2026年全国大学生生物工程知识竞赛(发酵工程)试题及答案

2026年全国大学生生物工程知识竞赛(发酵工程)试题及答案第一部分单项选择题（每题2分，共40分）1.发酵工业中保藏期限最长的菌种保藏方法是（）A.4℃斜面保藏法B.液体石蜡油封保藏法C.真空冷冻干燥保藏法D.液氮超低温保藏法2.根据对数残留定律，灭菌过程中杀死99.99%的枯草芽孢杆菌芽孢，已知121℃下该芽孢的D值为0.5min，不考虑升温冷却阶段的灭菌效果，所需的保温灭菌时间为（）A.0.5minB.2minC.5minD.10min3.谷氨酸发酵中常用的生物素缺陷型菌株，其核心作用是调控下列哪项指标以提高产物分泌效率（）A.细胞壁合成B.细胞膜通透性C.谷氨酸合成酶活性D.糖酵解速率4.下列发酵过程参数中，属于间接参数的是（）A.发酵液温度B.溶解氧浓度C.菌体比生长速率D.尾气CO₂浓度5.下列哪种产物的发酵合成属于典型的生长偶联型（）A.青霉素B.链霉素C.乙醇D.重组人胰岛素6.大型通风发酵罐的全挡板条件通常为挡板数4块，挡板宽度为罐径的（）A.1/20B.1/10C.1/5D.1/27.工业发酵过程中，空气除菌最常用的方法是（）A.紫外线灭菌B.加热灭菌C.介质过滤除菌D.化学试剂熏蒸8.补料分批发酵相对于传统分批发酵的优势不包括（）A.避免底物抑制B.降低杂菌污染风险C.缓解产物反馈抑制D.提高菌体密度及产物浓度9.发酵过程中溶氧电极的测定原理是基于（）A.极谱反应B.抗原抗体反应C.离子选择透过性D.pH变化10.下列哪种单元操作不属于发酵下游的固液分离预处理工序（）A.离心B.板框过滤C.超滤D.气浮11.高密度发酵过程中，为了维持菌体的指数生长，通常采用下列哪种补料方式（）A.恒速补料B.脉冲补料C.指数补料D.pH反馈补料12.抗生素发酵属于典型的次级代谢发酵，其产物大量合成的时期是（）A.延迟期B.对数生长期C.稳定期D.衰亡期13.实罐灭菌过程中，必须排尽罐内冷空气的核心原因是（）A.避免罐压过高B.保证罐内达到饱和蒸汽对应的灭菌温度C.避免氧气抑制厌氧菌生长D.提高加热效率14.下列哪种物质不属于发酵培养基中的前体物质（）A.青霉素发酵中的苯乙酸B.红霉素发酵中的丙醇C.谷氨酸发酵中的葡萄糖D.四环素发酵中的氯化物15.重组大肠杆菌发酵生产重组蛋白时，为了减少包涵体的生成，通常采取的措施是（）A.提高诱导温度B.提高诱导剂浓度C.诱导阶段降低培养温度D.提高比生长速率16.固态发酵相对于液态深层发酵的优势是（）A.传质传氧均匀B.发酵参数易控C.培养基成本低，废水排放量少D.易实现规模化连续生产17.发酵过程中pH上升的常见原因是（）A.碳源过量B.生理酸性物质生成C.氮源过量，氨水补加过多D.补糖速率过快18.下列哪种消毒灭菌方法不适用于发酵车间空气的消毒（）A.紫外线照射B.臭氧消毒C.甲醛熏蒸D.高压蒸汽灭菌19.酒精发酵过程中，酵母的酒精发酵通路的终产物除了乙醇外，还有哪一种主要副产物（）A.乙酸B.CO₂C.乳酸D.甘油20.发酵工业废水处理过程中，高浓度有机废水通常首先采用下列哪种工艺进行处理（）A.活性污泥法B.UASB厌氧反应器C.芬顿氧化D.活性炭吸附第二部分多项选择题（每题3分，共30分，多选、少选、错选均不得分）1.发酵过程中导致pH下降的原因有（）A.碳源补加过量B.生理酸性物质生成C.氮源补加过量D.脂肪类物质分解产生脂肪酸2.菌种退化的主要诱因包括（）A.基因组自发突变B.重组菌质粒丢失C.连续多次传代D.