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楚雄师范学院化学与生命科学系生物技术专业《发酵工程》（理论）课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：031106009课程中文名称：发酵工程课程英文名称：FermentationEngineering课程性质：共同学科课程选修使用专业：生物技术、葡萄酒专业开课学期：第6学期总学时：36总学分：2预修课程：无机及分机化学、有机化学、微生物、分子生物学、生物化学课程简介：本课程是生物技术专业的必修课。课程系统讲授发酵工程基本概念、基本理论和分析方法，主要内容包括：工业微生物菌种选育、工业发酵培养基设计、发酵工业无菌技术、种子扩大培养、发酵动力学、氧的供需、发酵生理及其过程控制、发酵罐的放大与设计、基因工程菌发酵、发酵产品的提取与精制、发酵工业清洁生产、发酵工厂设计、发酵经济学、发酵产品生产原理与技术应用，以及发酵工程在现代生物化工中的应用等方面。教材建议：余龙江，《发酵工程原理与技术应用》，北京，化学工业出版社，2006年。参考书：李艳主编，《发酵工程原理与技术》，高等教育出版社，2007年。李艳，《发酵工业概论》，中国轻工业出版社，2002年。姚汝华，《微生物工程工艺原理》，华南理工大学出版社，2005年。熊宗贵，《发酵工艺原理》，中国医药科技出版社，2000年。毛忠贵，《生物工业下游技术》，中国轻工业出版社，2002年。梅乐和等，《生化生产工艺学》，科学出版社，2007年。俞俊棠等，《生物工艺学》，华东化工大学出版社，1992年。贺小贤，《生物工艺原理》，化学工业出版社，2003年。二、课程性质、目的及总体教学要求课程的基本特性：发酵工程具有涉及领域宽、涵盖范围广、基础性强的特点，就其学科性质而言它又是一门实践性较强的学科。通过本课程的学习，使学生在微生物学、生物化学等课程的基础上，系统的掌握发酵工程的基本理论、基本知识和基本技能，建立较深刻的微生物学观点，形成科学的思维方式。同时要求学生能了解现代发酵工程理论和技术的新发展。本教学大纲以国家教委对生物学科本科专业人才的基本培养规格和教学要求为指导，以我院2014年教学计划的要求，学生的知识结构水平，各学科教学内容之间的交叉重复性及专业后续课开设的实际情况为依据，以“发酵工程原理与技术”教材为蓝本，对发酵工程研究内容进行阐述课程的教学目的：要求学生能了解现代发酵工程理论和技术的新发展。了解和掌握运用微生物发酵生产工艺过程的基本原理和方法，了解和掌握发酵过程的规律及不同发酵操作方式的特点和应用，了解和掌握不同类型的生物反应器工作原理，懂得如何应用这些基本理论去分析和解决生产过程中的具体问题，改造原有生产过程使其更符合客观规律，实现发酵过程的优化，提高生产过程的经济和社会效益。其目的是帮助学生从科学本质上理解和认识产品生产制造过程中科学技术的普遍性和特殊性，强化理论基础，同时进一步拓宽知识面，为学生将来走上工作岗位后的科学研究、技术开发和工程应用打好理论基础。课程的总体教学要求：本课程教学内容以基本知识、基本理论、基本原理和基本观点为主，同时考虑到生物技术专业为理科学生，工程知识比较缺少，我们主要重点讲述发酵工业菌种、发酵工业培养基设计、发酵工业的无菌技术、发酵工业的种子制备、发酵动力学、发酵工业中氧的供需及发酵过程控制等发酵工程的核心理论部分，而涉及到工程技术等方面的内容主要是作为简述性的讲述。在应用本大纲进行教学时，应保证大纲规定的基本内容，而对课时分配、教学方式等则可根据具体情况灵活掌握，进行适当的调整。采用多媒体等现代化教学手段辅助教学，丰富教学内容，力争图文并茂。通过启发式、提问式等灵活多样的教学方法，联系生活实际，激发学生的兴趣，提高课堂教学效果。