发酵制药的药物制剂工艺优化题库及答案

发酵制药的药物制剂工艺优化题库及答案一、选择题（每题2分，共30分）（一）单项选择题（每题1分，共15分）1.在发酵制药下游工艺中，用于初步分离菌体与发酵液，并实现一定程度浓缩的常用单元操作是：A.膜过滤B.离心分离C.沉淀D.萃取答案：B2.优化发酵培养基时，常采用“部分因子设计”或“响应面法”等实验设计方法，其主要目的是：A.减少实验次数，高效评估多因素影响B.完全替代摇瓶实验C.确保每次实验都成功D.降低培养基成本答案：A3.对于热稳定性较差的抗生素（如青霉素）发酵液，进行初步提取时，为减少降解，优先考虑的方法是：A.加热浓缩后溶剂萃取B.常温下采用离子交换树脂吸附C.高温高压下直接过滤D.长时间静置沉淀答案：B4.在发酵过程中，溶解氧（DO）浓度是关键参数。当DO值持续偏低时，最可能导致的直接后果是：A.菌体生长速率加快B.目标产物合成转向有氧代谢途径C.菌体代谢途径改变，可能积累有害副产物，抑制产物合成D.pH值自动升高答案：C5.结晶是发酵产物（如氨基酸、柠檬酸）精制的重要步骤。为获得颗粒大、纯度高的晶体，控制的关键操作条件是：A.快速冷却和剧烈搅拌B.缓慢降温、控制过饱和度及适宜的搅拌速度C.在极高过饱和度下快速成核D.忽略晶种添加答案：B6.膜分离技术在发酵制药中应用广泛。超滤（UF）膜主要用于分离：A.无机盐和小分子有机物B.病毒和蛋白质C.菌体、细胞碎片和大分子蛋白质D.不同沸点的有机溶剂答案：C7.发酵液预处理中加入絮凝剂（如聚丙烯酰胺）的主要作用是：A.调节pH值以利于后续提取B.中和电荷，使胶体颗粒和细胞碎片聚集变大，便于固液分离C.直接沉淀目标产物D.为菌体提供营养答案：B8.在青霉素的提取工艺中，利用其在不同pH下分配系数不同的特性，采用多次萃取与反萃取，此方法基于：A.吸附原理B.离子交换原理C.溶解度差异原理D.分配定律（液-液萃取原理）答案：D9.发酵罐的搅拌功率P与搅拌转速N、搅拌器直径D的关系通常表示为P∝A.a=1,b=2B.a=2,b=3C.a=3,b=5D.a=3,b=2答案：C（注：P=ρ，在湍流区功率准数为常数，故P10.对于次级代谢产物（如许多抗生素）的发酵，优化工艺时常采用“两阶段培养策略”，即生长阶段和产物合成阶段，两阶段通常需要：A.完全相同的温度、pH和溶氧条件B.不同的温度、pH和溶氧条件以分别最大化菌体生长和产物合成C.仅在产物合成阶段供氧D.仅在生长阶段补料答案：B11.在固态发酵工艺优化中，与深层液体发酵相比，其控制传质传热的关键难点主要在于：A.难以在线监测pH和DOB.基质的混合不均匀，热量和氧气在固相中传递阻力大C.菌体生长速度过快D.产物浓度过低答案：B12.为提高发酵产物的提取收率，在发酵结束后，有时会进行“酶法破壁”处理，这种方法主要适用于：A.所有微生物发酵B.胞外分泌型产物C.胞内产物或细胞壁阻碍释放的产物D.仅适用于真菌发酵答案：C13.在色谱纯化（如离子交换色谱、疏水相互作用色谱）中，洗脱阶段通过改变流动相的盐浓度或pH，其原理是：A.改变目标产物与固定相之间的相互作用力B.改变色谱柱的直径C.增加流动相的流速D.降低目标产物的溶解度答案：A14.发酵过程优化中，补料分批培养（Fed-batch）相比简单分批培养（Batch）的主要优势在于：A.设备更简单，操作更容易B.可以避免底物抑制或分解代谢阻遏，延长产物合成期，提高最终产量C.彻底消除染菌风险D.必然缩短发酵周期答案：B15.