2026年发酵工程的试题及答案

2026年发酵工程的试题及答案一、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.磷酸二氢钾2.灭菌的目的是为了杀灭或除去物料中所有的（）。A.芽孢B.营养细胞C.微生物D.杂质3.在分批培养中，细菌比生长速率μ达到最大时的时期是（）。A.延滞期B.对数生长期C.稳定期D.衰亡期4.下列关于米氏方程V=A.值等于酶促反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度B.是酶被底物饱和时的反应速度C.该方程描述的是底物浓度与反应速度的关系D.该方程适用于所有类型的酶促反应机制5.在通风发酵设备中，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.使发酵液均匀混合C.促进热量传递D.完全替代空气压缩机提供溶氧6.氧在培养液中的溶解度远低于在空气中的溶解度，在25℃、1个大气压下，纯水中氧的饱和浓度约为（）。A.0.2mmol/LB.8mmol/LC.20mmol/LD.1.2mmol/L7.下列哪种灭菌方法常用于不耐热培养基的灭菌？（）A.火焰灭菌B.干热灭菌C.过滤除菌D.间歇灭菌8.Monod方程描述的是（）。A.产物生成速率与底物消耗速率的关系B.比生长速率与限制性底物浓度的关系C.细胞生长速率与产物浓度的关系D.底物消耗速率与细胞浓度的关系9.在发酵过程中，当溶氧浓度（DO）突然大幅度上升，可能的原因是（）。A.污染了杂菌B.菌体剧烈呼吸C.搅拌功率下降D.粘度增加10.下列参数中，不能通过在线传感器直接测量的是（）。A.pH值B.温度C.溶氧浓度（DO）D.菌体浓度11.对于好氧发酵，呼吸商（RQ）定义为（）。A.C生成速率/消耗速率B.消耗速率/C生成速率C.C生成速率/底物消耗速率D.消耗速率/底物消耗速率12.在分批补料培养中，其主要优点是（）。A.设备投资少B.可以解除底物抑制或产物抑制C.培养周期短D.容易染菌13.下列哪种阀门常用于发酵罐的空气管道中，以防止培养基倒流？（）A.球阀B.蝶阀C.单向阀D.截止阀14.气升式发酵罐与机械搅拌发酵罐相比，其特点是（）。A.剪切力大，适合丝状菌B.混合均匀，能耗低C.结构复杂，操作困难D.溶氧效率极低15.在发酵热计算中，生物合成热是指（）。A.搅拌产生的热量B.蒸发带走的热量C.细胞合成代谢释放的热量D.辐射散失的热量16.下列关于亚硫酸盐氧化法测定a的描述，正确的是（）。A.利用了亚硫酸盐被氧氧化成硫酸盐的快速反应B.反应速度极慢，需要催化剂C.测定的是发酵过程中的实际aD.不需要铜离子作为催化剂17.丝状真菌发酵过程中，发酵液流变性质通常表现为（）。A.牛顿流体B.塑性流体C.胀塑性流体D.假塑性流体18.发酵罐的几何尺寸中，高径比（H/D）通常选择（）。A.1:1B.2:1~3:1C.5:1D.10:119.在下游加工过程中，细胞破碎的目的是（）。A.分离细胞与发酵液B.释放胞内产物C.浓缩产物D.去除杂质20.连续培养中，当稀释率D大于最大比生长速率时，会发生（）。A.洗出现象B.细胞浓度达到最大C.产物生成速率最大D.发酵处于稳定状态二、多项选择题（本大题共5小题，每小题3分，共15分。在每小题给出的四个选项中，有二至四项是符合题目要求的。多选、少选、错选均不得分）21.影响微生物生长的主要环境因子包括（）。A.温度B.pH值C.溶氧D.光照22.发酵工业中常用的空气除菌流程包括（）。A.粗过滤器B.空气压缩机C.冷却器D.总过滤器（精过滤器）23.典型的发酵过程参数检测可以分为（）。A.物理参数B.化学参数C.生物参数D.操作参数24.关于补料分批培养，下列说法正确的有（）。A.可以控制菌体的比生长速率B.可以延长发酵周期，提高产量C.适合于存在底物抑制的产物合成D.必须在发酵一开始就连续流加底物25.发酵液预处理的主要目的是（）。A.改变发酵液的物理性质B.去除部分杂质C.提高固液分离效率D.