2026年发酵工程测试题及答案

2026年发酵工程测试题及答案

一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在工业好氧发酵中，最常用且最经济的氧传递强化手段是A.提高罐压B.增加搅拌功率C.通入纯氧D.降低温度2.某抗生素发酵采用青霉素合成途径，若将发酵液中苯乙酸浓度从0.1g/L提高到0.5g/L，对青霉素V的产量影响是A.显著下降B.基本不变C.线性上升D.先升后降3.下列哪种传感器可直接用于在线监测发酵液中NH4+浓度A.光学溶氧电极B.离子选择场效应管C.红外CO2探头D.热敏电阻4.在酵母乙醇发酵中，若敲除HXT7基因，最可能出现的代谢流重分布是A.甘油合成增加B.乙酸合成增加C.糖酵解通量下降D.海藻糖积累5.关于fed-batch发酵中DO-stat补料策略，正确的描述是A.溶氧高于设定值时停止补糖B.溶氧低于设定值时降低搅拌C.溶氧反弹是补糖速率过量的信号D.需配合pH-stat才能使用6.某放线菌次级代谢产物对pH敏感，当pH>7.5时产物迅速降解，最合理的下游提取第一步是A.离心收集菌体B.直接陶瓷膜微滤C.调酸至pH3.0后板框过滤D.加热至80℃灭活7.在固态发酵中，下列参数最能间接反映基质水活度变化的是A.尾气CO2浓度B.基质收缩率C.红外测温D.介电常数8.关于CRISPR-Cas9在工业菌株改造中的应用，下列说法错误的是A.可做多基因同时敲除B.需外源供体DNA才能完成点突变C.脱靶效应可能降低产物合成D.可结合Red/ET提高重组效率9.某大型发酵罐（200m3）放大时，保持P/V不变，若几何相似，则搅拌转速N与罐径D的关系为A.N∝D^0.5B.N∝D^-0.67C.N∝D^-1D.N∝D^-210.在动物细胞灌流培养中，细胞截留用ATF系统相比旋转滤器，最大优势是A.剪切低B.通量高C.成本低D.灭菌方便二、填空题（每题2分，共20分）11.在细菌二元期生长模型中，比生长速率μ与底物浓度S的关系常用________方程描述。12.若Candidautilis以甘油为碳源，通过________途径可合成1,3-丙二醇。13.工业上常用________法将发酵液中链霉素从水相转移到有机相，实现初步纯化。14.在青霉素发酵中，加入________前体可抑制苯氧乙酸旁路，提高青霉素V比例。15.当发酵尾气中CO2浓度突然下降、RQ值<0.7，可判断细胞进入________代谢状态。16.固态发酵常用的________菌，可分泌高活性纤维素酶，用于生物燃料预处理。17.在代谢网络分析中，________矩阵用于描述反应计量关系并计算理论产率。18.若采用连续发酵生产乳酸，稀释率D必须小于________，否则发生“洗出”现象。19.动物细胞微载体培养中，________因子可促使细胞从微载体表面脱落，便于灌流收获。20.发酵过程GMP文件体系中，________记录需双人复核，确保关键参数可追溯。三、判断题（每题2分，共20分）21.在厌氧发酵中，氧化还原电位ORP越高，越有利于丁醇合成。22.采用高溶氧发酵可完全消除Crabtree效应带来的乙醇副产。23.在代谢工程中，提高前体供应通常比敲除竞争途径更能提高次级代谢产物产量。24.固态发酵的传热系数远低于液态发酵，因此放大时温度控制是首要难题。25.若发酵液黏度显著上升，KLa值必然下降，但OUR可能保持不变。26.在酵母中表达细菌聚羟基脂肪酸合成酶，需将酵母密码子UAG重新分配为谷氨酸。27.采用陶瓷膜进行微滤除菌时，跨膜压差越高，通量一定越大。28.在青霉素萃取中，pH2.0条件下青霉素酸易降解，故应缩短停留时间并低温操作。29.对于产孢微生物，发酵终点若未及时降温，芽孢比例上升会增加下游灭菌负荷。30.在动物细胞培养中，乳酸浓度>20mmol/L将不可逆抑制细胞生长。四、简答题（每题5分，共20分）31.简述在工业规模下，如何通过动态补氨策略实现pH平稳控制并减少铵离子抑制。32.说明在好氧发酵放大过程中，维持溶氧水平不变需综合考虑哪些关键参数及其相互制约关系。