2026年(工科)发酵工程(食品发酵方向)试题及答案

2026年(工科)发酵工程(食品发酵方向)试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在酒精发酵过程中，酵母菌将葡萄糖转化为乙醇与CO₂的主要代谢途径是（）A.EMP途径B.ED途径C.PK途径D.TCA循环答案：A2.下列哪种微生物是典型的好氧性醋酸菌，可用于食醋发酵（）A.SaccharomycescerevisiaeB.AcetobacteracetiC.LactobacillusplantarumD.Bacillussubtilis答案：B3.发酵罐中“KLa”值的物理意义是（）A.体积传氧系数B.体积传CO₂系数C.搅拌功率数D.氧传质推动力答案：A4.在酱油制曲阶段，米曲霉分泌的主要蛋白酶类别为（）A.丝氨酸蛋白酶B.金属蛋白酶C.酸性羧肽酶D.碱性内肽酶答案：A5.下列关于高细胞密度发酵（HCDC）的描述，错误的是（）A.通常需要流加补料策略B.溶氧往往成为限制性因素C.产物抑制可忽略D.需严格控制渗透压答案：C6.乳酸发酵中，若产物为L-乳酸，则其旋光度为（）A.+3.82°B.−3.82°C.0°D.+13.5°答案：A7.在啤酒发酵后期，双乙酰还原主要依靠（）A.酵母的α-乙酰乳酸合成酶B.酵母的还原酶系C.乳酸菌的共发酵D.冷凝固物吸附答案：B8.下列灭菌方式中，属于连续灭菌的是（）A.高压蒸汽锅灭菌B.HTSTC.间歇式发酵罐空消D.紫外线表面灭菌答案：B9.发酵过程pH下降过快，可优先选择的调控策略是（）A.通入纯氧B.加入CaCO₃C.降低温度D.提高罐压答案：B10.在干酪生产中，凝乳酶的主要作用是（）A.水解β-酪蛋白产生疏水片段B.水解κ-酪蛋白的Phe105-Met106肽键C.水解αs1-酪蛋白的N端磷酸化区域D.氧化脂肪产生风味答案：B11.下列哪种传感器可实现发酵液中葡萄糖的在线连续监测（）A.热导池B.光纤葡萄糖氧化酶传感器C.铂电极溶氧探头D.红外CO₂分析仪答案：B12.关于固定化酵母细胞酒精发酵，下列说法正确的是（）A.载体颗粒越小，机械强度越高B.固定化后发酵温度可较游离细胞提高5–7℃C.载体内部常呈厌氧环境D.产物乙醇对载体无毒性答案：C13.在发酵工厂中，CIP系统碱洗常用NaOH浓度为（）A.0.01–0.05%B.0.1–0.3%C.1–2%D.5–10%答案：C14.下列属于次级代谢产物的是（）A.柠檬酸B.乳酸C.红曲色素D.乙酸答案：C15.若发酵液表观粘度随剪切速率升高而下降，则该流体属于（）A.牛顿流体B.胀塑性流体C.假塑性流体D.宾汉流体答案：C16.在发酵放大过程中，保持“单位体积功率相等”准则，主要担心（）A.溶氧过度B.剪切过度C.温度失控D.CO₂剥离过快答案：B17.下列关于酵母菌海藻糖积累的叙述，正确的是（）A.仅在高渗胁迫下合成B.可作为耐干燥的保护剂C.与乙醇发酵竞争NADHD.合成酶位于线粒体答案：B18.在发酵尾气在线质谱分析中，用于定量N₂的主要离子峰为（）A.m/z=16B.m/z=28C.m/z=32D.m/z=44答案：B19.下列哪种乳酸菌属于异型发酵（）A.LactobacilluscaseiB.LactobacillusacidophilusC.LeuconostocmesenteroidesD.Streptococcusthermophilus答案：C20.在发酵动力学中，Monod方程的μmax指（）A.比死亡速率B.最大比生长速率C.底物消耗速率D.产物生成速率答案：B二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列因素会显著影响发酵液中溶氧水平的有（）A.搅拌转速B.空气流量C.罐压D.发酵液粘度E.接种量答案：ABCD22.下列属于传统发酵豆制品的有（）A.纳豆B.豆豉C.腐乳D.天贝E.味噌答案：ABCE23.下列关于乳酸菌噬菌体污染防控策略，正确的有（）A.轮换菌株B.使用噬菌体抗性突变株C.加强车间空气HEPA过滤D.提高发酵温度至50℃E.添加柠檬酸钠螯合Ca²⁺答案：ABC24.下列属于发酵过程实时在线检测参数的有（）A.溶氧B.pHC.葡萄糖浓度（酶电极）D.菌体干重（取样烘干法）E.尾气CO₂答案：ABCE25.下列关于红曲霉固态发酵产MonacolinK的描述，正确的有（）A.属于聚酮类次级代谢产物B.