/楚雄師范學院化學和生命科學系生物技術專業《發酵工程》（理論）課程教學大綱課程基本信息課程代碼：031106009課程中文名稱：發酵工程課程英文名稱：FermentationEngineering課程性質：共同學科課程選修運用專業：生物技術、葡萄酒專業開課學期：第6學期總學時：36總學分：2預修課程：無機及分機化學、有機化學、微生物、分子生物學、生物化學課程簡介：本課程是生物技術專業的必修課。課程系統講授發酵工程基本概念、基本理論和分析方法，主要內容包括：工業微生物菌種選育、工業發酵培育基設計、發酵工業無菌技術、種子擴大培育、發酵動力學、氧的供需、發酵生理及其過程限制、發酵罐的放大和設計、基因工程菌發酵、發酵產品的提取和精制、發酵工業清潔生產、發酵工廠設計、發酵經濟學、發酵產品生產原理和技術應用，以及發酵工程在現代生物化工中的應用等方面。教材建議：余龍江，《發酵工程原理和技術應用》，北京，化學工業出版社，2006年。參考書：李艷主編，《發酵工程原理和技術》，高等教化出版社，2007年。李艷，《發酵工業概論》，中國輕工業出版社，2002年。姚汝華，《微生物工程工藝原理》，華南理工高校出版社，2005年。熊宗貴，《發酵工藝原理》，中國醫藥科技出版社，2000年。毛忠貴，《生物工業下游技術》，中國輕工業出版社，2002年。梅樂和等，《生化生產工藝學》，科學出版社，2007年。俞俊棠等，《生物工藝學》，華東化工高校出版社，1992年。賀小賢，《生物工藝原理》，化學工業出版社，2003年。二、課程性質、目的及總體教學要求課程的基本特性：發酵工程具有涉及領域寬、涵蓋范圍廣、基礎性強的特點，就其學科性質而言它又是一門實踐性較強的學科。通過本課程的學習，使學生在微生物學、生物化學等課程的基礎上，系統的駕馭發酵工程的基本理論、基本學問和基本技能，建立較深刻的微生物學觀點，形成科學的思維方式。同時要求學生能了解現代發酵工程理論和技術的新發展。本教學大綱以國家教委對生物學科本科專業人才的基本培育規格和教學要求為指導，以我院2014年教學支配的要求，學生的學問結構水平，各學科教學內容之間的交叉重復性及專業后續課開設的實際狀況為依據，以“發酵工程原理和技術”教材為藍本，對發酵工程探討內容進行闡述課程的教學目的：要求學生能了解現代發酵工程理論和技術的新發展。了解和駕馭運用微生物發酵生產工藝過程的基本原理和方法，了解和駕馭發酵過程的規律及不同發酵操作方式的特點和應用，了解和駕馭不同類型的生物反應器工作原理，懂得如何應用這些基本理論去分析和解決生產過程中的具體問題，改造原有生產過程使其更符合客觀規律，實現發酵過程的優化，提高生產過程的經濟和社會效益。其目的是幫助學生從科學本質上理解和相識產品生產制造過程中科學技術的普遍性和特殊性，強化理論基礎，同時進一步拓寬學問面，為學生將來走上工作崗位后的科學探討、技術開發和工程應用打好理論基礎。課程的總體教學要求：本課程教學內容以基本學問、基本理論、基本原理和基本觀點為主，同時考慮到生物技術專業為理科學生，工程學問比較缺少，我們主要重點講解并描述發酵工業菌種、發酵工業培育基設計、發酵工業的無菌技術、發酵工業的種子制備、發酵動力學、發酵工業中氧的供需及發酵過程限制等發酵工程的核心理論部分，而涉及到工程技術等方面的內容主要是作為簡述性的講解并描述。在應用本大綱進行教學時，應保證大綱規定的基本內容，而對課時支配、教學方式等則可依據具體狀況靈敏駕馭，進行適當的調整。接受多媒體等現代化教學手段幫助教學，豐富教學內容，力爭圖文并茂。通過啟發式、提問式等靈敏多樣的教學方法，聯系生活實際，激發學生的愛好，提高課堂教學效果。三、章節教學內容和要求第一章緒論（2學時）1.1發酵工程的定義及其和其他相關學科的關系什么是發酵工程發酵工程和其他相關學科的關系1.2發酵工程的發展史發酵本質的相識過程發酵工程技術的發展史1.3發酵工業的特點及其探討范疇發酵工業的特點發酵工業的范圍1.4工業發酵的類型和工藝流程工業發酵的類型發酵生產工藝流程1.5發酵工程在國民經濟中的應用醫藥工業食品工業能源工業化學工業冶金工業農業環境愛惜1.6發酵工程的應用前景說明和要求：1、要求：熟悉發酵工程的一般概念；了解發酵工業的范圍、特點、發展歷程及發展趨勢；駕馭發酵工程生產的一般工藝過程。