2026发酵工程考试题库及答案

2026发酵工程考试题库及答案一、单项选择题1.在发酵工业中，最常用的灭菌方法是（）。A.紫外线灭菌B.化学药剂灭菌C.过滤除菌D.高压蒸汽灭菌2.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3.在分批发酵过程中，菌体生长的延滞期产生的主要原因是（）。A.营养物质耗尽B.抑制性产物积累C.菌体需要适应新环境及合成新的酶D.溶解氧供应不足4.搅拌器在发酵罐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.直接提供微生物生长所需的能量5.下列关于氧的传递系数a的说法，错误的是（）。A.a是评价发酵罐通气效率的重要参数B.a随搅拌转速的增加而增加C.a随通气量的增加而单调递增D.a受发酵液物理性质（如粘度）的影响6.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.菌体浓度达到最大B.产物的生成速率最大C.发生“洗脱”现象，菌体被冲出D.底物利用率最高7.对于产物形成与菌体生长偶联的类型（生长偶联型），产物的形成速率主要取决于（）。A.菌体的比生长速率B.底物的消耗速率C.发酵液的pH值D.菌体的浓度8.丝状菌发酵（如青霉素发酵）中，发酵液的流变学特性通常表现为（）。A.牛顿流体B.塑性流体C.假塑性流体D.胀塑性流体9.在发酵过程控制中，为了补偿因酸碱积累导致的pH变化，最常用的方法是（）。A.改变通气量B.改变搅拌转速C.流加酸或碱，并联动流加碳源/氮源D.改变温度10.下列哪种传感器通常用于在线测量发酵过程中的溶解氧浓度？（）A.pH电极B.热电偶D.质谱仪11.在微生物生长动力学中，倍增时间与比生长速率μ的关系是（）。A.=B.=C.=D.=12.为了提高发酵罐的氧传递速率，在操作上通常采取的措施是（）。A.降低搅拌转速B.降低通气量C.增加搅拌转速和通气量D.升高罐压13.基质抑制动力学中，当底物浓度极高时，菌体的比生长速率μ趋向于（）。A.B.0C.无穷大D.14.在放大发酵罐时，为了保证相同的氧传递效果，通常以（）相等作为放大准则。A.单位体积功率输入(P/B.搅拌转速(N)C.发酵罐体积(V)D.叶轮线速度15.补料分批发酵相对于分批发酵的主要优势在于（）。A.操作简单B.可以解除底物抑制或产物抑制，延长发酵周期C.菌体生长速率恒定D.设备投资少16.发酵热的主要来源不包括（）。A.微生物代谢产生的热B.搅拌热C.蒸发散热D.冷却水夹套带走的热量17.空气在进入发酵罐之前必须经过除菌处理，最常用的除菌流程是（）。A.冷却->加热->绝对过滤B.加热->冷却->绝对过滤C.压缩->冷却->加热->绝对过滤D.绝对过滤->加热->冷却18.在酵母培养中，若发生“Crabtree效应”，意味着（）。A.即使在有氧条件下，高浓度葡萄糖也会导致乙醇生成B.酵母只能在厌氧条件下生长C.酵母发生了噬菌体感染D.溶解氧浓度过高19.下列关于呼吸商（RQ）的描述，正确的是（）。A.RQ=消耗的CO2摩尔数/释放的O2摩尔数B.RQ=释放的O2摩尔数/消耗的CO2摩尔数C.RQ=释放的CO2摩尔数/消耗的O2摩尔数D.RQ=消耗的O2摩尔数/释放的CO2摩尔数20.在发酵下游处理中，对于胞内产物的提取，首要步骤通常是（）。A.沉淀B.细胞破碎C.色谱分离D.结晶二、多项选择题1.影响微生物生长的主要环境因子包括（）。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.淀粉D.玉米浆3.关于分批发酵的描述，正确的有（）。A.发酵过程中不补加任何物质B.微生物处于非稳态生长C.操作简单，不易染菌D.适合初级代谢产物的生产4.发酵罐搅拌的主要目的包括（）。A.混合固液相，防止菌体沉降B.分散气泡，增加气液接触面积C.强化传热D.剪切菌丝，促进菌体生长5.引起发酵液泡沫增多的原因包括（）。A.培养基中含有蛋白质B.微生物代谢产生气体C.搅拌过于剧烈D.通气量过大6.发酵过程优化的主要目标包括（）。A.提高产物产量B.提高产物得率C.