直接提取高纯度产品三、填空题（本大题共20空，每空1分，共20分）26.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。27.灭菌公式中的值是指在121℃下的__________，通常标准要求为>__________分钟。28.在氧传递过程中，总阻力等于液膜阻力与__________阻力之和。29.发酵罐的搅拌功率计算通常采用__________公式，通气搅拌功率通常__________（填“大于”或“小于”）未通气搅拌功率。30.临界溶氧浓度（C）是指当溶氧浓度低于此值时，__________。31.莫诺方程中的称为__________，称为__________常数。32.在发酵工程中，常用的单位体积发酵液搅拌功率输入范围一般为__________。33.发放罐的接种量一般为发酵罐体积的__________%。34.代谢调控分为诱导与阻遏，其中乳糖可以诱导大肠杆菌合成__________酶。35.常用的细胞破碎方法包括物理法、化学法和__________法。36.在连续发酵中，稀释率D的定义是__________，其单位是__________。37.气体通过塔式反应器的流动状态主要有__________流和__________流。38.发酵过程的pH控制通常采用流加__________或__________来调节。39.对于牛顿型流体，其粘度与剪切速率__________（填“有关”或“无关”）。40.发酵液的最终下游提取一般包括沉淀、萃取、__________和结晶等步骤。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“×”）41.所有微生物的最适生长温度都是37℃。（）42.在分批培养中，限制性底物消耗完毕时，菌体生长立即停止。（）43.机械搅拌通风发酵罐的搅拌叶桨通常采用径向流搅拌桨，如Rushton桨。（）44.过滤除菌可以去除培养基中的所有病毒。（）45.发酵过程中的搅拌转速越快，溶氧效果一定越好。（）46.青霉素发酵属于初级代谢产物发酵。（）47.连续发酵容易发生菌种变异，因此在工业生产中应用不如分批发酵广泛。（）48.离子交换法提取抗生素时，pH值的选择对提取效率没有影响。（）49.发酵罐的冷却夹套或蛇管主要是为了移除生物合成热和搅拌热。（）50.在发酵工程中，表示生成细胞的重量与消耗底物的重量之比。（）五、名词解释（本大题共5小题，每小题4分，共20分）51.发酵工程52.临界溶氧浓度（C）53.稀释率（D）54.氧传递系数（a）55.补料分批培养六、简答题（本大题共4小题，每小题10分，共40分）56.简述微生物分批培养中生长曲线各时期的特点及工程控制策略。57.简述影响发酵罐氧传递速率（OTR）的主要因素，并说明如何提高溶氧效率。58.简述发酵过程中染菌的常见原因及主要防治措施。59.比较分批培养、补料分批培养和连续培养的优缺点。七、计算题（本大题共2小题，每小题15分，共30分）60.在一个10m³的机械搅拌发酵罐中进行酵母培养，发酵液粘度接近水。已知搅拌转速为150r/min，搅拌桨直径为1.2m，发酵液密度为1000kg/m³，未通气时的搅拌功率准数为5.0。请计算未通气时的搅拌功率。若通气后，通气搅拌功率为未通气功率的60%，试求通气搅拌功率。（注：功率计算公式P=ρ）61.某微生物在连续搅拌罐反应器（CSTR）中进行恒化器培养。已知Monod方程参数为：=0.8，=0.5