冻干（冷冻干燥）是制备对热敏感发酵产品（如酶制剂、疫苗）的常用方法。其工艺过程通常依次为：A.升华干燥→预冻→解析干燥B.预冻→解析干燥→升华干燥C.预冻→升华干燥→解析干燥D.解析干燥→预冻→升华干燥答案：C（二）多项选择题（每题1.5分，共15分。每题至少有两个正确选项，多选、少选、错选均不得分）16.发酵液预处理的目的通常包括：A.改变发酵液理化性质，利于后续分离B.去除部分杂质（如蛋白质、多糖）C.提高目标产物的浓度D.实现目标产物的最终纯化E.杀灭所有微生物答案：A,B17.影响发酵产物溶剂萃取效率的主要因素有：A.目标产物在两相中的分配系数KB.萃取剂的种类和性质C.发酵液的pH值和温度D.两相的相比（料液与萃取剂体积比）E.发酵罐的搅拌形式答案：A,B,C,D18.在发酵工艺放大过程中（从实验室摇瓶到生产规模发酵罐），可能出现的“放大效应”问题包括：A.混合时间延长，导致营养和pH分布不均B.剪切力环境变化，影响菌体形态和活力C.体积氧传递系数a下降，可能引起溶氧不足D.菌种遗传特性发生根本改变E.代谢途径完全改变答案：A,B,C19.可用于发酵过程在线监测的物理和化学参数有：A.温度、压力、搅拌转速B.pH、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）C.尾气中的和C含量D.菌体浓度（如光密度OD）E.某种特定代谢产物的精确浓度（需离线分析）答案：A,B,C（注：D选项在线OD监测是可能的，但非绝对标准配置；E选项通常为离线）20.离子交换树脂在发酵产物纯化中的应用，其优点体现在：A.选择性较高，可用于分离性质相近的物质B.处理量大，操作简便C.适用于高浓度盐溶液中的产物直接吸附D.树脂可再生，重复使用E.对所有产物都适用答案：A,B,D21.优化发酵工艺以提高目标产物产量的策略包括：A.通过诱变育种或基因工程改造高产菌株B.优化培养基组成（碳源、氮源、前体、诱导物等）C.精确控制发酵环境参数（T,pH,DO）D.采用先进的培养模式（如补料分批、灌注培养）E.仅增加发酵罐的装液量答案：A,B,C,D22.在发酵制药的干燥工艺中，喷雾干燥适用于哪些特性的产品？A.热敏性产品（需控制进风温度）B.要求速溶的产品C.必须得到结晶状颗粒的产品D.可以制成均匀粉末或颗粒的产品E.含水量极低的最终产品答案：A,B,D23.发酵过程染菌的常见原因可能有：A.种子带菌B.培养基或补料液灭菌不彻底C.设备（如罐体、管道、阀门）存在死角或泄漏D.空气除菌系统失效E.操作不规范答案：A,B,C,D,E24.关于发酵终点判断的依据，正确的有：A.菌体形态和数量（如菌丝老化、自溶）B.目标产物积累量或合成速率的变化C.营养物（如残糖、氨基氮）的消耗情况D.pH、DO等参数的变化趋势E.固定一个不变的发酵时间答案：A,B,C,D25.下游纯化工艺中，超滤和微滤的共性与区别，正确的描述是：A.两者都是基于筛分原理的膜分离过程B.超滤膜孔径（通常1-100nm）小于微滤膜孔径（通常0.1-10μm）C.超滤主要用于分离大分子（蛋白质、多糖）和细小颗粒，微滤主要用于除菌和分离细胞D.操作压力上，超滤通常需要比微滤更高的压力E.两者都只能使用有机膜，不能使用无机膜答案：A,B,C（注：D选项通常微滤压力较低，超滤相对较高，但非绝对；E错误，两者均有有机和无机膜材料）二、填空题（每空1分，共20分）26.