缩短发酵周期D.降低生产成本7.常用的发酵罐类型有（）。A.机械搅拌发酵罐B.气升式发酵罐C.鼓泡发酵罐D.固态发酵罐8.微生物代谢产物抑制的类型包括（）。A.底物抑制B.产物抑制C.自溶抑制D.前体抑制9.在发酵过程检测中，属于离线检测的参数有（）。A.菌体浓度（干重）B.残糖浓度C.产物浓度D.溶解氧浓度（DO）10.发酵工业中，种子制备的主要目的是（）。A.增加菌体数量B.诱导产酶C.保证菌种的纯度D.缩短发酵延滞期三、填空题1.发酵工程是指利用微生物的______功能，通过现代工程技术手段，生产有用代谢产物或生物制品的技术过程。2.在微生物生长曲线中，菌体生长速率最快且菌体浓度呈对数增长的阶段称为______期。3.描述氧从气相传递到液相微生物细胞表面的双膜理论中，主要的阻力集中在______膜和液膜。4.发酵液的粘度随菌体浓度的增加而______，这会导致氧传递系数a______。5.Monod方程表达式为μ=，其中称为______常数，当S=时，μ6.在发酵罐放大过程中，若保持a恒定，对于高粘度发酵液，搅拌功率输入（P/V）通常会______。7.常用的消泡方法包括机械消泡和______消泡。8.在连续发酵中，当稀释率D=9.产热与耗氧的比值称为______，它反映了微生物代谢的途径特征。10.基因工程菌发酵过程中，为了防止质粒丢失，通常在培养基中加入______。四、判断题1.只要温度适宜，嗜冷菌也能在高温下生长。（）2.在分批发酵中，菌体的比生长速率μ是恒定不变的。（）3.搅拌功率与搅拌转速的三次方成正比（P∝4.空气过滤除菌的效率主要取决于过滤介质的孔隙率和厚度。（）5.所有的微生物发酵都需要严格控制溶解氧浓度。（）6.补料分批发酵可以完全解除底物抑制。（）7.发酵液的pH值通常会随着发酵进程的进行而自然保持恒定。（）8.溶氧电极测量的实际上是发酵液中的氧分压，而非氧的绝对含量。（）9.对于好氧发酵，通气量越大越好。（）10.微生物的次级代谢产物通常在稳定期大量合成。（）五、名词解释1.发酵工程2.比生长速率3.氧传递系数(a)4.补料分批发酵5.呼吸商(RQ)6.稀释率7.临界溶解氧浓度8.次级代谢产物六、简答题1.简述微生物生长的四个时期及其特点。2.影响氧传递系数(a)的主要因素有哪些？并说明如何提高发酵过程中的供氧能力。3.试比较分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的优缺点。4.简述发酵过程中温度对微生物生长的影响，以及工业发酵中温度控制的原则。5.什么是代谢工程？它在发酵过程优化中起什么作用？6.简述发酵罐搅拌器的类型及其适用范围。七、计算与分析题1.在一个10L的机械搅拌发酵罐中进行分批培养，初始菌体浓度=0.1g/(1)该菌的比生长速率μ；(2)倍增时间；(3)若继续培养至6小时，菌体浓度预计为多少？2.某发酵过程的氧传递速率可用公式OTR=a((1)若当前发酵液中的溶解氧浓度=0.05

mol/L，测得氧摄取速率OU(2)若菌体比生长速率增加，导致OUR增加到0.015

mol/(L·h)3.在一个10的发酵罐中进行连续培养，Monod方程参数为=0.5，=1.0g/L。进料底物浓度(1)试推导稳态下菌体浓度X和底物浓度S与稀释率D的关系式；(2)计算当稀释率D=(3)求该系统的最大稀释率（即洗脱点）。4.某抗生素发酵采用补料分批操作，流加底物为葡萄糖，初始体积=1000L，初始糖浓度=50g/L。发酵过程中以恒定流速F=100L八、参考答案及解析一、单项选择题1.D[解析]高压蒸汽灭菌是发酵工业中最基础、最可靠的灭菌方法，能杀死包括芽孢在内的所有微生物。2.A[解析]Monod方程是描述底物浓度对比生长速率影响的经典动力学方程。3.C[解析]延滞期是微生物接种到新环境后的适应阶段，需要合成新的酶系并调整代谢。4.D[解析]搅拌器提供的是混合和传递动力，能量来自电机，而非直接提供生物能。5.C[解析]通气量过大时，气泡可能发生聚并，且搅拌器可能发生“气泛”，导致a反而下降或不再增加。6.C[解析]当D>7.A[解析]生长偶联型产物（如乙醇、某些氨基酸）的生成直接与菌体生长速率相关。