发酵工程(生物技术)考试题库全真模拟卷(含答案)试卷号1

发酵工程(生物技术)考试题库全真模拟卷(含答案)试卷号1一、选择题1.在分批发酵过程中，当菌体生长进入稳定期时，限制其继续生长的最主要因素是：A.溶解氧浓度B.pH值C.营养物质的消耗或有害代谢产物的积累D.搅拌速度答案：C解析：在分批发酵中，营养物质不断被消耗，同时菌体代谢产生的有害物质（如乙醇、有机酸等）逐渐积累。当营养物质耗尽或有害物质浓度达到抑制水平时，菌体生长速率与死亡速率达到平衡，进入稳定期。溶解氧、pH和搅拌速度通常是需要控制的条件，但并非导致生长停止的根本原因。2.下列哪种灭菌方法适用于对热敏感的营养物质或培养基的灭菌？A.高压蒸汽灭菌法B.干热灭菌法C.过滤除菌法D.煮沸消毒法答案：C解析：过滤除菌法利用微孔滤膜（孔径通常为0.22μm或0.45μm）物理截留微生物，不依赖热量或化学物质，因此能完好保留对热敏感或化学性质不稳定的物质（如维生素、血清、某些抗生素、部分糖类）的生物活性。高压蒸汽和干热灭菌依靠高温，煮沸消毒温度不足以保证完全灭菌。3.在谷氨酸发酵中，通过控制生物素亚适量，其主要目的是：A.促进菌体快速生长B.增强细胞膜通透性，利于谷氨酸向胞外分泌C.提高糖的转化率D.抑制杂菌生长答案：B解析：生物素是谷氨酸棒状杆菌合成脂肪酸的关键辅酶。当生物素处于亚适量水平时，菌体合成的不饱和脂肪酸减少，导致细胞膜磷脂含量不足，膜结构不完整，通透性增大。这使得细胞内合成的谷氨酸能更容易地渗透到细胞外，避免反馈抑制，从而大幅提高发酵产物积累量。4.下列参数中，哪一个属于发酵过程的直接状态参数？A.摄氧率(OUR)B.菌体浓度C.呼吸商(RQ)D.比生长速率(μ)答案：B解析：直接状态参数是指能通过传感器直接在线测量或通过简单、快速的离线分析获得的参数，如温度、压力、pH、溶解氧(DO)、排气CO₂和O₂浓度、发酵液粘度、菌体浓度（可通过浊度法快速测定）等。摄氧率(OUR)、呼吸商(RQ)、比生长速率(μ)等是需要通过直接参数计算得到的间接参数或导出参数。5.对于好氧发酵过程，体积溶氧系数a是衡量发酵罐传氧能力的关键参数。以下哪项措施不能有效提高a值？A.提高搅拌转速B.增大通气流量C.降低发酵温度D.使用分布器产生更小气泡答案：C解析：a受操作条件和物化性质影响。提高搅拌转速能加强剪切和湍流，减小气泡直径，增大气液接触面积(a)；增大通气流量直接增加单位体积的气含率；使用更高效的分布器能产生更多更小的气泡，同样增大接触面积(a)。而降低发酵温度会增加液体粘度，降低氧的分子扩散系数，并使气泡更容易合并，这些都会导致a下降。6.在青霉素发酵中，通常采用补料分批发酵方式，其主要优点不包括：A.解除底物抑制B.延长产物合成期C.提高设备利用率D.完全避免染菌风险答案：D解析：补料分批发酵通过流加一种或多种关键底物（如碳源、氮源、前体），能有效控制培养基中底物浓度在较低水平，从而解除高浓度底物对菌体生长或产物合成的抑制，并能延长产物的合成周期，提高单位体积产量和设备利用率。但补料操作本身（如打开取样或补料口）会引入染菌风险，并不能“完全避免”，仍需严格的无菌操作。7.下列哪种传感器可以实现在线、实时、连续地监测发酵液中的菌体浓度？A.pH电极B.溶氧电极C.浊度传感器D.