三、章节教学内容与要求第一章绪论（2学时）1.1发酵工程的定义及其与其他相关学科的关系1.1.1什么是发酵工程1.1.2发酵工程与其他相关学科的关系1.2发酵工程的发展史1.2.1发酵本质的认识过程1.2.2发酵工程技术的发展史1.3发酵工业的特点及其研究范畴1.3.1发酵工业的特点1.3.2发酵工业的范围1.4工业发酵的类型与工艺流程1.4.1工业发酵的类型1.4.2发酵生产工艺流程1.5发酵工程在国民经济中的应用1.5.1医药工业1.5.2食品工业1.5.3能源工业1.5.4化学工业1.5.5冶金工业1.5.6农业1.5.7环境保护1.6发酵工程的应用前景说明和要求：1、要求：熟悉发酵工程的一般概念；了解发酵工业的范围、特点、发展历程及发展趋势；掌握发酵工程生产的一般工艺过程。了解现代发酵工程与生物技术的关系。2、重点：发酵工程的一般概念；发酵工程生产的一般工艺过程。3、难点：发酵工程生产的一般工艺过程。第二章发酵工业菌种2.1发酵工业菌种概述2.1.1细菌2.1.2放线菌2.1.3酵母菌2.1.4霉菌2.1.5未培养微生物2.2发酵工业菌种的分离筛选2.2.1样品的采集2.2.2样品的预处理2.2.3富集培养2.2.4菌种分离2.2.5菌种初筛和复筛2.3发酵工业菌种鉴定2.3.1经典的分类鉴定方法2.3.2现代分类鉴定方法2.3.3将菌种直接送到权威鉴定机构鉴定2.4发酵工业菌种改良2.4.1菌种代谢生理与分子生物学2.4.2常规育种2.4.3细胞工程育种2.4.4基于代谢调节的育种技术2.4.5基因工程育种2.4.6蛋白质工程育种2.4.7代谢工程育种2.4.8组合生物合成育种2.4.9反向生物工程育种2.5发酵工业菌种保藏2.5.1菌种变民及退化机理2.5.2菌种保藏技术说明和要求：1、要求：了解发酵工业常用的微生物菌种及要求；熟悉发酵工业微生物菌种的分离和选育工作并掌握分离和育种的原理和技术；熟悉发酵工业微生物菌种的衰退的原因、复壮的措施和保藏的方法。2、重点：工业常用的微生物菌种及要求；微生物的筛选分离方法；工业微生物的改良方法；微生物菌种的保存方法。3、难点：微生物的筛选分离方法；工业微生物的改良方法。第三章发酵工业培养基设计3.1发酵工业培养基的基本要求3.2发酵工业培养基的成分及来源3.2.1碳源3.2.2氮源3.2.3无机盐及微量元素3.2.4水3.2.5生长调节物质3.3微生物的培养基类型3.3.1斜面培养基3.3.2种子培养基3.3.3发酵培养基3.4发酵培养基的设计原理与优化方法3.4.1发酵培养基的设计原理3.4.2发酵培养基的优化方法说明和要求：1、要求：了解培养基营养成分的来源和配制培养基的基本原则；了解发酵生产培养基的组成成份及其在发酵中的作用；掌握培养基的设计常用方法。2、重点：工业发酵用培养基的要求；配制培养基的基本原则；培养基的构成；培养基各组分的作用；培养基的设计。3、难点：培养基的设计。第四章发酵工业的无菌技术4.1发酵工业的无菌处理4.2发酵工业污染的防治策略4.2.1污染的危害4.2.2杂菌污染的防治4.3发酵工业的无菌技术4.4发酵培养基及设备管道灭菌4.4.1湿热灭菌原理4.4.2分批灭菌4.4.3连续灭菌4.4.4发酵培养基及设备管道灭菌技术4.5空气除菌4.5.1空气除菌方法4.5.2空气过滤除菌4.5.3空气预处理4.5.4空气预处理流程设计4.5.5空气过滤介质4.5.6提高过滤除菌效率的措施说明和要求：1、要求：了解的灭菌的原理及方法；掌握微生物热死动力学；掌握影响灭菌效果的因素及控制方法。了解无菌空气的制备方法；掌握空气介质过滤除菌的工艺过程。掌握染菌对不同发酵过程的影响，染菌发生的不同时间对发酵的影响；熟悉染菌的检查和判断；掌握发酵染菌原因分析及其防治。2、重点：微生物热死动力学；影响灭菌效果的因素及控制方法；空气介质过滤除菌的工艺过程；染菌对不同发酵过程的影响，染菌发生的不同时间对发酵的影响；发酵染菌原因分析及其防治。3、难点：微生物热死动力学；空气介质过滤除菌的工艺过程；染菌对不同发酵过程的影响，染菌发生的不同时间对发酵的影响；发酵染菌原因分析及其防治。