了解現代發酵工程和生物技術的關系。2、重點：發酵工程的一般概念；發酵工程生產的一般工藝過程。3、難點：發酵工程生產的一般工藝過程。其次章發酵工業菌種2.1發酵工業菌種概述細菌放線菌酵母菌霉菌未培育微生物2.2發酵工業菌種的分別篩選樣品的采集樣品的預處理富集培育菌種分別菌種初篩和復篩2.3發酵工業菌種鑒定經典的分類鑒定方法現代分類鑒定方法將菌種干脆送到權威鑒定機構鑒定2.4發酵工業菌種改良菌種代謝生理和分子生物學常規育種細胞工程育種基于代謝調整的育種技術基因工程育種蛋白質工程育種代謝工程育種組合生物合成育種反向生物工程育種2.5發酵工業菌種保藏菌種變民及退化機理菌種保藏技術說明和要求：1、要求：了解發酵工業常用的微生物菌種及要求；熟悉發酵工業微生物菌種的分別和選育工作并駕馭分別和育種的原理和技術；熟悉發酵工業微生物菌種的衰退的緣由、復壯的措施和保藏的方法。2、重點：工業常用的微生物菌種及要求；微生物的篩選分別方法；工業微生物的改良方法；微生物菌種的保存方法。3、難點：微生物的篩選分別方法；工業微生物的改良方法。第三章發酵工業培育基設計3.1發酵工業培育基的基本要求3.2發酵工業培育基的成分及來源碳源氮源無機鹽及微量元素水生長調整物質3.3微生物的培育基類型斜面培育基種子培育基發酵培育基3.4發酵培育基的設計原理和優化方法發酵培育基的設計原理發酵培育基的優化方法說明和要求：1、要求：了解培育基養分成分的來源和配制培育基的基本原則；了解發酵生產培育基的組成成份及其在發酵中的作用；駕馭培育基的設計常用方法。2、重點：工業發酵用培育基的要求；配制培育基的基本原則；培育基的構成；培育基各組分的作用；培育基的設計。3、難點：培育基的設計。第四章發酵工業的無菌技術4.1發酵工業的無菌處理4.2發酵工業污染的防治策略污染的危害雜菌污染的防治4.3發酵工業的無菌技術4.4發酵培育基及設備管道滅菌濕熱滅菌原理分批滅菌連續滅菌發酵培育基及設備管道滅菌技術4.5空氣除菌空氣除菌方法空氣過濾除菌空氣預處理空氣預處理流程設計空氣過濾介質提高過濾除菌效率的措施說明和要求：1、要求：了解的滅菌的原理及方法；駕馭微生物熱死動力學；駕馭影響滅菌效果的因素及限制方法。了解無菌空氣的制備方法；駕馭空氣介質過濾除菌的工藝過程。駕馭染菌對不同發酵過程的影響，染菌發生的不同時間對發酵的影響；熟悉染菌的檢查和推斷；駕馭發酵染菌緣由分析及其防治。2、重點：微生物熱死動力學；影響滅菌效果的因素及限制方法；空氣介質過濾除菌的工藝過程；染菌對不同發酵過程的影響，染菌發生的不同時間對發酵的影響；發酵染菌緣由分析及其防治。3、難點：微生物熱死動力學；空氣介質過濾除菌的工藝過程；染菌對不同發酵過程的影響，染菌發生的不同時間對發酵的影響；發酵染菌緣由分析及其防治。第五章發酵工業的種子制備5.1種子制備原理和技術優良種子應具備的條件種子質量的推斷方法種子制備種齡和接種量5.2影響種子質量的因素5.3種子質量的限制措施菌種穩定性檢查適宜的生長環境種子無雜菌檢查5.4種子制備的放大原理和技術細菌發酵時的種子擴大培育酵母發酵時的種子擴大培育絲狀真菌發酵的種子擴大培育放線菌發酵時的種子擴大培育說明和要求：1、要求：駕馭種子擴大培育的任務，制備的過程；熟悉種子培育和種子質量的限制。2、重點：種子擴大培育的任務及制備的過程；種子質量的限制。3、難點：種子擴大培育的任務及制備的過程。第六章發酵動力學6.1分批發酵動力學微生物生長動力學底物消耗動力學代謝產物的合成和微生物生長的動力學關系分批發酵的優缺點6.2連續發酵動力學單級連續發酵多級連續發酵連續培育在工業生產中的應用連續培育中存在的問題6.3分批補料發酵及其動力學分批補料發酵動力學分批補料發酵的應用說明和要求：1、要求：了解微生物反應模式和發酵的方法，了解分批培育、補料分批培育和連續培育的概念及特點；駕馭分批培育過程的基本動力學方程。了解連續培育動力學方程。2、重點：微生物反應模式和發酵的方法；分批培育過程的基本動力學方程。3、難點：分批培育過程的基本動力學方程。