2026年(生物医药)发酵工程技术试题及答案

2026年(生物医药)发酵工程技术试题及答案一、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.在工业规模好氧发酵中，决定溶氧传递速率的关键参数是（）A.搅拌功率B.罐压C.体积氧传质系数k_LaD.发酵液黏度答案：C2.下列哪种碳源最容易引起大肠杆菌的“Crabtree效应”而抑制高水平表达（）A.甘油B.乳糖C.葡萄糖D.麦芽糖答案：C3.青霉素发酵过程中，用于诱导青霉素合成的前体物质是（）A.苯乙酸B.丙酸C.乙酸D.乳酸答案：A4.在动物细胞灌流培养中，用于截留细胞的微载体平均粒径一般控制在（）A.30–50nmB.50–100μmC.150–250μmD.1–2mm答案：C5.关于高细胞密度发酵的“DO-stat”补料策略，下列描述正确的是（）A.溶氧高于设定值时停止补料B.溶氧低于设定值时降低搅拌转速C.溶氧低于设定值时启动碳源补料D.溶氧波动与补料速率无关答案：C6.在酵母表达系统中，最常用且可通过甲醇诱导的强启动子是（）A.GAPB.AOX1C.TEF1D.PGK答案：B7.下列哪种灭菌方式对维生素B1的破坏最小（）A.121°C，30min高压蒸汽灭菌B.0.22μm过滤除菌C.160°C干热灭菌2hD.紫外线照射30min答案：B8.在发酵尾气在线分析中，用于计算OUR（摄氧率）的直接参数是（）A.进、排气氧分压差与通气量B.排气CO₂浓度C.罐压D.溶氧电极读数答案：A9.关于芽孢杆菌的“蛋白酶分泌过载”现象，下列说法错误的是（）A.与Sec途径过载有关B.可通过敲除六型分泌系统缓解C.会导致胞内未折叠蛋白累积D.可触发σ^E介导的胞外应激反应答案：B10.在双水相萃取中，提高目标蛋白分配系数K的最有效手段是（）A.升高温度至60°CB.增加PEG分子量并降低磷酸盐浓度C.降低系统pH至3.0D.加入0.5mol/LNaCl答案：B11.用于在线监测发酵液中NH₄⁺浓度的离子选择电极，其敏感膜通常采用（）A.玻璃膜B.聚氯乙烯-缬氨霉素膜C.晶体膜D.固态硫化银膜答案：B12.在动物细胞微载体培养中，最常用的一种可生物降解微载体是（）A.Cytodex1B.Cytodex3C.Cytopore2D.HillexII答案：C13.下列关于“代谢溢出”描述正确的是（）A.仅发生在厌氧条件B.产物对细胞生长无抑制C.与碳源吸收速率超过TCA循环容量有关D.可通过提高溶氧完全消除答案：C14.在发酵放大中，保持“单位体积功率相等”常导致（）A.小罐溶氧高于大罐B.大罐剪切加剧C.大罐混合时间延长D.小罐pH控制困难答案：C15.在重组蛋白纯化中，用于去除内毒素的亲和层析配基是（）A.组氨酸标签B.多粘菌素BC.蛋白AD.肝素答案：B16.关于连续发酵的“洗出”现象，下列说法正确的是（）A.稀释率D>μ_max时发生B.与底物浓度无关C.可通过降低pH避免D.仅出现在厌氧系统答案：A17.在发酵过程多参数关联分析中，用于描述“产物对细胞生长抑制”的模型常采用（）A.Monod方程B.Luedeking–Piret方程C.Andrews模型D.Contois方程答案：C18.在工业酶制剂喷雾干燥中，最常用的保护剂是（）A.氯化钠B.麦芽糊精C.硫酸铵D.尿素答案：B19.下列哪种传感器可用于在线监测细胞密度而无需取样（）A.溶氧电极B.红外浊度计C.pH电极D.氧化还原电极答案：B20.在发酵废水处理中，用于脱氮的“Anammox”工艺核心菌属是（）A.NitrosomonasB.BrocadiaC.ParacoccusD.Acinetobacter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.