2026年发酵工程制药工产物发酵调控真题及答案

2026年发酵工程制药工产物发酵调控真题及答案1.单项选择题（每题1分，共20分）1.1在青霉素发酵过程中，若溶氧浓度突然下降至临界值以下，最先出现的代谢变化是A.青霉素合成速率下降 B.菌体比生长速率下降 C.乳酸积累 D.CO₂释放率升高答案：A1.2下列哪种碳源最适于利福霉素SV的高产发酵A.葡萄糖 B.乳糖 C.甘油 D.可溶性淀粉答案：C1.3用于在线估算菌体浓度的“软测量”变量通常不包括A.尾气CO₂ B.摄氧率OUR C.发酵液粘度 D.罐压答案：D1.4在补料分批操作中，若比生长速率μ设定为0.15h⁻¹，菌体维持系数m_S=0.025g/(g·h)，则表观葡萄糖消耗比速率qs的理论值为A.1/μ·Y_X/S B.μ/Y_X/S+m_S C.μ·Y_X/S D.μ+m_S答案：B1.5红霉素生物合成基因eryK编码的酶功能为A.6-脱氧红霉内酯羟化 B.碳霉糖甲基化 C.红霉糖胺合成 D.内酯环释放答案：A1.6下列关于溶解氧系数k_La的叙述，错误的是A.与搅拌功率呈指数相关 B.与空气流量呈线性相关 C.与发酵液粘度呈负相关 D.与温度呈正相关答案：B1.7在放大规则中，若保持P/V不变，则50m³罐与5m³罐的搅拌转速比n₂/n₁约为A.(D₁/D₂)^{2/3} B.(D₁/D₂)^{1/2} C.(D₁/D₂)^{3/2} D.(D₁/D₂)^{5/6}答案：A1.8对次级代谢产物发酵，最适pH范围通常A.高于菌体最适生长pH B.等于生长最适pH C.低于生长最适pH D.与pH无关答案：C1.9在万古霉素发酵中，加入0.1g/L的(NH₄)₂SO₄会导致A.前体Dpg浓度升高 B.脂肽副产物增加 C.菌丝断裂 D.色素降低答案：B1.10若发酵液中CO₂分压达到80kPa，对产物的抑制常数K_I=50kPa，则产物合成速率下降百分比为A.38% B.44% C.62% D.75%答案：C1.11用于在线控制μ的“指数补料”公式中，F(t)=F₀·e^{μt}成立的前提条件是A.Y_X/S恒定 B.无死亡 C.体积不变 D.产物对μ无抑制答案：A1.12下列哪种传感器属于“热”型生物传感器A.光纤pH B.酶热敏电阻 C.红外CO₂ D.溶氧电极答案：B1.13在链霉素发酵中，若发酵液中Mg²⁺浓度从5mmol/L降至0.5mmol/L，则A.链霉素磷酸化增加 B.链霉素腺苷化增加 C.菌体自溶提前 D.氧传质系数升高答案：B1.14对好氧发酵，下列尾气数据可直接计算RQ的是A.O₂%、CO₂% B.CO₂%、流量 C.O₂%、流量 D.CO₂%、pH答案：A1.15在利福霉素发酵中，若采用DO-stat补料，则设定DO_sp=30%，当DO<30%时，应A.降低搅拌 B.提高airflow C.降低补料速率 D.提高罐压答案：C1.16下列关于菌体死亡率的描述，正确的是A.与比生长速率成正比 B.与剪切速率呈负相关 C.与溶氧呈U型关系 D.与温度呈Arrhenius关系答案：D1.17在5L罐中测得k_La=120h⁻¹，若放大到50m³时保持k_La不变，则P/V需A.降低 B.升高 C.不变 D.先降后升答案：B1.18对聚-β-羟基丁酸PHB发酵，提高C/N比将A.降低PHB含量 B.提高PHB分子量 C.降低菌体产率 D.提高PHB产率答案：D1.19在发酵过程中添加0.05%的Tween-80，主要作用是A.消泡 B.提高k_La C.抑制噬菌体 D.降低渗透压答案：B1.20若采用连续发酵+D=0.2h⁻¹，洗涤稀释率D_wash=0.35h⁻¹，则系统A.