2025年生物发酵优化专业考试试卷及答案

2025年生物发酵优化专业考试试卷及答案一、名词解释（每题4分，共20分）1.发酵过程优化答案以微生物或细胞为生产主体，在明确目标产物与限制性因素的基础上，对菌种、培养基、培养条件、操作方式及控制策略等进行系统设计与调整，使目标产物的产量、生产强度和得率等指标达到最优的综合性技术过程。2.比生长速率（μ）答案单位质量（或单位数量）的细胞在单位时间内增加的细胞质量（或数量），通常用μ表示，单位为h−3.呼吸商（RQ）答案发酵过程中微生物的二氧化碳生成速率与氧消耗速率的比值，即RQ4.代谢通量分析（MFA）答案基于胞内生化反应网络的化学计量关系，在拟稳态假设下，利用胞外底物消耗、产物生成和细胞组成等可测量数据，计算胞内各代谢路径的通量分布，用于分析代谢网络特性及关键节点的方法。5.响应面法（RSM）答案一种将试验设计与数理统计相结合，通过建立因素与响应值之间的多元二次回归模型，分析因素交互作用并确定最优条件组合的统计优化方法，常用于培养基和发酵条件优化。二、单项选择题（每题2分，共20分）1.Monod方程μ=μmaxA.微生物最大比生长速率B.微生物的维持系数C.比生长速率达到最大比生长速率一半时的底物浓度D.底物完全耗尽时的细胞浓度答案C2.在好氧发酵过程中，溶氧浓度（DO）突然显著上升，最可能的原因是：A.通气量突然增大B.菌体代谢旺盛，氧消耗增加C.底物耗尽或菌体自溶，氧消耗下降D.搅拌转速突然降低答案C解析DO是供氧与耗氧平衡的结果。当菌体因底物耗尽进入衰亡期或发生自溶时，氧摄取速率大幅下降，在供氧条件不变的情况下，DO会明显上升。3.下列统计优化方法中，最常用于建立二次回归模型并进行工艺寻优的是：A.单因素试验B.正交试验C.Plackett-Burman设计D.响应面法答案D4.补料分批培养相对于分批培养的主要优点是：A.操作简单，无染菌风险B.可解除底物抑制、避免高浓度底物引起的代谢副产物积累C.发酵周期短，设备利用率高D.产物一定比分批培养高答案B5.发酵过程放大时，最常作为氧传递相似性放大的准则是：A.搅拌转速相同B.通气量相同C.体积氧传质系数kLD.罐压相同答案C解析氧传递往往是好氧发酵放大的限制性因素，保持kL6.在氧限制条件下，酿酒酵母大量产生乙醇的现象属于：A.巴斯德效应B.反巴斯德效应C.Crabtree效应D.葡萄糖效应答案C7.发酵过程中，pH持续下降通常需要加入下列哪种物质进行调节？A.盐酸B.氨水或氢氧化钠溶液C.硫酸D.磷酸二氢钾答案B8.比产物生成速率qpA.gB.hC.gD.g答案C解析比产物生成速率是单位质量细胞在单位时间内生成的产物量，单位通常为g/(g 细9.用Plackett-Burman设计进行发酵培养基优化时，其主要目的是：A.确定最优配方B.从众多因素中筛选出显著因素C.考察因素间的交互作用D.建立精确的动力学模型答案B10.青霉素发酵过程中，前期快速生长菌体、后期限制糖的补加速度以提高青霉素合成，这种调控策略主要目的是：A.增加菌体数量B.避免葡萄糖对青霉素合成的阻遏或抑制C.提高氧传质速率D.降低发酵温度答案B三、填空题（每空1分，共10分）1.发酵过程优化通常包括菌株选育、____和____三个基本层次。答案培养基优化；发酵条件与过程控制优化2.微生物在指数生长期细胞浓度X随时间t的变化可用方程______描述，其中μ为比生长速率。答案d3.比生长速率μ与细胞倍增时间td答案t4.响应面法常用____设计和____设计进行因素与水平安排。答案Box-Behnken；中心复合（CCD）5.正交表L9(3答案9；4四、简答题（每题5分，共20分）1.简述发酵过程优化的主要目标。答案(1)提高目标产物浓度和总产量；(2)提高生产强度，缩短发酵周期；(3)提高底物转化为产物的得率，降低原料成本；(4)减少副产物生成，改善产品纯度与质量；(5)提高工艺稳定性和可重复性，便于放大生产。2.简述响应面法优化发酵培养基的基本步骤。答案(1)根据专业知识和预试验确定可能影响目标产物的关键因素及其浓度范围；(2)采用Plackett-Burman或部分因子设计从多个因素中筛选显著因素；(3)通过最陡爬坡试验逼近最优区域；(4)选用Box-Behnken或中心复合设计安排试验，建立二次回归模型；(5)对模型进行方差分析和显著性检验，绘制响应面图和等高线图，确定最优培养基组成；(6)在最优条件下进行验证试验，评价预测值与实际值的符合程度。3.简述补料分批培养相对于分批培养的优点。答案(1)可以控制底物浓度在适宜范围，避免高浓度底物引起的抑制或阻遏；(2)可延长发酵生产期，提高产物总量和体积产率；(3)可调节菌体生长速率和产物合成速率，使发酵过程更易控制；(4)可减少高浓度底物导致的代谢副产物积累，提高底物转化率和产品质量；(5)可通过营养缺陷型底物流加实现菌体生长与产物合成的阶段性调控。4.简述温度对发酵过程的主要影响及生产中的温度控制策略。答案温度主要影响酶催化反应速率、细胞膜流动性与物质运输、代谢途径的方向以及产物稳定性。温度升高一般可加快反应速率，但过高会导致酶失活、菌体衰老加快或副产物增加。生产中通常根据菌体生长和产物形成阶段分别确定最适温度，采用分阶段变温控制策略，并利用夹套、盘管或冷却水系统保持罐温稳定。对于诱导型产物，还可在诱导前控制较低生长温度，诱导后调整到产物合成最适温度。五、计算题（每题10分，共30分）1.某微生物分批培养时，对数期的细胞浓度由1.0 g/L增加到4.0 g/答案指数生长期满足：X代入X1=1.0 gμ倍增时间为：t解析：指数生长期细胞浓度随时间呈指数增加，由对数坐标下的直线斜率可求比生长速率。倍增时间是指细胞浓度增加一倍所需时间，与比生长速率成反比。2.某连续培养系统中，已知Monod动力学参数μmax=0.6 h−1，Ks=0.3 答案连续培养稳态时，比生长速率等于稀释率：D代入D=0.4 h−0.4S细胞浓度由底物消耗计算：X解析：连续培养稳态时，反应器中微生物净增长为零，因此稀释率等于比生长速率。利用Monod方