2026年食品发酵工程基础测试卷及答案

2026年食品发酵工程基础测试卷及答案一、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.在微生物生长曲线中，细胞以几何级数增加，比生长速率达到最大且保持恒定的阶段是（）。A.延滞期B.对数生长期C.稳定期D.衰亡期2.下列哪种发酵方式属于半连续发酵？（）A.分批培养B.补料分批培养C.连续培养D.间歇培养3.在谷氨酸发酵中，控制生物素亚适量是为了（）。A.促进菌体生长B.改变细胞膜通透性C.抑制杂菌污染D.提高溶解氧4.确定微生物次级代谢产物合成期的关键参数是（）。A.菌体比生长速率B.溶解氧浓度C.碳氮比D.培养基pH值5.下列关于双水相萃取技术的描述，错误的是（）。A.利用互不相溶的两个水相体系B.适用于生物活性物质的提取C.主要基于有机溶剂与水的分配D.聚乙二醇（PEG）和无机盐是常用的成相系统6.柠檬酸发酵生产中，为了阻断TCA循环，通常采用（）。A.限制氮源B.限制磷酸盐C.使用呼吸缺陷型菌株D.添加铁离子限制剂7.在发酵罐设计中，搅拌器的主要作用不包括（）。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.完全替代冷却夹套的冷却功能8.Monod方程描述的是（）之间的关系。A.菌体生长速率与底物浓度B.产物生成速率与菌体浓度C.底物消耗速率与产物浓度D.菌体浓度与时间9.下列哪种灭菌方法常用于培养基的连续灭菌？（）A.巴氏消毒法B.间歇灭菌法C.连续蒸汽灭菌（连消塔）D.紫外线灭菌10.在酵母培养中，当溶氧浓度低于临界值时，酵母的代谢途径会发生（）。A.完全氧化B.巴斯德效应C.克雷布特里效应D.乙醇发酵11.发酵过程中，pH值的下降通常是由于（）。A.有机酸的积累B.氨的利用C.硝酸盐的还原D.蛋白质的分解12.用于测定发酵液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值）法C.血球计数板法D.平板计数法13.在通气发酵中，氧传递的阻力主要来自于（）。A.气膜B.液膜C.气液界面D.细胞表面14.下列哪个参数属于发酵过程的状态参数？（）A.搅拌转速B.冷却水流量C.糖浓度D.空气流量15.青霉素发酵属于（）类型。A.生长偶联型B.非生长偶联型C.混合型D.以上都不是16.发酵罐的几何尺寸中，高径比（H/D）通常取值范围为（）。A.1:1B.2:1~3:1C.5:1~10:1D.10:1以上17.在固定化细胞发酵中，最常用的载体材料是（）。A.琼脂B.海藻酸钠C.聚丙烯酰胺D.硅胶18.为了避免发酵过程中产生大量泡沫，下列哪种方法属于机械消泡？（）A.添加植物油B.添加聚醚类消泡剂C.安装消泡桨D.降低搅拌转速19.下列关于空气过滤除菌的描述，正确的是（）。A.采用深层过滤介质主要是拦截效应B.纤维直径越小，过滤效率越低C.空气流速越快，过滤效率越高D.过滤介质可以重复使用无需再生20.在发酵工程中，表示（）。A.产物对底物的得率系数B.菌体对底物的得率系数C.菌体对氧的得率系数D.产物对菌体的得率系数二、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选项中，有两项或两项以上是符合题目要求的。多选、少选、错选均不得分）1.影响微生物生长的主要环境因素包括（）。A.温度B.pH值C.溶解氧D.渗透压2.发酵工业中常用的碳源有（）。A.葡萄糖B.糖蜜C.玉米浆D.淀粉水解糖3.典型的发酵过程控制参数包括（）。A.温度B.pHC.溶氧D.搅拌功率4.下列关于补料分批培养优点的描述，正确的有（）。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D.可以提高设备利用率5.微生物发酵热的主要来源包括（）。A.生物合成热B.搅拌热C.蒸发散热D.辐射散热6.下列哪些物质属于次级代谢产物？（）A.氨基酸B.抗生素C.毒素D.维生素7.