稳定 B.出现振荡 C.被洗出 D.菌体浓度升高答案：C2.多项选择题（每题2分，共20分；每题至少两个正确答案，多选少选均不得分）2.1下列属于初级代谢产物的是A.谷氨酸 B.乳酸 C.青霉素 D.衣康酸答案：ABD2.2影响k_La的流体性质包括A.粘度 B.表面张力 C.密度 D.渗透压答案：ABC2.3在指数补料阶段，导致实际μ低于设定μ的原因有A.碳源挥发 B.菌体死亡 C.产物抑制 D.补料泵漂移答案：ABCD2.4下列关于OUR的说法正确的是A.OUR=q_O₂·X B.OUR与RQ无关 C.OUR可用于估算μ D.OUR单位mmol/(L·h)答案：ACD2.5下列策略可提高次级代谢产物比生产速率q_PA.两阶段温度控制 B.磷酸盐限制 C.高比生长速率 D.前体脉冲答案：ABD2.6发酵液流变类型包括A.牛顿型 B.假塑型 C.胀塑型 D.宾汉型答案：ABCD2.7下列属于“在线”检测手段的是A.红外CO₂ B.尾气质谱 C.离线HPLC D.光纤pH答案：ABD2.8关于菌体形态对产物的影响，正确的是A.菌球过大导致内部缺氧 B.丝状菌提高剪切敏感 C.菌球表面利于O₂传递 D.菌丝断裂降低q_P答案：ABCD2.9下列因素会提高CO₂溶解度A.降温 B.升高罐压 C.提高pH D.提高离子强度答案：ABD2.10在放大过程中保持“混合时间”不变会导致A.P/V急剧升高 B.搅拌转速下降 C.剪切升高 D.投资成本升高答案：AD3.填空题（每空1分，共30分）3.1青霉素生物合成途径中，三肽前体ACV的氨基酸顺序为________、________、________。答案：L-α-氨基己二酸、L-半胱氨酸、L-缬氨酸3.2若Y_X/S=0.45g/g，m_S=0.02g/(g·h)，μ=0.2h⁻¹，则qs=________g/(g·h)。答案：0.4643.3溶氧电极的校准通常采用________法和________法。答案：两点斜率、零点氮气3.4在链霉素发酵中，若发现“白沫”突然增多，最可能的原因是________。答案：碳源耗尽菌体自溶3.5发酵罐的“死区”通常指________。答案：混合时间>95%平均停留时间的区域3.6若连续发酵D=0.15h⁻¹，菌体浓度X=8g/L，则单位体积产率r_X=________g/(L·h)。答案：1.23.7红霉素发酵中，加入正丙醇的作用是提供________前体。答案：甲基丙二酰-CoA3.8在DO-stat补料控制中，DO波动周期过长应________PID积分时间。答案：减小3.9若发酵液表现粘度μ_a=0.12Pa·s，密度ρ=1020kg/m³，搅拌转速n=3r/s，桨径D=0.1m，则Re=________。答案：25503.10利福霉素B转化为SV的关键酶为________。答案：利福霉素O-甲基转移酶3.11若CO₂溶解平衡常数K_H=0.034mol/(L·atm)，罐内CO₂分压p_CO₂=0.2atm，则溶解CO₂浓度=________mmol/L。答案：6.83.12在万古霉素发酵中，前体Dpg的合成起始底物为________和________。答案：酪氨酸、丙酮酸3.13若比死亡速率k_d=0.01h⁻¹，则菌体存活半衰期t_{1/2}=________h。答案：69.33.14发酵尾气湿度校正公式中，饱和水蒸气压p_w与温度T的关系采用________方程。答案：Antoine3.15若采用管式连续灭菌，设灭菌温度135°C，z=10°C，则D_{135}=________min（已知D_{121}=1.5min）。