2026年发酵工程考试题及答案

2026年发酵工程考试题及答案第一部分：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.干热灭菌B.湿热灭菌C.过滤除菌D.紫外线灭菌2.微生物生长的最适温度通常与发酵产物生成的最适温度（）。A.完全一致B.前者高于后者C.前者低于后者D.不确定，视菌种而定3.在分批发酵过程中，菌体生长速率达到最大时的时期称为（）。A.延滞期B.对数生长期C.稳定期D.衰亡期4.衡量发酵罐氧传递效率的重要参数是（）。A.搅拌功率B.溶氧浓度C.体积氧传递系数aD.通气量5.对于好氧发酵，通气的主要目的是（）。A.提供碳源B.提供氧气并带走二氧化碳和热量C.搅拌发酵液D.维持罐压6.Monod方程描述的是（）之间的关系。A.菌体比生长速率与底物浓度B.产物生成速率与菌体浓度C.底物消耗速率与菌体浓度D.菌体生长速率与时间7.在发酵过程中，若溶氧浓度（DO）突然大幅度上升，可能的原因是（）。A.菌体处于对数生长期B.污染了杂菌C.糖耗尽或菌体死亡D.搅拌桨损坏8.下列哪种发酵罐结构主要用于剪切力敏感的细胞培养（如动植物细胞）？（）A.机械搅拌通风发酵罐B.气升式发酵罐C.自吸式发酵罐D.伍式发酵罐9.发酵热的主要来源不包括（）。A.生物热B.搅拌热C.蒸发热D.辐射热（主要指外界传入）10.在培养基设计中，作为主要能源和碳源的物质通常是（）。A.无机盐B.碳水化合物C.氮源D.生长因子11.连续发酵达到稳态时，下列哪项描述是正确的？（）A.菌体浓度随时间变化B.底物浓度随时间变化C.稀释率等于比生长速率D.产物浓度随时间变化12.下列关于发酵过程中pH控制的叙述，错误的是（）。A.pH影响酶的活性B.pH影响菌体细胞膜的电荷状态C.pH值一旦确定，发酵全过程不能调节D.pH影响培养基中营养物质的解离状态13.在抗生素发酵中，通常采用（）发酵方式以提高产量。A.分批发酵B.补料分批发酵C.连续发酵D.间歇发酵14.确定灭菌时间的主要依据是（）。A.灭菌温度B.灭菌压力C.灭菌对象中的耐热孢子数D.培养基体积15.搅拌器的作用不包括（）。A.打碎空气气泡，增加气液接触面积B.使发酵液混合均匀C.增加溶氧D.直接提供微生物生长所需的能量16.在发酵罐放大过程中，最常用的放大准则是（）。A.单位体积功率输入相等B.搅拌转速相等C.通气量相等D.发酵罐体积相等17.某发酵过程的产物生成与菌体生长偶联，属于（）模型。A.I型（生长偶联型）B.II型（部分偶联型）C.III型（非生长偶联型）D.混合型18.下列哪种物质是次级代谢产物？（）A.葡萄糖B.氨基酸C.青霉素D.蛋白质19.发酵液过滤困难的主要原因是（）。A.菌体太小B.发酵液粘度大C.培养基颗粒大D.过滤面积小20.在基因工程菌发酵中，诱导表达的最佳时期通常是（）。A.延滞期B.对数生长期中期C.稳定期D.衰亡期第二部分：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，有多项是符合题目要求的。全部选对得2分，选错得0分）1.影响微生物生长的主要环境因素包括（）。A.温度B.pH值C.溶氧D.渗透压2.工业发酵培养基的组分通常包括（）。A.碳源B.氮源C.无机盐D.前体物质3.发酵罐冷却的方式主要有（）。A.夹套冷却B.蛇管冷却C.外部循环冷却D.喷淋冷却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.可以解除葡萄糖效应D.延长发酵周期，提高产量5.引起发酵过程染菌的原因可能有（）。A.空气过滤系统失效B.设备密封不严C.培养基灭菌不彻底D.种子带菌6.下列参数属于在线检测参数的有（）。A.温度B.pHC.溶氧浓度（DO）D.菌体浓度（需通过光学密度等间接或离线）7.提高发酵罐氧传递速率的途径包括（）。A.增加搅拌转速B.增加通气量C.改变搅拌器类型D.降低发酵液粘度8.发酵下游处理过程包括（）。A.细胞分离B.细胞破碎C.产物提取D.