发酵液预处理的主要目的是（）。A.改变发酵液的物理性质B.去除杂蛋白C.降低发酵液黏度D.提高目的产物浓度8.下列关于膜分离技术的描述，正确的有（）。A.超滤主要用于分离大分子物质B.反渗透主要用于分离小分子物质C.电渗析主要用于带电物质的分离D.膜分离过程无相变，能耗低9.发酵罐搅拌器的类型包括（）。A.圆盘六叶涡轮搅拌器B.螺旋桨式搅拌器C.桨式搅拌器D.锚式搅拌器10.导致发酵染菌的原因可能有（）。A.空气过滤系统失效B.设备渗漏C.种子带菌D.培养基灭菌不彻底三、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“×”）1.所有微生物的最适生长温度都是一样的。（）2.在分批培养中，菌体生长、产物合成和底物消耗是同时发生的。（）3.溶氧电极测得的是发酵液中的氧分压，而不是氧含量。（）4.只要搅拌转速足够高，发酵液中的氧传递问题就能完全解决。（）5.次级代谢产物的合成通常与菌体生长同步。（）6.在提取发酵产物时，离子交换法主要用于分离小分子物质如氨基酸。（）7.发酵罐的放大过程中，单位体积功率输入（P/V）保持恒定是常用的放大准则之一。（）8.乳酸菌是严格好氧微生物。（）9.连续发酵可以达到稳态，此时菌体浓度、底物浓度和产物浓度保持不变。（）10.基因工程菌发酵与常规微生物发酵相比，不需要考虑质粒稳定性问题。（）四、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、________期、稳定期和衰亡期。2.在通风发酵中，衡量氧传递效率的重要参数是________，其单位是。3.常用的灭菌方法有热灭菌、化学灭菌、________和射线灭菌。4.谷氨酸生产菌通常属于________科（如棒杆菌属）。5.在Monod方程μ=中，称为________常数。6.发酵过程中的pH控制通常采用酸碱中和法，常用的碱有________和氨水。7.根据产物形成与菌体生长的关系，Gaden模型将产物形成分为________型、非生长偶联型和混合型。8.发酵罐的搅拌功率与搅拌转速的________次方成正比。9.在提取过程中，利用溶剂在两个互不相溶的液相中溶解度不同而达到分离的方法称为________。10.啤酒发酵的主发酵阶段，酵母主要在发酵液________部进行代谢。11.为了提高发酵液的过滤速度，过滤前通常加入________作为助滤剂。12.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________。13.临界溶氧浓度是指________的比生长速率开始下降时的溶氧浓度。14.在发酵工业中，________是应用最广泛、最重要的生物反应器类型。15.乙醇发酵属于________发酵途径。16.发酵液中的固液分离方法主要有过滤、________和离心。17.厌氧发酵过程中，氧化还原电位（ORP）通常较________。18.丝状真菌发酵液通常具有高________，这给氧传递和混合带来困难。19.发酵罐的换热装置主要有夹套、________和蛇管。20.在连续发酵中，稀释率D等于比生长速率μ时，反应器处于________状态。五、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.莫诺方程（MonodEquation）3.氧体积传递系数（a）4.次级代谢产物5.临界溶氧浓度（Ccrit）六、简答题（本大题共6小题，每小题5分，共30分）1.简述微生物分批培养生长曲线各阶段的特点及其在发酵工业中的应用意义。2.影响发酵过程中氧传递速率的主要因素有哪些？并简要说明如何提高供氧能力。3.简述补料分批培养（Fed-batchculture）的优点及其控制的关键点。4.发酵过程中温度对微生物生长有何影响？工业发酵中如何选择和控制温度？5.简述发酵过程中泡沫产生的原因及其危害，常用的消泡方法有哪些？6.简述基因工程菌发酵工艺的特殊性及控制策略。七、计算题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）1.在一个10的机械搅拌发酵罐中进行大肠杆菌培养。已知发酵液的密度ρ=1000

