2026年发酵工程考试题库及答案

2026年发酵工程考试题库及答案一、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.在工业好氧发酵中，决定溶氧传递速率（OTR）的核心参数是（）A.搅拌桨直径  B.罐压  C.体积溶氧系数kLa  D.发酵液黏度答案：C2.下列哪种碳源最容易引起“Crabtree效应”从而抑制酵母菌体生长（）A.甘油  B.乳糖  C.葡萄糖  D.琥珀酸答案：C3.对于典型的补料分批（fed-batch）青霉素发酵，下列控制策略最能有效延长产物合成期（）A.恒速补糖  B.DO-stat补糖  C.pH-stat补糖  D.指数流加糖答案：D4.在气升式发酵罐中，环流时间tc与下列哪一参数呈反比（）A.表观气速Ug  B.发酵液密度ρ  C.罐高径比H/D  D.导流筒截面积答案：A5.若某菌株比生长速率μ与限制性底物s的关系符合Monod模型，则当s≫Ks时，μ趋向于（）A.0  B.μmax  C.Ks  D.s答案：B6.下列灭菌方式中，属于“连续瞬时高温”范畴的是（）A.空罐灭菌  B.实罐灭菌  C.HTST板式灭菌  D.化学灭菌答案：C7.在下游提取中，对热敏性胞外蛋白最适宜的初级分离手段是（）A.喷雾干燥  B.冷冻离心  C.板框过滤  D.双水相萃取答案：D8.若发酵液泡沫主要由蛋白质引起，下列消泡剂中“铺展系数”最高的是（）A.硅油  B.聚醚L61  C.天然油脂  D.矿物油答案：B9.采用“化学限定培养基”替代复合培养基的主要技术目的是（）A.降低成本  B.提高产物浓度  C.便于过程放大与质量控制  D.缩短延迟期答案：C10.在代谢流分析（MFA）中，若测得EMP途径通量J1与PP途径通量J2，则J1/(J1+J2)称为（）A.代谢比  B.通量分流比  C.还原度  D.能量耦合系数答案：B11.下列哪项不是“高细胞密度发酵”常见瓶颈（）A.氧传递受限  B.CO2毒性  C.底物抑制  D.产物挥发答案：D12.若某抗生素为聚酮类，其合成关键酶是（）A.PKS  B.NRPS  C.柠檬酸合酶  D.莽草酸激酶答案：A13.在固态发酵（SSF）中，水分活度aw一般控制在（）A.0.99–1.00  B.0.90–0.95  C.0.60–0.70  D.<0.50答案：B14.采用“两阶段溶氧控制”策略时，产酸阶段DO通常设为（）A.5%  B.10%  C.30%  D.70%答案：B15.在发酵废气中，下列哪种在线检测技术对乙醇具有最高选择性（）A.红外吸收  B.热导池  C.半导体SnO2  D.质谱答案：A16.若发酵液黏度服从幂律模型τ=Kγⁿ，当n<1时，流体属于（）A.牛顿型  B.胀塑性  C.假塑性  D.宾汉型答案：C17.在“连续发酵+细胞循环”系统中，若稀释率D大于μmax，系统稳态将（）A.洗出  B.振荡  C.自溶  D.维持答案：A18.下列哪种诱变剂属于“碱基类似物”（）A.NTG  B.UV  C.5-BU  D.γ射线答案：C19.在“组学”水平筛选高产菌株时，最先实施的技术通常是（）A.比较基因组  B.转录组  C.蛋白组  D.代谢组答案：A20.若某发酵过程产物为胞内酶，采用高压匀浆破壁时，最需优化的参数是（）A.温度  B.压力与循环次数  C.pH  D.离子强度答案：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，多选少选均不得分）21.下列因素中，能够提高体积溶氧系数kLa的有（）A.提高表观气速  B.增加挡板数量  C.降低温度  D.添加消泡剂  E.提高搅拌功率答案：ABE22.关于“代谢工程”描述正确的有（）A.需要整合组学数据  B.常用CRISPR/Cas9进行基因编辑  C.目标仅限于提高产量  D.