发酵液的过滤速率常用过滤基本方程式描述，对于不可压缩滤饼，恒压过滤时，过滤时间t与滤液体积V的关系为=V+，其中μ代表滤液____，答案：粘度，比阻27.在发酵动力学中，描述基质消耗与菌体生长关系的方程常用____得率系数表示，其定义为=−（消耗单位质量基质所生成的菌体量）。答案：生长28.青霉素提取的经典工艺采用____萃取法，利用青霉素在酸性条件下成游离酸溶于有机相，在中性或弱碱性条件下成盐溶于水相的原理进行纯化。答案：溶剂（或液-液）29.离子交换树脂的操作循环通常包括四个步骤：____、吸附（交换）、____、再生（或转型）。答案：预处理（或平衡），洗脱30.在发酵罐中，体积氧传递系数a是衡量____效率的关键参数，其值受搅拌功率、通气速率、发酵液性质等因素影响。答案：供氧（或溶氧）31.结晶过程包括两个主要步骤：____的形成和晶体的____。答案：晶核，生长32.对于基因工程菌生产蛋白类药物，发酵后常需进行细胞破碎。机械法破碎中，高压匀浆机利用的是____和剪切力，而超声破碎利用的是____效应。答案：撞击（或空穴），空化（或空穴）33.在色谱纯化中，用于衡量分离选择性的参数是____，其值等于相邻两峰保留时间之差与两峰峰宽平均值的比值。答案：分离度（）34.固定化酶技术在发酵制药中的应用，其优点之一是可以将酶从反应体系中分离并____使用。答案：重复35.发酵工艺经济性评估中，____是衡量生产过程技术水平和经济效益的综合指标，其计算公式为（实际产量/理论产量）×100%。答案：发酵总收率（或过程总收率）36.真空转鼓过滤机适用于____、且滤饼需要洗涤的发酵液过滤。答案：固含量较高37.双水相萃取技术利用两种水溶性高分子（如PEG/葡聚糖）或高分子与盐形成不相溶的两相体系，基于目标产物在两相间____的差异进行分离。答案：分配38.在补料策略中，根据反馈参数（如溶氧、pH、尾气）的变化来控制补料速率的方法称为____补料。答案：反馈控制（或智能）39.发酵产品进行无菌过滤时，通常采用孔径为____μm的微孔滤膜，以截留所有微生物。答案：0.22（或0.2）40.干燥过程中，物料中的水分根据去除难易可分为____水和结合水。答案：自由三、简答题（每题5分，共30分）41.简述发酵液预处理中，采用加热和调节pH方法的作用。答案：加热处理的主要作用有：（1）降低发酵液粘度，破坏胶体稳定性，改善过滤性能；（2）使蛋白质变性凝固，便于去除；（3）抑制或杀灭部分杂菌，终止酶反应。调节pH的作用有：（1）改变发酵液中某些成分的电荷状态或溶解度，使其凝聚或沉淀（如蛋白质在等电点沉淀）；（2）创造有利于后续提取步骤（如萃取、离子交换）的条件，使目标产物以更易分离的形式存在；（3）稳定目标产物，防止其在不利pH下降解。42.比较传统溶剂萃取与双水相萃取技术在发酵产物提取中的优缺点。答案：传统溶剂萃取：优点在于技术成熟、操作简便、处理量大、成本相对较低，适用于脂溶性或弱极性产物（如抗生素、有机酸）。缺点是有机溶剂可能易燃易爆、有毒，存在安全和环保问题；对于蛋白质、酶等生物大分子易导致变性失活；萃取选择性有时不够高。双水相萃取：优点在于两相均为水相，界面张力极低，为生物大分子（蛋白质、核酸、细胞器）提供温和的分离环境，保持其生物活性；操作条件温和，易于放大；分相时间短，处理量较大。缺点是成相聚合物（如PEG、葡聚糖）成本较高，回收再利用较复杂；体系粘度可能较大，传质速率受影响；对于小分子产物的萃取选择性可能不如溶剂萃取。43.什么是发酵过程的代谢流分析？其在工艺优化中有何指导意义？