1、發(fā)酵工程課程教學(xué)大綱一、課程基本信息1. 課程代碼：1200192. 課程名稱：發(fā)酵工程3. 學(xué)時(shí) / 學(xué)分： 34學(xué)時(shí) /2 學(xué)分4. 開(kāi)課系（部）、教研室：生命科學(xué)系、生物工程教研室5. 先修課程：微生物學(xué)、物理化學(xué)、數(shù)學(xué)、化工原理6. 面向?qū)ο螅荷锕こ獭⑹称饭こ虒I(yè)二、課程性質(zhì)與目標(biāo)1. 課程性質(zhì)：專業(yè)方向課程。2. 課程目標(biāo)：發(fā)酵工程是生物工程、食品工程專業(yè)的一門(mén)專業(yè)方向課。由于發(fā)酵工程是整個(gè)生物技術(shù)的核心，是工業(yè)微生物實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室與工廠化生產(chǎn)的具體操作，是生物技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的原理及方法的一部分，是基因工程及酶工程等生物技術(shù)工業(yè)化的過(guò)程與方法。通過(guò)對(duì)發(fā)酵工程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生進(jìn)一

2、步系統(tǒng)了解發(fā)酵工程從培養(yǎng)基配制到發(fā)酵罐生產(chǎn)，直至產(chǎn)品分離等一系列的操作原理及過(guò)程。因此，通過(guò)對(duì)發(fā)酵工程的學(xué)習(xí)，不僅掌握發(fā)酵工程原理及發(fā)酵優(yōu)化控制過(guò)程，而且對(duì)系統(tǒng)了解生物技術(shù)及其工業(yè)化應(yīng)用都具有深遠(yuǎn)的意義。 另外， 通過(guò)發(fā)酵工程各論的了解，不僅能夠掌握發(fā)酵工藝操作從小試到放大的具體過(guò)程及反應(yīng)過(guò)程控制方法，而且進(jìn)一步了解了目前發(fā)酵行業(yè)的具體產(chǎn)品生產(chǎn)工藝， 從理論到方法學(xué)會(huì)發(fā)酵工程這一門(mén)技術(shù)，對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)能夠進(jìn)行指導(dǎo)與分析。三、教學(xué)基本內(nèi)容及要求第一章緒論 （ 2 學(xué)時(shí)）3. 教學(xué)的基本要求1. 了解發(fā)酵的概念；2. 了解微生物發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展過(guò)程；3. 了解微生物發(fā)酵生產(chǎn)的地位、現(xiàn)狀和基本工藝過(guò)程。

3、教學(xué)具體內(nèi)容1. 發(fā)酵工程的有關(guān)概念（0.5）2. 發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展概況及趨勢(shì)（1.5）2.1 發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展簡(jiǎn)史2.2 發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀2.3 發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)3. 發(fā)酵生產(chǎn)的基本過(guò)程及發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用（1）3.1 發(fā)酵生產(chǎn)的主要方式3.2 發(fā)酵生產(chǎn)的基本過(guò)程3.3 發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1. 發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)展的各歷史階段的主要貢獻(xiàn)；2. 發(fā)酵生產(chǎn)的基本過(guò)程和主要方式。 思考題1. 發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)展的各歷史階段的主要貢獻(xiàn)？2. 發(fā)酵生產(chǎn)的基本過(guò)程和主要方式。3. 查閱專業(yè)期刊。第二章 菌種選育（4 學(xué)時(shí)） 教學(xué)的基本要求1. 熟悉工業(yè)發(fā)酵用菌的種類(lèi)；2. 掌握常見(jiàn)的菌種選育的方法；3

4、. 掌握對(duì)工業(yè)發(fā)酵用菌的要求；4. 掌握種子擴(kuò)培的目的及典型微生物的擴(kuò)培方法；5. 掌握各因素對(duì)種子質(zhì)量的影響；6. 了解種子質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)和控制措施。 教學(xué)具體內(nèi)容1. 工業(yè)發(fā)酵用菌（0.5 學(xué)時(shí)）1.1 菌種類(lèi)型1.2 要求2. 菌種的選育2.1 自然選育2.2 誘變育種2.3 雜交育種2.4 DNA重組技術(shù)2.5 菌種的保藏3. 種子制備過(guò)程（2 學(xué)時(shí)）3.1 擴(kuò)培原則3.2 實(shí)驗(yàn)室種子制備3.3 生產(chǎn)車(chē)間種子制備4. 種子質(zhì)量的控制（2.5 學(xué)時(shí)）4.1 影響種子質(zhì)量的因素4.2 種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)4.3 種子質(zhì)量的控制措施 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1. 工業(yè)發(fā)酵用菌的要求；2. 種子擴(kuò)培的目的及典型微生