下列属于次级代谢产物的是（）A.青霉素B.赤霉素C.赖氨酸D.杆菌肽答案：A、B、D22.影响k_La的主要因素包括（）A.搅拌转速B.通气速率C.发酵液黏度D.表面活性剂浓度答案：A、B、C、D23.在动物细胞培养中，可导致“细胞凋亡”的内在因素有（）A.谷氨酰胺耗竭B.乳酸累积C.溶氧过高D.氨离子累积答案：A、B、D24.下列关于CRISPR/Cas9在链霉菌中应用的描述正确的是（）A.可用于大片段删除B.需构建含Cas9的质粒C.需提供sgRNAD.无法引入点突变答案：A、B、C25.在发酵过程放大中，常采用的“相似准则”有（）A.单位体积功率相等B.溶氧相等C.混合时间相等D.剪切率相等答案：A、B、C26.下列属于“化学限定培养基”成分的是（）A.酵母粉B.葡萄糖C.氨基酸混合物D.无机盐答案：B、C、D27.在重组大肠杆菌包涵体复性过程中，常用的氧化还原对包括（）A.GSH/GSSGB.DTTC.半胱氨酸/胱氨酸D.β-巯基乙醇答案：A、C28.下列关于“气升式发酵罐”描述正确的是（）A.无机械搅拌B.剪切力低C.能耗高于机械搅拌罐D.适用于高黏度发酵答案：A、B29.在工业酶生产中，可通过以下哪些手段提高分泌效率（）A.信号肽优化B.分子伴侣共表达C.敲除胞外蛋白酶D.降低发酵温度答案：A、B、C、D30.下列属于“在线软测量”建模方法的是（）A.偏最小二乘回归（PLSR）B.人工神经网络（ANN）C.支持向量机（SVM）D.主成分分析（PCA）答案：A、B、C三、填空题（每空1分，共20分）31.在好氧发酵中，溶氧浓度通常控制在临界溶氧浓度的________倍以上，以保证过程不受氧限制。答案：1.5–232.青霉素生物合成途径中，三个前体氨基酸为________、________和________。答案：半胱氨酸；缬氨酸；α-氨基己二酸33.在重组蛋白纯化中，IMAC的全称是________。答案：immobilizedmetalaffinitychromatography34.动物细胞灌流培养中，常用的细胞截留设备包括________和________。答案：切向流过滤（TFF）；交替式切向流（ATF）35.在发酵动力学中，比生长速率μ与底物浓度S的关系可用________方程描述。答案：Monod36.在酵母甲醇诱导表达中，甲醇利用的第一步酶是________，其编码基因为________。答案：醇氧化酶；AOX137.在发酵废水处理中，BOD₅表示________天内生化需氧量。答案：538.在工业酶制剂中添加________可作为防腐剂，常用浓度为0.02%–0.1%。答案：山梨酸钾39.在链霉菌中，抗生素生物合成基因簇通常受________蛋白正调控。答案：途径特异性调控40.在发酵放大中，若采用“恒叶端速度”准则，则大罐搅拌转速N与罐径D的关系为N∝________。答案：D^{-0.5}四、简答题（每题8分，共40分）41.简述高细胞密度发酵中“溶氧—补料”关联控制策略的原理与实施步骤。答案：（1）原理：以溶氧（DO）作为碳源消耗速率的间接指标，当DO高于设定值表明碳源不足，启动补料；反之则停止，避免乙酸等副产物积累。（2）步骤：①标定溶氧电极，设定DO设定值（如30%空气饱和度）；②建立碳源限制模型，确定初始补料速率F₀；③采用PID或ON/OFF控制，将DO信号与补料泵联动；④在线监测OUR、CER，校正补料系数；⑤结合离线检测乙酸、葡萄糖浓度，动态调整DO设定值与补料速率上限，实现高密度（>100gDCW/L）且低副产物。42.