答案：0.0943.16在放大中若保持P_g/V不变，则搅拌功率P_g与桨径D的________次方成正比。答案：53.17若菌体对氧的最大比摄取速率q_{O_2,max}=8mmol/(g·h)，临界溶氧C_{crit}=0.8mg/L，则氧的半饱和常数K_O≈________mg/L（采用Monod形式）。答案：0.43.18在青霉素发酵中，若加入0.05%的苯乙酸，则侧链活化形式为________。答案：苯乙酰-CoA3.19若发酵液体积V=100L，补料速率F=2L/h，则稀释率D=________h⁻¹。答案：0.023.20若采用膜过滤回收菌体，通量J=45L/(m²·h)，循环浓度因子CF=8，则所需膜面积A与初始体积关系为A=________/J。答案：V·ln(CF)3.21在利福霉素发酵中，若发现黄色色素下降，应首先检测________离子浓度。答案：Fe²⁺3.22若采用机械消泡桨，其功率数N_p≈________。答案：0.353.23若发酵罐高径比H/D=2.5，则放大时若保持V∝D³，则混合时间t_m∝D^{________}。答案：2/33.24在pH联动补氨控制中，若pH回升滞后过大，应________死区带宽。答案：减小3.25若采用连续发酵+细胞循环，设循环比α=0.8，则理论菌体产率可提高________倍。答案：53.26若菌体密度ρ_x=1050kg/m³，则1g/L菌体干重对应的体积分数φ=________×10⁻³。答案：0.953.27在发酵过程中，若RQ突然由1.0升至1.3，则最可能发生了________。答案：乳酸溢出3.28若采用氧载体正十二烷，其体积分数5%，则理论氧传递增强比≈________。答案：1.83.29若发酵液表面张力σ=0.065N/m，则比表面积a与气泡直径d_b关系为a=________/d_b。答案：6φ_g3.30在万古霉素下游提取中，调节pH至________可沉淀杂质蛋白。答案：3.54.简答题（共40分）4.1（封闭型，6分）写出Monod方程并说明各参数含义；若μ_max=0.35h⁻¹，K_S=0.8g/L，S=4g/L，求μ。答案：μ=μ_max·S/(K_S+S)=0.35×4/(0.8+4)=0.292h⁻¹4.2（开放型，8分）试述在青霉素发酵中“生长-生产两阶段”策略的生理依据及实施要点。答案：生理依据：青霉素为次级代谢产物，其合成受高磷酸盐、高比生长速率抑制；实施要点：①0-40h维持μ≈0.25h⁻¹快速生长；②40h后限制葡萄糖流加使μ降至0.05h⁻¹以下；③同时降低磷酸盐至<0.2g/L；④维持DO>30%；⑤脉冲苯乙酸前体；⑥pH控制在6.8-7.0；⑦温度由25°C降至23°C减少杂酸。4.3（封闭型，6分）给出CO₂抑制模型r_P=r_{P,max}·(1-p_CO₂/K_I)，若K_I=0.12atm，p_CO₂=0.08atm，求r_P下降百分比。答案：下降=1-(1-0.08/0.12)=33.3%4.4（开放型，8分）说明在50m³罐放大时如何同时兼顾k_La与剪切，给出量化步骤。答案：①小罐测得k_La=150h⁻¹，P/V=1.5kW/m³，n=4r/s，D=0.15m；②采用P_g/V∝(n³D²)^{0.7}估算大罐n₂；③设定最大剪切γ_max=πnD≤800s⁻¹；④迭代计算得n₂=1.8r/s，D₂=0.6m，P_g/V=1.2kW/m³；⑤验证k_La₂=145h⁻¹（误差<5%）；⑥采用双叶轮+挡板消除死区；⑦空气流量按vvm=0.8不变；⑧中试验证后锁定。