5、物的擴(kuò)培方法；3. 各 因素對(duì)種子質(zhì)量的影響。思考題1. 舉出幾例微生物大規(guī)模表達(dá)的產(chǎn)品, 及其產(chǎn)生菌的特點(diǎn)。2. 對(duì)工業(yè)化菌種的要求有哪些？3. 討論：生產(chǎn)抗生素的微生物能不能生產(chǎn)氨基酸？4. 討論：微生物（包括動(dòng)、植物）可以生產(chǎn)我們所需的一切產(chǎn)品，但是涉及到工業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)于某一種特定的產(chǎn)品，為何只有特定的微生物才具有大量表達(dá)的潛力？5. 從環(huán)境中分離目的微生物時(shí)，為何一定要進(jìn)行富集富集？自然界分離微生物的一般操作步驟？6. 菌種選育分子改造的目的？7. 以目前的研究水平，土壤中能夠培養(yǎng)的微生物大概占總數(shù)的多少？什么是16sRNAW源性分析？8. 什么叫自然選育？自然選育在工藝生產(chǎn)中的意義？

6、9. 什么是正突變？什么是負(fù)突變？什么是結(jié)構(gòu)類(lèi)似物？10. 什么是誘變育種？常用的誘變劑有哪些？11. 什么是基因的重組？什么是基因的直接進(jìn)化？二者有何區(qū)別？12. 什么是種子的擴(kuò)大培養(yǎng)？種子擴(kuò)大培養(yǎng)的目的與要求？種子擴(kuò)大培養(yǎng)的一般步驟？13. 在大規(guī)模發(fā)酵的種子制備過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室階段和生產(chǎn)車(chē)間階段在培養(yǎng)基和培養(yǎng)物選擇上各有何特點(diǎn)？14. 什么是接種量？對(duì)于細(xì)菌、放線菌及霉菌常用的接種量是多少？15. 什么時(shí)發(fā)酵級(jí)數(shù)？發(fā)酵級(jí)數(shù)對(duì)發(fā)酵有何影響，影響發(fā)酵級(jí)數(shù)的因素有哪些？16. 什么是種齡？適宜種齡確定的依據(jù)？17. 什么是接種、倒種、雙種？第三章 微生物的代謝調(diào)節(jié)（2 學(xué)時(shí)） 教學(xué)的基本要求1.

7、 掌握微生物的基本代謝調(diào)節(jié)；2. 掌握微生物的次級(jí)代謝的特征及合成的代謝產(chǎn)物；3. 了解抗生素的生物合成途徑。 教學(xué)具體內(nèi)容1. 基本代謝調(diào)節(jié)（0.5 學(xué)時(shí) ）1.1 酶活性的調(diào)節(jié)1.2 酶合成的調(diào)節(jié)2. 代謝系統(tǒng)的分子控制機(jī)制（1 學(xué)時(shí) ）2.1 微生物次級(jí)代謝2.2 微生物次級(jí)代謝的特征2.3 次級(jí)代謝的生物合成2.4 抗生素的生物合成3. 代謝工程（0.5 學(xué)時(shí) ） 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1. 微生物的基本代謝調(diào)節(jié)；2. 微生物的次級(jí)代謝的特征及合成的代謝產(chǎn)物；3. 抗生素的生物合成途徑。思考題1. 什么是初級(jí)代謝產(chǎn)物？什么是次級(jí)代謝產(chǎn)物？2. 什么是前體？前體添加的方式？3. 什么是生長(zhǎng)因子？

8、生長(zhǎng)因子的來(lái)源？4. 舉例說(shuō)明什么是產(chǎn)物促進(jìn)劑？第四章 微生物培養(yǎng)基（4 學(xué)時(shí)） 教學(xué)的基本要求1. 掌握不同用途培養(yǎng)基的要求和特點(diǎn)；了解工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基配比的調(diào)整依據(jù)。 教學(xué)具體內(nèi)容1. 培養(yǎng)基的選擇（1.5 學(xué)時(shí)）1.1 按微生物特點(diǎn)選擇1.2 按生產(chǎn)用途選擇2. 培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和配制（ 2 學(xué)時(shí)）2.1 培養(yǎng)基的基本要求 養(yǎng)基 的基本要求2.2 培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)3. 工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基（ 0.5 學(xué)時(shí)）3.1 要求3.2 調(diào)整培養(yǎng)基配比3.3 培養(yǎng)基的配制3.4 培養(yǎng)基的滅菌 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)培養(yǎng)基的要求和設(shè)計(jì)方法。2. 掌握培養(yǎng)基的要求和設(shè)計(jì)方法；3.1. 不同用途培養(yǎng)基的要求和特點(diǎn)；2 思考題1.