产物精制9.微生物呼吸商（RQ）的变化可以反映（）。A.微生物代谢途径的改变B.基质代谢情况C.供氧情况D.发酵液pH变化10.设计优良发酵菌种应具备的特性包括（）。A.生长速度快B.目的产物产量高C.利用廉价原料能力强D.抗噬菌体能力强第三部分：填空题（本大题共20空，每空1分，共20分）1.发酵工程是指利用微生物的________获得产品的工业过程。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.在分批培养中，限制性底物耗尽时，菌体的比生长速率________。4.灭菌动力学遵循________定律，即菌体死亡的速率与残留的活菌数成正比。5.工业上常用的空气除菌过程主要包括冷却、除水和________三个步骤。6.氧的传递阻力主要存在于________和液膜。7.发酵过程中的搅拌功率准数是________、雷诺准数和弗鲁德准数的函数。8.在发酵罐几何相似时，保持________相等是搅拌放大的重要准则之一。9.补料分批发酵中，控制补料速率可以避免发酵液中________积累过多。10.基因工程菌发酵中常用的诱导剂有________和乳糖等。11.次级代谢产物通常在微生物生长的________期大量合成。12.常用的氧载体有________和正十二烷等。13.发酵液的粘度主要受________浓度和形态的影响。14.测定菌体浓度的常用方法有光密度法（OD值）、________和细胞干重法。15.发酵罐的搅拌器类型主要有圆盘涡轮搅拌器和________搅拌器。16.在发酵过程中，当RQ值大于1时，说明微生物代谢途径倾向于________代谢。17.消泡的方法主要有机械消泡和________消泡。18.提取青霉素常用的方法是________。19.发酵工程中的“三传”是指动量传递、热量传递和________。20.为了保证无菌空气的质量，一般采用________过滤器进行终端过滤。第四部分：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.所有微生物的最适生长温度都是37℃。（）2.灭菌时间越长，灭菌效果越好，对培养基营养成分的破坏也越小。（）3.在好氧深层发酵中，氧传递的限速步骤通常是气膜处的扩散。（）4.连续发酵可以长期维持在高产率状态下，因此比分批发酵应用更广泛。（）5.基因工程菌发酵必须严格按照GMP标准进行。（）6.发酵罐的搅拌转速越快，溶氧效果一定越好。（）7.在发酵过程中，pH值的调节只能通过加酸或加碱来实现。（）8.絮凝可以降低发酵液的固液分离难度。（）9.所有的次级代谢产物都具有抗生素活性。（）10.发酵过程中的C/N比越高，越有利于菌体生长。（）第五部分：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.氧传递系数（a）3.补料分批发酵4.呼吸商（RQ）5.临界溶氧浓度第六部分：简答题（本大题共6小题，每小题5分，共30分）1.简述在发酵过程中控制溶氧（DO）的重要性。2.比较分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的优缺点。3.影响微生物发酵的主要环境因素有哪些？如何控制温度？4.简述引起发酵染菌的常见原因及相应的防治措施。5.什么是代谢调控？在工业发酵中如何通过代谢调控提高产物产量？6.简述发酵罐放大的主要方法及其原理。第七部分：计算题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）1.某发酵罐在进行细菌培养，已知在稳态条件下，稀释率D=0.5，菌体比生长速率μ=0.5，菌体得率系数=0.5g/2.在一个10的标准机械搅拌发酵罐中进行酵母培养，已知通气量为1vvm（每分钟单位体积发酵液的通气量），发酵液密度为1000kg/，搅拌功率为3kW/。请计算该发酵罐的通气准数（假设搅拌转速n第八部分：综合分析与应用题（本大题共2小题，每小题15分，共30分）1.