜、淀粉是常用的碳源。尿素是氮源。23.【答案】ABCD【解析】搅拌器设计需综合考虑流型（径向流利于分散，轴向流利于混合）、混合时间（均匀度）、剪切力（影响菌体形态，特别是丝状菌）。24.【答案】ABCD【解析】微生物热灭活遵循一级反应动力学（dN/dt=25.【答案】ABCD【解析】响应面分析法（RSM）是优化工艺条件的有效统计方法，步骤包括：筛选关键因子、最陡爬坡逼近最大响应区域、设计实验（如中心组合设计CCD）、建立多项式回归模型、方差分析及求解最优值。三、判断题26.【答案】×【解析】补加料液体积越大，发酵罐总液位变化越大，会显著改变搅拌功率、a、通气效果等物理性质，增加控制难度。27.【答案】√【解析】抗生素是微生物在特定条件下产生的次级代谢产物，具有抑制他种微生物生长的作用。28.【答案】×【解析】发酵最适温度不是恒定的。菌体生长和产物合成通常有不同最适温度，且随发酵阶段变化（如前期生长适温较高，后期产物合成适温较低）。29.【答案】√【解析】增加通气量提高了气液接触的推动力，能提高溶氧浓度。但气体通入会产生气泡，且气流冲击液面易产生机械泡沫。30.【答案】√【解析】在湍流区（Re>），功率准数31.【答案】√【解析】微生物利用氮源具有选择性。铵盐和硝酸盐利用快，利于菌体生长；有机氮源利用慢，利于产物合成。32.【答案】√【解析】连续发酵由于菌体长期处于同一环境，容易发生高产性状退化（变异）；且由于长期开放系统，杂菌污染风险比分批培养高。33.【答案】×【解析】青霉素属于次级代谢产物，其合成与菌体生长不偶联（或部分偶联），属于GadenII型，而非生长偶联型（I型）。34.【答案】√【解析】“预防性消泡”比泡沫产生后再消除（“破泡”）更有效，能避免泡沫失控带来的跑料或染菌风险。35.【答案】×【解析】发酵液粘度不仅取决于菌体（形态、浓度），还与培养基成分（如高浓度的淀粉、多糖）、产物特性及发酵过程中的物理化学变化密切相关。四、填空题36.【答案】生物工程37.【答案】灭菌度（或热致死时间）；90%（或99.9%，即一个对数单位）38.【答案】气膜；液膜【解析】双膜理论认为氧传递阻力主要存在于气膜和液膜两层界面上。39.【答案】对数生长期；衰亡期40.【答案】生长偶联的产物生成系数；非生长偶联的产物生成系数41.【答案】填料密封；机械密封42.【答案】气升式发酵罐；鼓泡发酵罐（或填空顺序可互换）43.【答案】生物素；亚适量（或限制浓度）44.【答案】培养基组成；发酵工艺条件45.【答案】生物酶解法；物理法（或机械法）五、名词解释46.【答案】发酵工程：是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术手段（包括生物反应器的设计与控制、下游分离技术等），在生物反应器中大规模生产有用代谢产物或生物制品的技术过程。它是生物技术实现产业化的关键环节。47.【答案】比生长速率：是指单位质量的菌体在单位时间内由于生长而增加的菌体量。它是描述微生物生长动力学的重要参数，常用符号μ表示，单位为。48.【答案】氧传递系数（a）：是表征发酵体系中氧传递效率的重要参数，其中为液膜传质系数，a为比表面积（单位体积液体所具有的气液接触面积）。a值越大，氧传递速率越快。49.【答案】前体：是指在被直接结合到产物分子中，自身结构无显著变化，且能显著提高产物产量的物质。例如，在青霉素发酵中，苯乙酸或苯乙酰胺是青霉素分子的侧链前体。50.【答案】补料分批培养：又称半连续培养或流加培养。是指在分批培养过程中，间歇地或连续地补加一种或多种限制性营养物质，但直到发酵结束都不排出培养液的一种操作方式。这种方式可以解除底物抑制或葡萄糖效应，延长发酵周期，提高产物产量。六、简答题51.【答案】(1)延滞期：特征：菌体浓度不增加，生长速率为零。细胞正在适应新环境，合成新的酶系。意义：此阶段应提供适宜的诱导物，缩短延滞期，提高设备利用率。(2)对数生长期：特征：菌体以最大比生长速率呈指数生长，菌体形态、生理特性最均一。意义：是种子制备的最佳时期，应提供充足的营养和良好的环境，促进快速生长。(3)减速期：特征：随着营养物质消耗和代谢产物积累，比生长速率下降。意义：预示着对数生长期的结束，需考虑补料或为产物合成做准备。(4)稳定期：特征：菌体生长速率等于死亡速率，净生长速率为零，菌体浓度达到最大值。次级代谢产物开始大量合成。意义：是许多抗生素、氨基酸等产物生产的关键阶段，需严格控制补料、溶氧和pH，延长稳定期，促进产物合成。(5)衰亡期：特征：菌体死亡速率大于生长速率，菌体浓度下降，细胞自溶，释放内含物。意义：对于发酵生产通常是不利的，应及时放罐，防止细胞自溶影响产物提取和纯化。52.【答案】主要因素：1.操作变量：搅拌转速、通气量、罐压。2.流体物理性质：发酵液粘度、表面张力、扩散系数。3.设备几何参数：搅拌桨类型、挡板、搅拌桨直径与罐径比等。提高溶氧水平的方法：1.增加搅拌转速：改善混合，打碎气泡，增大气液接触面积，减小液膜阻力。2.增大通气量：增加气泡密度，提高气相中氧分压（但需注意泡沫问题）。3.提高罐压：增加氧在气相中的分压，从而提高氧饱和浓度，增加传质推动力。4.改变搅拌桨类型：选用径向流分散性能好的搅拌桨（如Rushton桨）或组合桨。5.改变培养基性质：通过补加消泡剂降低表面张力，或控制菌体形态降低粘度（如针对丝状菌）。53.【答案】原因：1.通气搅拌带入气体，形成气泡。2.培养基中蛋白质、代谢物等表面活性物质的存在，降低了气泡表面张力，使气泡稳定不易破裂。3.菌体代谢产生气体（如C）。危害：1.降低发酵罐的有效装液系数，影响产量。2.气泡上升可能夹带菌体逸出，造成逃液和染菌风险。3.泡沫层阻碍气液接触，影响氧传递。4.严重时导致排气管道堵塞，引发压力异常。消泡方法：1.机械消泡：利用机械装置（如消泡桨、超声波等）物理破碎泡沫。优点是不引入异物，缺点是能耗高，效果有限。2.化学消泡：加入消泡剂（天然油脂类、聚醚类等）。降低表面张力，使气泡破裂。优点是效果好，缺点是可能影响氧传递或提取，需控制用量。54.【答案】基本原理：利用遗传学或生物化学手段，打破微生物原有的代谢调节机制（如反馈抑制、反馈阻遏），使代谢流向朝着积累目标产物的方向进行。主要包括改变细胞膜通透性、解除反馈调节、增加前体供应、切断支路代谢等。获得突变株的方法：1.营养缺陷型筛选：利用诱变处理获得特定营养缺陷型，切断代谢支路，使中间产物积累。如谷氨酸发酵中选育精氨酸缺陷型，切断合成精氨酸的支路。2.抗代谢结构类似物筛选：筛选对代谢结构类似物（如反馈抑制物的类似物）具有抗性的菌株，这类菌株通常对反馈调节不敏感。如筛选抗乙硫氨酸的赖氨酸高产菌株。3.回复突变：在营养缺陷型基础上进行回复突变，获得调节基因突变的菌株。七、计算题55.【答案】(1)计算搅拌功率P：首先计算搅拌转速N的单位：N=计算搅拌雷诺数ReRRe在湍流区，功率准数=6.0搅拌功率计算公式：P=PPP所以，不通气时的搅拌功率为233.28

