2026年(生物技术工程师)生物发酵技术试题及答案

2026年(生物技术工程师)生物发酵技术试题及答案一、单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40分。每小题只有一个选项是符合题意的）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.磷酸氢二钾2.下列关于微生物生长曲线各阶段的描述，错误的是（）。A.延滞期：细胞不生长，主要进行适应环境的生理调整B.对数生长期：菌体生长速率最大，代谢旺盛C.稳定期：菌体生长速率下降，次级代谢产物开始大量积累D.衰亡期：细胞形态改变，甚至自溶，释放胞内酶3.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.菌体浓度与时间4.在分批培养中，当底物浓度很低时，菌体的比生长速率μ趋近于（）。A.B.0C.D.15.下列哪种灭菌方法常用于培养基的实罐灭菌？（）A.紫外线照射B.过滤除菌C.湿热灭菌（蒸汽）D.干热灭菌6.氧气在发酵液中的传递过程，阻力最大的一步通常是（）。A.气膜内的扩散B.气液界面C.液膜内的扩散D.液相中的扩散7.搅拌在发酵过程中的主要作用不包括（）。A.打碎气泡，增加气液接触面积B.使发酵液混合均匀C.促进热量传递D.提供微生物生长所需的能量8.对于牛顿型流体，其粘度（）。A.随剪切速率的增加而增加B.随剪切速率的增加而减小C.不随剪切速率的变化而D.与温度无关9.在发酵过程中，pH值的控制通常采用（）。A.只加酸B.只加碱C.联合流加酸或碱及补料（如糖）D.改变搅拌转速10.下列关于补料分批培养的优缺点，描述不正确的是（）。A.可以解除底物抑制B.可以解除葡萄糖效应C.可以延长发酵周期，提高产量D.设备操作比分批培养简单，染菌风险更低11.某发酵罐的搅拌功率准数主要取决于（）。A.雷诺数B.弗劳德数C.搅拌桨的几何形状和雷诺数D.只有搅拌桨的几何形状12.在发酵罐放大设计中，常用的几何相似准则是（）。A.保持a相等B.保持单位体积功率输入(P/C.保持搅拌桨叶尖速度相等D.以上都是13.下列哪种物质常作为生物发酵中的主要氮源？（）A.玉米浆B.淀粉C.豆油D.乳酸14.测定发酵液中菌体浓度最快速、简便的方法是（）。A.称干重法B.光密度（OD）法C.细胞计数板法D.平板计数法15.在好氧发酵中，呼吸商（RQ）是指（）。A.C生成速率/消耗速率B.消耗速率/C生成速率C.基质消耗速率/产物生成速率D.产物生成速率/基质消耗速率16.下列哪种情况最可能导致发酵液染菌？（）A.罐压维持恒定B.空气过滤器失效C.搅拌转速稳定D.温度控制精准17.对于丝状菌发酵（如青霉素发酵），搅拌器的选择主要考虑（）。A.高剪切力以打碎菌丝B.低剪切力以避免损伤菌丝，同时保证混合C.只需要轴向流D.只需要径向流18.发酵热的来源不包括（）。A.微生物分解基质产生的热B.机械搅拌产生的热C.冷却水带走的热D.微生物呼吸作用产生的热19.在发酵工程中，表示（）。A.对基质的产物得率B.对基质的菌体得率C.对氧的菌体得率D.对产物的菌体得率20.下列传感器中，用于测量发酵液溶解氧浓度的是（）。A.pH电极B.DO电极C.温度探头D.液位探头二、多项选择题（本大题共10小题，每小题3分，共30分。每小题有两个或两个以上选项是符合题意的，少选得1分，错选不得分）1.影响微生物生长的主要环境因素包括（）。A.温度B.pH值C.溶氧浓度D.渗透压2.培养基的设计原则应考虑（）。A.营养物质必须满足菌体生长和产物合成的需要B.价格低廉，来源广泛C.前体物质的存在D.尽量使用昂贵的成分以保证质量3.关于发酵过程中的氧传递系数a，下列说法正确的有（）。A.a越大，氧传递速率越快B.增加搅拌转速通常能提高aC.增加通气量不一定总能提高aD.发酵液性质（如粘度）不影响a4.发酵罐的类型主要有（）。