培养条件不适合3.发酵过程中溶氧不足的常见原因包括（）A.搅拌转速过低B.空气流量不足C.菌体浓度过高D.培养基黏度过大4.下游提取过程中，常用的细胞破碎方法包括（）A.高压匀浆法B.超声波破碎法C.酶解法D.冻融法5.连续发酵相对于分批发酵的优势包括（）A.设备利用率高B.产品质量稳定C.发酵周期短D.长期运行不易发生菌种退化和杂菌污染6.发酵过程中可以作为补料反馈控制指标的参数有（）A.溶解氧浓度B.尾气CO₂浓度C.pH值D.残糖浓度7.下列属于发酵工程安全生产控制要求的有（）A.涉及易燃易爆产物的发酵车间需设置防爆装置B.抗生素发酵废渣需经灭活处理后排放C.高致病性菌（毒）株的发酵操作需在生物安全柜中进行D.发酵废气可直接排放无需处理8.下列哪些发酵产品属于传统发酵产品（）A.啤酒B.酱油C.重组新冠疫苗D.柠檬酸9.灭菌过程中影响灭菌效果的因素包括（）A.微生物的种类和数量B.培养基的pH值和成分C.灭菌温度和时间D.冷空气的排放程度10.谷氨酸发酵过程中，用于提高细胞膜通透性的方法包括（）A.采用生物素缺陷型菌株，限制培养基生物素浓度B.添加吐温-80等表面活性剂C.添加青霉素抑制细胞壁合成D.发酵后期提高温度进行热冲击第三部分判断题（每题1分，共15分）1.所有发酵过程都必须在严格无菌的条件下进行，否则会出现杂菌污染导致发酵失败。（）2.全挡板条件是指通风发酵罐中设置挡板后可以完全消除液面漩涡，达到最佳的气液传质效果。（）3.实罐灭菌的升温阶段和冷却阶段也具有一定的灭菌效果，计算灭菌时间时可以适当缩短保温时间。（）4.比生长速率是指单位时间内单位质量菌体的生长量，是发酵过程控制的核心参数之一。（）5.重组蛋白发酵中，包涵体是蛋白错误折叠形成的无活性聚集物，无法通过复性得到有活性的蛋白。（）6.发酵过程中尾气中的CO₂浓度可以间接反映菌体的代谢活性，CO₂浓度升高说明菌体生长代谢旺盛。（）7.固态发酵的基质水分活度通常低于0.9，不利于大多数杂菌的生长，因此可以在半开放条件下进行。（）8.青霉素发酵中添加苯乙酸作为前体，可以被菌体直接用于合成青霉素的侧链，提高青霉素的产量。（）9.连续发酵的稀释率是指单位时间内加入的新鲜培养基体积与发酵罐内总发酵液体积的比值。（）10.发酵培养基的碳氮比越高，越有利于菌体的生长繁殖，产物合成效率越高。（）11.空气过滤除菌的原理是通过过滤介质的拦截、惯性碰撞、扩散等作用去除空气中的微生物颗粒。（）12.发酵过程中溶解氧浓度为0时，菌体的生长会完全停止。（）13.啤酒发酵中的双乙酰是影响啤酒风味的重要物质，其含量越高，啤酒的风味越好。（）14.发酵工业中常用的消泡剂包括天然油脂类、聚醚类、硅酮类，其中聚醚类消泡剂的消泡效果最好，适用范围最广。（）15.高浓度有机废水经过厌氧处理后产生的沼气主要成分为甲烷和CO₂，可以回收作为能源使用。（）第四部分简答题（每题7分，共35分）1.简述发酵工业常用菌种的选育流程及关键控制点。2.简述补料分批发酵的定义、适用场景及工艺优化要点。3.简述发酵过程中溶氧不足的常见原因及调控措施。4.简述谷氨酸发酵过程中控制细胞膜通透性的方法及原理。5.简述发酵工业废水的主要污染物及常用处理工艺。第五部分综合分析题（每题15分，共30分）1.某企业采用重组大肠杆菌发酵生产重组白蛋白，发酵过程中出现了菌体生长缓慢、产物表达量仅为设计值的40%、包涵体占比超过60%的问题，请分析可能的原因，并提出优化方案。2.