氧化还原电位电极答案：C解析：浊度传感器基于光散射原理，通过测量发酵液对特定波长光的透射或散射强度，可以间接、在线、连续地反映菌体浓度变化，尤其适用于细菌、酵母等单细胞微生物的发酵。pH、溶氧、氧化还原电位电极测量的是相应的化学或物理参数，不能直接反映生物量。8.基因工程菌在发酵过程中，常通过添加诱导物（如IPTG）来启动外源基因的表达。选择诱导时机的主要原则通常是：A.在接种后立即添加B.在对数生长中期，菌体生物量达到较高水平时添加C.在稳定期后期添加D.在发酵结束前添加答案：B解析：外源蛋白的表达会消耗大量能量和底物，对宿主菌是一种代谢负担。过早诱导（如接种后）会严重影响菌体的生长，导致最终生物量很低；过晚诱导（稳定期后）菌体活力下降，合成能力减弱。通常在对数生长中后期，菌体生物量积累到较高水平时进行诱导，既能保证足够的“细胞工厂”数量，又能使细胞在活力旺盛期高效表达产物。9.发酵过程中，若呼吸商(RQ)值显著高于理论值，可能表明：A.菌体处于完全氧化代谢状态B.存在厌氧发酵途径或代谢异常C.溶氧电极故障D.碳源供应不足答案：B解析：呼吸商RQ10.大规模动物细胞培养生产单克隆抗体时，最常采用的生物反应器类型是：A.机械搅拌式发酵罐B.气升式发酵罐C.流化床反应器D.搅拌槽式生物反应器（配备低剪切力搅拌桨和鼓泡通气）答案：D解析：动物细胞无细胞壁，对剪切力极度敏感。传统的机械搅拌罐产生的剪切力会损伤细胞。专门设计的动物细胞反应器采用低剪切力的搅拌系统（如船用螺旋桨、磁力搅拌）和温和的通气方式（如笼式通气、膜通气），能有效控制剪切力，同时保证溶氧和混合。气升式罐剪切力也较低，常用于植物细胞和某些动物细胞培养。二、填空题1.工业上常用的淀粉质原料，需经过______酶和______酶的水解，生成葡萄糖，才能被大多数微生物有效利用。答案：α-淀粉；糖化酶（或葡萄糖淀粉酶）解析：淀粉液化阶段，α-淀粉酶随机水解淀粉内部的α-1,4糖苷键，将长链淀粉迅速降解为短链的糊精和低聚糖，降低粘度。糖化阶段，糖化酶（葡萄糖淀粉酶）从非还原末端逐个水解α-1,4和α-1,6糖苷键，最终生成葡萄糖。2.发酵染菌后，若发酵液pH值异常大幅______，且显微镜检查发现有大量______形态的微生物，可初步判断为细菌污染。答案：下降（或降低）；杆状或球状（答出其一即可）解析：细菌污染后，其代谢常产生有机酸（如乳酸、醋酸）或无机酸，导致发酵液pH快速下降。细菌在显微镜下通常呈现杆状（杆菌）、球状（球菌）或螺旋状等形态，与真菌的菌丝形态或酵母的出芽形态明显不同。3.在微生物代谢调控中，酶活性的调节包括______和______两种主要方式。答案：别构调节（或变构调节）；共价修饰调节解析：别构调节指效应物与酶分子的别构中心非共价结合，引起酶构象变化，从而改变其活性。共价修饰调节指在酶蛋白上共价连接或去除某种基团（如磷酸化/去磷酸化、腺苷酰化/脱腺苷酰化），使其在活性与非活性形式间转变。4.泡沫对发酵的危害主要包括：______、______和增加染菌机会。答案：降低装料系数（或减少有效容积）；影响气体交换（或导致逃液）解析：过多泡沫占据发酵罐有效容积，降低装料系数和产量；泡沫覆盖液面及在罐顶积聚，阻碍CO₂排出和O₂溶解；泡沫从排气、取样或轴封处溢出（逃液），不仅损失物料，且溢出处易成为染菌通道。5.青霉素生物合成的直接前体是______，其发酵过程中需要流加的前体物质是______。