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.塔式发酵罐5.引起发酵液泡沫产生的原因有（）。A.培养基中蛋白质等表面活性物质的存在B.通气搅拌过于剧烈C.微生物代谢产生气体D.发酵液温度过低6.消除泡沫的方法包括（）。A.机械消泡B.化学消泡（添加消泡剂）C.增加罐压D.降低通气量7.下列属于次级代谢产物的有（）。A.氨基酸B.抗生素C.毒素D.维生素8.在发酵工业中，种子的扩大培养目的是（）。A.增加菌体数量B.诱导产酶C.保证菌种的纯度D.缩短发酵延迟期9.关于连续发酵，下列描述正确的有（）。A.可以维持菌体在恒定比生长速率下生长B.容易发生染菌和菌种变异C.适合于菌体生长和产物生成偶联的情况D.设备利用率高10.发酵过程参数检测中，在线检测的参数通常包括（）。A.温度B.pHC.溶氧D.菌体形态三、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Monod方程μ=中，表示________，称为________。3.发酵过程中的氧传递速率（OTR）公式通常表示为OTR=________。4.常用的灭菌指标有________和热致死时间。5.发酵罐的几何尺寸中，高径比（H/D）通常在________到________之间。6.根据流体流动特性，发酵液可分为牛顿流体和非牛顿流体，霉菌发酵液通常属于________流体。7.在发酵控制中，为了控制pH，通常流加________或________。8.表示________。9.在分批补料发酵中，通过控制________浓度，可以解除底物对菌体生长的抑制。10.常用的空气除菌过程包括冷却、________、________和除菌过滤。11.搅拌功率的计算公式中，功率准数=，其中N代表________，D代表________。12.在发酵罐放大过程中，以________准数相等作为准则通常适用于高粘度发酵体系。13.青霉素发酵属于典型的________代谢产物发酵。14.测定微生物生长量的方法中，血球计数板法测定的是________，称重法测定的是________。15.为了提高发酵过程的溶氧效率，可以采用________空气压力或________搅拌转速的方法。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，底物浓度随时间的变化率始终是负值。（）3.溶氧电极测量的是发酵液中的氧分压，通常用空气饱和度百分比来表示。（）4.所有的微生物在生长过程中都需要氧气。（）5.机械搅拌发酵罐的搅拌桨只有Rushton桨一种类型。（）6.发酵过程中的补料策略只能基于时间控制，不能基于参数反馈控制。（）7.絮凝剂可以用于改善发酵液的固液分离性能。（）8.温度对微生物生长的影响主要体现在酶的活性上。（）9.在发酵罐放大中，保持P/10.次级代谢产物的合成通常与菌体生长同步。（）五、名词解释（本大题共5小题，每小题4分，共20分）1.发酵工程2.氧传递系数(a)3.呼吸商(RQ)4.补料分批培养5.临界溶氧浓度六、简答题（本大题共5小题，每小题8分，共40分）1.简述微生物分批培养过程中，延滞期出现的原因及如何缩短延滞期。2.简述双膜理论关于氧气从气相传递到液相细胞的步骤，并写出氧传递速率方程。3.简述在发酵过程中，引起发酵液温度升高的热源主要有哪些？4.比较机械搅拌发酵罐与气升式发酵罐的优缺点。5.简述发酵过程代谢流调控的基本原理。七、计算与分析题（本大题共3小题，共50分）1.（15分）某发酵罐采用湿热灭菌法对培养基进行灭菌。已知该杂菌的耐热性参数（比死亡速率常数）=1.0，活化能=283

kJ/mol，气体常数R(1)若要求灭菌失败率为（即=0.001个），初始杂菌数=个，请计算需要的理论灭菌时间t。(2)若将灭菌温度提高至C，计算此时的比死亡速率常数（保留两位小数）。(3)简述提高灭菌温度对培养基营养成分的影响。2.（15分）在50m³的机械搅拌发酵罐中进行某好氧发酵。已知发酵液的物理性质：密度ρ=1000，粘度μ=0.001