33.比较青霉素G与青霉素V在提取工艺上的差异，并解释造成差异的化学本质。34.概述利用13C标记代谢流分析（MFA）优化赖氨酸高产菌株的具体步骤与数据校正要点。五、讨论题（每题5分，共20分）35.结合碳中和背景，讨论以木质纤维素水解液为原料生产燃料乙醇时，发酵抑制物对酵母的毒性机制及工业级解毒策略。36.针对聚乳酸（PLA）单体需求，探讨大肠杆菌与乳酸菌在L-乳酸光学纯度控制上的代谢工程思路优劣。37.在mRNA疫苗用核苷酸底物生产中，比较酶法与全细胞发酵法生产N1-甲基假尿苷的技术经济性与质量控制难点。38.面对噬菌体污染风险，设计一套适用于大型发酵基地的“监测-预警-应急”三级防控体系，并评估其成本效益。答案与解析一、单项选择题1.B2.D3.B4.A5.C6.C7.B8.B9.B10.A二、填空题11.Monod12.还原13.离子对萃取14.苯氧乙酸15.维持16.曲霉17.计量18.最大比生长速率μmax19.胰酶20.批生产三、判断题21.×22.×23.√24.√25.√26.×27.×28.√29.√30.×四、简答题31.在线pH电极实时信号送入DCS，当pH低于设定值0.05单位时，启动变速补氨泵；采用指数衰减算法预测产酸速率，提前降低补氨斜率；设置铵离子电极高限报警，当NH4+>3g/L即切换为NaOH补碱，避免铵离子抑制；同时把补氨记录与OUR、CER关联，建立自适应模型，实现±0.05pH波动范围，产量提升7%。32.溶氧由OTR=OUR平衡决定，OTR=kLa(C-CL)。放大时P/V下降导致kLa降低，需提高N或通气；但N升高带来剪切，通气增加导致泡沫与CO2stripping；同时搅拌功率与N3D5成正比，能耗急剧上升；还需考虑几何相似、流型转变、混合时间延长；综合采用变径桨、分段通气、纯氧富集、控温降黏等手段，在能耗、剪切、溶氧三者间折中。33.青霉素G为苯乙酰侧链，萃取pH2.0时易氧化，需低温短时，并用乙酸丁酯-磷酸缓冲液体系；青霉素V为苯氧乙酰侧链，酸稳定性高，可在pH3.0萃取，减少降解；差异源于侧链氧原子给电子效应，降低羰基碳正电性，减缓亲核攻击；因此V的提取收率比G高5%，溶剂消耗低15%。34.步骤：1.选择[1-13C]葡萄糖与[U-13C]葡萄糖双标记；2.发酵不同时间点取样，淬灭，测胞内氨基酸同位素异构体；3.GC-MS获得质量同位体分布，校正天然同位素；4.利用INCA软件拟合代谢流，计算赖氨酸路径通量；5.比较TCA循环与磷酸戊糖途径通量，发现转氢酶通量不足，过表达pntAB，赖氨酸产率提高12%。五、讨论题35.抑制物包括糠醛、HMF、乙酸、酚类。糠醛进入胞内被还原为糠醇，消耗NADPH，抑制糖酵解酶；乙酸解偶联质子梯度，降低ATP。工业级策略：1.蒸发浓缩-气提回收乙酸；2.过量石灰过磷酸钙沉淀酚类；3.耐逆菌株进化，过表达ADH、AADH、GRE3，提高还原力；4.原位萃取发酵耦合PDMS膜，糠醇及时移出；5.过程集成使乙醇吨能耗降至1.8GJ，碳排下降42%。36.大肠杆菌优势：生长快、基因工具成熟，可通过敲除ldhD、过表达ldhL获得高光学纯度L-乳酸；但需抑制乙酸、甲酸副产，且需控制溶氧防止D型污染。乳酸菌优势：天然高产L型，耐酸，可同步糖化；但遗传操作难，副产甘露醇、乙酸，光学纯度易降至95%。结论：万吨级规模若原料为葡萄糖，选重组大肠杆菌；若原料为乳清或需食品级，选乳酸菌并采用适应性进化结合CRISPR-dCas9抑制D-ldh。37.酶法：使用尿苷磷酸化酶+嘌呤核苷磷酸化酶两步反应，收率95%，光学纯度>99%，但底物4-甲氧基-5-甲基尿嘧啶成本高，酶需固定化循环15次；全细胞发酵：改造大肠杆菌过表达C5-甲基化酶、核苷酸转运蛋白，直接发酵葡萄糖生成N1-甲基假尿苷，滴距28g/L，但副产尿苷、甲基化副产物，下游需离子交换纯化，收率72%。技术经济：酶法设备简单，但催化剂占成本30%；全细胞法原料便宜，但纯化复杂，质量一致性需多批次验证，最终选择取决于产品纯度与法规要求。38.一