2026年大学大三(生物技术)发酵工程基础试题及解析

2026年大学大三(生物技术)发酵工程基础试题及解析一、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.在工业好氧发酵中，最常用的高效溶氧强化手段是（）A.提高罐压B.增加搅拌功率并配套微泡曝气C.降低温度D.提高碳氮比答案：B2.关于Monod方程，下列说法正确的是（）A.描述底物抑制动力学B.仅适用于厌氧体系C.其饱和常数Ks与μmax呈正相关D.可用于预测比生长速率随限制性底物浓度的变化答案：D3.下列灭菌方式中，对维生素B1破坏最小的是（）A.121℃、20min实罐灭菌B.140℃、30s连消C.0.22μm膜过滤除菌D.100℃、60min巴氏灭菌答案：C4.在青霉素发酵后期，为提高产物合成速率，通常应（）A.迅速降低pH至4.0B.补加苯乙酸前体并维持低比生长速率C.一次性提高溶氧至80%饱和D.升温至37℃答案：B5.若某菌株的比死亡常数kd=0.05min⁻¹，则其D值（存活菌数下降90%所需时间）为（）A.13.9minB.20.0minC.46.1minD.100min答案：C解析：D=2.303/kd=2.303/0.05≈46.1min6.下列关于连续发酵稳态的描述，错误的是（）A.稀释率D等于比生长速率μB.菌体浓度保持恒定C.限制性底物浓度保持恒定D.产物浓度一定高于分批发酵答案：D7.在重组大肠杆菌高密度发酵中，为解决乙酸抑制问题，最佳策略是（）A.提高葡萄糖浓度B.降低比生长速率并采用指数流加C.提高温度至42℃D.加入氯霉素答案：B8.下列哪项不是气升式发酵罐的优点（）A.剪切力低B.能耗低于机械搅拌罐C.放大容易D.适用于高黏度黄原胶发酵答案：D9.某发酵液黏度η=0.08Pa·s，密度ρ=1020kg·m⁻³，搅拌桨直径D=0.5m，转速N=2s⁻¹，则雷诺准数Re为（）A.6.25×10³B.1.28×10⁴C.2.55×10⁴D.5.10×10⁴答案：B解析：Re=ρND²/η=1020×2×0.5²/0.08=1.28×10⁴10.在谷氨酸发酵中，生物素浓度对产物积累的影响机制主要是（）A.改变细胞膜通透性B.抑制α-酮戊二酸脱氢酶C.激活谷氨酸脱氢酶D.提高糖酵解速率答案：A11.下列哪种传感器可在线监测发酵液中NH₄⁺浓度（）A.光学DO电极B.离子选择电极C.红外CO₂探头D.热敏电阻答案：B12.在酵母乙醇发酵中，若突然通入纯氧，则（）A.乙醇合成速率立即上升B.Crabtree效应增强C.乙醇合成受抑制，转向呼吸D.葡萄糖消耗速率下降50%答案：C13.关于固定化细胞发酵，下列说法正确的是（）A.载体颗粒越小，扩散限制越严重B.产物分离困难C.可重复利用细胞，缩短发酵周期D.只能用于厌氧过程答案：C14.某发酵过程产物对菌体生长有抑制，其动力学模型应选用（）A.Monod模型B.Logistic模型C.Luedeking-Piret模型D.Andrews抑制模型答案：D15.在工业上，利用乳糖操纵子系统表达外源蛋白时，常用诱导剂是（）A.IPTGB.阿拉伯糖C.麦芽糖D.甘油答案：A16.下列关于发酵尾气在线质谱分析的优点，错误的是（）A.响应快B.可测O₂、CO₂、N₂等多组分C.需高温高压采样D.可用于计算OUR、CER答案：C17.若发酵罐体积放大125倍，保持几何相似，则搅拌桨叶尖线速度v_t应（）A.保持不变B.与放大倍数成正比C.与放大倍数成反比D.与放大倍数的1/3次方成正比答案：A18.在抗生素发酵中，加入过量前体可能导致（）A.菌体生长加速B.产物降解C.菌体中毒，产物下降D.溶氧上升答案：C19.下列哪种发酵产品属于次级代谢产物（）A.柠檬酸B.乳酸C.红霉素D.谷氨酸答案：C20.在发酵过程中，若发现尾气CO₂浓度突然下降，溶氧迅速回升，最可能的原因是（）A.