第五章发酵工业的种子制备5.1种子制备原理与技术5.1.1优良种子应具备的条件5.1.2种子质量的判断方法5.1.3种子制备5.1.4种龄与接种量5.2影响种子质量的因素5.3种子质量的控制措施5.3.1菌种稳定性检查5.3.2适宜的生长环境5.3.3种子无杂菌检查5.4种子制备的放大原理与技术5.4.1细菌发酵时的种子扩大培养5.4.2酵母发酵时的种子扩大培养5.4.3丝状真菌发酵的种子扩大培养5.4.4放线菌发酵时的种子扩大培养说明和要求：1、要求：掌握种子扩大培养的任务，制备的过程；熟悉种子培养和种子质量的控制。2、重点：种子扩大培养的任务及制备的过程；种子质量的控制。3、难点：种子扩大培养的任务及制备的过程。第六章发酵动力学6.1分批发酵动力学6.1.1微生物生长动力学6.1.2底物消耗动力学6.1.3代谢产物的合成与微生物生长的动力学关系6.1.4分批发酵的优缺点6.2连续发酵动力学6.2.1单级连续发酵6.2.2多级连续发酵6.2.3连续培养在工业生产中的应用6.2.4连续培养中存在的问题6.3分批补料发酵及其动力学6.3.1分批补料发酵动力学6.3.2分批补料发酵的应用说明和要求：1、要求：了解微生物反应模式和发酵的方法，了解分批培养、补料分批培养和连续培养的概念及特点；掌握分批培养过程的基本动力学方程。了解连续培养动力学方程。2、重点：微生物反应模式和发酵的方法；分批培养过程的基本动力学方程。3、难点：分批培养过程的基本动力学方程。第七章发酵过程控制7.1发酵过程控制概述7.1.1发酵过程的参数检测7.1.2发酵过程的代谢调控7.2温度对发酵的影响及其控制7.2.1影响发酵温度的因素7.2.2温度对微生物生长的影响7.2.3温度对基质消耗的影响7.2.4温度对产物合成的影响7.2.5最适温度的选择7.3pH对发酵的影响及其控制7.3.1发酵过程中pH变化的规律7.3.2最适pH的选择7.3.3pH的调控策略7.4溶解氧对发酵的影响及其控制7.4.1溶解氧变化的规律7.4.2溶解氧在发酵过程控制中的重要作用7.4.3影响溶解氧的主要因素与控制方法7.4.4溶解氧控制对发酵的影响7.5C02和呼吸商对发酵的影响及其控制7.5.1C02对发酵的影响7.5.2呼吸商与发酵的关系7.6基质浓度对发酵的影响及其控制7.7通气搅拌对发酵的影响及其控制7.8泡沫对发酵的影响及其控制7.8.1泡沫的产生及其影响7.8.2发酵过程中泡沫的消长规律7.8.3泡沫的控制7.9高密度发酵及过程控制7.9.1高密度发酵7.9.2高密度发酵的策略7.9.3高密度发酵技术7.9.4高密度发酵存在的问题7.10发酵终点的检测与控制7.10.1发酵终点的判断7.10.2菌体自溶的监测7.10.3影响自溶的因素说明和要求：1、要求：了解发酵过程的主要控制参数及代谢的变化规律；掌握温度、pH值、溶解氧浓度、菌体浓度、基质浓度、补料和泡沫的影响及其控制方法。掌握发酵终点的判断。2、重点：温度、pH、DO、CO2、补料和泡沫等对发酵的影响及控制；发酵终点的判断。3、难点：温度、pH、DO、CO2、补料和泡沫等对发酵的影响及控制。第八章基因工程菌发酵8.1基因工程菌发酵动力学8.1.1基因工程菌的发酵动力学模型分类8.1.2基因工程菌培养过程的动力学模型8.2基因工程菌的不稳定性及对策8.2.1基因工程菌不稳定性的表现8.2.2基因工程菌不稳定的原因及对策说明和要求：1、要求：了解基因工程菌发酵技术；掌握基因工程菌的不稳定性。2、重点：基因工程菌发酵技术；基因工程菌的不稳定性。3、难点：基因工程菌的不稳定性。第十二章发酵工业清洁生产技术12.1清洁生产的概念及主要内容12.1.1清洁生产的定义12.1.2清洁生产技术的主要研究内容12.2清洁生产与末端治理的比较12.3发酵行业开展清洁生产的重要意义和必要性12.4实现清洁生产的有效途径12.4.1强化内部管理12.4.2工艺技术改革与创新实现清洁生产12.4.3废弃资源的综合利用说明和要求：1、要求：掌握清洁生产的概念和实现清洁生产的途径。了解清洁生产技术的主要研究内