某啤酒生产企业采用100m³大型通风发酵罐生产淡爽型啤酒，发酵周期为12天，近期出现双乙酰含量超标（≥0.2mg/L，标准要求≤0.1mg/L）、啤酒浊度偏高、风味发酸的问题，请结合发酵工艺原理分析原因并提出改进措施。参考答案一、单项选择题1.D2.B3.B4.C5.C6.B7.C8.B9.A10.C11.C12.C13.B14.C15.C16.C17.C18.D19.B20.B二、多项选择题1.ABD2.ABCD3.ABCD4.ABCD5.ABC6.ABCD7.ABC8.AB9.ABCD10.ABCD三、判断题1.×（解析：泡菜、白酒固态发酵等体系可依靠优势菌群抑制杂菌生长，无需严格无菌操作）2.√3.√4.√5.×（解析：包涵体经过变性、复性工艺处理后，可得到具有生物学活性的重组蛋白）6.√7.√8.√9.√10.×（解析：碳氮比过高会导致氮源不足，抑制菌体生长，不同发酵体系需匹配适宜的碳氮比，如谷氨酸发酵适宜碳氮比为100:(15~30)）11.√12.×（解析：厌氧菌、兼性厌氧菌可在无氧或低氧条件下完成生长代谢，溶解氧为0时不会完全停止生长）13.×（解析：双乙酰含量超过0.1mg/L时会使啤酒产生馊饭味，需严格控制其含量在标准限值以下）14.√15.√四、简答题1.选育流程：出发菌株筛选→育种（自然选育/诱变育种/分子育种）→初筛→复筛→性能验证→菌种保藏。关键控制点：①出发菌株需完成溯源与安全性评估，食品、医药用菌种需符合GB2760等相关标准要求；②诱变育种时诱变剂量控制在致死率70%~90%，兼顾突变率与存活率；③初筛采用高通量筛选方法提升筛选效率，复筛需采用模拟生产的培养基及工艺条件，保证筛选结果的实用性；④连续传代5~10次验证菌株遗传稳定性，避免后续生产中出现菌种退化；⑤保藏过程定期复核菌株生产性能，避免保藏不当导致活性下降。2.定义：补料分批发酵是指在分批发酵过程中间歇或连续补加一种或多种营养物质，介于分批发酵与连续发酵之间的发酵模式。适用场景：存在底物抑制的发酵体系（如高浓度糖质酒精发酵）；存在产物反馈抑制的发酵体系；需控制菌体比生长速率的高密度发酵或重组蛋白发酵；前体物质需缓慢添加的发酵体系（如抗生素发酵）。优化要点：①补料成分根据限制性底物类型确定，通常为碳源、氮源、前体物质或微量元素，避免补充全营养基质导致代谢紊乱；②补料时机通常选择在对数生长期中后期、限制性底物浓度降至临界值前启动，避免过早补料导致底物抑制；③补料速率可采用恒速补料、指数补料、反馈补料等方式，反馈补料可依据溶解氧、pH、残糖、尾气CO₂浓度等参数实时调整，维持底物浓度处于适宜范围；④补料体积控制在初始装液量的20%~50%，避免超过罐体有效装液量。3.常见原因：①供氧端：空气流量不足；搅拌转速过低、搅拌桨构型不合理导致气液传质效率差；罐压过低；空气分布器堵塞导致气泡分散效果差；培养基黏度升高导致氧传递阻力增大。②耗氧端：菌体浓度过高，耗氧速率超过供氧极限；补料速率过快导致菌体代谢旺盛，耗氧量骤增。调控措施：①供氧侧：适当提高空气流量；将罐压控制在0.05~0.15MPa（避免CO₂分压过高抑制菌体生长）；优化搅拌参数，提高转速或采用下压式轴向流搅拌桨，兼顾传质效率与低剪切要求；添加氧载体（如正十二烷、血红蛋白类似物）提高溶氧饱和度；降低培养基黏度，如采用补料工艺降低初始培养基浓度，或添加适量降黏剂。②耗氧侧：控制菌体浓度在适宜范围；适当降低补料速率，将比生长速率控制在产物合成最优区间；采用阶段供氧策略，产物合成期适当降低菌体代谢强度，减少耗氧量。4.