底物耗尽B.染菌C.温度失控D.搅拌桨脱落答案：A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，多选少选均不得分）21.下列哪些因素会显著影响kLa值（）A.搅拌功率B.空气流速C.发酵液黏度D.表面活性剂E.罐压答案：ABCDE22.关于补料分批发酵的优点，正确的有（）A.可控制比生长速率B.延长产物合成期C.降低底物抑制D.便于在线分离产物E.提高设备利用率答案：ABCE23.下列属于发酵过程在线检测参数的有（）A.pHB.溶氧C.菌体干重D.尾气CO₂E.葡萄糖浓度（酶电极）答案：ABDE24.下列哪些措施可提高重组蛋白可溶性表达（）A.降低诱导温度至25℃B.共表达分子伴侣C.采用融合标签D.提高IPTG浓度至2mME.采用无糖培养基答案：ABC25.下列关于代谢工程策略的说法，正确的有（）A.敲除副产物途径关键酶基因B.过表达产物合成途径限速酶C.引入异源途径合成新产物D.提高细胞对产物的转运能力E.降低中心代谢通量答案：ABCD26.下列哪些属于发酵染菌的在线判断依据（）A.溶氧异常升高B.pH异常下降C.尾气CO₂异常下降D.泡沫骤增E.菌体形态镜检发现杆状杂菌答案：ABDE27.下列关于乳酸菌同型发酵的叙述，正确的有（）A.产物仅为乳酸B.1mol葡萄糖生成2mol乳酸C.理论转化率为100%D.产生CO₂E.需氧答案：ABC28.下列哪些属于发酵后处理单元操作（）A.离心分离菌体B.超滤浓缩产物C.离子交换纯化D.溶剂萃取E.干燥答案：ABCDE29.下列关于固定化酶的评价指标，正确的有（）A.酶活回收率B.半衰期C.米氏常数Km变化D.机械强度E.传质系数答案：ABCDE30.下列哪些属于发酵过程放大需遵循的相似准则（）A.几何相似B.动力相似（P/V恒定）C.溶氧相似（kLa恒定）D.流加策略相似E.化学相似（基质浓度相同）答案：ABCE三、填空题（每空1分，共30分）31.在好氧发酵中，溶氧浓度低于________%饱和时，多数抗生素合成受抑制。答案：532.若灭菌温度从121℃升至131℃，则所需灭菌时间可缩短至原来的________倍（Z=10℃）。答案：0.133.某菌株μmax=0.35h⁻¹，Ks=0.5g·L⁻¹，当限制性底物S=2g·L⁻¹时，比生长速率μ=________h⁻¹。答案：0.28解析：μ=μmax·S/(Ks+S)=0.35×2/2.5=0.2834.根据Luedeking-Piret模型，若产物合成与生长偶联系数α=0.2g·g⁻¹，非偶联系数β=0.05g·g⁻¹·h⁻¹，当μ=0.3h⁻¹，X=10g·L⁻¹，则产物合成速率qp=________g·L⁻¹·h⁻¹。答案：0.85解析：qp=αμ+β=0.2×0.3+0.05=0.11g·g⁻¹·h⁻¹，体积速率=qp·X=1.1g·L⁻¹·h⁻¹（原题单位已统一，按体积速率算得1.1，取两位小数1.1）35.在乙醇发酵中，酵母对葡萄糖的理论得率为________g·g⁻¹。答案：0.5136.若发酵罐装液系数为0.7，公称体积为100m³，则实际装液量为________m³。答案：7037.在机械搅拌罐中，当搅拌功率P=5kW，体积V=10m³，则P/V=________kW·m⁻³。答案：0.538.若空气流量Q=0.5vvm，罐体积V=50m³，则标准状态体积流量为________m³·h⁻¹。答案：150039.在离子交换层析中，若产物等电点pI=6.5，当缓冲液pH=8.0时，产物带________电荷，应选用________交换树脂。答案：负，阴40.在双水相萃取中，常用的聚合物/盐体系为________/________。答案：PEG，磷酸钾41.若某酶固定化后表观Km升高至游离酶的2倍，则最可能的原因是________限制。