合成生物学发酵工艺放大工程师考试试卷及答案

合成生物学发酵工艺放大工程师考试试卷及答案一、填空题（共10题，每题1分）1.发酵工艺放大中，搅拌功率通常以______为放大基准之一。2.好氧发酵的通气量放大常用______或氧传递速率（OTR）关联。3.发酵液溶氧（DO）控制的关键参数包括搅拌转速、通气量和______。4.实验室摇瓶到中试罐放大时，需保持______一致以保证氧传递效率。5.合成生物学发酵中，工程菌株的______稳定性是放大关键考量之一。6.发酵罐灭菌通常采用______湿热灭菌，温度为121℃左右。7.接种量一般为发酵液体积的______（范围）较为适宜。8.补料分批发酵的核心是控制______浓度以避免代谢副产物积累。9.发酵工艺放大中，______效应可能导致细胞代谢变化，需针对性优化。10.发酵终点判断的常用指标包括产物浓度、______和残糖含量。二、单项选择题（共10题，每题2分）1.发酵工艺放大中，以下哪个参数最不适合作为直接放大基准？A.搅拌转速B.单位体积搅拌功率C.体积通气比D.氧传递系数（kLa）2.好氧发酵中，溶氧不足时，以下哪种操作不能有效提高DO？A.增加搅拌转速B.提高通气量C.降低培养基粘度D.增加接种量3.合成生物学发酵中，代谢流分析（MFA）主要用于：A.检测产物浓度B.优化补料策略C.分析基因表达量D.观察细胞形态4.发酵罐搅拌器中，适合高粘度发酵液的是：A.桨式B.涡轮式C.锚式D.推进式5.以下哪种灭菌方式不适合发酵培养基？A.高压蒸汽B.过滤C.干热D.紫外线6.补料分批发酵与分批发酵相比，最大优势是：A.操作简单B.减少染菌C.提高产物浓度D.缩短周期7.发酵放大效应主要源于：A.体积变化B.传质传热差异C.接种量变化D.温度差异8.合成生物学发酵中，属于过程控制参数的是：A.菌株类型B.培养基配方C.搅拌转速D.产物结构9.发酵液DO检测方法不包括：A.极谱法B.荧光法C.化学滴定法D.电极法10.50L中试罐到5000L生产罐放大的常用倍数是：A.10倍B.50倍C.100倍D.500倍三、多项选择题（共10题，每题2分）1.发酵放大核心原则包括：A.传质效率一致B.传热效率一致C.搅拌功率一致D.通气量一致E.代谢流稳定2.影响kLa的因素有：A.搅拌转速B.通气量C.培养基粘度D.温度E.接种量3.补料策略优化目标包括：A.提高产物产量B.减少副产物C.降低能耗D.缩短周期E.提高菌株稳定性4.发酵罐主要结构组成：A.罐体B.搅拌系统C.通气系统D.灭菌系统E.控制系统5.发酵终点判断指标：A.产物浓度峰值B.残糖<0.5%C.DO突然上升D.细胞活力下降E.搅拌功率降低6.工程菌株优化方向：A.提高产物效率B.增强抗逆性C.降低副产物D.遗传稳定E.底物耐受7.在线检测参数：A.pHB.DOC.产物浓度D.细胞密度E.温度8.放大需验证的关键参数：A.搅拌功率B.通气量C.kLaD.产物转化率E.染菌率9.补料分批发酵补料方式：A.恒速B.变速C.反馈D.脉冲E.间歇10.发酵液后处理步骤：A.固液分离B.萃取C.层析D.结晶E.干燥四、判断题（共10题，每题2分）1.搅拌转速按体积倍数放大可保证传质一致。（）2.通气量越大，溶氧浓度越高。（）3.工程菌株遗传稳定性不影响放大效果。（）4.高压蒸汽灭菌温度越高，时间可无限缩短。（）5.补料分批发酵可避免底物抑制。（）6.搅拌器层数越多，传质效率越高。（）7.DO电极需定期校准。（）8.中试参数可直接用于生产罐。（）9.MFA可指导基因编辑优化。（）10.发酵液粘度越高，kLa越大。（）五、简答题（共4题，每题5分）1.简述单位体积搅拌功率（P/V）放大法的原理及适用场景。2.好氧发酵中DO控制的关键策略有哪些？3.工程菌株遗传稳定性对放大工艺的影响是什么？4.补料分批发酵相比分批发酵的优势及适用场景？六、讨论题（共2题，每题5分）1.发酵放大中如何平衡“传质效率”与“细胞剪切敏感性”？2.如何通过MFA指导合成生物学发酵的放大优化？---答案部分一、填空题答案1.单位体积搅拌功率（P/V）2.体积通气比（VVM）3.培养基粘度4.搅拌雷诺数5.遗传（或表型）6.高压蒸汽7.5%-20%8.碳源（或关键底物）9.放大（或规模）10.细胞密度（或DO变化）二、单项选择题答案1.A2.D3.B4.C5.D6.C7.B8.C9.C10.C三、多项选择题答案1.ABE2.ABCD3.ABD4.ABCDE5.ACD6.ABCDE7.ABE8.ABCD9.ABCDE10.ABCDE四、判断题答案1.×2.×3.×4.×5.√6.×7.√8.×9.√10.×五、简答题答案1.原理：P/V与氧传递系数（kLa）正相关，保持P/V一致可维持相近传质效率；适用场景：低粘度发酵液（如细菌发酵），此时传质主要由搅拌控制，通气量可同步调整；高粘度发酵液（如丝状真菌）因剪切力影响，适用性降低。2.①搅拌：增加转速促进气泡破碎；②通气：提高通气量或纯氧通气；③培养基：降低粘度（减少初始碳源）；④补料：控制碳源速率避免DO骤降；⑤反应器：采用气升式或带挡板罐增强气液接触。3.遗传稳定性差会导致质粒丢失、基因表达下降，放大时产物产量波动/下降；影响因素包括发酵条件、选择压力、菌株修饰；需验证稳定性，优化条件（减少抗生素依赖）或采用基因组整合菌株。4.优势：避免底物抑制、减少副产物、提高产物浓度、控制代谢流；适用场景：产物与生长偶联/部分偶联、底物抑制明显、需高产物浓度（如重组蛋白、抗生素发酵）。六、讨论题答案1.①明确菌株剪切敏感性（丝状真菌/动物细胞敏感）；②用低剪切搅拌器（锚式/推进式）替代涡轮式；③控制转速不超临界剪切力（小试测定）；④采用气升式反应器减少搅拌；⑤添加保护剂（如PluronicF68）；⑥调整培养基粘度（加多糖）；需小试-中试验证剪切