需进行通量平衡分析  E.可引入异源途径答案：ABDE23.下列属于“发酵过程在线监控软测量”技术的有（）A.近红外光谱  B.电容法测生物量  C.热平衡法估OUR  D.介电谱  E.平板计数答案：ABCD24.在“青霉菌产青霉素”发酵中，下列哪些属于“前体”物质（）A.苯乙酸  B.半胱氨酸  C.缬氨酸  D.α-氨基己二酸  E.乙酸答案：ABD25.下列操作可导致“发酵液稀释率突变”的有（）A.连续发酵进料泵故障  B.补料分批中瞬间加大流速  C.切换不同罐体  D.改变搅拌转速  E.罐体泄漏答案：ABCE26.关于“固态发酵反应器”特点，正确的有（）A.传质阻力大  B.水分活度需严格控制  C.易实现无菌操作  D.能耗通常低于深层液态发酵  E.产物提取困难答案：ABDE27.下列属于“能量耦合型”产物合成机制的有（）A.乳酸发酵  B.乙醇发酵  C.柠檬酸分泌  D.杆菌肽合成  E.聚羟基脂肪酸酯（PHA）合成答案：ABE28.在“发酵放大”中，必须保持“恒P/V”准则的原因包括（）A.维持相同kLa  B.维持相同剪切  C.维持相同混合时间  D.维持相同CO2移除  E.降低投资答案：ABC29.下列属于“非生长耦联型”次级代谢产物的有（）A.红霉素  B.链霉素  C.谷氨酸  D.杆菌肽  E.青霉素答案：ABDE30.在“发酵废渣资源化”中，可行的技术路线有（）A.厌氧消化产沼气  B.酶解制糖再发酵  C.焚烧发电  D.直接填埋  E.堆肥答案：ABCE三、填空题（每空1分，共20分）31.若发酵液氧传质速率（OTR）等于菌体摄氧率（OUR），则溶氧浓度处于________稳态。答案：动态32.在Monod方程中，当底物浓度s=Ks时，比生长速率μ=________μmax。答案：0.533.若某菌体对氧的最大比呼吸速率QO2,max为12mmolg⁻¹h⁻¹，则其理论最大比生长速率μmax≈________h⁻¹。（已知Yx/O=1.2gbiomassmolO₂⁻¹）答案：0.434.采用“指数-衰减速率”补料策略时，补糖速率F(t)=F₀·e^(μset·t)·e^(-kt)，其中k称为________系数。答案：衰减35.在固态发酵中，常用________（填英文缩写）表示单位干基质量。答案：db36.若某抗生素生物合成基因簇大小为85kb，则采用λRed重组系统时，需同步提供________（填英文缩写）介导的同源臂。答案：Redαβγ37.在“高细胞密度大肠杆菌发酵”中，常用________盐作为镁离子来源，既可缓冲pH又可提供Mg²⁺。答案：MgSO₄·7H₂O38.若发酵尾气中CO₂体积分数为4%，通气比1vvm，则CO₂的摩尔流速为________molL⁻¹h⁻¹。（标准状态下，1mol气体=22.4L）答案：1.7939.在“连续发酵”中，若稀释率D=0.2h⁻¹，稳态生物量浓度x=50gL⁻¹，则生物量产率Px=________gL⁻¹h⁻¹。答案：1040.若某酶反应符合米氏方程，Km=2mmolL⁻¹，当底物浓度s=8mmolL⁻¹时，反应速率v=________Vmax。答案：0.841.在“双水相萃取”中，常用聚合物为PEG与________。答案：Dextran42.若发酵液过滤常数K=2×10⁻⁴m²s⁻¹，压差ΔP=0.2MPa，则滤饼比阻α=________mkg⁻¹。（已知滤液黏度μ=1mPa·s，滤饼干质量c=20kgm⁻³）答案：5×10¹¹43.在“代谢流分析”中，若某反应化学计量矩阵为S，通量向量为v，则稳态约束满足Sv=________。答案：044.若某菌株突变后丧失乳酸脱氢酶（LDH）活性，则其发酵产物中乳酸浓度将________。答案：下降45.在“青霉菌发酵”中，若前体苯乙酸浓度>0.3%，则主要副作用为________。答案：毒性抑制46.