答案：外扩散42.在发酵尾气分析中，OUR表示________，CER表示________。答案：摄氧率，二氧化碳释放率43.若发酵液泡沫高度超过罐体高度的________%，必须加入消泡剂。答案：3044.在重组大肠杆菌发酵中，常用________作为碳源进行甘油补料，以降低乙酸积累。答案：甘油45.在青霉素生物合成途径中，前体________通过侧链转移反应引入β-内酰胺环。答案：苯乙酸46.若某连续发酵D=0.2h⁻¹，稳态菌体浓度X=15g·L⁻¹，则菌体产率DX=________g·L⁻¹·h⁻¹。答案：347.在谷氨酸发酵中，若生物素浓度高于________μg·L⁻¹，则菌体生长旺盛但产酸下降。答案：1048.若某发酵过程需维持溶氧30%饱和，已知kLa=0.15s⁻¹，C=8mg·L⁻¹，实际溶氧C=2mg·L⁻¹，则OUR=________mg·L⁻¹·h⁻¹。48.若某发酵过程需维持溶氧30%饱和，已知kLa=0.15s⁻¹，C=8mg·L⁻¹，实际溶氧C=2mg·L⁻¹，则OUR=________mg·L⁻¹·h⁻¹。答案：3.24解析：OUR=kLa(C−C)=0.15×(8−2)=0.9mg·L⁻¹·s⁻¹=3240mg·L⁻¹·h⁻¹（原题单位已统一，按小时得3240）解析：OUR=kLa(C−C)=0.15×(8−2)=0.9mg·L⁻¹·s⁻¹=3240mg·L⁻¹·h⁻¹（原题单位已统一，按小时得3240）49.在工业上，利用________法可一次性除去发酵液中大部分杂蛋白和色素。答案：壳聚糖絮凝50.若喷雾干燥进风温度为180℃，出风温度为80℃，则物料在塔内停留时间约为________s。答案：15四、简答题（共40分）51.（封闭型，6分）简述Monod方程与Tessier方程的异同，并指出后者在何种情况下更具优势。答案：Monod方程：μ=μmax·S/(Ks+S)，形式简单，适用于多数非抑制生长；Tessier方程：μ=μmax[1−exp(−S/K)]，假设细胞对底物利用存在饱和型指数逼近，无半饱和常数明确物理意义。两者均描述比生长速率随底物浓度变化，但Tessier曲线在S较低时上升更快，能更好拟合某些丝状真菌或底物极稀薄时的生长数据，优势在于低底物区精度高。52.（开放型，8分）某企业拟将5L实验室机械搅拌罐（P/V=1.5kW·m⁻³，kLa=0.12s⁻¹）放大至50m³生产罐，要求保持溶氧水平一致。请给出放大策略，并讨论至少三种放大准则的利弊。答案：策略：采用几何相似，维持kLa恒定为核心，兼顾P/V与搅拌桨叶尖速度vt。准则比较：①恒定kLa：保证溶氧，但放大后P/V下降，需提高搅拌转速或气速，能耗高；②恒定P/V：放大后kLa易超标，剪切力大，对丝状菌不利；③恒定叶尖速度vt：剪切温和，但kLa可能不足，需辅以微泡曝气；④恒定混合时间：实验室易实现，工业规模几乎不可能，能耗巨大；综合：采用恒定kLa为主，适度降低P/V，改用高效桨型+微泡，兼顾剪切与能耗。53.（封闭型，6分）解释“Crabtree效应”与“Pasteur效应”的区别，并说明其在工业酵母乙醇发酵中的调控意义。答案：Crabtree效应：酵母在高糖浓度下，即使有充足溶氧，仍优先进行发酵生成乙醇；Pasteur效应：酵母在无氧条件下糖消耗速率显著高于有氧。调控意义：乙醇生产需强化Crabtree效应，保持高糖、低溶氧；而高细胞密度培养需抑制Crabtree效应，采用限糖+好氧，减少乙醇副产，提高生物量。54.（开放型，8分）某重组大肠杆菌需表达含二硫键的抗体片段，但实验室发现包涵体率高达80%。请从发酵工程角度提出系统解决方案，并说明检测指标。