2026年大学发酵工程考试题及答案

2026年大学发酵工程考试题及答案一、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.氧传质系数k_LaD.空气流量答案：C2.下列哪种碳源最容易引起“Crabtree效应”而抑制酵母菌体生长（）A.甘油B.乳糖C.葡萄糖D.木糖答案：C3.青霉素生物合成途径中，侧链前体苯氧乙酸的最佳添加时期是（）A.延滞期B.对数生长期C.稳定期早期D.衰亡期答案：C4.某发酵过程采用pH-stat补料策略，其控制变量本质是（）A.溶氧B.氧化还原电位C.比生长速率μD.残余葡萄糖浓度答案：D5.在机械搅拌发酵罐中，当通气数Na>0.1时，功率下降的主要原因是（）A.气泡聚并B.气穴现象C.湍流减弱D.液体黏度升高答案：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连消D.甲醛熏蒸答案：C7.若某菌株的比底物消耗速率qs=0.3g/(g·h)，菌体得率Y_X/S=0.45g/g，则比生长速率μ为（）A.0.135h⁻¹B.0.15h⁻¹C.0.67h⁻¹D.1.5h⁻¹答案：A8.在发酵动力学模型中，Luedeking-Piret方程用于描述（）A.菌体生长B.基质消耗C.产物合成D.溶氧传递答案：C9.下列哪种在线检测技术最适合实时监测高固含量发酵液中的活菌浓度（）A.浊度法B.电容法C.近红外光谱D.介电谱答案：B10.若发酵罐体积为100m³，装液系数为0.7，灭菌后降温水损失5m³，则实际装液量为（）A.65m³B.70m³C.75m³D.80m³答案：A11.在代谢流分析中，确定胞内代谢流分布最常用的同位素标记底物是（）A.[1-¹³C]葡萄糖B.[U-¹⁴C]葡萄糖C.²H₂OD.¹⁵NH₄Cl答案：A12.下列哪种突变最可能导致氨基酸发酵菌株出现“营养缺陷型回复”而降低产量（）A.点突变B.缺失突变C.插入突变D.大片段倒位答案：A13.在空气除菌流程中，总过滤器压差突然升高，最可能的原因是（）A.空气温度升高B.滤芯破损C.空气湿度过饱和D.压缩机喘振答案：C14.若某抗生素发酵单位提高了20%，提取总收率下降5%，则最终提取产量变化为（）A.+14%B.+15%C.+16%D.+18%答案：A15.采用溶氧电极（DO=100%）校准时，通常使用的校准气体是（）A.纯氧B.空气C.氮气D.5%CO₂答案：B16.在发酵过程放大中，保持“单位体积功率P/V不变”策略主要适用于（）A.剪切敏感体系B.高黏度非-Newton体系C.溶氧受限体系D.厌氧体系答案：C17.下列哪种产物属于“生长偶联型”初级代谢产物（）A.乙醇B.青霉素C.杆菌肽D.赤霉素答案：A18.若连续发酵的稀释率D>μ_max，则系统最终会出现（）A.洗出B.稳态C.振荡D.菌体回流答案：A19.在发酵废气处理中，生物滴滤塔最主要的微生物代谢方式是（）A.好氧矿化B.厌氧消化C.硫酸盐还原D.反硝化答案：A20.采用CRISPR-Cas9敲除工业菌株的副产物途径基因时，最常用的选择标记是（）A.红霉素抗性B.卡那霉素抗性C.博来霉素抗性D.四环素抗性答案：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.下列哪些因素会显著影响k_La测定结果（）A.搅拌转速B.罐压C.离子强度D.表面活性剂E.菌体形态答案：ABCDE22.在谷氨酸发酵中，提高细胞膜通透性的常用手段包括（）A.添加青霉素B.限氧C.生物素亚适量D.添加吐温-80E.高温胁迫答案：ACD23.下列属于“碳分解代谢物阻遏”机制的关键组分（）A.cAMPB.CRPC.PTSD.σ^SE.Cra答案：ABCE24.关于fed-batch发酵优点，正确的有（）A.可控制比生长速率B.避免底物抑制C.延长产物合成期D.降低染菌概率E.提高设备利用率答案：ABCE25.下列哪些在线参数可用于推断菌体浓度（）A.尾气CO₂B.耗氧速率OURC.发酵液光密度D.电容值E.基质补加速率答案：ABCD26.在发酵过程放大中，若采用“恒叶端速度”准则，需保持不变的量有（）A.搅拌桨直径B.叶端线速度C.搅拌转速D.单位体积功率E.雷诺数答案：B27.