2026年大三《(生物工程)发酵工程》期末测试卷

2026年大三《(生物工程)发酵工程》期末测试卷2026年春季学期生物工程专业本科《发酵工程》期末测试卷适用年级：2023级大三考试时长：120分钟满分：100分考试形式：闭卷参考要求：可携带非存储型科学计算器作答，所有计算结果保留两位小数一、单项选择题（共20小题，每小题1分，共计20分。每小题只有一个正确选项，错选、漏选、多选均不得分）1.依据2025年中国生物工程学会发布的《合成发酵产业核心工艺参数标准化导则》，高密度基因工程菌发酵场景下，机械搅拌通风发酵罐的溶氧电极校准误差需控制在____以内，方可满足重组蛋白、高值天然产物等品类的发酵过程监测精度要求。A.2%B.5%C.8%D.10%2.某大肠杆菌高密度发酵生产重组胰岛素前体的体系中，测得对数期菌体干重浓度从2g/L上升到16g/L耗时3小时，排除底物抑制、产物抑制效应，该菌株在此培养条件下的比生长速率μ约为____。A.0.462h^-1B.0.693h^-1C.1.386h^-1D.2.079h^-13.针对50m³机械搅拌发酵罐开展实罐灭菌，已知121℃下嗜热脂肪芽孢杆菌的D值为1.5min，若要求灭菌后总活菌存活概率低于10^-6，体系初始总活菌数为10^11，忽略升温、降温阶段的致死效应，理论所需121℃保温维持时间为____。A.18.5minB.25.5minC.32.5minD.40.5min4.我国2025年正式达产的全球首套10万吨级二氧化碳生物发酵制乙醇工业生产线，核心发酵菌株为改造后的热厌氧杆菌，该发酵体系的最优碳源补加形式是____。A.纯度99.5%以上的工业级固态干冰B.工业尾气捕获的气态CO2与H2混合气源C.玉米淀粉水解后的葡萄糖糖浆D.木质纤维素水解后的五碳糖混合液5.某面包酵母分批发酵体系中，初始接种量为10^5CFU/mL，对数期平均代时为60min，对数期无任何生长抑制效应，持续时长为8h，对数期末的菌体浓度约为____。A.2.56×10^7CFU/mLB.1.28×10^6CFU/mLC.5.12×10^8CFU/mLD.1.024×10^9CFU/mL6.下列关于发酵过程中CO2对细胞的毒性效应描述，错误的是____。A.当发酵体系中溶解态CO2浓度超过1.5g/L时，会显著抑制青霉的菌丝顶端生长，降低青霉素合成效率B.CO2的毒性效应主要通过改变胞内pH值、干扰酶的活性位点结合过程实现C.通风量提升1倍可以100%消除所有发酵体系中的CO2毒性效应D.动物细胞发酵生产单克隆抗体过程中，溶解态CO2浓度过高会导致抗体糖基化修饰出错7.工业级抗生素发酵生产中，补料控制的“指数补料策略”核心是按照____的增长速率同步补加碳源、氮源等营养物质，最大限度减少代谢副产物生成。A.菌体比生长速率B.产物合成速率C.溶氧消耗速率D.尾气CO2释放速率8.下列不属于2026年已实现商业化应用的发酵工程下游原位分离耦合技术的是____。A.发酵体系中添加大孔吸附树脂原位吸附分离红景天苷产物B.采用膜分离组件在线将发酵液中的乙醇产物抽出，解除产物抑制C.原位电解发酵体系中的乳酸产物，直接生成可降解塑料单体丙交酯D.发酵过程中通入超临界CO2直接把胞内PHA产物萃取到气相中9.气动式气升环流式发酵罐相较于同体积机械搅拌发酵罐，最突出的应用优势是____。A.溶氧传递系数kLa可提升300%以上B.高黏度丝状真菌发酵体系中无菌丝剪切损伤C.设备投资成本仅为后者的1/10D.可完全灭菌，无任何染菌风险10.依据发酵动力学方程，当分批发酵进入减速期时，下列参数的变化趋势描述正确的是____。A.比生长速率μ逐步下降至0B.底物消耗速率持续指数上升C.产物比合成速率始终维持最大值D.溶氧浓度持续下降至011.固态发酵生产红曲色素的体系中，发酵正常进行的水活度（aw）最优区间是____。