答案：L-半胱氨酸、L-缬氨酸、α-氨基己二酸（答出其一即可）；苯乙酸（或苯乙酰胺）解析：青霉素母核（6-APA）由L-半胱氨酸、L-缬氨酸和α-氨基己二酸缩合而成。侧链前体苯乙酸（或苯乙酰胺）需在发酵中后期流加，以合成目标产物青霉素G。流加可避免前体对菌体的毒性。三、判断题1.发酵工程中，种子培养基的营养通常比发酵培养基更丰富，以利于菌体的快速生长。答案：正确解析：种子培养的目的是在短时间内获得大量高活力、处于对数生长期的健壮菌体。因此种子培养基通常碳氮源丰富、配比适宜，且不含或少量含有会抑制生长的物质。发酵培养基则需兼顾菌体生长和产物合成，有时为促进产物积累，其成分和比例会与种子培养基不同。2.所有发酵过程都需要在绝对无菌的条件下进行。答案：错误解析：虽然绝大多数纯种发酵（如抗生素、氨基酸、重组蛋白生产）要求严格无菌。但一些传统酿造过程（如白酒、酱油酿造）以及环境治理（如废水处理）是利用特定微生物群落进行的，并非严格无菌。此外，有些固体发酵过程对无菌要求相对较低。3.恒化器与恒浊器都是连续培养装置，但前者通过控制培养基流加速率来维持恒定的菌体浓度，后者通过控制底物浓度来维持恒定的比生长速率。答案：错误解析：陈述将两者原理混淆。恒化器是通过恒定培养基流入速率（稀释率）来控制限制性底物浓度，从而间接维持菌体处于恒定的比生长速率。恒浊器则是通过光电系统监测培养液浊度（菌浓），并自动调节培养基流入速率，以维持恒定的菌体浓度。4.次级代谢产物通常在菌体生长进入稳定期后才开始大量合成。答案：正确解析：次级代谢产物（如抗生素、毒素、色素）并非菌体生长所必需，其合成往往与菌体的分化相关联。通常在菌体对数生长末期，当某些营养物质（如碳源、氮源、磷酸盐）耗尽或受到限制，比生长速率下降时，次级代谢途径的酶被解除阻遏或激活，开始大量合成产物。5.膜过滤可用于发酵液的初步固液分离，但无法用于产品的精制纯化。答案：错误解析：膜过滤根据孔径大小有多种应用。微滤（MF）可用于菌体分离（固液分离）；超滤（UF）可根据分子量大小分离蛋白质、多糖等，用于脱盐、浓缩和粗分级；纳滤（NF）和反渗透（RO）用于小分子物质的分离、脱水和浓缩。因此，膜技术贯穿于从初步分离到精制纯化的多个下游处理阶段。四、名词解释题1.巴斯德效应答案：指在有氧条件下，酵母菌的糖酵解速率和乙醇发酵作用受到抑制的现象。即氧气存在时，细胞优先进行高效产ATP的有氧呼吸，从而抑制了低效产能的发酵途径。这涉及能荷调节和糖酵解关键酶（如磷酸果糖激酶）的活性调控。2.代谢工程答案：应用重组DNA技术和分子生物学原理，对细胞的酶反应、转运系统及调控功能进行有目的的遗传修饰，以改变细胞的代谢途径和网络，提高特定目标代谢物产量或合成新物质的一门学科。它是连接基因工程与发酵工程的桥梁。3.临界溶氧浓度答案：指不影响菌体呼吸或产物合成所需的最低溶解氧浓度。当发酵液中的实际溶解氧浓度高于此临界值时，菌体的呼吸或产物合成速率不受溶氧限制；低于此值则受到限制。不同微生物及不同代谢阶段其临界值不同。4.反馈抑制答案：是代谢调控的一种方式，指代谢途径的终产物直接抑制该途径中第一个关键酶（通常是别构酶）的活性。这种抑制快速、有效，能即时防止终产物的过量合成，避免能量和原料的浪费。5.发酵热答案：在发酵过程中，由菌体代谢活动产生的热量。主要包括生物热（菌体呼吸和代谢反应产生）、搅拌热（机械搅拌的机械能转化为热能）以及蒸发热（水分蒸发带走的热量，为负值）。