kg/，黏度μ=0.001(1)计算该搅拌器的搅拌功率P（单位为kW）。(2)计算单位体积发酵液的搅拌功率输入（P/V，单位为(3)若将发酵罐放大至100，保持单位体积功率输入（P/V）不变，且假设几何相似，试估算放大后的搅拌转速（提示：功率P∝，体积V2.某发酵过程中，菌体生长符合Monod方程。已知=0.5

，=0.2(1)写出比生长速率μ与限制性底物浓度S的关系式。(2)当限制性底物浓度S=0.2

(3)若初始底物浓度=10

g/L，接种后初始菌体浓度=八、综合分析与应用题（本大题共2小题，每小题15分，共30分）1.某生物制药公司采用谷氨酸棒杆菌生产味精（谷氨酸钠）。在试生产过程中发现发酵后期残糖浓度较高，产酸转化率偏低。(1)请分析可能导致该问题的原因（从菌种、培养基、工艺控制三方面分析）。(2)针对上述原因，提出相应的工艺优化措施。(3)在谷氨酸发酵中，为什么需要控制生物素为亚适量？如果生物素过量会发生什么现象？2.某工厂采用分批补料方式生产抗生素。在发酵过程中，通过在线监测发现溶解氧（DO）水平在发酵中期突然急剧上升，且pH值也随之发生变化。(1)请分析导致溶解氧突然急剧上升的可能原因。(2)结合抗生素发酵的特点，说明此时pH值可能的变化趋势及其原因。(3)作为发酵工程师，面对这种情况应采取哪些应急措施？参考答案及详细解析一、单项选择题1.B【解析】对数生长期（指数期）菌体生长速率达到最大，且比生长速率恒定。2.B【解析】补料分批培养是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基，但不取出培养液，属于半连续发酵。3.B【解析】生物素是乙酰CoA羧化酶的辅酶，影响脂肪酸合成。控制生物素亚适量可引起细胞膜通透性改变，有利于谷氨酸外泄。4.A【解析】次级代谢产物通常在菌体生长停止或减缓后才开始大量合成，因此比生长速率是关键区分参数。5.C【解析】双水相萃取体系是由两种互不相溶的水相（如PEG/盐）组成，不含有机溶剂，C选项描述的是溶剂萃取。6.C【解析】柠檬酸是TCA循环的中间产物。为了积累柠檬酸，必须阻断TCA循环，即阻断α-酮戊二酸脱氢酶活性，常使用呼吸缺陷型菌株（丧失TCA循环功能）或限制铁离子、锰离子。7.D【解析】搅拌器主要用于混合、分散气泡和传热，但不能替代冷却系统移除巨大的生物合成热和搅拌热。8.A【解析】Monod方程描述的是比生长速率μ与单一限制性底物浓度S之间的动力学关系。9.C【解析】连续灭菌通常采用连消塔-喷淋冷却系统，适合大规模生产。10.D【解析】在缺氧条件下，酵母进行乙醇发酵（产生乙醇和CO2），此现象称为Crabtree效应（在酿酒酵母中表现为高浓度葡萄糖下的厌氧发酵）。11.A【解析】微生物代谢产生有机酸（如乙酸、乳酸、柠檬酸等）是导致pH下降的主要原因。12.B【解析】光密度法（OD值）快速、简便、非破坏性，常用于在线监测或快速检测。13.B【解析】在通气发酵中，氧从气相传递到液相，液膜侧的传质阻力通常是控制步骤，占总阻力的90%以上。14.C【解析】糖浓度是状态变量，反映发酵进程；搅拌转速、冷却水流量、空气流量是操作变量。15.B【解析】青霉素属于次级代谢产物，其合成与菌体生长不偶联，主要在稳定期合成。16.B【解析】一般工业发酵罐高径比H/D在2:1到3:1之间，既有利于搅拌混合，又有利于气液传质。17.B【解析】海藻酸钠因其条件温和、无毒、成胶性好，是最常用的固定化载体。18.C【解析】消泡桨属于机械消泡，依靠物理力破碎泡沫；A、B属于化学消泡；D是工艺调整。19.A【解析】深层过滤介质（如棉花、活性炭、玻璃纤维）主要依靠拦截、惯性冲击、扩散等效应去除微粒。20.B【解析】表示菌体对底物的得率系数，即消耗1g底物生成的菌体克数。二、多项选择题1.ABCD【解析】温度、pH、溶氧、渗透压均是影响微生物生长的重要物理化学环境因素。