g/L。基质（底物）进料浓度=(1)当稀释率D=0.4时，反应器出口处的细胞浓度X和残糖浓度(2)该反应器的临界稀释率是多少？八、综合分析题（本大题共1小题，共25分）62.某抗生素发酵工厂在生产过程中发现，近期某型号发酵罐的产量波动较大，且经常出现“前期溶氧过低，后期溶氧反弹”的现象。同时，取样发现发酵液粘度异常升高。作为发酵工程师，请结合发酵工程原理，分析可能导致该现象的原因，并提出相应的工艺改进方案及设备调整建议。参考答案及解析一、单项选择题1.【答案】B【解析】葡萄糖是发酵工业中最常用的碳源，因为它利用快，虽然淀粉和糖蜜也是常用碳源，但葡萄糖是最基本的速效碳源。蛋白质是氮源，硫酸铵是氮源，磷酸二氢钾是无机盐/磷源。2.【答案】C【解析】灭菌是指杀灭或除去物料中所有的微生物（包括营养细胞、芽孢、真菌、病毒等），以达到无菌状态。3.【答案】B【解析】在对数生长期，菌体生长速率达到最大，比生长速率μ保持恒定且达到最大值。4.【答案】D【解析】米氏方程仅适用于单底物酶促反应，且假设生成中间复合物很快达到平衡，不适用于所有类型的酶促反应（如别构酶等）。5.【答案】D【解析】搅拌器的作用包括打碎气泡、混合液相、传热。它不能替代空气压缩机，它只能分散通入的空气，无法产生高压空气。6.【答案】A【解析】在25℃、1个大气压下，纯水中氧的饱和浓度约为0.2~0.3mmol/L（约8ppm）。8mmol/L明显过高，20mmol/L和1.2mmol/L也不准确。7.【答案】C【解析】过滤除菌利用微孔滤膜拦截微生物，不产生热量，适用于不耐热培养基（如抗生素、酶制剂、血清等）的除菌。8.【答案】B【解析】Monod方程是描述微生物比生长速率μ与限制性底物浓度S之间关系的经验动力学模型，即μ=9.【答案】A【解析】溶氧（DO）突然大幅度上升，说明耗氧量急剧下降。可能原因包括菌体死亡、耗氧途径受阻，或者污染了耗氧能力极低的杂菌（如某些厌氧菌或产酸菌导致菌体自溶）。搅拌功率下降会导致DO下降；粘度增加也会导致DO下降。10.【答案】D【解析】pH、温度、溶氧浓度（DO）均有成熟的在线传感器。菌体浓度通常需要通过离线方法（如干重法、光密度法）测定，或者通过软测量技术间接估算，没有直接的物理传感器。11.【答案】A【解析】呼吸商（RQ）定义为二氧化碳生成速率与氧气消耗速率之比，即RQ12.【答案】B【解析】补料分批培养的核心优势在于可以控制发酵液中的底物浓度，从而解除底物抑制或葡萄糖效应，也可以延长发酵周期，提高次级代谢产物产量。13.【答案】C【解析】单向阀（止逆阀）允许流体（空气）向一个方向流动，防止倒流，常用于空气管路防止培养基倒流进入空气系统。14.【答案】B【解析】气升式发酵罐利用气流带动循环，剪切力相对较小，混合均匀，结构简单，能耗通常低于机械搅拌罐。适合于对剪切力敏感的细胞（如动植物细胞、某些丝状菌）。15.【答案】C【解析】生物合成热是微生物在生长繁殖和合成代谢过程中释放的热量，是发酵热的主要来源之一。搅拌产生的是搅拌热。16.【答案】A【解析】亚硫酸盐氧化法利用亚硫酸根离子在铜离子催化下与氧发生极快反应的原理，测定氧的体积传递系数a。由于反应极快，液膜阻力成为控制步骤。17.【答案】D【解析】丝状真菌（如青霉菌、曲霉菌）在生长过程中形成菌丝体，使发酵液呈现非牛顿流体特性，通常表现为假塑性流体（剪切变稀）。18.【答案】B【解析】发酵罐的高径比（H/D）通常在2:1到3:1之间，这有利于增加气液接触时间和溶氧效率。19.【答案】B【解析】细胞破碎的主要目的是打破细胞壁和细胞膜，释放胞内产物（如胞内酶、重组蛋白等）。20.【答案】A【解析】在连续培养中，当稀释率D>二、多项选择题21.【答案】ABC【解析】影响微生物生长的主要环境因子包括温度、pH值、溶氧、底物浓度等。光照仅对光合微生物（如藻类）是主要因子，并非对所有微生物普遍适用。22.【答案】ABCD【解析】标准的空气除菌流程包括：粗过滤器（去除大颗粒）、空气压缩机（升高温度和压力）、冷却器（降温）、油水分离器、储气罐、总过滤器（精过滤器，除菌）。23.【答案】ABC【解析】发酵参数检测通常分为物理参数（温度、压力、搅拌转速等）、化学参数（pH、DO、基质产物浓度等）和生物参数（菌体浓度、酶活等）。24.【答案】ABC【解析】补料分批培养可以控制菌体比生长速率，延长发酵周期，解除底物抑制。它不是一开始就连续流加，而是根据需要流加。25.【答案】ABC【解析】预处理的主要目的是改变发酵液的物理性质（如降低粘度、过滤助剂絮凝）、去除部分杂质（无机盐、蛋白质）、提高固液分离效率。直接提取高纯度产品是后续提取精制阶段的任务。