8.C[解析]丝状菌发酵液通常呈现非牛顿流体特性，多为假塑性流体（剪切变稀）。9.C[解析]工业上通过流加酸碱调节pH，同时根据pH变化联动补料（如补糖或氨水）。10.C[解析]复膜氧电极是测量溶解氧的标准电化学传感器。11.B[解析]根据对数生长定律=，倍增时间=ln12.C[解析]增加搅拌转速打碎气泡，增加通气量增加气泡数量，两者均能提高a。13.B[解析]底物抑制模型（如Haldane方程）中，极高底物浓度会使酶活性中心饱和或变性，导致μ→14.A[解析]氧传递控制通常以a相等为准则，而a与单位体积功率输入(P/15.B[解析]补料分批可以控制底物浓度在低水平，解除底物抑制，并延长产物合成期。16.D[解析]冷却水带走热量是散热途径，不是发酵热来源。17.C[解析]压缩产生高温，需冷却；冷却后空气相对湿度饱和，需加热防止水滴进入过滤器；最后经绝对过滤除菌。18.A[解析]Crabtree效应指酵母在高糖条件下，即使有氧，也进行发酵产乙醇，抑制呼吸作用。19.C[解析]呼吸商定义为释放的CO2与消耗的O2的摩尔比。20.B[解析]胞内产物必须先破碎细胞壁才能释放出来进行后续提取。二、多项选择题1.ABCD[解析]这四项均为影响微生物生长的关键物理化学环境因子。2.ABC[解析]玉米浆是氮源，其余为碳源。3.ABC[解析]分批发酵是非稳态过程，操作简单；初级和次级代谢产物均可生产，但D项不够准确，补料分批更适合次级代谢产物。4.ABC[解析]搅拌主要作用是混合、分散气泡、传热；剪切菌丝是副作用，有时有利有时有害，不是主要设计目的。5.ABCD[解析]培养基成分、代谢气体、搅拌和通气均会导致泡沫产生。6.ABCD[解析]发酵优化的核心是高产率、高得率、高浓度和低成本。7.ABCD[解析]均为常见的发酵反应器类型。8.AB[解析]发酵工程中主要关注底物抑制和产物抑制。9.ABC[解析]残糖、菌体干重、产物浓度通常需取样化验，属于离线检测；DO属于在线检测。10.ACD[解析]种子制备主要为了获得足量、健壮、纯种的接种液。三、填空题1.代谢（或生物化学）2.对数生长期（或指数期）3.气4.增加（或升高）；降低（或减小）5.饱和（或半饱和）；0.56.增大7.化学（或添加消泡剂）8.最大值9.热熵（或呼吸商RQ，此处指代谢热与耗氧的相关性，填“呼吸商”亦可，但更准确的是指氧化产生热的关系，题目若指“产热/耗氧”通常与RQ相关）10.抗生素（或选择压力）四、判断题1.错[解析]嗜冷菌有特定的温度适应范围，高温会使其失活。2.错[解析]分批发酵中，环境条件不断变化，μ是变化的，仅在指数期近似恒定。3.对[解析]在湍流区，搅拌功率P∝4.对[解析]介质过滤除菌主要依靠拦截、惯性碰撞、扩散等机制，取决于介质特性。5.错[解析]厌氧发酵不需要供氧。6.错[解析]补料分批可以缓解但不能完全解除底物抑制（除非补料控制极其精准），且不能解除产物抑制。7.错[解析]代谢产生酸或碱，pH会自然波动。8.对[解析]溶氧电极测量的是氧分压，通常以%饱和度表示。9.错[解析]过大通气量会导致泡沫增多、逃液、浪费能源，甚至造成“气泛”降低a。10.对[解析]次级代谢产物通常在菌体生长停止后的稳定期大量合成。五、名词解释1.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（如生物反应器、检测控制等），在受控条件下进行大规模培养微生物，以生产有用代谢产物或生物制品的技术过程。2.比生长速率：指单位时间内单位质量菌体所增加的菌体量，是描述微生物生长速度的重要动力学参数，单位通常为。3.氧传递系数(a)：反映氧从气相传递到液相的难易程度的参数，是液膜传质系数与比表面积a的乘积，单位为或mi。4.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（但不清除发酵液），直到发酵结束后再放罐的一种操作模式。5.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的比值，可用于分析微生物代谢途径。6.稀释率：在连续发酵中，单位时间内加入的新鲜培养基体积占发酵罐内反应液总体积的比值，单位为。