kW(2)计算通气时的搅拌功率：通气后搅拌功率为不通气功率的60%。=所以，通气时的搅拌功率约为139.97

kW56.【答案】(1)求出口菌体浓度X和基质浓度S：Monod方程：μ=在稳态连续培养中，稀释率D=μ。即解方程求S：0.50.50.3S根据物料衡算求菌体浓度X：XX故出口菌体浓度X≈9.17

g/L(2)求临界稀释率：临界稀释率是指当出口基质浓度S接近进口浓度（即菌体浓度X→0）时的稀释率，或者说是理论上能达到的最大稀释率。此时μ→（严格来说略小于，但在简单计算中通常取最大比生长速率）。更精确的定义是=。=所以，该系统的临界稀释率约为0.762。八、综合分析题57.【答案】重组大肠杆菌药用蛋白发酵工艺方案(1)种子扩大培养：流程：斜面菌种→摇瓶活化（一级种子）→种子罐（二级种子）→发酵罐。注意事项：使用含抗生素的培养基以维持质粒稳定性。培养温度通常控制在37℃（菌体生长阶段）。摇瓶阶段需控制装液量和转速，保证溶氧。种子移种应在对数生长期中期进行，保证种子活力。严格无菌操作，防止质粒丢失或杂菌污染。(2)发酵罐选择及设计：类型：选用机械搅拌通风发酵罐。因其溶氧效率高，混合均匀，适合高密度好氧发酵。关键参数：高径比H/搅拌系统：采用多层搅拌桨（如底层Rushton桨分散气体，上层轴流桨加强循环），配合标准挡板。冷却系统：由于重组菌高密度发酵产热大，需配备足够的冷却夹套或冷却盘管。补料系统：需配备流加糖、氮源及酸碱的自动流加管路。(3)参数控制策略：温度：采用两段温度控制。菌体生长期（诱导前）控制37℃以促进快速生长；诱导表达期降低至25-30℃，降低酶切速率，减少包涵体形成，提高可溶性蛋白表达。pH：控制pH在7.0左右。通过流加氨水或酸碱调节。pH不仅影响酶活性，也影响质粒稳定性。溶氧（DO）：重组蛋白表达耗氧量大。通过级联控制（调节搅拌转