三、填空题26.【答案】对数生长期（指数期）27.【答案】灭菌时间（或当量灭菌时间）；15（或10~15范围）28.【答案】气膜29.【答案】P=30.【答案】比生长速率受到限制（或菌体呼吸速率受到限制）31.【答案】最大比生长速率；半饱和32.【答案】1~5（或0.5~10）33.【答案】5~20（或10）34.【答案】β-半乳糖苷35.【答案】生物（或酶解）36.【答案】单位时间内加入的新鲜培养基体积与发酵罐有效体积之比（或F/V）；（或137.【答案】塞；泡38.【答案】酸；碱（或氨水/尿素/酸/碱）39.【答案】无关40.【答案】层析（或色谱）四、判断题41.【答案】×【解析】不同微生物的最适生长温度不同，嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌的最适温度差异巨大，并非都是37℃。42.【答案】√【解析】根据Monod动力学，当限制性底物耗尽（S=0）时，比生长速率43.【答案】√【解析】Rushton桨（圆盘六叶涡轮桨）是典型的径向流搅拌桨，常用于发酵罐，产生较强的剪切力和径向流动。44.【答案】×【解析】一般的微孔滤膜孔径在0.22μm左右，只能截留细菌和真菌等较大的微生物，无法去除病毒（病毒尺寸更小）。去除病毒需要更小的孔径或特殊方法。45.【答案】×【解析】搅拌转速增加确实能提高溶氧系数，但超过一定限度后，搅拌桨会形成“气穴”，功率下降，且剪切力过大可能损伤细胞，且能耗增加，并非“一定”越好。46.【答案】×【解析】青霉素属于次级代谢产物，在菌体生长稳定期大量合成。初级代谢产物如氨基酸、核苷酸等。47.【答案】√【解析】连续培养由于长期处于增殖状态，容易发生高产菌株的变异或退化，且杂菌污染风险大，因此在工业生产中不如分批补料应用广泛。48.【答案】×【解析】离子交换法提取抗生素时，pH值直接影响抗生素分子的解离状态（带电荷情况），从而影响与树脂的结合能力，因此pH值至关重要。49.【答案】√【解析】发酵过程中产生大量的生物合成热和搅拌机械热，必须通过冷却夹套或蛇管及时移走，以维持恒温。50.【答案】√【解析】定义为细胞生成量与底物消耗量的比值，即对底物的细胞得率系数。五、名词解释51.【答案】发酵工程：是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。它包括上游工程（菌种选育、培养基设计）、中工程（发酵过程控制）和下游工程（分离纯化）。52.【答案】临界溶氧浓度（C）：指在发酵过程中，当发酵液中的溶氧浓度低于某一数值时，微生物的比生长速率或呼吸强度开始显著下降，该溶氧浓度值称为临界溶氧浓度。它是维持微生物正常生长所需的最低溶氧水平。53.【答案】稀释率（D）：在连续发酵中，稀释率（DilutionRate,D）定义为单位时间内加入的新鲜培养基体积与发酵罐内发酵液有效体积之比，即D=F/54.【答案】氧传递系数（a）：表征发酵罐中氧传递能力的重要参数，是液膜传质系数（）与比表面积（a）的乘积。它反映了氧从气相传递到液相的总体积传递速率，单位为或。a越大，氧传递效率越高。55.【答案】补料料分批培养：是指在分批培养过程中，间歇地或连续地补加一种或多种营养成分（但不出料），直到发酵结束后才放出培养液的一种操作方式。该方式可以解除底物抑制、延长产物合成期、提高产量。六、简答题56.【答案】微生物分批培养生长曲线各时期特点及控制策略：(1)延滞期：特点：菌体不生长或生长极慢，细胞内酶系正在适应新环境，菌体数量不增加。策略：种子质量要好，接种量要适当，培养基成分应尽量接近种子培养基，以缩短延滞期。(2)对数生长期：特点：菌体以最大比生长速率进行指数生长，代谢旺盛，酶活性高。策略：提供充足的营养和适宜的环境（T,pH,DO），促进菌体快速生长，尽快达到发酵所需的菌体量。(3)稳定期：特点：菌体生长速率下降，净生长速率为零，菌体浓度达到最大。次级代谢产物开始大量合成，初级代谢产物生成减少。策略：这是产物合成的重要阶段。