2025年大学大四（生物工程）发酵工艺优化试题及解析.doc

2025年大学大四（生物工程）发酵工艺优化试题及解析

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷 选择题（共30分）
（总共10题，每题3分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填写在括号内）

1. 以下哪种因素对发酵罐中微生物生长的影响最为关键？（ ）
A. 搅拌速度 B. 温度 C. 罐压 D. 接种量

2. 在发酵工艺中，用于调节发酵液pH值的常用物质是（ ）
A. 氢氧化钠 B. 盐酸 C. 碳酸钙 D. 以上都是

3. 以下哪种发酵方式不属于深层发酵？（ ）
A. 分批发酵 B. 连续发酵 C. 固态发酵 D. 补料分批发酵

4. 发酵过程中，溶解氧的水平对微生物代谢有重要影响，一般来说，哪种微生物对溶解氧要求较高？（ ）
A. 厌氧菌 B. 兼性厌氧菌 C. 好氧菌 D. 以上都不对

5. 发酵罐的罐体材质通常选用（ ）
A. 不锈钢 B. 玻璃 C. 塑料 D. 陶瓷

6. 以下哪种物质不是发酵培养基中常用的碳源？（ ）
A. 葡萄糖 B. 蔗糖 C. 淀粉 D. 尿素

7. 对于发酵工艺优化，以下哪种方法可以有效提高目标产物的产量？（ ）
A. 增加接种量 B. 降低发酵温度 C. 减少搅拌时间 D. 提高罐压

8. 发酵过程中，微生物产生的代谢产物可分为初级代谢产物和次级代谢产物，以下属于次级代谢产物的是（ ）
A. 氨基酸 B. 抗生素 C. 多糖 D. 核酸

9. 以下哪种传感器常用于发酵过程中溶解氧的监测？（ ）
A. pH传感器 B. 温度传感器 C. 溶氧电极 D. 压力传感器

10. 在发酵工艺放大过程中，需要考虑的关键因素不包括（ ）
A. 设备尺寸变化 B. 培养基配方调整 C. 人员操作熟练度 D. 传质传热效率变化

第II卷 填空题（共20分）
（总共10空，每空2分，请将正确答案填写在横线上）

1. 发酵工艺优化的主要目标是提高目标产物的______、______和______。

2. 发酵培养基的组成包括______、______、______、______和______等。

3. 发酵过程中的主要控制参数有______、______、______、______和______等。

4. 微生物发酵的主要类型有______、______和______。

5. 发酵罐的主要部件包括______、______、______、______和______等。

第II卷 简答题（共20分）
（总共4题，每题5分，请简要回答问题）

1. 简述发酵工艺优化的主要内容。

2. 说明发酵过程中温度对微生物生长和代谢的影响。

3. 列举几种常见的发酵罐灭菌方法及其原理。

4. 解释什么是补料分批发酵，并说明其优点。

第II卷 论述题（共20分）
（总共2题，每题10分，请详细阐述你的观点）

1. 请论述如何通过优化发酵培养基来提高目标产物的产量。

2. 阐述在发酵工艺放大过程中可能遇到的问题及解决方法。

第II卷 案例分析题（共10分）
（总共1题，每题10分，请根据给定材料进行分析解答）

材料：某生物工程公司利用发酵工艺生产一种新型生物活性物质。在发酵过程中，发现产量一直较低，经过初步分析，怀疑是发酵条件存在问题。现提供以下信息：发酵罐型号为50L，搅拌速度为150rpm，温度控制在30℃，罐压为0.05MPa，溶解氧水平较低，培养基配方为葡萄糖、酵母粉、无机盐等。

问题：请根据上述材料，分析可能导致产量低的原因，并提出相应的改进措施。

答案：
第I卷 选择题答案
1. B 2. D 3. C 4. C 5. A 6. D 7. A 8. B 9. C 10. C
第II卷 填空题答案
1. 产量、质量、生产效率
2. 碳源、氮源、无机盐、生长因子、水
3. 温度、pH值、溶解氧、罐压、搅拌速度
4. 好氧发酵、厌氧发酵、兼性厌氧发酵
5. 罐体、搅拌装置、通气装置、传热装置、控制仪表
第II卷 简答题答案
1. 发酵工艺优化主要内容包括：优化培养基配方，选择合适的碳源、氮源、无机盐等；调整发酵条件，如温度、pH值、溶解氧、罐压、搅拌速度等；改进发酵方式，如分批发酵、连续发酵、补料分批发酵等；优化发酵罐设计，提高传质传热效率等。
2. 温度影响微生物生长和代谢：温度过高会使酶失活，微生物生长受抑制；温度过低会降低酶活性，减缓代谢速率。不同微生物有其最适生长温度范围，在此温度下生长最快，代谢最旺盛，目标产物合成也可能最佳。
3. 常见发酵罐灭菌方法及原理：湿热灭菌，利用高温蒸汽使微生物蛋白质变性、核酸破坏而死亡；干热灭菌，通过高温使微生物脱水、蛋白质凝固变性；化学药剂灭菌，如甲醛、酒精等，通过化学物质作用于微生物细胞结构或代谢过程来灭菌。
4. 补料分批发酵是在分批发酵基础上，在发酵过程中补入新鲜培养基。优点：可控制发酵液中营养物质浓度，避免营养缺乏或过度积累；能延长微生物对数生长期，提高目标产物产量；可减少发酵过程中副产物生成，提高产品质量。
第II卷 论述题答案
1. 优化发酵培养基提高目标产物产量：首先要根据微生物营养需求和产物合成特点选择合适碳源，如快速利用碳源和缓慢利用碳源搭配，维持合适碳源浓度。氮源选择也很关键，有机氮源和无机氮源合理组合。添加适量无机盐和生长因子满足微生物生长代谢需求。通过优化培养基组成比例，调整渗透压等，为微生物提供良好生长环境，促进目标产物合成。
2. 发酵工艺放大问题及解决方法：问题包括设备尺寸变化导致传质传热效率改变，如搅拌效果变差、溶氧传递困难；培养基配方需调整，放大后可能因设备特性不同对营养物质需求改变；操作参数范围变化，原小试参数放大后可能不适用。解决方法：通过模拟计算和实验研究确定合适的放大倍数和设备参数；对培养基配方进行优化调整；重新摸索放大后的最佳操作参数，如温度梯度、搅拌速度梯度等，确保发酵过程稳定高效。
第II卷 案例分析题答案
可能原因：搅拌速度可能不足，导致溶氧传递不均匀，微生物生长受影响；溶解氧水平低限制了好氧微生物的生长和代谢，进而影响产物合成；培养基配方中营养物质比例可能不合理，影响微生物生长和产物合成。改进措施：适当提高搅拌速度，如提高到200 - 250rpm，改善溶氧传递；增加通气量或采用更高效的通气装置提高溶解氧水平；分析培养基配方，调整葡萄糖、酵母粉等营养物质比例，可能适当增加酵母粉用量，优化无机盐种类和浓度，以满足微生物生长和产物合成需求。