合成生物学发酵工艺放大工程师考试试卷及答案

合成生物学发酵工艺放大工程师考试试卷及答案一、填空题（每题1分，共10分）1.发酵工艺放大中，常用接种量体积比一般为______。2.搅拌式反应器常用搅拌桨类型为平叶涡轮桨和______桨。3.发酵液溶氧（DO）控制核心是平衡______与氧消耗。4.培养基灭菌常用______灭菌法（湿热）。5.发酵放大关键准则之一是保持______相似（如功率/体积）。6.补料分批发酵常用补料成分为碳源和______。7.合成生物学发酵常通过______分析优化代谢通量。8.泡沫过多会影响______传递和无菌性。9.大规模发酵常用______反应器。10.放大前需验证的关键参数包括接种量、搅拌速率和______。二、单项选择题（每题2分，共20分）1.发酵工艺放大的核心问题是（）A.降低培养基成本B.保持小试性能稳定C.提高产物纯度D.缩短周期2.保持功率/体积（P/V）不变的搅拌放大准则适用于（）A.高粘度发酵液B.低粘度发酵液C.厌氧发酵D.所有体系3.好氧发酵放大适合的通气方式是（）A.表面通气B.深层通气C.间歇通气D.无通气4.培养基灭菌的典型参数是（）A.100℃/30minB.121℃/15-30minC.130℃/10minD.115℃/20min5.发酵液粘度升高时优先调整（）A.通气量B.搅拌速率C.接种量D.温度6.补料分批发酵不包括的作用是（）A.缓解底物抑制B.提高细胞密度C.降低副产物D.缩短发酵时间7.溶氧控制关键参数不包括（）A.DO浓度B.通气速率C.搅拌功率D.培养基pH8.泡沫控制常用方法是添加（）A.消泡剂B.缓冲剂C.碳源D.氮源9.发酵与下游耦合的目的是（）A.提高产物收率B.降低能耗C.简化操作D.延长周期10.好氧发酵气液传递放大准则是（）A.功率/体积相似B.通气速率/体积相似C.kLa相似D.转速相似三、多项选择题（每题2分，共20分）1.发酵放大需考虑的关键因素（）A.搅拌系统B.通气系统C.培养基成分D.无菌控制2.搅拌式反应器组成包括（）A.搅拌桨B.通气装置C.温控系统D.取样口3.培养基灭菌关键参数（）A.温度B.时间C.pHD.压力4.补料分批发酵优势（）A.缓解底物抑制B.提高产物浓度C.降低能耗D.便于过程控制5.溶氧控制方法（）A.提高通气速率B.增加搅拌功率C.降低发酵液粘度D.提高温度6.泡沫控制措施（）A.添加消泡剂B.调整搅拌速率C.降低通气量D.改变培养基成分7.代谢流分析应用（）A.优化代谢途径B.减少副产物C.预测放大性能D.调整补料策略8.大规模产物分离技术（）A.过滤B.离心C.萃取D.层析9.无菌操作要点（）A.培养基彻底灭菌B.无菌接种C.设备灭菌D.环境消毒10.发酵放大步骤（）A.小试优化B.中试验证C.大规模生产D.下游耦合四、判断题（每题2分，共20分）1.接种量越大，发酵启动越快，因此越大越好。（）2.搅拌速率放大只需按体积比例增加。（）3.通气量放大按体积比例增加即可满足溶氧。（）4.补料分批发酵可降低代谢副产物。（）5.溶氧控制只需提高通气量，无需调整搅拌。（）6.泡沫过多仅影响氧传递，不影响产物生成。（）7.灭菌温度越高，效果越好，应尽可能提高。（）8.细胞密度越高，产物产量越高。（）9.放大时培养基成分无需调整，直接按小试比例。（）10.发酵与下游耦合可提高产物收率。（）五、简答题（每题5分，共20分）1.简述发酵工艺放大的核心挑战。2.说明搅拌速率放大的常用准则及适用场景。3.简述补料分批发酵在放大中的优势。4.说明无菌控制在放大中的关键措施。六、讨论题（每题5分，共10分）1.如何平衡发酵放大中溶氧需求与能耗的关系？2.讨论代谢流分析在发酵放大中的应用价值。---答案部分一、填空题答案1.5%-10%2.斜叶涡轮3.氧传递4.高压蒸汽5.功率/体积（P/V）6.氮源7.代谢流8.氧（气液）9.搅拌式（机械搅拌）10.通气量二、单项选择题答案1.B2.B3.B4.B5.B6.D7.D8.A9.A10.C三、多项选择题答案1.ABCD2.ABCD3.ABD4.ABD5.ABC6.ABCD7.ABCD8.ABCD9.ABCD10.ABCD四、判断题答案1.×2.×3.×4.√5.×6.×7.×8.×9.×10.√五、简答题答案1.核心挑战：①气液传递差异：大规模kLa（氧传递系数）与小试差异大，易溶氧不足；②搅拌混合不均：大体积下混合时间长，底物/产物分布不均；③剪切力影响：过度剪切损伤细胞；④代谢流变化：放大后细胞代谢途径调整，副产物增加；⑤无菌控制难度：大体积灭菌及操作无菌风险高。2.常用准则及场景：①功率/体积（P/V）相似：适用于低粘度发酵液（如细菌发酵）；②转速相似：适用于剪切敏感细胞（如真菌、动物细胞）；③kLa相似：适用于好氧发酵，保证溶氧稳定。需结合发酵液粘度、细胞类型选择。3.补料优势：①缓解底物抑制：避免高浓度底物毒性；②提高细胞密度：持续补料延长对数生长期；③减少副产物：控制碳源供应，降低乙醇/乙酸积累；④便于过程控制：根据代谢调整补料速率；⑤适应放大：大体积下补料更易控制代谢波动。4.无菌控制措施：①培养基灭菌：121℃/15-30min高压蒸汽灭菌；②设备灭菌：反应器/管道在线灭菌（SIP）；③接种操作：无菌室火焰保护接种；④环境控制：车间定期消毒，空气过滤除菌；⑤过程监测：安装无菌检测装置，及时处理污染。六、讨论题答案1.平衡溶氧与能耗：①优化搅拌通气：采用高效斜叶涡轮桨提高kLa，减少通气量；②梯度补料：根据代谢速率调整补料，避免溶氧过度消耗；③温度控制：适当降低发酵温度，减少细胞氧耗；④反馈控制：通过DO传感器实时调整搅拌/通气，避免无意义能耗；⑤气液分布优化：深层通气改善接触效率，降低能耗。2.代谢流分