下列哪些属于次级代谢产物合成的“调控基因”范畴（）A.途径特异性激活基因B.簇内抗性基因C.全局调控基因D.前体合成基因E.分泌转运基因答案：AC28.若采用溶氧反馈-变速补料策略，需实时联锁的变量有（）A.DO信号B.补料泵转速C.搅拌转速D.罐压E.尾气O₂答案：ABC29.下列哪些措施可降低发酵液泡沫稳定性（）A.添加聚醚消泡剂B.降低蛋白胨浓度C.提高罐压D.提高温度E.降低通气比答案：ABE30.在工业发酵中，引起“噬菌体污染”的典型现象有（）A.菌体快速自溶B.pH异常升高C.溶氧骤降D.泡沫骤增E.产物合成停止答案：ABDE三、填空题（每空1分，共20分）31.Monod方程表达式为μ=________，其中Ks表示________。答案：μ=μ_max·S/(Ks+S)；半饱和常数32.若发酵罐搅拌功率为15kW，装液量60m³，则单位体积功率P/V=________W/m³。答案：25033.在空气除菌设计中，对数穿透定律表示为________，其中N_t表示________。答案：N_t=N_0·exp(-kL)；出口活菌数34.青霉素发酵中，若苯乙酸添加量超过________g/L，会出现产物抑制。答案：1.035.某菌株Y_X/S=0.5g/g，若需生产10t干菌体，理论上消耗葡萄糖________t。答案：2036.在连续发酵稳态下，菌体浓度X=________，其中D为稀释率，S_0为进料基质浓度。答案：Y_X/S·(S_0−S)37.发酵尾气分析中，呼吸商RQ=________，若RQ>1.2，提示________代谢增强。答案：CER/OUR；发酵型38.若k_La=0.25s⁻¹，饱和溶氧C=8mg/L，当前DO=2mg/L，则OTR=________mg/(L·s)。38.若k_La=0.25s⁻¹，饱和溶氧C=8mg/L，当前DO=2mg/L，则OTR=________mg/(L·s)。答案：1.539.在代谢工程中，将胞内代谢流重新定向常用的“推拉-堵”策略中，“堵”指________。答案：敲除或抑制竞争途径40.工业发酵罐的“高径比”通常取________，目的是________。答案：2.5~3；提高气液接触时间四、简答题（共30分）41.（封闭型，6分）写出三种测定k_La的实验方法，并指出各自优缺点。答案：（1）亚硫酸钠氧化法：优点设备简单、响应快；缺点非真实体系、放热大。（2）动态法（停气-再通气）：优点真实发酵液、可在线；缺点需快速DO电极、受菌体呼吸干扰。（3）稳态法（物料平衡）：优点无需停气、可连续；缺点需准确尾气分析、计算复杂。42.（开放型，8分）某氨基酸发酵出现“糖酸转化率下降”现象，请从代谢调控角度提出至少四条改进思路并说明理由。答案：①敲除乳酸脱氢酶基因，减少碳流流失；②过表达磷酸烯醇丙酮酸羧化酶，提高草酰乙酸供给；③引入NADPH再生系统（如转氢酶），增强还原力；④动态控制溶解氧在5%±1%，避免过量氧引起TCA循环过度通量；⑤采用CRISPRi动态抑制乙酸激酶，降低乙酸副产。43.（封闭型，6分）简述“氧的极限供应”概念，并给出判断某发酵是否氧受限的实验判据。答案：概念：当氧传递速率OTR低于菌体摄氧率OUR时，溶氧降至临界值以下，代谢受抑。判据：①提高搅拌转速10%，若OUR立即上升且产物合成速率提高，则原过程氧受限；②通入纯氧，若产率显著上升，则氧受限；③测定临界溶氧C_crit，若操作DO≤C_crit，则受限。44.（开放型，10分）结合实例说明如何运用“系统生物学-合成生物学”整合策略提升次级代谢产物产量。答案：以红霉素为例：①系统生物学：通过转录组、蛋白组、代谢组整合，发现bldD为全局正调控因子；②合成生物学：设计bldD过表达盒，引入强启动子ermEp，并优化RBS序列；③结合基因组规模模型预测前体供应瓶颈，过表达甲基丙二酰-CoA羧基转移酶；④利用CRISPR-Cas9敲除竞争途径聚酮合酶基因，减少副产物；⑤在5m³罐验证，红霉素A产量由1.2g/L提升至4.7g/L，副产物降低60%。以红霉素为例：①系统生物学：通过转录组、蛋白组、代谢组整合，发现bldD为全局正调控因子；②合成生物学：设计bldD过表达盒，引入强启动子ermEp，并优化RBS序列；③结合基因组规模模型预测前体供应瓶颈，过表达甲基丙二酰-CoA羧基转移酶；④利用CRISPR-Cas9敲除竞争途径聚酮合酶基因，减少副产物；⑤在5m³罐验证，红霉素A产量由1.2g/L提升至4.7g/L，副产物降低60%。