4.5（封闭型，6分）写出连续发酵带细胞循环的菌体质量平衡方程并给出洗出稀释率D_wash表达式。答案：dX/dt=(μ+αD)X-DX，稳态时μ=D(1-α)，D_wash=μ_max/(1-α)。4.6（开放型，6分）列举三种在线估算μ的“软测量”方法并比较优缺点。答案：①OUR法：优点无需额外设备，缺点受q_{O_2}波动影响；②CO₂释放率CER法：优点灵敏，缺点受碳酸氢盐缓冲干扰；③电容法：优点直接活细胞浓度，缺点探头易污染；④近红外NIR：优点多组分同时，缺点模型维护复杂。任选三条即可。5.计算与分析题（共40分）5.1（计算题，10分）某补料分批青霉素发酵，初始体积V₀=5L，X₀=0.5g/L，采用指数补料维持μ=0.15h⁻¹，Y_X/S=0.45g/g，S_feed=500g/L，忽略死亡与产物抑制。求：(1)10h时菌体总量X_t·V_t；(2)所需补料体积F(t)表达式；(3)若罐最大体积为50L，何时停止补料？答案：(1)X_t=X₀e^{μt}=0.5e^{1.5}=2.24g/L，V_t=V₀+∫Fdt，由F(t)=μX₀V₀e^{μt}/(Y_X/S·S_feed)=0.15×0.5×5×e^{0.15t}/(0.45×500)=1.67×10⁻³e^{0.15t}L/h，积分得V_t=5+0.011(e^{0.15t}-1)，t=10h时V_t=5+0.011(e^{1.5}-1)=5+0.011×3.48=5.038L，X_t·V_t=2.24×5.038=11.3g。(2)F(t)=1.67×10⁻³e^{0.15t}L/h。(3)令V_t=50，则5+0.011(e^{0.15t}-1)=50，解得t=ln(45/0.011+1)/0.15=44.8h。5.2（综合题，15分）某50m³红霉素发酵，设定DO=30%，空气流量Q=0.8vvm，罐压0.15MPa，温度30°C，测得OUR=90mmol/(L·h)，尾气CO₂=4.2%，O₂=18.5%，RQ=1.05。已知：C_{O_2}^=0.21mmol/L，k_La=120h⁻¹。某50m³红霉素发酵，设定DO=30%，空气流量Q=0.8vvm，罐压0.15MPa，温度30°C，测得OUR=90mmol/(L·h)，尾气CO₂=4.2%，O₂=18.5%，RQ=1.05。已知：C_{O_2}^=0.21mmol/L，k_La=120h⁻¹。求：(1)验证k_La是否满足供氧；(2)若菌体浓度X=18g/L，求q_{O_2}；(3)若将罐压升至0.2MPa，预测OUR可增加百分比（假设q_{O_2}不变）。答案：(1)需氧速率OUR=90mmol/(L·h)，供氧速率OTR=k_La(C^-C)=120×(0.21-0.21×0.7)=120×0.147=17.6mmol/(L·h)<90，不满足，需提高k_La或C^。(1)需氧速率OUR=90mmol/(L·h)，供氧速率OTR=k_La(C^-C)=120×(0.21-0.21×0.7)=120×0.147=17.6mmol/(L·h)<90，不满足，需提高k_La或C^。(2)q_{O_2}=OUR/X=90/18=5mmol/(g·h)。(3)升压后C^∝p，新C^=0.21×(0.2/0.15)=0.28mmol/L，新OTR=120×(0.28-0.21×0.7)=120×0.133=16mmol/(L·h)，仍不足，需同步提高k_La至150h⁻¹，则新OTR=150×0.133=20mmol/(L·h)，OUR可提高至20mmol/(L·