2026年大学(生物工程)发酵工程模块测试试题及答案

2026年大学(生物工程)发酵工程模块测试试题及答案一、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.在分批发酵过程中，微生物比生长速率μ与底物浓度S的关系常用下列哪一方程描述？A.μ=μ_{max}·S/(K_s+S)  B.μ=μ_{max}·S/K_s  C.μ=μ_{max}·(S+K_s)/S  D.μ=μ_{max}·K_s/(S+K_s)答案：A2.下列哪种补料策略最适合解决高浓度底物抑制问题？A.恒速补料  B.指数补料  C.脉冲补料  D.一次性投料答案：B3.在气升式发酵罐中，影响循环时间的最主要结构参数是：A.罐高径比  B.分布器孔径  C.导流筒与罐体间隙  D.搅拌桨直径答案：C4.若某抗生素发酵单位以“效价单位/mL”表示，其测定原理属于：A.酶联免疫  B.生物效价浊度法  C.高效液相色谱外标法  D.紫外吸收系数法答案：B5.下列关于溶氧系数k_La的说法正确的是：A.与发酵液黏度成正比  B.与温度无关  C.随通气比提高而增大  D.与罐压呈负相关答案：C6.在酵母乙醇发酵中，若CO₂释放速率CER突然下降而OUR不变，最可能发生了：A.巴斯德效应  B.克拉布特里效应  C.溢出代谢  D.氧中毒答案：B7.采用“两阶段溶氧控制”策略生产重组蛋白时，第一阶段通常维持溶氧：A.5%饱和度  B.30%饱和度  C.70%饱和度  D.100%饱和度答案：C8.下列哪种传感器属于“原位灭菌型”并可耐受121℃反复灭菌？A.极谱型溶氧电极  B.光学pH电极  C.氧化还原电位电极  D.电导率电极答案：A9.在青霉素发酵放大中，若保持P/V（单位体积功率）不变，则下列哪一参数必然随罐体积增大而降低？A.搅拌转速  B.叶尖线速度  C.通气比  D.溶氧传质系数答案：A10.某连续发酵系统稀释率D=0.15h^{-1}，若发生“洗出”现象，则临界稀释率D_{crit}与μ_{max}关系为：A.D_{crit}=μ_{max}  B.D_{crit}>μ_{max}  C.D_{crit}<μ_{max}  D.无固定关系答案：A11.在好氧发酵中，若RQ（呼吸商）>1.2，可初步判断：A.碳源不足  B.氧限制  C.副产物有机酸积累  D.氮源缺乏答案：C12.下列关于“代谢热”估算式Q_{met}=0.12·OUR(kcal/L·h)中，系数0.12对应的单位是：A.kcal/mmolO₂  B.kcal/molO₂  C.kcal/gO₂  D.kcal/LO₂答案：B13.在发酵过程多参数相关分析中，用于判断“代谢途径迁移”的常用统计方法是：A.主成分分析PCA  B.正交偏最小二乘OPLS  C.聚类分析  D.响应面法答案：B14.若某菌株产物合成受磷酸盐抑制，则发酵罐中PO_4^{3-}浓度应控制在：A.<0.1mmol/L  B.1–5mmol/L  C.10mmol/L  D.50mmol/L答案：A15.下列关于“高细胞密度发酵”定义，正确的是：A.干细胞重>50g/L  B.干细胞重>150g/L  C.OD_{600}>100  D.湿细胞重>200g/L答案：B16.在动物细胞灌流培养中，常用“细胞截留”设备是：A.陶瓷膜  B.中空纤维切向流  C.离心机  D.深层过滤器答案：B17.若采用“DO-stat”补料，控制变量是：A.pH  B.溶氧  C.尾气CO₂  D.泡沫位答案：B18.在固态发酵中，下列哪一参数最能反映“水活度”？A.含水量  B.水分活度a_w  C.相对湿度  D.平衡含水率答案：B19.下列哪种灭菌方式属于“连续瞬时高温”？A.HTST  B.UHT  C.巴氏消毒  D.间歇灭菌答案：B20.在发酵废气处理中，生物滴滤塔填料最主要功能是：A.提供缓冲pH  B.固定化微生物并提供比表面积  C.吸附VOC  D.降温答案：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.下列哪些因素会导致k_La测定结果偏低？A.发酵液中加入消泡剂  B.提高温度  C.增加罐压  D.提高搅拌转速答案：A、C22.关于“指数补料”策略，正确的有：A.比生长速率恒定  B.底物浓度趋于零  C.需预先知道Y_{X/S}  D.可抑制乙酸积累答案：A、B、C23.下列属于“发酵过程软测量”技术的有：A.基于近红外光谱的葡萄糖预测  B.