在“管式连续灭菌”中，维持段长度设计主要依据________（填英文缩写）数。答案：Da47.若发酵罐体积为100m³，装液系数0.7，则实际装液量为________m³。答案：7048.在“溶氧电极”校准中，零点校准常用________%Na₂SO₃饱和溶液。答案：549.若某产物对菌体具有“底物抑制”，则其动力学模型需在Monod方程中加入________项。答案：抑制50.在“发酵过程经济学”中，总成本中占比最大的通常是________成本。答案：原料四、简答题（共6题，每题8分，共48分）51.（封闭型）简述“体积溶氧系数kLa”的三种常用测定方法，并给出其中一种的数学表达式。答案：（1）亚硫酸盐氧化法：利用Cu²⁺催化O₂氧化Na₂SO₃，通过溶氧电极测得OTR，kLa=OTR/C，其中C为饱和溶氧浓度。（1）亚硫酸盐氧化法：利用Cu²⁺催化O₂氧化Na₂SO₃，通过溶氧电极测得OTR，kLa=OTR/C，其中C为饱和溶氧浓度。（2）动态法（gassing-out）：停止通气后记录DO下降曲线，再恢复通气，根据质量平衡得：dC/dt=kLa(C−C)−OUR，线性回归求kLa。（2）动态法（gassing-out）：停止通气后记录DO下降曲线，再恢复通气，根据质量平衡得：dC/dt=kLa(C−C)−OUR，线性回归求kLa。（3）稳态法：在稳态下OTR=OUR，kLa=OUR/(C−C)。（3）稳态法：在稳态下OTR=OUR，kLa=OUR/(C−C)。数学表达式（动态法）：kL52.（开放型）试从代谢流角度解释“谷氨酸棒杆菌在生物素亚适量条件下分泌谷氨酸”的机制，并提出两条代谢工程改造策略以进一步提高谷氨酸产量。答案：机制：生物素限量抑制乙酰-CoA羧化酶，降低脂肪酸合成→细胞膜磷脂合成受阻→膜通透性增加→胞内谷氨酸泄漏；同时α-酮戊二酸脱氢酶活性下降，TCA流在α-酮戊二酸节点“堵塞”，谷氨酸合成途径通量增大。策略：（1）敲除或弱化α-酮戊二酸脱氢酶基因odhA，减少α-酮戊二酸向下游通量；（2）过反馈抗性谷氨酸脱氢酶gdh，提高NH₄⁺同化与谷氨酸合成通量；（3）引入异源谷氨酸转运蛋白，强化分泌；（4）动态调控生物素浓度，采用生物素响应启动子实现“可开关”膜通透性。53.（封闭型）写出“连续发酵+细胞循环”系统的稳态生物量浓度表达式，并说明临界稀释率Dcrit与膜通量J的关系。答案：稳态生物量浓度：x其中α为循环比。临界稀释率：=膜通量J必须满足J≥Dcrit·x，否则膜污染导致无法维持稳态。54.（开放型）某厂100m³青霉素发酵罐放大至200m³，若采用“恒P/V”准则，求搅拌转速N₂与N₁的关系，并讨论CO₂移除问题。答案：P/V=常数→P∝V→P₂=2P₁；功率数Np不变：P若几何相似D₂=2^(1/3)D₁→N₂/N₁=2^(−5/9)=0.66。CO₂移除：大罐气液比表面积a减小，CO₂累积风险增大，需提高表观气速或采用内循环管+微泡distributor，同时在线监测pCO₂，必要时实施“阶段降压”或“头罐洗气”。55.（封闭型）给出“高细胞密度大肠杆菌发酵”中乙酸抑制机制的分子水平解释，并写出两条控制乙酸积累的工程策略。答案：机制：高速糖酵解产生过量乙酰-CoA，转向乙酸途径→乙酸跨膜质子化→胞内pH下降→σ³⁸应激，抑制核糖体合成及外源蛋白表达。策略：（1）低糖流加或DO-stat控制，限制糖摄取速率<临界值；（2）敲除乙酸激酶ackA-pta，或引入乙酰-CoA消耗途径（如PHA合成）；（3）采用C源替代（如甘油）降低糖酵解速率。56.（开放型）结合案例说明“合成生物学”在构建“微生物细胞工厂”生产植物源萜类香料中的三步典型流程，并指出放大瓶颈。答案：流程：（1）途径设计：在酿酒酵母中引入外源MVA途径+植物萜合酶基因；（2）基因线路优化：采用CRISPR/Cas9多拷贝整合、启动子文库调控、动态传感器（如FPP感应阻遏子）平衡生长与产物合成；（3）宿主工程：敲除ERG9（角鲨烯合成酶）竞争途径，过表达tHMG1、UPC2-1，增加前体供给。