7.临界溶解氧浓度：指不影响微生物呼吸代谢（即不影响菌体生长速率）的最低溶解氧浓度。8.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产物（如抗生素、毒素、色素等）。六、简答题1.简述微生物生长的四个时期及其特点。延滞期：菌体不立即生长，需适应环境，合成酶类，菌数不增加，生长速率为0。对数生长期：菌体以最大比生长速率生长，菌体浓度呈指数增长，代谢旺盛，酶活性高。稳定期：营养消耗，代谢产物积累，生长速率等于死亡速率，活菌数达最大，次级代谢产物开始合成。衰亡期：营养耗尽，有毒产物积累，死亡速率大于生长速率，菌体自溶，形态畸形。2.影响氧传递系数(a)的主要因素有哪些？并说明如何提高发酵过程中的供氧能力。影响因素：(1)操作变量：搅拌转速、通气量、罐压。(2)流体物性：发酵液粘度、表面张力、扩散系数。(3)反应器结构：搅拌器类型、挡板、空气分布器。提高供氧能力的方法：(1)增加搅拌转速：打碎气泡，增加湍流，减小液膜厚度。(2)增加通气量：增加气泡数量和接触面积（但需防止气泛）。(3)改变通气组分：富氧通气或增加罐压（提高）。(4)改变发酵液性质：如添加消泡剂降低表面张力，或通过育种改变菌体形态降低粘度。3.试比较分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的优缺点。分批发酵：优点：操作简单，不易染菌，投资少。缺点：非稳态，存在底物抑制，设备利用率低。补料分批发酵：优点：可解除底物抑制，延长产物合成期，转化率高。缺点：操作相对复杂，需控制补料策略。连续发酵：优点：稳态操作，便于控制，设备利用率高，产品质量均一。缺点：易染菌，菌种易发生变异，对下游处理连续性要求高。4.简述发酵过程中温度对微生物生长的影响，以及工业发酵中温度控制的原则。影响：温度影响酶活性、代谢途径、发酵液物理性质。在最适温度下生长最快；过高导致酶失活、菌体自溶；过低代谢缓慢。控制原则：(1)根据菌种生长和产物合成的不同最适温度，选择“二段温度控制”：生长阶段控制生长最适温度，产物合成阶段控制产物合成最适温度。(2)考虑发酵热的变化，通过冷却水或加热装置维持恒温。(3)考虑温度对溶解氧的影响（温度升高，下降）。5.什么是代谢工程？它在发酵过程优化中起什么作用？定义：代谢工程是通过定向修饰生物体内的代谢网络（如基因敲除、过表达），改变代谢流和通量，以优化产物性状的学科。作用：(1)增加目标产物的代谢流。(2)阻断副产物的生成途径。(3)引入新的代谢途径合成新产物。(4)提高菌体对底物的利用率和耐受性。6.简述发酵罐搅拌器的类型及其适用范围。Rushton涡轮（圆盘六叶涡轮）：径向流为主，剪切力大，分散气泡效果好，适用于好氧发酵，特别是高粘度发酵。螺旋桨：轴向流为主，混合循环好，剪切力小，适用于低粘度、需循环好的发酵（如酵母培养）。弯叶涡轮/箭叶涡轮：介于径向和轴向之间，功率消耗比Rushton低，剪切力适中，适用于一般的微生物发酵。七、计算与分析题1.解：(1)根据分批培养动力学方程=，代入数据：2.525lnμ(2)倍增时间=(3)计算6小时时的菌体浓度：=答：(1)比生长速率为0.805；(2)倍增时间为0.86h；(3)6小时后菌体浓度预计为12.52.解：(1)已知OTR=0.0080.008a(2)当OU0.0150.21=由于溶解氧浓度不可能为负值，且计算所得<(0.02

mol/L)，说明供氧已无法满足需求，出现严重的缺氧限制，实际将趋向于0。答：(1)a为0.05；(2)此时会出现严重的缺氧限制，溶解氧将成为限制性因素。3.解：(1)连续发酵稳态物料平衡方程：菌体平衡：μ底物平衡：D结合Monod方程μ=，即可得底物浓度S将S代入底物平衡方程，可得菌体浓度X=(2)当D=SX(3)最大稀释率（洗脱点）发生在底物浓度S→时，或者数学上D严格来说，当S趋近于时，μ达到最大。=(注：若不考虑底物限制对最大比生长速率的影响，简单模型常取≈，但此处按Monod方程推导，应代入计算。若≫，则≈。)答：(1)S=,X=(S)4.解：这是一个简化的补料分