基于RQ的碳源消耗估算  C.基于电容法的活细胞浓度  D.基于尾气质谱的OUR计算答案：A、B、C、D24.在青霉素发酵中，下列哪些操作可延缓菌丝球“核心坏死”？A.降低搅拌强度  B.提高溶氧  C.添加剪切保护剂PEG  D.降低培养温度答案：B、C、D25.下列关于“连续发酵多级串联”优点，正确的有：A.提高产物转化率  B.降低染菌风险  C.可分段控制环境  D.简化下游提取答案：A、C26.在动物细胞微载体培养中，影响“细胞贴附率”的因素有：A.微载体浓度  B.搅拌转速  C.血清浓度  D.微载体表面电荷密度答案：A、B、C、D27.下列哪些属于“发酵尾气在线分析”可获得的直接参数？A.OUR  B.CER  C.RQ  D.甲醇浓度答案：A、B、C28.在“高细胞密度大肠杆菌发酵”中，为减少乙酸积累，可采取：A.降低比生长速率  B.采用甘油代替葡萄糖  C.基因敲除pta  D.提高溶氧至100%答案：A、B、C29.下列关于“固态发酵”与“深层液态发酵”对比，正确的有：A.固态发酵水耗低  B.固态发酵产物浓度高  C.固态发酵传热传质差  D.固态发酵易实现纯培养答案：A、B、C30.在“发酵过程放大”中，若采用“恒叶尖速度”准则，则：A.小罐与大罐剪切环境相似  B.溶氧系数可能不足  C.搅拌功率密度降低  D.菌丝受损风险降低答案：A、B、C三、填空题（每空1分，共30分）31.Monod方程中，当S=10K_s时，μ与μ_{max}的比值为______。答案：0.90932.若发酵罐体积从100L放大到10m³，按“恒P/V”准则，搅拌转速n与罐径D的关系近似为n∝D^{______}。答案：-2/333.在好氧发酵中，氧传递速率OTR=k_La·(C^-C)，若C^=7mg/L，C=1mg/L，k_La=120h^{-1}，则OTR=______mg/(L·h)。33.在好氧发酵中，氧传递速率OTR=k_La·(C^-C)，若C^=7mg/L，C=1mg/L，k_La=120h^{-1}，则OTR=______mg/(L·h)。答案：72034.某酵母Y_{X/S}=0.5gDCW/g葡萄糖，若比生长速率μ=0.2h^{-1}，则底物比消耗速率q_s=______g/(gDCW·h)。答案：0.435.若采用“指数补料”，设初始生物量X_0=1g/L，μ_set=0.3h^{-1}，经3h后生物量X=______g/L。答案：2.4636.在青霉素发酵中，若菌球平均直径从0.5mm增大到1.0mm，氧扩散限制临界半径按R_c=√(6D_e·C_0/(q_{O_2}·X))计算，则R_c将______（增大/减小/不变）。答案：减小37.动物细胞灌流培养中，常用“细胞截留”切向流过滤，若中空纤维内径0.5mm、长度30cm，入口流速200mL/min，则平均剪切率γ≈______s^{-1}。（公式γ=4Q/(πr^3)）答案：339038.在固态发酵中，若基质初始水分活度a_w=0.99，灭菌后降至0.95，则微生物比生长速率将______（升高/降低）。答案：降低39.若某发酵尾气中O₂=20.9%，CO₂=4.2%，N₂=74.9%，则RQ=______。答案：0.9740.在“高细胞密度发酵”中，若采用“葡萄糖-甲醇混合碳源”可减缓______效应。答案：克拉布特里41.若连续发酵系统D=0.2h^{-1}，Y_{X/S}=0.4g/g，S_0=100g/L，K_s=0.5g/L，则稳态底物残留S=______g/L。答案：0.542.在“两阶段温度控制”策略中，若第一阶段37℃、第二阶段30℃，则第二阶段目的通常为______。答案：促进产物合成43.若发酵液黏度μ=0.05Pa·s，密度ρ=1050kg/m³，搅拌转速n=300rpm，则雷诺数Re=______。（Re=ρnD²/μ，D=0.1m）答案：525044.在“DO-stat”补料中，若溶氧反弹高于设定值5%，则控制系统将______补料速率。答案：提高45.若某抗生素发酵单位从20000U/mL提高到30000U/mL，提取收率80%，则提取工段产能提升______%。答案：5046.在“连续发酵多级串联”中，若级数N→∞，则系统行为趋近于______反应器。答案：平推流47.若采用“陶瓷膜”进行细胞回收，膜孔径0.2μm，则主要截留机制为______。答案：表面筛分48.在“发酵过程多参数相关分析”中，OPLS模型中Q²>______认为模型预测能力良好。答案：0.549.