方法及原理：①生物素缺陷型菌株应用：生物素是脂肪酸合成的必需辅酶，限制培养基中生物素浓度在5μg/L以下，可抑制脂肪酸合成，降低细胞膜磷脂含量，使细胞膜结构疏松，通透性提升，谷氨酸可顺利分泌至胞外，避免胞内积累产生反馈抑制。②添加表面活性剂或青霉素：吐温-80等表面活性剂可与细胞膜磷脂结合，改变细胞膜结构，提升通透性；青霉素可抑制细胞壁肽聚糖合成，导致细胞壁缺损，细胞膜受渗透压作用发生形变，通透性提升。③温度冲击：发酵对数生长期中后期，短时间将发酵温度从32℃提升至37℃维持1~2h，可改变细胞膜的液晶态结构，提升通透性。5.主要污染物：高浓度有机物（COD通常为10000~50000mg/L，来自残留培养基、菌体、代谢副产物）；氮、磷营养盐；悬浮物；部分发酵废水含残留抗生素、色素等难降解污染物。常用处理工艺：①预处理：采用格栅、沉砂池去除大颗粒杂质，气浮或初沉池去除悬浮物，调整pH至6~9。②生物处理：高浓度COD废水首先采用厌氧工艺（如UASB、IC反应器）处理，COD去除率可达70%~80%，副产沼气可回收作为能源；厌氧出水采用好氧工艺（如活性污泥法、生物膜法）处理，COD去除率可达80%~90%，降解残余有机物及氮磷。③深度处理：针对难降解物质及达标要求，采用芬顿氧化、活性炭吸附、膜分离等工艺，确保出水符合《发酵工业水污染物排放标准》（GB19430-2013）要求。五、综合分析题1.原因分析：（1）菌体生长缓慢：①菌种遗传稳定性差，质粒丢失或表达元件发生突变；②培养基配方不合理，限制性营养物质（氮源、微量元素等）不足；③灭菌过程中营养成分破坏（如葡萄糖与氨基酸发生美拉德反应）；④培养条件偏离最适范围（温度、pH不适，溶氧不足）；⑤发酵过程感染杂菌，与重组菌争夺营养。（2）产物表达量低：①诱导时机不合理，过早诱导菌体浓度不足，过晚诱导菌体活性下降；②诱导剂浓度过低或诱导时间不足；③启动子活性受抑制（如lac启动子受葡萄糖效应抑制）；④重组蛋白被胞内蛋白酶降解。（3）包涵体占比过高：①诱导强度过高，蛋白合成速率过快，来不及正确折叠；②诱导阶段温度过高，蛋白疏水基团暴露发生聚集；③胞内还原环境不利于重组白蛋白的二硫键形成；④分子伴侣表达量不足，无法辅助蛋白正确折叠。优化方案：①菌种优化：复壮筛选质粒稳定性高、表达量高的突变株；共表达分子伴侣基因（GroEL/ES）辅助蛋白折叠；整合分泌表达信号肽，引导蛋白分泌至周质空间或胞外，降低胞内聚集概率。②培养基优化：采用合成培养基明确各营养比例，添加适量微量元素与维生素；葡萄糖与氮源、氨基酸分开灭菌，避免美拉德反应；初始葡萄糖浓度控制在10~20g/L，避免葡萄糖效应。③过程控制优化：采用指数补料策略，控制比生长速率在0.1~0.2h⁻¹，维持菌体对数生长；OD₆₀₀达到20~30时启动诱导，采用0.1~0.5mmol/LIPTG或乳糖作为诱导剂，降低诱导强度；诱导阶段将温度降至25~30℃，降低蛋白合成速率促进折叠；添加适量谷胱甘肽调整氧化还原电位，改善二硫键形成环境；全程控制溶氧≥30%饱和度，pH稳定在7.0±0.2。④杂菌防控：严格执行灭菌操作，定期检查空气过滤系统与罐体密封件，发酵过程定期取样镜检和平板划线验证无菌状态。2.原因分析：（1）双乙酰超标：①酵母α-乙酰乳酸脱羧酶活性不足，α-乙酰乳酸氧化脱羧生成双乙酰的速率超过酵母还原双乙酰为乙偶姻的速率；②发酵温度过低，双乙酰还原酶活性受抑制；③酵母接种量不足，发酵速率慢，双乙酰还原时间不足；④发酵后期酵母沉降过快，悬浮酵母数不足，无法充分还原双乙酰；⑤麦汁