2.ABD【解析】葡萄糖、糖蜜、淀粉水解糖是主要碳源；玉米浆是氮源。3.ABCD【解析】温度、pH、溶氧、搅拌功率（影响混合和溶氧）都是核心控制参数。4.ABC【解析】。补料分批可以解除底物抑制和葡萄糖效应，延长产物合成期，但设备利用率不一定比分批高（因发酵周期延长）。5.AB【解析】发酵热主要来源包括生物合成热（微生物代谢产生）和搅拌热（机械能转化为热能）；C和D是散热途径。6.BC【解析】抗生素、毒素、色素、生长促进素等属于次级代谢产物；氨基酸、维生素（部分）属于初级代谢产物。7.ABC【解析】预处理旨在改变流体性质（如降低黏度）、去除固形物和杂蛋白，利于后续分离提取，不直接提高产物浓度。8.ABCD【解析】超滤截留大分子，反渗透截留小分子/离子，电渗析分离带电离子，膜分离均无相变。9.ABC【解析】圆盘六叶涡轮（Rushton）、螺旋桨、桨式是发酵罐常用搅拌器；锚式常用于高黏度非牛顿流体，但在标准发酵罐中较少见。10.ABCD【解析】空气系统、设备密封、种子质量、灭菌效果均是染菌的潜在环节。三、判断题1.×【解析】不同微生物最适温度不同，甚至差异很大。2.√【解析】分批培养是封闭系统，生长、消耗和产物合成同时进行，只是速率不同。3.√【解析】溶氧电极测量的是氧分压，通常以饱和度%表示。4.×【解析】搅拌转速提高虽能增加持气量和分散度，但受限于电机功率、剪切力（打碎菌体)以及氧在液膜中的扩散速率。5.×【解析】次级代谢产物通常在稳定期（生长停止后）大量合成，属于非生长偶联型。6.√【解析】离子交换法利用电荷差异，非常适合分离氨基酸等带电小分子。7.√【解析】P/8.×【解析】乳酸菌通常是兼性厌氧或微好氧，甚至有些是耐氧菌，但不是严格好氧。9.√【解析】连续发酵达到稳态后，各参数浓度不随时间变化。10.×【解析】基因工程菌存在质粒不稳定（丢失、重排）的问题，必须施加选择压力（如抗生素）。四、填空题1.对数（或指数）2.氧体积传递系数（a）3.过滤除菌4.棒杆菌5.饱和6.氢氧化钠（或NaOH）7.生长偶联8.三（或3）9.溶剂萃取10.底（或下）11.硅藻土12.抗生素13.微生物14.机械搅拌发酵罐（或通用式发酵罐）15.厌氧16.沉降17.低18.黏度（或非牛顿流体特性）19.列管20.稳态五、名词解释1.发酵工程：指采用现代工程技术手段，利用微生物的特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术体系。它包括发酵工艺过程的设计、优化、放大和控制等内容。2.莫诺方程（MonodEquation）：描述微生物比生长速率与单一限制性底物浓度之间关系的经验动力学模型公式，即μ=，其中μ为比生长速率，为最大比生长速率，S为底物浓度，为半饱和常数。3.氧体积传递系数（a）：表征发酵过程中氧传递效率的重要参数，定义为单位时间内、单位体积发酵液中氧的传递量与推动力（饱和溶氧浓度与实际溶氧浓度之差）的比值，单位为或mi。4.次级代谢产物：指微生物在生长停止期（稳定期），利用初级代谢产物进一步合成的、对自身生长繁殖非必需的、具有特定生理功能的化合物，如抗生素、毒素、色素等。5.临界溶氧浓度（Ccrit）：指微生物的呼吸耗氧速率开始受到溶氧浓度限制时的氧浓度值。当发酵液中的溶氧浓度低于此值时，菌体的比生长速率和代谢产物的生成速率将显著下降。六、简答题1.简述微生物分批培养生长曲线各阶段的特点及其在发酵工业中的应用意义。答：（1）延滞期：特点为菌体不生长，数目不增加，但细胞代谢活跃，合成酶系。工业上应尽量缩短此期，通过接种适龄健壮种子、加大接种量等方式实现。（2）对数生长期：特点为菌体以几何级数增长，比生长速率最大且恒定，菌体生理特性一致。工业上常在此期收获初级代谢产物或作为最佳种龄。（）稳定期：特点为生长速率下降，菌体浓度达最大，活菌数恒定，次级代谢产物大量合成。工业上主要在此期生产抗生素、氨基酸等次级代谢产物。（4）衰亡期：特点为菌体死亡数超过繁殖数，细胞自溶，释放内含物。