五、计算与分析题（共60分）45.（计算题，15分）某好氧发酵采用间歇操作，已知：初始基质S_0=30g/L，菌体得率Y_X/S=0.45g/g，维持系数m_s=0.02g/(g·h)，最大比生长速率μ_max=0.35h⁻¹，Monod常数Ks=0.8g/L，产物合成可忽略。求：（1）对数生长期结束时菌体浓度；（2）若此时基质降至1g/L，所需时间；（3）维持消耗占总消耗的比例。解：（1）X=X_0+Y_X/S(S_0−S)=0+0.45×(30−1)=13.05g/L（2）由Monod积分：t=1/μ_max·[(Ks+S_0)/(S_0−S)·ln(S_0/S)−Ks/(S_0−S)·ln(S_0/S)]代入：t=1/0.35·[(0.8+30)/29·ln30−0.8/29·ln30]=2.857×[1.062×3.401−0.0276×3.401]=2.857×3.51≈10.0h（3）总基质消耗ΔS=29g/L，用于生长13.05/0.45=29g，用于维持m_s·X_avg·t取X_avg=13.05/2=6.525g/L，则维持消耗=0.02×6.525×10=1.305g/L比例=1.305/29≈4.5%答案：（1）13.05g/L；（2）10.0h；（3）4.5%46.（计算题，15分）一台100m³发酵罐，装液70m³，搅拌桨直径D=1.8m，转速N=1.5r/s，空气流量Q=0.6m³/s（标准状态），液体密度ρ=1050kg/m³，黏度μ=0.02Pa·s。求：（1）搅拌雷诺数Re；（2）通气功率P_g（采用Michel-Miller公式：P_g=0.706(P²ND³/Q^0.56)^0.45，其中P为不通气功率）；（3）k_La（采用Van’tRiet关联：k_La=0.026(P_g/V)^0.7·u_g^0.5，u_g为表观气速）。解：（1）Re=ρND²/μ=1050×1.5×1.8²/0.02=2.55×10⁵（2）不通气功率P=Np·ρN³D⁵，取Np=5（六平叶桨）：P=5×1050×1.5³×1.8⁵=5×1050×3.375×18.9≈3.35×10⁵W=335kWMichel-Miller：P_g=0.706(335²×1.5×1.8³/0.6^0.56)^0.45=0.706(1.12×10⁵×4.37/0.77)^0.45=0.706(6.35×10⁵)^0.45=0.706×1.15×10²≈81kW（3）u_g=Q/A=0.6/(π/4·T²)，取罐径T=3.6m，则A=10.18m²，u_g=0.059m/sk_La=0.026(81/70)^0.7·0.059^0.5=0.026×1.16^0.7×0.243=0.026×1.11×0.243≈0.007s⁻¹=25h⁻¹答案：（1）2.55×10⁵；（2）81kW；（3）25h⁻¹47.（综合题，15分）某青霉素发酵放大从0.2m³中试到50m³生产，要求保持溶氧水平≥30%空气饱和度。中试参数：P/V=1.5kW/m³，u_g=0.08m/s，k_La=0.35s⁻¹。生产罐几何相似，高径比2.5，装液系数0.75。求：（1）生产罐直径与液高；（2）若采用“恒k_La”准则，求生产罐所需P/V；（3）讨论放大后剪切率变化及对菌丝形态的影响。解：（1）V=50×0.75=37.5m³，高径比H/T=2.5，则V=π/4·T²·H=π/4·T²·2.5T=1.963T³T=(37.5/1.963)^(1/3)=2.52m，H=6.3m（2）k_La∝(P/V)^0.7·u_g^0.5，恒k_La则(P/V)_2=(P/V)_1·(u_g1/u_g2)^0.5取u_g2=u_g1=0.08m/s（恒表观气速），则P/V不变=1.5kW/m³（3）叶端速度v_t=πND，放大保持几何相似，N∝D^(-2/3)，故v_t∝D^(1/3)D从0.4m增至2.0m，v_t提高2^(1/3)=1.26倍，剪切率γ∝v_t/D，整体下降约37%，菌丝球径增大，可能导致氧扩散受限，需通过增加搅拌桨层数或改用低剪切的凹叶桨缓解。答案：（1）T=2.52m