A.0.65-0.70B.0.85-0.95C.0.50-0.55D.1.00-1.0512.基因工程菌发酵过程中发生质粒丢失的“分离不稳定”现象，最有效的工艺缓解方案是____。A.全程添加对应抗生素的选择压力B.把发酵温度提升至42℃诱导质粒表达C.大幅提升搅拌转速增加溶氧水平D.把培养基中的氮源浓度提升3倍13.下列关于发酵染菌后处理方案的描述，符合工业生产规范的是____。A.青霉素发酵前期染入噬菌体，直接向罐内添加次氯酸钠灭菌后直接排到下水管道B.谷氨酸发酵在放罐前12小时发现少量杂菌，若杂菌不属于产黄杆菌，可提前放罐提取产物C.无论发酵哪个阶段染菌，都必须立刻放罐、彻底清洗发酵罐后重新投料D.染菌发酵液可以直接不经处理作为有机肥料浇灌周边农田14.全细胞催化发酵生产羟脯氨酸的体系中，催化反应的限制性底物是____。A.葡萄糖B.脯氨酸C.氧气D.无机磷15.一次性生物反应器当前在全球抗体药物发酵领域的渗透率已经超过70%，其核心材质采用的是____，可耐受121℃高压湿热灭菌且不会析出有害物质。A.食品级聚氯乙烯B.超高纯度聚丙烯C.聚四氟乙烯D.316L不锈钢涂层复合材质16.连续发酵体系的稀释率D超过临界稀释率Dc时，会出现____现象，导致发酵体系内菌体被完全洗脱出去。A.洗出效应B.底物耗尽C.代谢副产物爆增D.染菌失控17.采用100℃蒸汽进行连续管道灭菌处理葡萄糖糖浆，已知糖浆中耐热杂菌的k值（比死亡速率常数）为0.2303min^-1，若要求灭菌后杂菌存活概率低于10^-6，理论所需灭菌维持时间为____。A.60minB.30minC.10minD.6min18.下列不属于发酵工程领域人工智能实时调控系统可实现的功能是____。A.基于近红外光谱实时监测发酵液内所有底物、产物浓度B.通过深度学习模型提前12小时预判染菌风险C.自动调整搅拌转速、通风量、补料速率实现最优化生产D.完全取代人工完成发酵罐主体设备的物理维修操作19.丝状真菌发酵生产头孢菌素C的过程中，适宜采用的搅拌器类型是____，可以在低剪切力条件下实现高效溶氧传递。A.六平叶圆盘涡轮搅拌器B.宽叶轴向流搅拌器C.锚式搅拌器D.磁力搅拌器20.低碳背景下我国发酵工业“十四五”末的核心减排目标是单位产物的碳排放相较于2020年降低____，全行业实现清洁生产全覆盖。A.10%B.20%C.30%D.50%二、多项选择题（共10小题，每小题2分，共计20分。每小题有2个及以上正确选项，错选、漏选、多选均不得分）1.2026年国内头部生物制造企业已经实现商业化应用的下一代发酵技术包括以下哪些选项？A.二氧化碳原位补碳的蓝细菌固碳发酵生产线B.全流程无机械搅拌的气动式一次性生物反应器抗体发酵平台C.基于人工智能实时反馈的发酵参数动态调控系统D.完全不添加有机氮源的无机合成培养基维生素发酵工艺2.发酵过程中泡沫过量生成会带来的典型危害包括____。A.大幅度降低发酵罐的装液系数，导致实际生产体积下降B.泡沫从密封轴封溢出引发外界杂菌链式污染C.大量菌体被包裹在泡沫中无法接触溶氧，发生代谢转向D.直接导致发酵体系内所有酶的活性完全失活3.下列关于实罐灭菌、连消灭菌、干热灭菌三类灭菌工艺的特性对比，描述正确的有____。A.大规模100m³以上发酵体系的培养基灭菌，采用连续灭菌工艺的热能消耗比实罐灭菌低30%以上B.实罐灭菌可以同步完成发酵罐内壁、换热管道、附属阀门的全系统灭菌，无灭菌死角C.干粉类固体培养基的灭菌优先选择干热灭菌工艺，不会出现培养基组分水解变质问题D.对于含热敏性生物活性物质的培养基，可采用0.22μm微孔滤膜过滤灭菌，完全无需高温处理4.基因工程菌高密度发酵过程中，乙酸代谢副产物大量积累的触发条件包括____。A.溶氧浓度低于临界溶氧值，菌体进入厌氧代谢状态B.葡萄糖补料速率过高，胞内糖酵解途径流量超过三羧酸循环负载能力C.发酵温度低于菌体最适生长温度10℃以上D.