发酵热是发酵罐设计冷却系统的重要依据。五、简答题1.简述在发酵过程中引起pH值变化的主要原因。答案：引起pH变化的主要原因有：（1）碳/氮源利用：当菌体利用培养基中的铵盐(N)作为氮源时，N被吸收后，剩余酸根（如S、C）导致pH下降；利用硝酸盐(N（2）代谢产物积累：如有机酸（乳酸、醋酸）、氨基酸（谷氨酸）的积累使pH下降；氨、胺类物质的产生使pH上升。（3）生理酸性/碱性盐：某些盐类（如(NS为生理酸性盐，（4）缓冲体系：培养基的缓冲能力影响pH变化的幅度。2.比较分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的优缺点。答案：分批发酵：优点：操作简单，周期明确，染菌风险相对易控，产品质量较均一。缺点：非生产时间（清洗、灭菌、接种）占比高，设备利用率低；存在底物抑制和产物抑制；反应条件（如底物浓度）不断变化。补料分批发酵：优点：能控制底物浓度在适宜范围，解除抑制；延长产物合成期，提高产量；比连续发酵更不易染菌和菌种退化。缺点：操作较分批复杂，仍需非生产时间，最终产物浓度高增加下游提取负担。连续发酵：优点：设备利用率高，生产率高；工艺条件稳定，易于自动化；产物质量稳定。缺点：对无菌要求极高，染菌风险大；易发生菌种退化或变异；操作周期长，初始投资大。3.简述发酵工业中空气除菌的典型流程及主要设备作用。答案：典型流程：空压机→前置过滤器→储气罐→冷却器→旋风分离器→丝网分离器→总过滤器→分过滤器→发酵罐。主要设备作用：空压机：提供压缩空气。前置过滤器：去除空气中较大的颗粒和部分微生物。储气罐：稳定压力，缓冲气流。冷却器：降低压缩后空气的温度，使其中的水蒸气冷凝。旋风分离器：利用离心力去除空气中较大的水滴和颗粒。丝网分离器：进一步去除细小的雾滴和油滴。总过滤器：采用深层过滤介质（如活性炭、棉花、玻璃纤维、聚丙烯纤维），除去绝大部分微生物，是主要的除菌屏障。分过滤器：安装在发酵罐前，作为最后一道保护，通常采用金属或陶瓷烧结滤芯或膜过滤器。六、计算题1.在一好氧分批发酵中，测得发酵液初始菌体干重=0.5g/（1）该菌在此阶段的比生长速率μ（单位：）。（2）菌体的代时（倍增时间）（单位：h）。答案：（1）根据对数生长方程：=代入数据：12.0计算得：=两边取自然对数：8因此，μ（2）代时与比生长速率μ的关系为：=代入μ值：≈解析：本题考查对数生长期基本参数的计算。比生长速率μ是描述菌体生长快慢的核心参数，代时是菌体浓度翻倍所需时间，两者互为倒数关系（乘以ln22.某发酵罐在特定操作条件下，测得进口空气中氧分压为0.21atm，排气中氧分压为0.19atm。发酵液工作体积为20，空气流量为（提示：标准状态下，1mol气体体积为22.4L；空气总压按1答案：（1）计算氧的摩尔流量变化：进气氧摩尔流量：×出气氧摩尔流量：×菌体消耗氧的摩尔速率：3750（2）计算摄氧率OUO换算为mmo解析：摄氧率OU七、综合应用题1.你正在负责一个利用大肠杆菌基因工程菌发酵生产重组人胰岛素的项目。在50L发酵罐的中试试验中，你观察到以下现象：在添加IPTG诱导后，菌体生长迅速停止，最终产物（胰岛素）产量极低。请分析可能导致这一问题的三个主要原因，并针对每个原因提出相应的解决策略。答案：可能原因及解决策略：（1）原因：诱导时机不当。可能在菌体浓度很低的对数生长早期就进行了诱导，导致有限的生物量过早将资源用于外源蛋白