生物发酵培训测试题与答案解析

生物发酵培训测试题与答案解析考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（单选题）1.在微生物培养基制备过程中，通常采用哪种方法进行灭菌？A.干热灭菌法B.湿热灭菌法C.辐射灭菌法D.过滤除菌法2.下列哪项不属于补料分批发酵的优点？A.可以延长对数生长期B.提高发酵产物浓度C.降低染菌风险D.减少代谢副产物3.在高密度发酵过程中，随着菌体浓度的增加，发酵液中的溶解氧（DO）通常呈现什么趋势？A.持续上升B.持续下降C.保持不变D.先升后降4.发酵罐搅拌系统的搅拌桨主要作用不包括？A.增加溶氧B.混合发酵液C.传递热量D.曝气充氧5.空气压缩系统中的空气过滤器主要作用是？A.干燥空气B.加热空气C.除菌D.冷却空气6.下列哪种情况最可能导致发酵过程中pH值下降？A.消耗碳酸钙B.分解尿素C.产生有机酸D.利用氨水7.在分批发酵过程中，当培养基中的某种限制性底物耗尽后，菌体会进入什么生长阶段？A.适应期B.对数生长期C.静止期D.衰亡期8.DCS（集散控制系统）在发酵车间的主要作用是？A.记录生产数据B.自动控制发酵参数（如温度、pH、DO）C.监测发酵罐外观D.替代人工巡检9.发酵罐夹套冷却水流动方向通常是？A.从下至上B.从上至下C.逆时针D.顺时针10.下列哪种微生物污染属于“后期染菌”？A.接种时染菌B.种子罐染菌后传给发酵罐C.发酵过程中染菌D.空气系统染菌二、选择题（多选题）1.影响发酵液中溶解氧浓度的因素包括（）。A.搅拌转速B.通气量C.发酵液粘度D.发酵罐液位高度2.发酵工艺控制中，常用的补料策略包括（）。A.分批补料B.连续补料C.间歇补料D.流加补料3.发酵罐的主要结构部件包括（）。A.搅拌系统B.夹套或盘管C.传感器接口D.管路阀门系统4.空气除菌的方法主要有（）。A.加热灭菌B.过滤除菌C.化学灭菌D.辐射灭菌5.防止发酵染菌的主要措施包括（）。A.严格的培养基灭菌B.完善的无菌空气系统C.完善的种子质量检查D.加强设备管道的清洗消毒6.关于连续发酵的描述，正确的是（）。A.发酵液连续流入和流出B.工艺条件稳定C.对操作人员要求较低D.污染风险较高7.下列属于好氧发酵特征的是（）。A.需要通入空气B.搅拌转速通常较高C.需要通入氮气保护D.溶解氧是关键控制参数8.发酵过程中，若发现溶解氧（DO）突然升高，可能的原因有（）。A.搅拌电机故障停转B.通气量突然增加C.发酵液粘度降低（菌体死亡或代谢产物减少）D.通气量突然减少三、判断题1.湿热灭菌法比干热灭菌法灭菌效果好，且时间短、温度低。2.连续发酵由于工艺条件稳定，因此不需要进行严格的染菌检查。3.发酵液pH值对酶的活性和菌体的代谢途径有重要影响。4.发酵罐的搅拌桨不需要定期维护和清洗，只要正常运转即可。5.空气过滤器在使用过程中，其压差（初阻与终阻之差）是判断其是否堵塞的重要指标。6.在发酵过程中，为了提高产率，应尽可能将发酵温度保持在菌体生长的最适温度。7.补料分批发酵在发酵过程中分批补入营养物质，但整个生产过程是连续的。8.发酵液的泡沫过多会导致溢罐，甚至引起染菌。四、简答题1.简述补料分批发酵与分批发酵的主要区别及其优势。2.发酵过程中，如果溶解氧（DO）持续偏低，首先应该采取哪些工艺控制措施？3.请列出空气压缩系统（空压站）的主要组成部分，并简述空气过滤除菌的原理。4.简述发酵培养基灭菌的目的及常用的灭菌方法。5.在发酵生产中，染菌是最大的事故隐患。请列举至少三种常见的染菌途径，并简要说明如何预防。6.为什么要对发酵罐进行严格的清洗（CIP）和消毒（SIP）？请描述CIP清洗的基本步骤。试卷答案一、选择题（单选题）1.答案：B解析：湿热灭菌法利用水蒸气传导热量，穿透力强，灭菌效率高，且所需温度较低（通常121℃），时间较短。干热灭菌法虽然也能灭菌，但穿透力差，温度高（160℃以上），时间长，且容易使培养基中的营养成分变性。2.答案：C解析：补料分批发酵（Fed-batch）通过分批补料延长对数生长期，提高细胞密度和产物浓度，减少代谢副产物。它不是连续发酵，因此无法像连续发酵那样保持完全连续的操作状态。3.答案：B解析：在高密度发酵中，菌体浓度高，呼吸旺盛，对氧的需求量大。如果通气搅拌等条件不变，溶氧（DO）会随着菌体耗氧量的增加而持续下降。4.答案：D解析：搅拌桨的主要作用是提供剪切力混合液相、增加溶氧（通过破碎气泡）、传递热量。曝气充氧是通过空气管道和通气口将空气引入罐内实现的，不属于搅拌桨的功能。5.答案：C解析：空气压缩系统的主要目的是产生压缩空气供发酵使用。其中的空气过滤器（除菌过滤器）核心功能是利用过滤介质截留空气中的微生物颗粒，达到除菌目的。6.答案：C解析：发酵过程中产生有机酸（如乳酸、乙酸）是导致pH下降的主要原因。