Pa·s(1)计算该搅拌器的搅拌功率P（单位：kW）。(2)若该发酵罐的装液量为30m³，计算单位体积功率输入(P/(3)若将发酵罐放大至500m³（保持几何相似），按等P/V原则放大，求放大后的搅拌转速与原转速的比值。3.（20分）某微生物在连续搅拌罐反应器（CSTR）中进行培养。其生长遵循Monod方程：μ=。已知=0.5，=0.2

g/L，基质消耗系数(1)试推导当稀释率D等于比生长速率μ时，反应器内稳态菌体浓度X和残基质浓度S的计算公式。(2)计算当稀释率D=0.3时，反应器出口的菌体浓度X和残基质浓度(3)求出该系统的临界稀释率（即最大比生长速率），并说明当D>时会发生什么现象？参考答案及详细解析一、单项选择题1.B解析：葡萄糖是最容易被利用的碳源，常作为发酵的主要碳源。2.A解析：延滞期细胞并非完全不生长，而是正在进行胞内酶系的诱导与合成，为适应新环境做准备，生长速率接近于0但不为0。3.A解析：Monod方程是描述比生长速率与限制性底物浓度关系的经验公式。4.B解析：当S≪时，μ≈S，即μ与S成正比；当S5.C解析：实罐灭菌通常利用饱和蒸汽进行湿热灭菌，穿透力强，效果最好。6.C解析：气液界面的液膜侧通常是氧传递的主要阻力所在，尤其是对于高粘度发酵液。7.D解析：搅拌不提供能量，能量来源于基质（碳源）的氧化。搅拌主要用于混合、分散气泡和传热。8.C解析：牛顿流体粘度是常数，不随剪切速率变化；非牛顿流体（如幂律流体）粘度随剪切速率变化。9.C解析：单纯加酸碱不仅成本高，还可能引起渗透压变化，通常结合流加碳源或氮源来协同调节pH。10.D解析：补料分批培养需要额外的补料管路和控制系统，操作比分批复杂，且补料过程增加了染菌风险。11.C解析：功率准数是雷诺数Re和弗劳德数Fr的函数，但在全挡板条件下消除了重力影响，主要取决于搅拌桨几何形状和R12.D解析：发酵罐放大有多种准则，如等a、等P/13.A解析：玉米浆是优良的有机氮源，含有丰富的氨基酸、维生素和生长因子。14.B解析：光密度法利用菌体对光的散射或吸收，快速、在线且不取样，适合过程监控。15.A解析：呼吸商RQ=CER(二氧化碳释放率)/OUR(氧摄率)。16.B解析：空气过滤器失效会导致空气中杂菌直接进入罐体，是染菌的主要原因之一。17.B解析：丝状菌对剪切力敏感，过高的剪切力会打断菌丝，影响代谢，需兼顾混合与低剪切。18.C解析：冷却水带走热量是散热过程，不是发酵热的来源。发酵热包括生物热、搅拌热等。19.B解析：指消耗单位基质生成的菌体量。20.B解析：DO电极专门用于测量溶解氧浓度。二、多项选择题1.ABCD解析：温度、pH、溶氧、渗透压、前体等均为关键环境因素。2.ABC解析：培养基设计需满足营养、经济、来源及工艺要求，D选项错误。3.ABC解析：a是评价氧传递效率的关键指标，受搅拌、通气、液物性影响极大。4.ABCD解析：均为常见的工业发酵罐类型。5.ABC解析：表面活性物质、机械搅拌和代谢产气是泡沫形成的主要原因。6.ABCD解析：物理（机械、降压）和化学（消泡剂）方法均可消泡。7.BC解析：抗生素、毒素、色素等通常为次级代谢产物；氨基酸、维生素（部分）多为初级代谢产物。8.ACD解析：种子扩大培养旨在获得足够数量、强壮、纯种的接种液，从而缩短发酵延滞期。9.ABCD解析：连续发酵具有稳态、设备利用率高等优点，但也存在染菌、变异风险高等缺点。10.ABC解析：温度、pH、溶氧、转速、流量等可实现在线检测；菌体形态通常需离线显微镜观察。三、填空题1.对数生长期（指数期）2.最大比生长速率；半饱和常数3.a4.灭菌时间（或热致死时间TDT）；12D值（或F值）5.2；4（通常H/D在2~4之间）6.非牛顿（或塑性/假塑性）7.酸；碱8.对基质的产物得率9.