某生物制药公司在利用大肠杆菌表达重组人白介素-2（IL-2）的发酵过程中，发现发酵中后期溶氧水平急剧下降，且表达产物在胞内形成包涵体，活性较低。请结合发酵工程原理，分析可能的原因，并提出工艺优化方案。2.在青霉素的工业发酵生产中，采用补料分批培养工艺。请详细设计该发酵过程的代谢调控策略，包括碳源选择、补料方式、pH控制、溶氧控制及前体物质的添加策略，并阐述其理论依据。参考答案与解析第一部分：单项选择题1.【答案】B【解析】湿热灭菌（蒸汽灭菌）穿透力强，灭菌效果可靠，是工业发酵中最常用的灭菌方法。干热灭菌适用于耐热物品，过滤除菌用于空气或热敏培养基，紫外线仅用于表面灭菌。2.【答案】D【解析】微生物生长最适温度与产物生成最适温度不一定一致。对于次级代谢产物，通常生长温度略高于产物生成温度；对于初级代谢产物，两者可能接近。3.【答案】B【解析】对数生长期（指数期）菌体以最大比生长速率进行生长，此时菌体生长速率达到最大。4.【答案】C【解析】体积氧传递系数a综合反映了气液界面传质系数和比表面积，是衡量发酵罐氧传递效率的关键参数。5.【答案】B【解析】通气的主要目的是提供好氧微生物呼吸所需的氧气，同时带走代谢产生的二氧化碳和发酵产生的生物热与搅拌热。6.【答案】A【解析】Monod方程μ=7.【答案】C【解析】溶氧（DO）上升意味着耗氧速率下降。常见原因包括：底物（碳源）耗尽导致代谢减缓；菌体大量死亡或自溶；或者搅拌/通气设备故障导致读数异常（若读数上升且工艺参数正常，多为前者）。8.【答案】B【解析】气升式发酵罐利用气流带动循环，剪切力较小，适合动植物细胞及剪切力敏感的微生物培养。机械搅拌罐剪切力较大。9.【答案】D【解析】发酵热包括生物热、搅拌热、蒸发热（显热）和辐射热。辐射热通常指发酵罐向外界散失的热量，不是发酵产生的“来源”热量，或者指外界传入的热量，在热平衡计算中通常作为输出项或环境项。题目问“来源”，D项相对不属于发酵内部产生的热，或者说是散失项。更严谨地，搅拌热、生物热是内部产生，蒸发热是带走热量。辐射热通常指热交换。10.【答案】B【解析】碳水化合物（如葡萄糖、糖蜜、淀粉）是培养基中主要的能源和碳源。11.【答案】C【解析】连续发酵稳态条件下，稀释率D等于菌体比生长速率μ，且各参数浓度恒定。12.【答案】C【解析】pH值是发酵的重要控制参数，应根据菌体生长和产物合成的需求进行阶段性调节，不能全程固定不变。13.【答案】B【解析】补料分批发酵可以解除底物抑制和葡萄糖效应，延长产物合成期，是抗生素等次级代谢产物生产的常用方式。14.【答案】C【解析】灭菌时间的确定主要依据灭菌对象中耐热孢子的数量（）和要求的灭菌程度（无菌度），即依据=计算。15.【答案】D【解析】搅拌器的作用是混合、打碎气泡、增加溶氧，并不直接提供生物能（生物能来自营养物质代谢）。16.【答案】A【解析】单位体积功率输入（P/17.【答案】A【解析】I型（生长偶联型）产物生成速率与菌体生长速率成正比。18.【答案】C【解析】青霉素是典型的次级代谢产物。葡萄糖、氨基酸、蛋白质属于初级代谢产物。19.【答案】B【解析】发酵液粘度大（通常由于菌丝体呈丝状或高浓度）会导致滤饼阻力大，过滤困难。20.【答案】B【解析】通常在对数生长期中期，菌体浓度达到一定水平且代谢旺盛时进行诱导，有利于外源蛋白的高效表达。第二部分：多项选择题1.【答案】ABCD【解析】温度、pH、溶氧、渗透压、营养物质等均是影响微生物生长的重要环境因素。2.【答案】ABCD【解析】完整的工业培养基应包含碳源、氮源、无机盐、生长因子、前体及水等。3.【答案】AB【解析】工业发酵罐常用夹套和蛇管进行换热。小型罐多用夹套，大型罐多用蛇管或两者结合。4.【答案】ABC【解析】补料分批可以解除底物抑制、解除葡萄糖效应（碳代谢物阻遏）、延长发酵周期、提高产量。5.【答案】ABCD【解析】空气系统、设备密封、培养基灭菌、种子带菌、操作失误等均可能导致染菌。6.【答案】ABC【解析】温度、pH、DO通常有传感器可进行在线检测。