工业上应避免进入此期，防止产物分解或发酵液变质。2.影响发酵过程中氧传递速率的主要因素有哪些？并简要说明如何提高供氧能力。答：主要因素：（1）搅拌效果：影响气泡分散、液相湍流和气液接触面积。（2）空气流速：影响持气量和气泡停留时间。（3）发酵液物性：黏度、表面张力等影响气泡大小和液膜阻力。（4）温度和压力：影响氧的饱和溶解度（）和扩散系数。提高供氧能力的措施：（1）增加搅拌转速或改进搅拌器结构，以提高a。（2）适当增加通气量，但要避免气泡过大或产生“气泛”。（3）改变发酵液物性，如添加消泡剂降低表面张力，或通过工艺控制降低黏度。（4）提高罐压，增加氧分压，从而提高。3.简述补料分批培养的优点及其控制的关键点。答：优点：（1）解除底物抑制，避免高浓度底物对菌体生长的毒害。（2）解除葡萄糖效应（如Crabtree效应），控制呼吸代谢方向。（3）延长发酵周期，提高产物产量。（4）控制菌体生长速率，减少副产物生成。控制关键点：（1）补料速率：需与菌体耗糖速率匹配，维持残糖在低水平。（2）补料成分：根据产物合成需求调整碳氮比。（3）补料时机：确定开始补料的时间点（通常在对数生长期后期）。4.发酵过程中温度对微生物生长有何影响？工业发酵中如何选择和控制温度？答：影响：（1）影响酶活性：在最适温度下酶活性最高，温度过高失活，过低反应慢。（2）影响代谢途径：改变产物合成方向（如温度高利于菌体生长，温度低利于产物合成）。（3）影响发酵液物理性质：如黏度、氧传递系数。选择与控制：（1）选择原则：根据菌种特性（最适生长温度、最适产物合成温度）确定。对于生长偶联型，选最适生长温度；对于非生长偶联型，采用分段变温控制（前期生长控高温，后期合成控低温）。（2）控制方法：通过发酵罐夹套或蛇管通入冷水或蒸汽进行换热，利用温度传感器反馈调节。4.简述发酵过程中泡沫产生的原因及其危害，常用的消泡方法有哪些？答：原因：（1）培养基成分：如蛋白质、多糖等表面活性物质。（2）通气搅拌：气体在液面被搅动形成泡沫。（3）菌体代谢：产生具有起泡特性的代谢产物。危害：（1）降低发酵罐装料系数，影响产量。（2）泡沫溢出导致跑料和染菌。（3）阻碍气液接触，影响氧传递。消泡方法：（1）机械消泡：利用消泡桨、超声波等物理方法破碎泡沫，优点是不引入外来物质。（2）化学消泡：添加天然油脂（豆油等）或聚醚类化学消泡剂，通过降低表面张力破泡，效果好但可能影响提取或菌体代谢。6.简述基因工程菌发酵工艺的特殊性及控制策略。答：特殊性：（1）质粒不稳定性：发酵过程中易发生质粒丢失或结构变异。（2）高表达负荷：外源蛋白高表达消耗大量能量和前体，影响菌体生长。（3）代谢通量改变：可能导致代谢副产物积累。控制策略：（1）施加选择压力：在培养基中加入抗生素，使丢失质粒的细胞无法生长。（2）两阶段培养：生长期抑制表达（如使用温度敏感型启动子，30℃生长），合成期诱导表达（42℃诱导），平衡生长与生产。（3）优化培养基：补充特定的前体物质、辅助因子，或使用限制性底物控制比生长速率。七、计算题1.解：(1)计算搅拌功率P。搅拌转速N=根据功率公式：P代入数据：PPP(2)计算单位体积功率输入P/P(3)估算放大后的搅拌转速。放大倍数：体积比/=由于几何相似，线性尺寸比/=放大准则：保持P/因为P∝，所以P故(==已知/=，则/=≈≈答：搅拌功率为78.125kW；单位体积功率输入为7.8125kW2.解：(1)比生长速率关系式为：μ(2)当S=μ(3)求菌体浓度X。底物消耗量ΔS根据得率系数定义=（假设无内源代谢，即所有底物均转化为菌体）。菌体增量ΔX最终菌体浓度X=答：(1)关系式为μ=0.5；(2)比生长速率为0.25

八、综合分析与应用题1.答：(1)原因分析：菌种方面：菌种可能发生退化，产酸能力下降；或者菌体生长过于旺盛，导致糖转化为菌体而非谷氨酸。培养基方面：生物素含量过高（导致菌体生长过快，细胞膜通透性差，谷氨酸无法排出）；磷盐含量过高（促进菌体生长，抑制产酸）；或者缺乏合成谷氨酸所需的某些因子（如铵离子不足）。工艺控制方面：溶解氧供应不足（谷氨酸生产是好氧过程