消耗碳酸钙会中和酸，分解尿素会产生氨使pH上升，利用氨水则是提供碱性物质。7.答案：C解析：当培养基中的限制性底物（如碳源、氮源）耗尽后，菌体生长受到抑制，不再进行细胞分裂，进入静止期。随后随着营养物质耗尽和代谢废物积累，进入衰亡期。8.答案：B解析：DCS（集散控制系统）是用于过程控制的计算机系统。在发酵车间中，它主要用于自动监测和调节温度、pH、溶氧、搅拌转速等关键工艺参数，而非简单的记录数据或替代人工巡检。9.答案：A解析：发酵罐夹套冷却水从下至上流动，可以利用重力作用促进水的对流，增加雷诺数，提高换热效率，避免气穴现象。10.答案：C解析：染菌按时间分为早期染菌（接种前或接种时）、中期染菌（种子罐传代给发酵罐）和后期染菌（发酵罐在运行过程中染菌）。题目问的是后期染菌，即发酵罐运行中染菌。二、选择题（多选题）1.答案：A,B,C,D解析：溶解氧浓度（DO）受物理条件（搅拌转速、通气量、罐压、液位）和生物条件（菌体耗氧量、发酵液粘度）的共同影响。2.答案：A,B,D解析：补料分批发酵通常采用流加补料策略，但在不同阶段补料方式不同。连续补料属于连续发酵的一种形式。间歇补料通常指在特定时间点一次性补料，不属于补料分发的常规策略。3.答案：A,B,C,D解析：发酵罐结构包括动力系统（搅拌）、传热系统（夹套/盘管）、检测系统（传感器接口）和管路阀门系统。4.答案：A,B,C解析：空气除菌常用加热灭菌（加热空气）、过滤除菌（深层过滤）和化学灭菌（如臭氧，较少用于大流量空气）。辐射灭菌极少用于空气系统。5.答案：A,B,C,D解析：防止染菌需要全流程控制：培养基灭菌、空气系统无菌、种子无菌、设备管道清洗消毒（CIP/SIP）以及严格的无菌操作。6.答案：A,B,D解析：连续发酵是连续进出料的，工艺条件稳定。但因为是连续运行，一旦染菌极难控制，且对设备材质和自动化控制要求极高，因此操作要求严格。7.答案：A,B,D解析：好氧发酵需要通入空气（A），通过高转速搅拌增加溶氧（B），因此溶氧是关键控制参数（D）。通入氮气保护通常用于厌氧发酵或特定保压场景，不是好氧发酵的典型特征。8.答案：A,B,C解析：DO突然升高可能是因为搅拌电机故障停转（无剪切混合，气泡上浮快）、通气量增加（单位体积氧增加）或发酵液粘度降低（菌体死亡或代谢产物减少，耗氧减少）。三、判断题1.答案：对解析：湿热灭菌利用水蒸气潜热大、穿透力强的特点，灭菌效果优于干热灭菌。2.答案：错解析：连续发酵由于生产周期长，一旦染菌扩散极难控制，因此必须进行严格、频繁的染菌检查。3.答案：对解析：pH值直接影响酶的活性、细胞膜的通透性以及代谢产物的合成方向，是发酵控制的核心参数之一。4.答案：错解析：搅拌桨在高速运转下磨损较大，且容易积垢，必须定期检查、维护和清洗，以保证发酵效果和防止染菌。5.答案：对解析：空气过滤器在使用过程中，随着滤芯截留的灰尘和微生物增多，压差会逐渐增大。当压差达到设定值（终阻）时，说明过滤器已失效，需更换。6.答案：错解析：大多数发酵过程采用“两段法”或“变温法”，即生长阶段维持较高温度（利于繁殖），产物合成阶段降低温度（利于合成，抑制副产物，降低酶活力）。7.答案：错解析：补料分批发酵属于间歇操作（整个生产周期结束才放罐），但补料过程是连续的或分批进行的，并非整个生产过程连续。8.答案：对解析：泡沫过多会导致发酵液溢出罐体，造成物料损失，且溢出的泡沫若进入空气管路可能导致染菌，因此必须控制泡沫。四、简答题1.答案：*区别：分批发酵是在开始时一次性将所有营养物质加入发酵罐，整个生产过程不补料也不放料；补料分批发酵是在发酵过程中分批或连续地补入营养物质，但不放出发酵液。*优势：可以延长发酵液的对数生长期，提高菌体密度和产物浓度；减少高浓度底物对菌体的抑制（如葡萄糖效应）；减少代谢副产物的生成，提高产物得率。2.答案：*措施：1.提高搅拌转速（增加氧传递系数）。2.增加通气量（提高氧分压）。3.提高罐内压力（增加氧分压）。4.适当降低发酵温度（降低菌体耗氧速率）。5.减少接种量（降低起始菌体密度）。3.答案：*组成：压缩机、冷却器、贮气罐、干燥机（冷干或热干）、空气过滤器。*原理：空气经过压缩机压缩后升温，经冷却器降温除去水分，再经干燥机进一步降低湿度，最后经过高效空气过滤器（深层过滤），利用滤材的孔隙截留空气中的微生物和尘埃颗粒，从而获得无菌空气。4.答案：*目的：杀死培养基中的杂菌和孢子，防止杂菌污染，保证发酵顺利进行。*方法：常用湿热灭菌法（121℃蒸汽灭菌）和过滤除菌法（用于无菌水或滤液）。对于固体培养基通常采用湿热灭菌。5.答案：*途径：1.空气系统：空气未经过滤或过滤器失效导致染菌。2.种子系统：种子带菌或接种操作污染。3.设备管道：罐体、管道、阀门密封不严或灭菌不彻底。4.人为操作：无菌操作不规范，如带菌工具进入罐内。*预防：严格执行培养基灭菌和空气灭菌标准；加强种子质量检查；定期对设备进