答案：代谢流分析是基于物料平衡和化学计量关系，定量分析细胞内代谢网络中碳、氮等元素流向（即各代谢途径通量）的方法。其指导意义在于：（1）识别产物合成途径中的关键节点（限速步骤）和分支点；（2）揭示不同培养条件下菌体代谢网络的变化，理解产量变化的深层原因；（3）为基因工程改造提供靶点，例如，通过过表达关键酶或敲除竞争途径来增加目标代谢通量；（4）优化补料策略，通过控制底物流加速率来引导代谢流向目标产物。44.列举并简要说明三种常用的发酵过程优化实验设计方法。答案：（1）单因素实验法：每次只改变一个因素的水平，固定其他因素。优点是简单直观；缺点是忽略了因素间的交互作用，效率低，难以找到真正的最优点。（2）正交实验设计：利用正交表安排多因素多水平实验，能以较少的实验次数评估各因素主效应和部分交互作用。优点是均衡分散、整齐可比，高效筛选重要因素。（3）响应面法：在因素筛选的基础上，通过合理的实验设计（如中心复合设计、Box-Behnken设计），用多项式模型拟合响应值（如产量）与多个因素之间的非线性关系，通过分析响应面图确定最优区域和最优条件。优点是能研究因素间的复杂交互作用，并直接找到最优解或优化区域。45.简述膜分离技术在发酵制药下游加工中的主要应用领域（至少四个方面）。答案：（1）菌体分离：使用微滤（MF）替代传统离心或过滤，回收菌体或去除细胞碎片。（2）产物浓缩与脱盐：使用超滤（UF）浓缩大分子产物（如酶、多糖），并去除小分子杂质（盐、糖）。（3）纯化：使用纳滤（NF）分离小分子产物（如抗生素、氨基酸），或根据分子量差异进行分级分离。（4）除菌与除热原：使用超滤或微滤进行产品的最终除菌过滤，超滤还能有效去除热原（内毒素）。（5）溶剂回收：渗透蒸发用于回收发酵或萃取中的有机溶剂。46.在发酵工艺放大时，为什么常以体积氧传递系数a作为关键放大准则之一？如何通过调整操作参数来维持大罐的a值？答案：因为氧是许多好氧发酵的限制性基质，溶氧不足会严重影响菌体生长和产物合成。a直接反映了发酵罐的供氧能力。在几何相似的条件下放大，单位体积的功率输入/V通常会下降，导致a降低。为维持大罐的a四、应用题（共20分）47.计算题（10分）：某抗生素发酵液，采用溶剂萃取进行初步提取。已知发酵液中抗生素浓度为=15g/L，萃取平衡分配系数K=/=30（（1）计算萃取后，水相中抗生素的残留浓度和萃取率E。（2）若将相同体积的萃取剂（200L）分两次进行二级错流萃取（每次100L），计算二级错流萃取后水相的总残留浓度，并比较两种方式的萃取率。答案：（1）单级萃取：由物料平衡：=结合分配系数：=代入得：100015000=萃取率=（2）二级错流萃取（每次100L新鲜萃取剂）：第一级：=1000L,=100015000=第二级：=1000L,=10003750=总萃取率=比较：二级错流萃取后残留浓度（0.9375g/L）显著低于单级（2.143g/L），萃取率（93.75%）高于单级（85.71%），说明在相同总萃取剂用量下，多级萃取能更有效地利用溶剂，提高提取效率。48.综合分析与设计题（10分）：某公司利用基因工程酵母菌生产一种胞外分泌型重组蛋白药物。目前中试发酵产量较低，且下游纯化步骤收率不高。请系统分析可能的原因，并为“提高重组蛋白发酵产量”和“优化下游纯化工艺”分别提出至少两条具体的工艺优化建议。答案：发酵产量低可能原因及优化建议：原因分析：（1）菌株表达水平低；（2）发酵培养基或培养条件（T,pH,DO）未优化，不利于蛋白表达；（3）可能存在蛋白降