体系中氮源浓度完全耗尽，菌体停止生长5.以下属于发酵工程放大过程中必须重点保证等效性的核心参数有____。A.单位体积发酵液的输入功率相等B.溶氧传递系数kLa相等C.体系内最大剪切应力数值不超过菌体耐受阈值D.发酵罐内壁的抛光粗糙度完全一致6.基于尾气在线红外光谱监测技术，可以实时获得的发酵过程参数包括____。A.尾气中的CO2体积浓度B.尾气中的乙醇蒸汽浓度C.尾气中的氧气剩余浓度D.胞内质粒的拷贝数实时变化7.固态发酵相较于液态深层发酵，在生产低附加值大宗产品领域的突出优势包括____。A.水消耗量仅为后者的1/10，废液生成量极低B.培养基不需要严格灭菌也不易发生杂菌污染C.单位体积产物合成效率提升2倍以上D.下游提取工序更简单，总体生产成本低40%以上8.发酵染菌的“隐性污染”场景指的是杂菌初始浓度极低，常规检测无法检出，发酵12小时后才大量增殖的现象，其核心溯源原因可能包括____。A.发酵罐的空气预过滤器出现微小缝隙，杂菌缓慢渗入体系B.补料系统的补料管道存在灭菌死角，少量杂菌随补料逐步进入发酵液C.接种用的种子液中存在低于检测限的微量杂菌D.发酵温度设定比最适值高2℃，触发杂菌快速增殖9.下列属于2025年获批工业应用许可的新型生物消泡剂的特性有____。A.核心成分为微生物源脂肽类物质，不会对菌体生长产生毒副作用B.可被微生物逐步降解，不会影响下游提取工序的产物纯度C.消泡效率是传统聚醚类消泡剂的10倍以上，极少量添加即可消除泡沫D.可完全溶于发酵液，不存在任何表面活性效应10.甲烷菌发酵生产生物可降解塑料PHA的体系中，发酵过程优化的核心调控靶点包括____。A.调控体系内C/N比维持在20:1的最优区间，促进胞内PHA积累B.严格控制溶解氧浓度低于0.01mg/L，保证严格厌氧环境C.实时调节发酵体系氧化还原电位，避免厌氧代谢中断D.全程将搅拌转速维持在1000r/min以上，提升剪切力促进胞内PHA合成三、名词解释题（共5小题，每小题3分，共计15分。要求结合发酵工程最新技术内涵作答，仅答经典定义扣1分）1.补料分批发酵的稀释速率稳态效应2.全细胞级联催化耦合发酵3.发酵染菌链式溯源机制4.发酵碳足迹核算边界5.高密度发酵的代谢overflow调控阈值四、简答题（共5小题，每小题5分，共计25分。要求逻辑清晰，要点明确，结合工艺实操场景作答）1.简述50m³机械搅拌发酵罐实罐灭菌操作中“先通夹套升温至90℃后再直接通蒸汽进罐内升温”的工艺合理性，结合热力学和杂菌灭活特性分析。2.针对丝状真菌青霉发酵生产青霉素过程中易出现的菌丝结球、溶氧暴跌问题，列举3种不改变基础培养基组分的工艺调控解决方案，并说明各自的作用机制。3.对比传统的化学合成消泡剂（如聚醚类）和微生物源脂肽类生物消泡剂的应用特性差异，分别写出两类消泡剂适用的发酵场景。4.简述连续培养体系中存在的“双稳态现象”的触发条件，以及该效应对工业级乳酸连续发酵稳定运行的负面影响。5.结合发酵动力学公式推导，说明为什么高密度基因工程菌发酵过程中，比生长速率控制在μmax的60%-70%区间，能够大幅减少乙酸等代谢副产物的生成量。五、综合分析题（共2小题，每小题10分，共计20分。要求结合发酵工程原理和产业实际场景给出可落地的解决方案，泛泛作答扣6分以上）1.某生物制造企业2026年启动100m³嗜氢菌发酵生产可降解塑料PHA的工业试生产，已知发酵罐装液系数0.7，初始接种改造后的嗜氢菌浓度1.2g/L，发酵过程连续通入工业尾气来源的CO2与H2混合气源，试生产72小时后测得最终菌体干重浓度45g/L，胞内PHA占比72%，但下游提取阶段的PHA收率仅为62%，远低于工艺设计值85%，经排查下游提取工序的操作参数完全符合规范要求，所有提取试剂均无质量问题。请从发酵过程的工艺缺陷维度分析至少3个导致提取收率偏低的核心诱因，并给出对应的可落地工艺优化方案。2.某高校生物工程学生团队开展红茶菌发