菌体浓度通常需要取样后测定，属于离线参数（虽有在线浊度仪，但不如前者普及）。7.【答案】ABCD【解析】增加搅拌和通气能提高动力消耗和界面面积；改变搅拌器类型改善流型；降低粘度能减小传质阻力，均能提高OTR。8.【答案】ABCD【解析】下游加工包括固液分离（细胞分离）、细胞破碎（胞内产物）、产物提取（初步纯化）、产物精制（高度纯化）。9.【答案】AB【解析】RQ反映了代谢释放的CO2与消耗O2的摩尔比，不同代谢途径（如完全氧化、有氧发酵、无氧发酵）RQ不同，可据此推断基质代谢情况。10.【答案】ABCD【解析】优良的生产菌种应具备生长快、产量高、利用原料广、抗性强（抗噬菌体、抗杂菌）、易提取等特性。第三部分：填空题1.【答案】代谢活动（或生物化学特性）2.【答案】对数生长期（或指数期）3.【答案】为零（或趋向于零）4.【答案】一级反应5.【答案】过滤除菌6.【答案】气膜7.【答案】功率准数（）8.【答案】单位体积功率输入（P/9.【答案】底物（或葡萄糖）10.【答案】IPTG11.【答案】稳定12.【答案】全氟碳（或正十二烷、液体石蜡）13.【答案】菌体（或固形物）14.【答案】血球计数板法15.【答案】推进式（或布鲁马金式、圆盘瓦楞式等）16.【答案】有氧（或完全氧化）17.【答案】化学（或添加消泡剂）18.【答案】溶剂萃取法19.【答案】质量传递20.【答案】纤维（或高效折叠）第四部分：判断题1.【答案】×【解析】不同微生物的最适生长温度不同，嗜冷菌、嗜热菌、中温菌的最适温度差异巨大。2.【答案】×【解析】灭菌时间越长，对培养基营养成分（如维生素、糖分）的破坏越大（美拉德反应等）。3.【答案】×【解析】在好氧深层发酵中，气液传质阻力主要存在于气膜和液膜，其中液膜通常是限速步骤，尤其是在搅拌充分的发酵罐中。4.【答案】×【解析】连续发酵虽然理论上效率高，但容易染菌、菌种易变异，工业上应用不如分批和补料分批广泛，主要用于面包酵母、污水处理等。5.【答案】√【解析】基因工程药物涉及医药，必须严格遵循GMP（药品生产质量管理规范）标准。6.【答案】×【解析】搅拌转速过快可能导致剪切力过大损伤细胞，且超过一定转速后，氧传递系数增加不明显，功耗剧增。7.【答案】×【解析】pH调节也可以通过补加糖、氮源等生理酸性或碱性物质来间接调节。8.【答案】√【解析】絮凝剂能使细小菌体或固体颗粒聚集成较大团块，加快沉降或过滤速度。9.【答案】×【解析】次级代谢产物包括抗生素、毒素、色素、生长因子等，不都具有抗生素活性。10.【答案】×【解析】C/N比高有利于菌体生长（提供碳骨架和能源），但过低或过高均不利，且对于次级代谢产物，通常在生长阶段C/N比高，产物合成阶段C/N比低。第五部分：名词解释1.【答案】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（如发酵罐、传感器、控制技术等），在生物反应器中生产有用代谢产物或生物制品的工业过程。2.【答案】氧传递系数（a）：单位体积发酵液中、单位传质推动力下的氧传递速率，是表征发酵罐供氧能力的重要参数，单位为或mi。3.【答案】补料分批发酵：在分批发酵过程中，间歇或连续地补加一种或多种营养成分，但不取出培养液，直到发酵终止的发酵方式。结合了分批和连续发酵的优点。4.【答案】呼吸商（RQ）：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（CE5.【答案】临界溶氧浓度（）：指当发酵液中的溶氧浓度低于某一值时，菌体的比生长速率或呼吸速率开始显著下降，该溶氧浓度值即为临界溶氧浓度。第六部分：简答题1.【答案】溶氧（DO）是好氧发酵的关键参数，其重要性体现在：(1)维持菌体生长：氧是细胞呼吸链的最终电子受体，提供能量（ATP）用于菌体合成和维持。(2)影响产物合成：许多代谢产物的合成途径是需氧的，溶氧不足会导致代谢途径改变（如由有氧转为无氧），减少目标产物产量，增加副产物。(3)防止菌体代谢异常：低溶氧可能导致有机酸积累，pH下降，抑制生长。