若某菌株μ_{max}=0.5h^{-1}，在连续发酵中发生“洗出”，则实际D必须______0.5h^{-1}。答案：大于50.在“固态发酵”中，若料层厚度从2cm增至6cm，则最大温升ΔT将约增至______倍。（假设产热速率恒定）答案：3四、简答题（共40分）51.（封闭型，6分）写出“高细胞密度大肠杆菌发酵”中，通过“指数补料”实现μ=0.2h^{-1}的补料速率F(t)表达式，并说明所需已知参数。答案：F(t)=(μ/Y_{X/S}·X_0·V_0)·e^{μt}，需已知μ、Y_{X/S}、初始生物量X_0、初始体积V_0。52.（开放型，8分）试述在“好氧发酵放大”中，如何综合平衡“溶氧供给”与“剪切损伤”矛盾，并给出至少三条可量化准则。答案：1.恒P/V准则：P/V≥1.5kW/m³，保证k_La≥100h^{-1}；2.恒叶尖速度v_t≤5m/s，避免菌丝球破碎；3.恒混合时间t_m≤30s，确保底物均匀；4.采用多段搅拌或气升式替代机械搅拌，降低剪切；5.引入氧载体（如过氧化氢酶）或纯氧富集，提高C^，降低转速需求。答案：1.恒P/V准则：P/V≥1.5kW/m³，保证k_La≥100h^{-1}；2.恒叶尖速度v_t≤5m/s，避免菌丝球破碎；3.恒混合时间t_m≤30s，确保底物均匀；4.采用多段搅拌或气升式替代机械搅拌，降低剪切；5.引入氧载体（如过氧化氢酶）或纯氧富集，提高C^，降低转速需求。53.（封闭型，6分）某连续发酵系统D=0.25h^{-1}，μ_{max}=0.30h^{-1}，K_s=0.3g/L，S_0=120g/L，求稳态生物量X，已知Y_{X/S}=0.45g/g。答案：S=K_s·D/(μ_{max}-D)=0.3·0.25/(0.30-0.25)=1.5g/L；X=Y_{X/S}(S_0-S)=0.45(120-1.5)=53.3gDCW/L。54.（开放型，10分）结合代谢工程原理，设计一种减少“乳酸积累”的CHO细胞灌流培养策略，要求写出基因改造、培养控制与在线监控三层面方案。答案：1.基因改造：敲除LDHA基因，过表达丙酮酸羧化酶PC，引入谷氨酰胺合成酶GS，减少乳酸脱氢酶通量；2.培养控制：采用低葡萄糖（2mmol/L）-谷氨酰胺（1mmol/L）灌流，维持RQ=0.9–1.0，溶氧40–60%，温度37℃→33℃两阶段；3.在线监控：采用拉曼光谱实时校准葡萄糖/乳酸，电容法测活细胞密度，反馈控制灌流速率，乳酸浓度<5mmol/L。55.（封闭型，5分）写出“氧传递双膜理论”的传质速率方程，并指出提高k_La的三种物理方法。答案：OTR=k_La(C^-C)；方法：提高搅拌转速、增加通气比、提高罐压。答案：OTR=k_La(C^-C)；方法：提高搅拌转速、增加通气比、提高罐压。56.（开放型，5分）说明“固态发酵”中“温度梯度”对产物合成的负面影响，并提出两项工程化解决措施。答案：温度梯度导致酶失活、菌体代谢不均、产物降解；措施：1.强制通气冷却+间歇翻料，控制料温<35℃；2.采用薄层转鼓反应器，增大比表面积，提高传热。五、综合应用题（共40分）57.（计算分析题，15分）某10m³发酵罐生产聚羟基脂肪酸（PHA），分批发酵数据如下：初始葡萄糖S_0=80g/L，Y_{X/S}=0.35g/g，Y_{P/X}=0.6gPHA/gDCW，μ_{max}=0.25h^{-1}，K_s=1g/L，m_s=0.02g/(gDCW·h)，维持代谢系数m_p=0.01g/(gDCW·h)。（1）建立产物合成动力学模型，写出dP/dt表达式；（2）求发酵终点PHA浓度，假设葡萄糖耗尽即终止；（3）若采用指数补料维持μ=0.15h^{-1}，求补料开始时间t_1（设S降至10g/L时启动）及所需葡萄糖流加速率F(t)表达式。答案：（1）dP/dt=Y_{P/X}·μ·X+m_p·X；（2）X_{max}=Y_{X/S}·S_0=28gDCW/L，P_{max}=Y_{P/X}·X_{max}=16.8g/L；（3）由Monod方程积分得t_1=ln(S_0/S)/μ_{max}·(1+K_s/(S_0-S))≈8.9h；F(t)=μ/Y_{X/S}·X_0·V_0·e^{μ(t-t_1)}，X_0=28g/L，V_0=10m³，μ=0.15h^{-1}，故F(t)=120·e^{0.15(t-t_1)}kg/h。58.（综合设计题，25分）某企业需将50L实验室规模“红霉素发酵”放大至50m³生产罐，已知：实验室参数：P/V=2.0kW/m³，k_La=150h^{-1}