第七章發酵過程限制7.1發酵過程限制概述7.1.1發酵過程的參數檢測7.1.2發酵過程的代謝調控7.2溫度對發酵的影響及其限制7.2.1影響發酵溫度的因素7.2.2溫度對微生物生長的影響7.2.3溫度對基質消耗的影響7.2.4溫度對產物合成的影響7.2.5最適溫度的選擇7.3pH對發酵的影響及其限制7.3.1發酵過程中pH變更的規律7.3.2最適pH的選擇7.3.3pH的調控策略7.4溶解氧對發酵的影響及其限制7.4.1溶解氧變更的規律7.4.2溶解氧在發酵過程限制中的重要作用7.4.3影響溶解氧的主要因素和限制方法7.4.4溶解氧限制對發酵的影響7.5C02和呼吸商對發酵的影響及其限制7.5.1C02對發酵的影響7.5.2呼吸商和發酵的關系7.6基質濃度對發酵的影響及其限制7.7通氣攪拌對發酵的影響及其限制7.8泡沫對發酵的影響及其限制7.8.1泡沫的產生及其影響7.8.2發酵過程中泡沫的消長規律7.8.3泡沫的限制7.9高密度發酵及過程限制7.9.1高密度發酵7.9.2高密度發酵的策略7.9.3高密度發酵技術7.9.4高密度發酵存在的問題7.10發酵終點的檢測和限制7.10.1發酵終點的推斷7.10.2菌體自溶的監測7.10.3影響自溶的因素說明和要求：1、要求：了解發酵過程的主要限制參數及代謝的變更規律；駕馭溫度、pH值、溶解氧濃度、菌體濃度、基質濃度、補料和泡沫的影響及其限制方法。駕馭發酵終點的推斷。2、重點：溫度、pH、DO、CO2、補料和泡沫等對發酵的影響及限制；發酵終點的推斷。3、難點：溫度、pH、DO、CO2、補料和泡沫等對發酵的影響及限制。第八章基因工程菌發酵8.1基因工程菌發酵動力學8.1.1基因工程菌的發酵動力學模型分類8.1.2基因工程菌培育過程的動力學模型8.2基因工程菌的不穩定性及對策8.2.1基因工程菌不穩定性的表現8.2.2基因工程菌不穩定的緣由及對策說明和要求：1、要求：了解基因工程菌發酵技術；駕馭基因工程菌的不穩定性。2、重點：基因工程菌發酵技術；基因工程菌的不穩定性。3、難點：基因工程菌的不穩定性。第十二章發酵工業清潔生產技術12.1清潔生產的概念及主要內容清潔生產的定義清潔生產技術的主要探討內容12.2清潔生產和末端治理的比較12.3發酵行業開展清潔生產的重要意義和必要性12.4實現清潔生產的有效途徑強化內部管理工藝技術改革和創新實現清潔生產廢棄資源的綜合利用說明和要求：1、要求：駕馭清潔生產的概念和實現清潔生產的途徑。了解清潔生產技術的主要探討內容及開展清潔生產的重要意義和必要性。2、重點：清潔生產的概念和實現清潔生產的途徑。3、難點：清潔生產的途徑。第十三章發酵工廠設計概述13.1發酵工廠基本建設程序和設計工作的基本內容13.2發酵工廠廠址選擇和總圖布置13.3發酵工藝流程設計13.4物料衡算和設備選型13.5發酵車間設備布置和管道設計13.6發酵工業“三廢"處理及其工廠化設計說明和要求：1、要求：了解發酵工廠設計的程序和各步工作的基本內容；了解發酵工業“三廢"處理及其工廠化設計；駕馭發酵工藝流程設計及發酵工廠基本建設程序。2、重點：發酵工藝流程設計，發酵工廠基本建設程序。3、難點：發酵工廠設計的基本內容。第十四章發酵經濟學14.1概述14.2影響發酵產品成本的主要因素菌株選育對發酵成本的影響發酵培育基成本分析無菌空氣和通氣攪拌成本分析動力費的成本分析發酵工藝中不同培育方式的成本對比分析發酵產品分別純化的成本分析發酵規模的成本分析市場經濟信息分析及管理技術14.3發酵過程的經濟學評價說明和要求：1、要求：了解發酵經濟學基本內容，駕馭成功發酵過程的基本條件；熟悉影響生產成本的因素及其限制方法；了解發酵過程的經濟學評價。2、重點：成功發酵過程的基本條件；影響生產成本的因素及其限制方法；發酵過程的經濟學評價指標。3、難點：影響生產成本的因素及其限制方法。第十五章發酵產品生產原理和技術應用15.1醇酮類產品的發酵生產酒精發酵菌種酒精發酵的原料和工藝流程15.2氨基酸類產品的發酵生產淀粉水解糖的制備菌種擴大培育谷氨酸分批發酵谷氨酸提取15.3抗生素發酵生產抗生素的生產工藝青霉素發酵生產過程及其關鍵技術青霉素的提取和精制15.4酶制劑的發酵生產酶制劑的應用酶制劑的生產α-淀粉酶的生產15.5多糖類產品的發酵生產說明和要求：1、要求：了解各種發酵產品的生產工藝。2、重