答案：方案：①降低诱导温度至20–25℃，减缓折叠速率；②共表达分子伴侣GroEL/ES与DsbC，促进二硫键正确配对；③采用低比生长速率（μ<0.1h⁻¹）的指数-衰减流加策略，减少乙酸；④使用含半胱氨酸的丰富培养基，提供折叠底物；⑤微好氧（DO5–10%）维持适当氧化还原电位；⑥诱导后补加0.4M蔗糖，提高渗透压，稳定折叠中间体。检测：SDS可溶/不可溶比例、ELISA活性、Westernblot、尾气质谱监测乙酸、流式细胞仪检测细胞活性。55.（封闭型，6分）简述固定化细胞与固定化酶在工业应用中的三点主要差异。答案：①固定化细胞含多酶体系，可完成复杂转化，酶仅需单一反应；②细胞可自我再生辅因子，酶需外源供给；③细胞存在传质屏障与副反应，酶选择性高但易失活。56.（开放型，6分）某抗生素发酵采用豆油作为缓效碳源，发现后期产物合成停滞，而豆油残留仍高。请分析可能原因并提出改进措施。答案：原因：①脂肪酶活性不足，豆油水解受限；②溶解氧低，脂肪酸β-氧化受阻；③前体供应不足，合成途径饱和；④磷酸根限制，ATP合成不足。措施：①补加适量脂肪酶或产酶诱导物；②提高溶氧至30%以上；③同步补加少量速效碳源（如麦芽糖）激活途径；④优化C/P比，补加磷酸盐；⑤采用两阶段控制：生长期用速效碳源，生产期切换豆油+强供氧。五、应用题（共40分）57.（计算类，10分）某好氧分批发酵生产黄原胶，已知：初始体积V0=100m³，初始葡萄糖S0=40g·L⁻¹，菌体得率Yx/s=0.3g·g⁻¹，产物得率Yp/s=0.6g·g⁻¹，维持系数ms=0.02g·g⁻¹·h⁻¹，最大比生长速率μmax=0.25h⁻¹，Ks=1g·L⁻¹，发酵周期t=48h，假设生长遵循Monod动力学，忽略死亡，求：（1）菌体最大浓度Xmax；（2）黄原胶最终浓度P；（3）若采用连续发酵D=0.15h⁻¹，求稳态菌体浓度X及所需稀释率下最大产物浓度Pmax。答案与解析：（1）底物全部用于生长与维持：S0−S≈S0=40g·L⁻¹Xmax=Yx/s·S0=0.3×40=12g·L⁻¹（2）产物仅与底物消耗相关：P=Yp/s·S0=0.6×40=24g·L⁻¹（3）连续发酵稳态：μ=D=0.15h⁻¹由Monod：S=Ks·D/(μmax−D)=1×0.15/(0.25−0.15)=1.5g·L⁻¹X=Yx/s·(S0−S)=0.3×(40−1.5)=11.55g·L⁻¹P=Yp/s·(S0−S)=0.6×38.5=23.1g·L⁻¹答：Xmax=12g·L⁻¹，P=24g·L⁻¹；连续X=11.55g·L⁻¹，Pmax=23.1g·L⁻¹。58.（分析类，10分）某50m³发酵罐生产聚羟基脂肪酸（PHA），发现溶氧从30%骤降至5%，尾气CO₂上升20%，温度上升1.2℃，泡沫增多。请用系统分析思路，给出诊断流程图，并指出最可能的故障点与验证实验。答案：流程图：数据采集→异常参数排序（溶氧↓、CO₂↑、T↑、泡沫↑）→可能原因矩阵→权重评分→实验验证。最可能：染入好氧杂菌（如芽孢杆菌），耗氧剧增，放热增加，菌体自溶蛋白致泡沫。验证：①无菌取样镜检，革兰染色见粗大杆状；②平板培养，37℃快速长出大型菌落；③16SrDNA测序比对；④回溯空气过滤器完整性，发现滤芯破损；⑤更换滤芯后溶氧回升，CO₂下降，泡沫减少。59.（综合类，20分）某公司拟利用玉米芯水解液生产燃料乙醇，流程：预处理→酶解→发酵→蒸馏。已知水解液含葡萄糖80g·L⁻¹，木糖30g·L⁻¹，醋酸3g·L⁻¹，糠醛1.2g·L⁻¹。选用工程酵母S.cerevisiae424A(LNH-ST)，可共代谢葡萄糖与木糖，但受醋酸抑制。实验室小试：30℃、pH5.0、微好氧，乙醇得率0.46g·g⁻¹总糖，体积产率Qp=2.0g·L⁻¹·h⁻¹。放大至1000m³，要求：①最终乙醇≥5%（w/v），残糖≤2g·L⁻¹；②糠醛完全脱毒；③醋酸浓度<1g·L⁻¹；④过程能耗最低。请设计完整工艺方案，包括：（1）脱毒与营养调配；（2）发酵方式（分