底物（或限制性底物）10.除水；除油11.搅拌转速；搅拌桨直径12.雷诺（或a/功率准数，视具体语境，此处指高粘度下需考虑Re影响）13.次级14.菌体总数；菌体总重量15.增加；提高四、判断题1.×解析：灭菌彻底只是基础，设备密封、操作不当、空气过滤等环节均可能导致染菌。2.√解析：分批培养中基质不断被消耗，浓度单调下降，变化率为负。3.√解析：DO电极测的是氧分压，通常标定为相对于空气饱和度的百分数。4.×解析：厌氧微生物（如产甲烷菌）不需要氧气，氧气对其甚至有毒。5.×解析：还有圆盘涡轮式、平桨式、螺旋桨式等多种类型。6.×解析：现代发酵广泛采用基于pH、DO、尾气CO2等参数的反馈补料策略。7.√解析：絮凝剂可改变固体颗粒表面性质，使其聚集成团，利于分离。8.√解析：温度主要通过影响酶反应速率来影响微生物代谢。9.√解析：等P/10.×解析：次级代谢产物通常在稳定期大量积累，与生长非偶联。五、名词解释1.发酵工程：指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术手段（如发酵罐、传感器、过程控制等），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。2.氧传递系数(a)：表征发酵设备氧传递能力的重要参数，是体积氧传递系数，等于液膜传质系数与比表面积a的乘积，单位为或mi。3.呼吸商(RQ)：指微生物呼吸过程中，释放的二氧化碳摩尔数与消耗的氧气摩尔数之比，即RQ4.补料分批培养：在分批培养过程中，间歇或连续地补加一种或多种限制性底物，但直到反应结束前不取出培养液的培养操作方式。它可以解除底物抑制，延长产物合成期。5.临界溶氧浓度()：指不影响微生物呼吸代谢（即比生长速率或耗氧速率开始下降）时的最低溶氧浓度。当DO低于此值时，微生物代谢将受氧限制。六、简答题1.答：原因：(1)接种物处于对数生长期，而新环境成分可能不同，菌体需合成新的诱导酶。(2)菌体在接种过程中受到损伤，需要时间修复。(3)细胞内某种辅酶或生长因子缺乏，需自身合成积累。缩短方法：(1)使用对数生长期的健壮菌种接种（“种龄”适宜）。(2)增大接种量。(3)使培养基成分与种子培养基成分尽量接近。(4)在种子培养基中加入发酵培养基的成分进行“驯化”。2.答：传递步骤：(1)氧气从气相主体扩散到气液界面；(2)穿过气液界面；(3)从气液界面扩散到液相主体（此步通常为控制步骤）；(4)从液相主体扩散到细胞表面；(5)穿过细胞膜进入细胞内。氧传递速率方程：O其中，OTR为氧传递速率，a为体积氧传递系数，为与气相氧分压平衡的液相氧饱和浓度，为发酵液实际溶氧浓度。3.答：发酵过程中的发酵热（生物合成热、搅拌热等）导致温度升高，具体热源包括：(1)生物热：微生物在生长繁殖和合成产物过程中，基质氧化分解产生的能量，部分用于合成ATP，大部分以热形式释放。(2)搅拌热：机械搅拌克服液体摩擦阻力所做的功转化为热能。(3)蒸发热：通气引起水分蒸发带走热量（这是散热，但在热平衡计算中需考虑，若此处问“升温热源”则不包括此项，但通常作为热平衡的一部分；若问引起温度升高的热源，主要指生物热和搅拌热）。注：题目问引起温度升高的热源，主要是生物热和搅拌热。(4)辐射热：罐壁向环境辐射散热（也是散热）。综上，导致温度上升的净热源主要是生物热和搅拌热。4.答：机械搅拌发酵罐：优点：混合效果好，适用范围广（高粘度、高固含量），溶氧效率高，操作弹性大。缺点：结构复杂，搅拌功率消耗大，剪切力较高（可能损伤剪切敏感细胞），密封困难易漏油染菌。气升式发酵罐：优点：结构简单，无机械搅拌密封，染菌风险低，剪切力低（适合动植物细胞），能耗相对较低。缺点：混合效果较差，尤其是高粘度流体时，溶氧效率受液位高度限制，操作弹性较小。5.答：发酵过程代谢流调控的基本原理是基于细胞代谢网络的节点通量分配。(1)关键酶调控：通过改变关键酶的活性（激活或抑制）