9、 什么是培養(yǎng)基?發(fā)酵培養(yǎng)基的特點(diǎn)和要求？2. 常用的碳源有哪些？常用的糖類(lèi)有哪些，各自有何特點(diǎn)？3. 什么是生理性酸性物質(zhì)？什么是生理性堿性物質(zhì)？4. 常用的無(wú)機(jī)氮源和有機(jī)氮源有哪些？有機(jī)氮源在發(fā)酵培養(yǎng)基中的作用？5. 什么是理論轉(zhuǎn)化率？什么是實(shí)際轉(zhuǎn)化率？6. 培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的一般步驟？7. 培養(yǎng)基成分選擇考慮的問(wèn)題？8. 舉例說(shuō)明培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的方法與步驟？第五章 發(fā)酵過(guò)程動(dòng)力學(xué)概論（2 學(xué)時(shí) ） 教學(xué)的基本要求1. 掌握發(fā)酵過(guò)程的反應(yīng)描述及速度概念；2. 掌握菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的基本概念； 3. 了解產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)的基本概念；4. 了解基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué)的基本概念。 教學(xué)具體內(nèi)容1. 發(fā)酵過(guò)程的反應(yīng)描述及

10、速度概念（0.5 學(xué)時(shí) ）2. 菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的基本概念（0.5 學(xué)時(shí) ）3. 產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)的基本概念（0.5 學(xué)時(shí)）4. 基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué)的基本概念（0.5 學(xué)時(shí)） 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1. 發(fā)酵過(guò)程的反應(yīng)描述及速度概念；2. 菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的基本概念；3. 產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)的基本概念；4. 基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué)的基本概念。 思考題1 . 什么是菌體的生長(zhǎng)比速、產(chǎn)物的形成比速、基質(zhì)的消耗比速？維持消耗？2 .什么是Mono昉程其使用條件如何？各參數(shù)的意義與求解？第六章 發(fā)酵過(guò)程的工藝控制（14 學(xué)時(shí)） 教學(xué)的基本要求1. 熟悉發(fā)酵過(guò)程的主要控制參數(shù)，并了解這些參數(shù)的測(cè)定方法；2. 掌握不同發(fā)酵操作的代謝變

11、化規(guī)律；3. 掌握各因素對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響、過(guò)程控制方法和原理。 教學(xué)具體內(nèi)容1. 發(fā)酵過(guò)程的主要控制參數(shù)（0.5 學(xué)時(shí)）1.1 物理參數(shù)1.2 化學(xué)參數(shù)1.3 生物參數(shù)2. 發(fā)酵過(guò)程的代謝變化規(guī)律（2 學(xué)時(shí)）2.1 分批發(fā)酵2.2 連續(xù)發(fā)酵2.3 補(bǔ)料分批發(fā)酵3. 基質(zhì)濃度的影響及及補(bǔ)料控制（2 學(xué)時(shí)）3.1 碳源的影響和控制3.2 氮源的影響和控制3.3 磷酸鹽濃度的影響及控制3.4 補(bǔ)料的作用和控制4. 菌體濃度的影響及控制（0.5 學(xué)時(shí)）4.1 影響菌體生長(zhǎng)速率的因素4.2 菌體濃度對(duì)發(fā)酵的影響4.3 菌濃的控制5. 溫度的影響及控制（2 學(xué)時(shí)）5.1 溫度對(duì)發(fā)酵的影響5.2 發(fā)酵過(guò)程中

12、溫度的變化5.3 發(fā)酵溫度的控制6. pH 的影響及控制（2 學(xué)時(shí)）6.1 pH 對(duì)發(fā)酵的影響6.2 發(fā)酵過(guò)程中pH的變化6.3 發(fā)酵pH的控制7. 溶氧的影響及控制（1.5 學(xué)時(shí)）7.1 細(xì)胞對(duì)氧的需求7.2 控制溶氧的工藝手段7.3 影響微生物需氧量的因素7.4 溶氧對(duì)發(fā)酵的影響7.5 發(fā)酵過(guò)程中溶氧控制8. 二氧化碳的影響及控制（1.5 學(xué)時(shí)）8.1 CO2對(duì)發(fā)酵的影響8.2 CO2對(duì)細(xì)胞的作用機(jī)理8.3 呼吸商與發(fā)酵的關(guān)系8.4 CO2濃度的控制9. 泡沫的影響及控制（1.5 學(xué)時(shí)）9.1 泡沫的形成9.2 泡沫對(duì)發(fā)酵的影響9.3 泡沫的消除和控制10. 發(fā)酵終點(diǎn)的判斷（0.5 學(xué)時(shí)）