合成受氮源抑制C.低温（20℃）有利于产量提高D.需要光照诱导E.可用大米作为底物答案：ABCE26.下列属于发酵下游提取中“细胞破碎”手段的有（）A.高压匀浆B.超声破碎C.酶溶法D.球磨法E.冷冻融化答案：ABCDE27.下列关于啤酒花α-酸（葎草酮）的描述，正确的有（）A.在麦汁煮沸时异构化为异α-酸B.赋予苦味C.具有抑菌作用D.对光敏感产生“日光臭”E.易溶于冷水答案：ABCD28.下列属于发酵过程建模常用软件的有（）A.MATLAB/SimulinkB.AspenPlusC.COMSOLMultiphysicsD.R语言E.Python(SciPy)答案：ACDE29.下列关于谷氨酸棒杆菌产谷氨酸发酵，正确的有（）A.生物素亚适量可诱导分泌B.需要高溶氧C.属于初级代谢产物D.可用甘蔗糖蜜作碳源E.需要酸性环境（pH<4）答案：ABCD30.下列属于发酵废气处理技术有（）A.生物滤池B.活性炭吸附C.催化燃烧D.碱洗塔E.光催化氧化答案：ABCDE三、填空题（每空1分，共20分）31.在酒精发酵中，1mol葡萄糖理论上可生成______mol乙醇和______molCO₂。答案：2；232.发酵罐的“三段式”轴封指______、______和______。答案：机械密封；填料密封；双端面干气密封33.酱油高盐稀态发酵的食盐浓度一般为______g/100mL，发酵周期长达______个月。答案：17–20；6–1234.乳酸菌的乳酸脱氢酶（LDH）催化丙酮酸还原为乳酸时，所需辅酶为______。答案：NADH35.在发酵放大准则中，若保持P/V不变，则搅拌功率P与罐径D的关系为P∝D______。答案：536.啤酒的双乙酰阈值约为______mg/L，超过此值会出现______味。答案：0.1；馊饭37.红曲色素中，呈橙红色的主要组分为______，其最大吸收波长约为______nm。答案：红曲红素；49538.在柠檬酸发酵中，若要抑制菌体生长、促进产酸，通常将pH控制在______以下，并限制______元素。答案：2.5；铁39.发酵液离心分离中，离心机分离因数Z=______，其中r为转鼓半径，ω为角速度。答案：rω²/g40.固态发酵反应器的常用强制通气方式有______和______两种。答案：上行通风；下行通风四、简答题（共30分）41.（6分，封闭型）简述酵母菌酒精发酵中“Crabtree效应”的生理本质及其对工业生产的启示。答案：Crabtree效应指在葡萄糖浓度高于临界值（约150mg/L）时，酵母即便在充足溶氧条件下仍启动发酵代谢，产生乙醇。生理本质是高糖抑制线粒体呼吸酶系合成，碳流转向糖酵解与乙醇生成。工业启示：①酒精发酵无需刻意供氧，但需控制糖浓度防呼吸代谢；②面包酵母生产需低糖流加，避免乙醇抑制；③高密度培养可采取指数流加策略，维持糖浓度低于临界值，提高得率。42.（6分，开放型）试列举三种提高乳酸菌发酵剂抗冷冻干燥损伤的预处理策略，并说明其机理。答案：策略1：渗透胁迫预适应，在培养后期添加0.3–0.5mol/LNaCl或蔗糖，诱导合成相容性溶质（海藻糖、甜菜碱），保护细胞膜与蛋白；策略2：低温（10℃）预培养2h，激活冷激蛋白CspA，稳定RNA二级结构；策略3：进入稳定期前添加0.1%吐温80，增加细胞膜脂肪酸不饱和度，维持膜流动性。三种策略协同可提高冻干存活率20–40%。43.（6分，封闭型）写出Monod方程，并说明其参数μmax、Ks的物理意义及单位。答案：μ=μmax·S/(Ks+S)，其中μ：比生长速率，h⁻¹；μmax：最大比生长速率，h⁻¹，表示菌株潜在生长能力；Ks：半饱和常数，mg/L或g/L，表示菌对底物亲和力，Ks越小亲和力越高。44.（6分，封闭型）简述高细胞密度发酵中溶氧成为限制因素的原因及两种工程解决措施。答案：原因：菌体浓度>100gDCW/L，耗氧速率OUR与传氧速率OTR失衡，KLa一定时，C−C→0。措施1：提高氧传质推动力，采用纯氧富集或提高罐压至0.2MPa；措施2：提高KLa，采用双层Rushton涡轮+微泡分布器，或加入0.1%聚丙二醇降低表面张力，KLa可提升2–3倍。答案：原因：菌体浓度>100gDCW/L，耗氧速率OUR与传氧速率OTR失衡，KLa一定时，C−C→0。措施1：提高氧传质推动力，采用纯氧富集或提高罐压至0.2MPa；措施2：提高KLa，采用双层Rushton涡轮+微泡分布器，或加入0.1%聚丙二醇降低表面张力，KLa可提升2–3倍。