瓶颈：（1）萜类产物对膜毒性导致分泌受限；（2）溶氧需求高，放大时kLa不足；（3）下游产物易挥发，需闭环气提+冷凝回收；（4）法规对“转基因香料”安全性评估周期长。五、应用题（含计算/分析/综合类，共4题，共62分）57.（计算题，15分）某好氧发酵过程，已知：kLa=0.25s⁻¹，C=7mgL⁻¹，实测DO=10%空气饱和度，菌体浓度x=40gL⁻¹，Yx/O=1.5gbiomassgO₂⁻¹。求：57.（计算题，15分）某好氧发酵过程，已知：kLa=0.25s⁻¹，C=7mgL⁻¹，实测DO=10%空气饱和度，菌体浓度x=40gL⁻¹，Yx/O=1.5gbiomassgO₂⁻¹。求：（1）当前OUR；（2）若目标提高x至60gL⁻¹且保持DO≥20%，求所需kLa；（3）若仅通过提高搅拌功率实现，求功率增加倍数（设kLa∝(P/V)^0.7）。答案：（1）OTR=kLa(C−C)=0.25×(7−0.7)=1.575mgL⁻¹s⁻¹=5.67gL⁻¹h⁻¹=OUR。（1）OTR=kLa(C−C)=0.25×(7−0.7)=1.575mgL⁻¹s⁻¹=5.67gL⁻¹h⁻¹=OUR。（2）新OUR=5.67×60/40=8.51gL⁻¹h⁻¹；需OTR=8.51，C≥1.4mgL⁻¹；kLa_new=8.51/(7−1.4)=1.52h⁻¹=0.422s⁻¹。（3）kLa∝(P/V)^0.7→(P₂/P₁)=(0.422/0.25)^(1/0.7)=2.14倍。58.（分析题，17分）某厂采用连续发酵生产乳酸，体积100L，稀释率D=0.4h⁻¹，S₀=120gL⁻¹葡萄糖，Yp/s=0.9g乳酸g糖⁻¹，mₛ=0.02g糖gbiomass⁻¹h⁻¹，μmax=0.5h⁻¹，Ks=1gL⁻¹。（1）求稳态残糖S；（2）求稳态菌浓x（Yx/s=0.25）；（3）若采用细胞循环（α=0.5，膜浓缩因子β=4），求新x及乳酸产率提升比例。答案：（1）Monod：D=μmaxS/(Ks+S)→S=1gL⁻¹。（2）x=Yx/s(S₀−S)−mₛx/D→x=0.25(120−1)/(1+0.02/0.4)=27.4gL⁻¹。（3）新稀释率D’=D(1−α)=0.2h⁻¹；新S’=0.5gL⁻¹；x’=Yx/s(S₀−S’)/(1−α+mₛ/D’)=0.25×119.5/(0.5+0.1)=49.8gL⁻¹；乳酸产率P=D’Yp/s(S₀−S’)=0.2×0.9×119.5=21.5gL⁻¹h⁻¹，原P=0.4×0.9×119=42.8gh⁻¹（100L），循环后P’=21.5×100=2150gh⁻¹，提升比例=2150/4280=0.5倍（因体积流量减半，单位体积产率不变，但总产率不变，需修正逻辑）。修正：循环后D’=0.2h⁻¹，体积仍100L，产率P=0.2×0.9×119.5=21.5gL⁻¹h⁻¹，原42.8gL⁻¹h⁻¹→实际下降，需重新设定目标。正确：循环目的为提高x，维持D=0.4h⁻¹，但α=0.5，β=4，则净洗出D(1−α)=0.2h⁻¹，菌体回流使x上升，新x=βx=4×27.4=109.6gL⁻¹，乳酸产率P=DYp/s(S₀−S)=0.4×0.9×119=42.8gL⁻¹h⁻¹（不变），但罐体积负荷提高，下游提取浓度提高，节省能耗。59.（综合题，15分）设计一个“5-氨基乙酰丙酸（ALA）”发酵方案，包括菌株、培养基、过程控制与下游提取路线，要求ALA浓度≥15gL⁻¹，糖酸转化率≥0.3gg⁻¹。答案：菌株：重组大肠杆菌MG1655，过表达hemA（来自R.sphaeroides），敲除alaR（负调控），弱化hemB（ALA脱水酶）采用CRISPRi动态抑制。培养基：葡萄糖30gL⁻¹，(NH₄)₂SO₄5gL