13、10.1 產(chǎn)品質(zhì)量10.2 產(chǎn)品種類(lèi)10.3 經(jīng)濟(jì)性 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1. 不同發(fā)酵操作的代謝變化規(guī)律；2. 掌握各因素對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響、過(guò)程控制方法和原理。 思考題1. 什么是比耗氧速度和呼吸強(qiáng)度？2. 臨界飽和溶氧濃度、臨界溶氧濃度、氧飽和度的概念？3. 微生物的臨界溶氧濃度一般多少，發(fā)酵過(guò)程中的氧容易不容易滿足？4. 影響微生物需氧的因素有哪些？5. 發(fā)酵液中的體積氧傳遞方程？其中Kla 的物理意義是什么？6. 如何調(diào)節(jié)搖瓶發(fā)酵、通氣攪拌發(fā)酵罐的供氧水平？7. 如何測(cè)定發(fā)酵液中的溶氧濃度，以及發(fā)酵罐的Kla?8. 氧的供需研究與反應(yīng)器設(shè)計(jì)與放大的關(guān)系？9. 發(fā)酵過(guò)程中溶氧濃度監(jiān)控的意義？1

14、0. 微生物生長(zhǎng)可分為幾個(gè)階段？次級(jí)代謝產(chǎn)物在什么階段開(kāi)始合成？11. 發(fā)酵過(guò)程的參數(shù)檢測(cè)有什么意義？生產(chǎn)中主要檢測(cè)到參數(shù)有哪些？12. 發(fā)酵過(guò)程糖代謝、氮代謝有什么規(guī)律，為什么？13. 測(cè)定菌的生長(zhǎng)采取哪些方法？不同種的微生物各采取什么方法合適？14. 抗生素效價(jià)的測(cè)定可采用哪幾種方法？15. 測(cè)定抗生素效價(jià)有什么優(yōu)點(diǎn)？16. 高濃度磷抑制刺激代謝產(chǎn)物合成的機(jī)理是什么？17. 發(fā)酵過(guò)程為什么要補(bǔ)料？補(bǔ)些什么？18. 補(bǔ)料過(guò)多或過(guò)少對(duì)發(fā)酵有什么影響？19. 判斷發(fā)酵終點(diǎn)有什么好處？依據(jù)哪些參數(shù)來(lái)判斷？20. 發(fā)酵過(guò)程中pH會(huì)不會(huì)發(fā)生變化為什么？21. pH 對(duì)發(fā)酵的影響表現(xiàn)在哪些方面？22.

15、為了確定發(fā)酵的最佳pH,我們?cè)撊绾螌?shí)驗(yàn)？23. 發(fā)酵過(guò)程的pH控制可以采取哪些措施？24. 生物對(duì)溫度的依賴可分類(lèi)成哪幾類(lèi)微生物？25. 對(duì)溫度要求不同的原理是什么？26. 發(fā)酵熱的定義。發(fā)酵過(guò)程的溫度會(huì)不會(huì)變化？為什么？27. 生物熱的大小與哪些因素有關(guān)？28. 溫度對(duì)發(fā)酵有哪些影響？29. 發(fā)酵過(guò)程溫度的選擇有什么依據(jù)？30. 發(fā)酵中泡沫形成的原因是什么？泡沫對(duì)發(fā)酵有哪些作用？31. 沒(méi)有外界作用力泡沫是否穩(wěn)定？在什么條件下泡沫會(huì)穩(wěn)定？32. 羅氏假說(shuō)對(duì)泡沫穩(wěn)定的條件作了如何假釋？33. 植物油的消泡機(jī)理是什么？34. 對(duì)消泡劑有哪些要求？常用的消泡劑有哪幾類(lèi)？對(duì)于黏稠的發(fā)酵液應(yīng)選怎樣的消

16、泡劑，對(duì)于較稀的發(fā)酵液應(yīng)選怎樣的消泡劑？第七章 發(fā)酵生產(chǎn)的污染及其防治（ 2 學(xué)時(shí)） 教學(xué)的基本要求1. 概念清楚；2. 了解發(fā)酵染菌的檢查方法，掌握染菌原因分析方法；3. 了解染菌對(duì)發(fā)酵的影響；4. 掌握雜菌污染的防治措施；5. 掌握噬菌體污染的防治措施。 教學(xué)具體內(nèi)容1 菌污染的分析（0.5 學(xué)時(shí)）1.1 染菌的檢查1.2 染菌原因分析2 對(duì)發(fā)酵的影響（0.5 學(xué)時(shí)）2.1 染菌對(duì)不同品種發(fā)酵的影響2.2 雜菌的種類(lèi)和性質(zhì)對(duì)發(fā)酵的影響2.3 不同污染時(shí)間對(duì)發(fā)酵的影響2.4 染菌程度對(duì)發(fā)酵的影響3 菌污染的防治（0.5 學(xué)時(shí)）3.1 種子帶菌及其預(yù)防3.2 無(wú)菌空氣帶菌及其預(yù)防3.3 培養(yǎng)基