说明动物细胞微载体培养中“球—球聚集”形成机制及抑制措施。答案：机制：微载体表面带正电荷，细胞分泌纤维连接蛋白等黏附因子，导致载体间桥联；搅拌剪切不足时，碰撞后形成不可逆聚集。抑制措施：①降低微载体浓度至2–3g/L；②提高搅拌转速至50–70rpm（3L罐）保持悬浮；③在培养基中加入0.5%–1%PluronicF-68减少黏附；④每24h短暂升高至100rpm2min打散聚集体；⑤选用表面包被低电荷密度的Cytopore2微载体。43.比较“分批”“补料分批”“连续”“灌流”四种操作模式在重组蛋白生产中的优缺点。答案：分批：设备简单、污染风险低，但底物抑制、产物抑制明显，最终细胞密度低，适合表达毒性蛋白。补料分批：可控制底物浓度，减轻抑制，实现高密度（>50g/L），但周期延长，产物累积仍受限，工业最常用。连续：稳态操作，产率高，适合稳定表达，但设备复杂、易污染，基因漂移风险高，对GMP挑战大。灌流：连续移除上清，细胞截留，可维持高密度（>10⁷cells/mL）数月，产物质量稳定，但细胞截留设备昂贵，放大困难。44.阐述链霉菌中“磷酸酯酶PhoP/PhoR”双组分系统对抗生素合成的全局调控机制。答案：PhoR为膜感应组氨酸激酶，感应外界无机磷（Pi）浓度；当Pi<0.1mmol/L，PhoR自磷酸化并转移磷酸基至PhoP；磷酸化PhoP结合靶基因启动子，激活磷饥饿应答基因（如pstS、phoD），同时直接抑制bldN、absA等发育与抗生素正调控基因；低Pi信号通过ppGpp、σ^WhiG等次级因子，解除对actII-ORF4、redD等途径特异性调控因子的抑制，从而启动放线菌素、红霉素等合成；高Pi则PhoP去磷酸化，抑制解除，抗生素合成关闭。45.说明发酵过程“在线软测量”建模中PLSR算法的步骤及注意事项。答案：步骤：①收集历史批次数据（X：光谱、温度、pH等；Y：底物、产物浓度）；②均值中心化、标准化处理；③将X、Y分解为潜变量得分T、U与载荷P、Q，建立T→U回归；④交叉验证确定潜变量数（LV），避免过拟合；⑤在线采集新X，投影至模型得预测Ŷ。注意事项：①数据需覆盖操作空间，避免外推；②异常样本（传感器漂移）需剔除；③定期用新批次更新模型；④潜变量数≤rank(X)/3；⑤对非线性体系可结合多项式或核PLSR。五、计算题（共30分）46.（10分）某5L机械搅拌罐，装液量3.5L，通气比1vvm，搅拌转速500rpm，测得k_La为120h⁻¹。现放大至50m³罐（装液系数0.7），要求保持溶氧相同。已知大罐搅拌桨直径D₂=1m，小罐D₁=0.1m，假设k_La∝(P_g/V)^0.7u_g^0.3，其中u_g为空塔气速，P_g为通气功率。求大罐所需搅拌转速N₂（rpm）。答案：小罐：V₁=3.5L=0.0035m³，Q₁=1vvm→0.0035m³/min，u_g1=Q₁/(πD₁²/4)=0.445m/min=0.0074m/sP_g1=NpρN₁³D₁⁵，Np取5，ρ=1000kg/m³→P_g1=5×1000×(500/60)³×0.1⁵=57.9WP_g1/V₁=16.5kW/m³大罐：V₂=50×0.7=35m³，Q₂=1vvm→35m³/min，u_g2=35/(π×1²/4)=44.6m/min=0.743m/s令k_La相同→(P_g2/V₂)^0.7u_g2^0.3=(16.5)^0.7(0.0074)^0.3解得P_g2/V₂=16.5×(0.0074/0.743)^0.3/0.7=5.1kW/m³P_g2=5.1×35=178.5kW由P_g=NpρN₂³D₂⁵→N₂³=178500/(5×1000×1⁵)=35.7→N₂=3.3rps=198rpm答：大罐搅拌转速约200rpm。