应严格控制参数（如限制碳源、调节pH、补加前体），促进产物合成，维持菌体活性。(4)衰亡期：特点：菌体死亡速率大于生长速率，活菌数下降，细胞形态改变，释放胞内酶，产物可能被降解。策略：对于初级代谢产物发酵，应在衰亡期前结束发酵；对于某些次级代谢产物，可适当延长以获取更多产物，但需防止产物降解。57.【答案】影响氧传递速率（OTR）的主要因素及提高溶氧效率的方法：氧传递速率公式为：OTR=影响因素主要包括：1.a（体积传递系数）：受搅拌、通气、流体物性影响。2.推动力()3.发酵液物性：粘度、表面张力等。提高溶氧效率的方法：(1)增加搅拌转速：打碎气泡，增加气液接触面积a，减小液膜厚度，增大，从而提高a。(2)增加通气量：增加气泡数量，增加比表面积a，同时增加（通过增加罐压）。(3)改变搅拌桨类型：使用径向流与轴向流组合的搅拌桨，改善整体循环，避免气泡聚集。(4)增加罐压：提高氧分压，从而增加饱和溶氧浓度，增大传质推动力。(5)改变空气分布器：使用微孔分布器产生更小的气泡，增加比表面积。(6)改变培养基性质：通过添加消泡剂或改变配方降低发酵液粘度，有利于氧传递。58.【答案】发酵过程中染菌的常见原因及防治措施：常见原因：1.设备问题：设备存在死角、渗漏（如阀门、密封垫老化）、管道连接不严密。2.空气过滤系统失效：空气过滤器效率下降、介质受潮、过滤器短路。3.种子问题：种子带菌，种子培养过程染菌。4.培养基灭菌不彻底：灭菌温度或时间未达标，存在固块包裹导致灭菌失败。5.操作不当：接种操作未无菌，取样口污染，管道流向错误。防治措施：1.设备维护：定期检查设备密封性，消除死角（如法兰垫片内径匹配），管道采用卫生级连接。2.空气系统：定期更换过滤介质，确保空气冷却除水彻底，采用高效过滤器（HEPA）。3.严格无菌操作：接种室需无菌，火焰保护接种，使用无菌取样阀。4.培养基灭菌：严格控制灭菌值，确保物料混合均匀，防止结团。5.管道清洗：每次发酵前后进行CIP清洗（原位清洗）和SIP灭菌（原位灭菌）。6.添加抑菌剂：在前期培养基中添加适量的抑菌剂（针对某些特定发酵）。59.【答案】分批、补料分批和连续培养的优缺点比较：(1)分批培养：优点：操作简单，不易染菌，投资少，适合多品种小批量生产。缺点：非稳态过程，控制较难，存在底物抑制或产物抑制，设备利用率低（有辅助时间）。(2)补料分批培养：优点：可以解除底物抑制，延长产物合成期，提高产量；对次级代谢产物发酵极其有效；染菌风险介于分批与连续之间。缺点：操作控制较复杂（需控制补料速率），仍是非稳态过程。(3)连续培养：优点：稳态过程，易于控制；设备利用率高，无辅助时间；产品质量稳定；可实现自控。缺点：容易染菌，菌种易变异；对设备仪器要求高；停留时间分布可能导致产物流失；不适合次级代谢产物（通常）。七、计算题60.【答案】解：(1)计算未通气时的搅拌功率。已知：搅拌转速N搅拌桨直径D发酵液密度ρ功率准数=根据公式=ρ=计算各项：((=≈即≈194.5(2)计算通气搅拌功率。根据题意，=0.6=答：未通气时的搅拌功率约为194.5kW，通气搅拌功率约为116.7kW。61.【答案】解：已知：=0.8，=0.5

g/L，=10

g/L(1)求反应器出口处的细胞浓度X和残糖浓度S。在恒化器稳态操作下，比生长速率μ等于稀释率D，即μ=根据Monod方程：μ代入数值：0.4=S0.5S根据物料平衡，细胞浓度X与底物浓度的关系为：X代入数值：X(2)求临界稀释率。临界稀释率是指能够洗出底物的最大稀释率，通常当S→时，μ→，但在实际操作中，最大稀释率受限于理论上，最大稀释率=（此时S=，X但在工程上，临界稀释率通常指维持一定菌体浓度的最大D。根据Monod方程，当D接近时，S接近。因此，==答：(1)出口细胞浓度X为4.75g/L，残糖浓度S为0.5g/L；(2)该反应器的临界稀释率为0.8。八、综合分析题62.【答案】现象分析：根据题目描述，发酵过程出现“前期溶氧过低，后期溶氧反弹”以及“发酵液粘度异常升高”。这是典型的发酵异常情况。1.前期溶氧过低：可能是菌体生长过快，耗氧速率（