17、滅菌不徹底及其預(yù)防3.4 設(shè)備的滲漏或“死角”造成染菌及其預(yù)防3.5 操作失誤3.6 染菌的挽救或處理4 噬菌體污染的防治（0.5 學(xué)時(shí)）4.1 污染途徑4.2 污染條件4.3 污染現(xiàn)象4.4 噬菌體污染的防治措施 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1. 發(fā)酵染菌的原因分析；2. 染菌對(duì)發(fā)酵的影響；3. 雜菌和噬菌體污染的防治措施。 思考題1. 對(duì)發(fā)酵有什么危害，對(duì)提煉有什么危害？2. 哪些原因會(huì)引起染菌？3. 染菌以后應(yīng)采取什么措施？4. 什么會(huì)感染噬菌體？感染了噬菌體后應(yīng)采取哪些措施？第八章 生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及過(guò)程分析（2 學(xué)時(shí)）5. 教學(xué)的基本要求1. 掌握相關(guān)的概念；2. 了解酶反應(yīng)的特點(diǎn)；3. 了解培養(yǎng)過(guò)

18、程的物料平衡；4.掌握分批培養(yǎng)、連續(xù)培養(yǎng)、補(bǔ)料分批培養(yǎng)的特點(diǎn)；5. 了解基因工程菌培養(yǎng)過(guò)程及特點(diǎn)。 教學(xué)具體內(nèi)容1. 酶反應(yīng)1.1 單底物酶觸反應(yīng)1.2 底物抑制1.3 抑制劑的影響2. 培養(yǎng)過(guò)程的物料平衡2.1 得率系數(shù)和比速率2.2 培養(yǎng)過(guò)程的化學(xué)計(jì)量關(guān)系3. 分批培養(yǎng)3.1 分批培養(yǎng)中細(xì)胞的生長(zhǎng)3.2 分批培養(yǎng)中的基質(zhì)消耗3.3 產(chǎn)物的生成4. 連續(xù)培養(yǎng)4.1 單級(jí)連續(xù)培養(yǎng)4.2 多級(jí)連續(xù)培養(yǎng)4.3 細(xì)胞循環(huán)利用5. 連續(xù)培養(yǎng)的應(yīng)用5.1 補(bǔ)料分批培養(yǎng)5.2 補(bǔ)料分批培養(yǎng)5.3 反復(fù)補(bǔ)料分批培養(yǎng)6. 基因工程菌培養(yǎng)6.1 性不穩(wěn)定對(duì)發(fā)酵的影響6.2 工程菌發(fā)酵實(shí)例教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.相關(guān)的

19、概念；2.培養(yǎng)過(guò)程的物料平衡；3.分批培養(yǎng)、連續(xù)培養(yǎng)、補(bǔ)料分批 培養(yǎng)的特點(diǎn)；4.基因工程菌培養(yǎng)過(guò)程及特點(diǎn)。思考題1 .利用基因工程菌生產(chǎn)，有什么優(yōu)勢(shì)？常用的宿主菌有哪些？2 .基因工程菌生產(chǎn)有哪些特點(diǎn)？3 .重組菌基因不穩(wěn)定性的原因有哪些？4 .基因工程菌培養(yǎng)過(guò)程中為什么質(zhì)粒會(huì)丟失？5 .基因工程菌高效表達(dá)的障礙是什么？6 .重組菌與傳統(tǒng)微生物在產(chǎn)物表達(dá)上有什么區(qū)別？7 .試分析分批培養(yǎng)、連續(xù)培養(yǎng)、補(bǔ)料分批培養(yǎng)的特點(diǎn)。第九章工業(yè)發(fā)酵過(guò)程實(shí)例（2學(xué)時(shí)）教學(xué)的基本要求1.掌握相關(guān)的概念；2.掌握檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)工藝；3.掌握抗生素發(fā)酵的生 產(chǎn)工藝。教學(xué)具體內(nèi)容1 .檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)（1學(xué)時(shí)）2 .抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)（1學(xué)時(shí)）3 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1 .相關(guān)的