47.（10分）重组大肠杆菌以甘油为碳源，采用指数补料策略，目标比生长速率μ_set=0.2h⁻¹，初始生物量X₀=0.5gDCW，甘油对生物量得率Y_X/S=0.45g/g，初始体积V₀=1L。求：（1）补料速率F(t)表达式；（2）发酵8h后体积V(t)；（3）若甘油储液浓度S_f=500g/L，8h累计补入甘油质量。答案：（1）指数补料：F(t)=(μ_setX₀V₀)/(Y_X/SS_f)exp(μ_sett)代入：F(t)=(0.2×0.5×1)/(0.45×500)exp(0.2t)=4.44×10⁻⁴exp(0.2t)L/h（2）V(t)=V₀+(X₀V₀)/(Y_X/SS_f)[exp(μ_sett)−1]V(8)=1+(0.5×1)/(0.45×500)[exp(1.6)−1]=1+0.00222×[4.953−1]=1.0088L（3）累计体积ΔV=0.0088L→甘油质量=0.0088×500=4.4g。48.（10分）某好氧发酵尾气分析得：进气O₂=20.95%，出气O₂=18.2%，进气CO₂=0.03%，出气CO₂=2.1%，通气量Q=1vvm，罐温30°C，罐压0.1MPa（绝压），装液量2L，测得OUR=8.5mmol/(L·h)。求：（1）验证OUR计算值与尾气差值是否一致；（2）计算CER；（3）求呼吸商RQ。答案：（1）空塔气速u_g=1vvm=2L/min=3.33×10⁻⁵m³/s，标准状态流量Q_s=3.33×10⁻⁵×(273/303)=3.0×10⁻⁵m³/sΔO₂=20.95−18.2=2.75%，OUR_calc=(Q_s×ΔO₂×P/RT)/VP/RT=101325/(8.314×303)=40.2mol/m³→OUR_calc=(3.0×10⁻⁵×0.0275×40.2)/0.002=0.0166mol/(L·h)=16.6mmol/(L·h)与实测8.5mmol/(L·h)偏差大，说明存在漏气或分析误差，需校正。（2）CER=(Q_s×ΔCO₂×P/RT)/V=(3.0×10⁻⁵×0.0207×40.2)/0.002=0.0125mol/(L·h)=12.5mmol/(L·h)（3）RQ=CER/OUR=12.5/8.5=1.47，提示部分有机酸分泌。六、综合分析题（共40分）49.（20分）某制药企业采用毕赤酵母表达胰岛素前体，原工艺为3m³补料分批，周期72h，产量1.2g/L。现需放大至30m³并缩短周期至48h，同时降低糖基化杂质<1%。请制定完整工艺优化与放大方案，包括：（1）菌株改造；（2）培养基与诱导策略；（3）放大准则与参数；（4）在线控制与质量保障。答案：（1）菌株：敲除OCH1（α-1,6-甘露糖转移酶）降低高甘露糖型；引入Sec61通路分子伴侣SSA4，提高分泌；整合2拷贝表达盒，采用Zeocin抗性标记，避免抗生素压力下降。（2）培养基：采用低甘油批培养（4%w/v），过渡相甘油限制至0.5g/L，诱导期用甲醇—山梨醇混合（3:1）碳源，减少热负荷并维持AOX1启动子强度；添加0.1%Casaminoacids抑制蛋白酶；补加1mmol/LEDTA减少金属蛋白酶。（3）放大准则：采用“恒k_La”结合“恒μ”策略，小罐k_La=180h⁻¹，大罐维持180h⁻¹；搅拌转速按N₂=N₁(D₁/D₂)^{0.6}计算得120rpm；通气比降至0.6vvm，纯氧富集至28%，避免泡沫；甲醇补料与DO-stat联动，设定DO=20%，甲醇浓度在线红外控制在2–4g/L。（4）在线控制：安装FT-IR监测甲醇、山梨醇；采用电容法活细胞密度电极，维持>4×10⁷cells/