45.（6分，开放型）试分析酱油制曲阶段“跑曲”现象的原因、危害及综合防控方案。答案：原因：①曲料水分>38%，孢子萌发过快；②通风不足，CO₂>5%，抑制米曲霉生长；③杂菌（Bacillus、乳酸菌）竞争，产酸产粘。危害：酶活下降30–50%，蛋白质利用率降低，产酱油香气不足。防控：①原料蒸煮后水分控制在30–32%；②强制通风，CO₂<2%；③接种量0.3%，提高米曲霉优势；④曲房紫外+臭氧双重杀菌，空气菌落<100CFU/皿；⑤添加0.02%山梨酸钾抑制杂菌。五、应用题（共60分）46.（15分，计算类）某酒精工厂采用连续发酵，稀释率D=0.15h⁻¹，进料葡萄糖浓度S₀=150g/L，测得出料残糖S=5g/L，菌体浓度X=12gDCW/L，产物乙醇浓度P=60g/L。已知菌体对底物得率YX/S=0.45g/g，产物对底物得率YP/S=0.43g/g。（1）求比生长速率μ（h⁻¹）；（2）求菌体生成速率DX（gDCW·L⁻¹·h⁻¹）；（3）判断该过程是否满足物料衡算，若偏差>5%需分析原因。答案：（1）连续稳态时μ=D=0.15h⁻¹；（2）DX=0.15×12=1.8gDCW·L⁻¹·h⁻¹；（3）底物消耗ΔS=S₀−S=145g/L；菌体消耗SX=ΔX/YX/S=12/0.45=26.7g/L；产物消耗SP=P/YP/S=60/0.43=139.5g/L；总消耗=26.7+139.5=166.2g/L>145g/L，偏差=(166.2−145)/145=14.6%>5%；原因：①存在维持代谢mS，②YP/S、YX/S为表观得率，未计CO₂损失（约4g/L），③实际用于维持及CO₂的糖≈21g/L，修正后166.2−21=145.2g/L≈145g/L，衡算成立。47.（15分，分析类）某乳酸菌发酵剂工厂使用50m³罐，原工艺空气流量Q=1vvm，搅拌功率P=15kW，KLa=0.025s⁻¹。现计划放大至200m³罐，保持P/V不变。（1）求大罐搅拌功率P₂；（2）若采用相同涡轮，求大罐理论转速N₂（已知P∝N³D⁵，V∝D³）；（3）分析放大后溶氧能否满足，若不足提出改进方案。答案：（1）P/V不变，P₂=P₁·(V₂/V₁)=15×(200/50)=60kW；（2）V₂/V₁=4→D₂/D₁=4^(1/3)=1.587；P₂/P₁=(N₂/N₁)³(D₂/D₁)⁵→4=(N₂/N₁)³×(1.587)⁵→(N₂/N₁)³=4/10.08=0.397→N₂/N₁=0.737；若原N₁=200rpm，则N₂=147rpm；（3）KLa∝(P/V)^0.7·(vs)^0.6，vs=Q/A，A为截面积，A∝D²，Q∝V→vs₂/vs₁=(V₂/V₁)/(D₂/D₁)²=4/(1.587)²=1.587；KLa₂/KLa₁=(1)^0.7·(1.587)^0.6=1.36，提升36%；但OUR随菌体浓度线性增加，若X提高1.5倍，则OTR需提高50%，此时KLa提升不足，需额外措施：①改用Rushton+斜叶组合，KLa再提20%；②富氧至30%，推动力提1.5倍；③减小罐径高比至2:1，提高vs。48.（15分，综合类）设计一株合成“γ-氨基丁酸（GABA）”的乳酸菌工程菌，要求：①给出代谢改造思路（基因操作、调控）；②给出高密度发酵工艺路线（培养基、条件、控制）；③估算GABA产量、生产强度，并与野生菌对比。答案：①改造思路：选用LactobacillusbrevisATCC367，敲除gadB阻遏基因，过表达自身gadB（谷氨酸脱羧酶）及gadC（谷氨酸/GABA反向转运体）；引入E.coli的gadA，增强酸耐受；敲除乳酸脱氢酶ldhL80%，减少丙酮酸溢流；引入ATP合成酶β亚基突变，提高酸胁迫下ATP供给；采用合成启动子Pldh强启动gadBC，酸诱导（pH4.2）。②工艺：5L罐，培养基：葡萄糖80g/L，酵母粉20g/L，蛋白胨10g/L，L-谷氨酸钠100g/L，MgSO₄·7H₂O0.5g/L，MnSO₄0.05g/L，pH5.0；温度35℃；分段控pH：0–4h维持pH5.5，菌体生长；4h后流加50%谷氨酸钠，不控pH，自然降至4.2，诱导GAD；溶氧<1%，氮气顶空；流加葡萄糖，维持5–10g/L；20h结束。③结果：DCW18g/L，GABA98g/L，产率0.49g/g谷氨酸，生产强度4.9g·L⁻¹·h⁻¹；野生菌仅12g/L，强度0.6g·L⁻¹·h⁻¹