(4)作为工艺控制指标：DO的变化常能反映菌体代谢状态（如底物耗尽、染菌等），指导补料和操作。2.【答案】(1)分批发酵：优点：操作简单，不易染菌，投资低；适合不同品种生产。缺点：存在非生长阶段，设备利用率低；底物抑制难以避免。(2)补料分批发酵：优点：可解除底物抑制和葡萄糖效应；延长产物合成期，提高产量；对发酵过程控制灵活。缺点：操作相对复杂；需注意补料引起的染菌风险。(3)连续发酵：优点：设备利用率高，生产效率高；产品质量稳定；易于自动化控制。缺点：菌种易退化；极易染菌；培养时间长，设备要求高；适用范围有限。3.【答案】主要环境因素包括：温度、pH值、溶解氧（DO）、搅拌转速、通气量、底物浓度、渗透压等。温度控制方法：(1)生物热：发酵过程中产生。(2)搅拌热：搅拌机械能转化为热能。(3)显热（蒸发热）：通气带走热量。(4)辐射热：罐壁与环境交换。控制手段：主要通过发酵罐夹套或蛇管通入冷却水（升温时通热水）进行换热控制。通过监测热电偶反馈信号调节阀门开度。4.【答案】常见原因：(1)设备：设备穿孔、阀门渗漏、密封圈老化、空气过滤器失效。(2)种子：种子培养过程染菌。(3)培养基：灭菌不彻底（实罐灭菌温度时间不够或存在死角）。(4)操作：接种操作不当、管道连接不严。(5)环境：厂房卫生差，噬菌体污染。防治措施：(1)设备：定期耐压检查，更换密封件，使用高效空气过滤器。(2)种子：严格无菌操作，进行镜检和无菌试验。(3)灭菌：严格保证灭菌温度和时间，消除死角，采用空消与实消结合。(4)管理：建立严格的卫生消毒制度，管道蒸汽保压。5.【答案】代谢调控：通过调节微生物体内的酶活性或酶合成，控制代谢流向，使其积累目标产物。提高产量的方法：(1)营养水平调控：利用营养缺陷型或控制关键营养因子（如磷酸盐、镁、氮源）浓度，阻断支路代谢。(2)添加前体：在产物合成阶段添加前体物质，促进产物合成。(3)解除反馈抑制：通过选育抗结构类似物突变株，解除终产物对关键酶的反馈抑制或阻遏。(4)控制发酵条件：调节温度、pH、溶氧，使菌体处于次级代谢产物合成的最佳环境。(5)补料分批：控制补料速率，维持低底物浓度，避免碳代谢物阻遏（CCR）。6.【答案】主要方法：(1)单位体积功率输入（P/原理：认为搅拌功率对混合和溶氧起决定作用。放大时保持大罐与小罐的P/(2)氧传递系数（a）相等法：原理：保持大小罐的a相同，以保证供氧能力一致。适用于耗氧速率高的发酵。(3)叶尖线速度（πn原理：保持搅拌桨叶尖线速度相同，保证剪切力水平一致。适用于剪切力敏感的细胞（如丝状菌、动植物细胞）。(4)混合时间相等法：原理：保证混合效果一致。但放大后很难保持混合时间不变，通常作为参考。第七部分：计算题1.【答案】解：(1)求残留底物浓度S：根据Monod方程及连续发酵稳态条件，μ=已知μ=0.5，通常题目未给和，无法直接求S。但在某些简化模型或特定情况下（如底物充足），若假设生长不受底物限制（即S≫），则μ≈，此时无法求修正：此题若按标准连续发酵物料衡算：D因μ=D由于题目缺少和，无法计算具体的S值。假设题目意图为考察物料衡算关系，或者假设S→0（底物几乎耗尽，高转化率情况）。另一种情况：若题目隐含S很小，即S≈X=S≈注：若题目给出了和，例如=1.0,=0.5=此时X=鉴于题目未给，按最简化的物料衡算逻辑（通常考试中若缺参数，假设底物耗尽或考察公式）：此处按X=(S答案：稳态下菌体浓度X与残留底物浓度S满足X=0.5(2.【答案】解：(1)计算通气流量：发酵罐体积V=通气量1vvm=10(2)计算搅拌转速n：n=(3)计算搅拌桨直径D：D=(4)计算通气准数：公式：=代入数值：==分母==答案：该发酵罐的通气准数约为0.0386。第八部分：综合分析与应用题1.【答案】原因分析：(1)溶氧急剧下降：a.菌体生长过快，耗氧速率超过供氧速率（OUb.表达产物大量合成，代谢旺盛。c.发酵液粘度增加，氧传递系数a下降。(2)形成包涵体：a.表达速率过快，蛋白质折叠速度跟不上肽链合成速度，导致错误折叠和聚集。b.发酵温度过高或pH不适，不利于二硫键正确