發(fā)酵工程教學大綱

/楚雄師范學院化學和生命科學系生物技術(shù)專業(yè)《發(fā)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(fā)酵工程課程英文名稱：FermentationEngineering課程性質(zhì)：共同學科課程選修運用專業(yè)：生物技術(shù)、葡萄酒專業(yè)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(shù)專業(yè)的必修課。課程系統(tǒng)講授發(fā)酵工程基本概念、基本理論和分析方法，主要內(nèi)容包括：工業(yè)微生物菌種選育、工業(yè)發(fā)酵培育基設(shè)計、發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)、種子擴大培育、發(fā)酵動力學、氧的供需、發(fā)酵生理及其過程限制、發(fā)酵罐的放大和設(shè)計、基因工程菌發(fā)酵、發(fā)酵產(chǎn)品的提取和精制、發(fā)酵工業(yè)清潔生產(chǎn)、發(fā)酵工廠設(shè)計、發(fā)酵經(jīng)濟學、發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)原理和技術(shù)應用，以及發(fā)酵工程在現(xiàn)代生物化工中的應用等方面。教材建議：余龍江，《發(fā)酵工程原理和技術(shù)應用》，北京，化學工業(yè)出版社，2006年。參考書：李艷主編，《發(fā)酵工程原理和技術(shù)》，高等教化出版社，2007年。李艷，《發(fā)酵工業(yè)概論》，中國輕工業(yè)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(fā)酵工藝原理》，中國醫(yī)藥科技出版社，2000年。毛忠貴，《生物工業(yè)下游技術(shù)》，中國輕工業(yè)出版社，2002年。梅樂和等，《生化生產(chǎn)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(yè)出版社，2003年。二、課程性質(zhì)、目的及總體教學要求課程的基本特性：發(fā)酵工程具有涉及領(lǐng)域?qū)?、涵蓋范圍廣、基礎(chǔ)性強的特點，就其學科性質(zhì)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(chǔ)上，系統(tǒng)的駕馭發(fā)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(xiàn)代發(fā)酵工程理論和技術(shù)的新發(fā)展。本教學大綱以國家教委對生物學科本科專業(yè)人才的基本培育規(guī)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(jié)構(gòu)水平，各學科教學內(nèi)容之間的交叉重復性及專業(yè)后續(xù)課開設(shè)的實際狀況為依據(jù)，以“發(fā)酵工程原理和技術(shù)”教材為藍本，對發(fā)酵工程探討內(nèi)容進行闡述課程的教學目的：要求學生能了解現(xiàn)代發(fā)酵工程理論和技術(shù)的新發(fā)展。了解和駕馭運用微生物發(fā)酵生產(chǎn)工藝過程的基本原理和方法，了解和駕馭發(fā)酵過程的規(guī)律及不同發(fā)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(chǎn)過程中的具體問題，改造原有生產(chǎn)過程使其更符合客觀規(guī)律，實現(xiàn)發(fā)酵過程的優(yōu)化，提高生產(chǎn)過程的經(jīng)濟和社會效益。其目的是幫助學生從科學本質(zhì)上理解和相識產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中科學技術(shù)的普遍性和特殊性，強化理論基礎(chǔ)，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(shù)開發(fā)和工程應用打好理論基礎(chǔ)。課程的總體教學要求：本課程教學內(nèi)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(shù)專業(yè)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(fā)酵工業(yè)菌種、發(fā)酵工業(yè)培育基設(shè)計、發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)、發(fā)酵工業(yè)的種子制備、發(fā)酵動力學、發(fā)酵工業(yè)中氧的供需及發(fā)酵過程限制等發(fā)酵工程的核心理論部分，而涉及到工程技術(shù)等方面的內(nèi)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(guī)定的基本內(nèi)容，而對課時支配、教學方式等則可依據(jù)具體狀況靈敏駕馭，進行適當?shù)恼{(diào)整。接受多媒體等現(xiàn)代化教學手段幫助教學，豐富教學內(nèi)容，力爭圖文并茂。通過啟發(fā)式、提問式等靈敏多樣的教學方法，聯(lián)系生活實際，激發(fā)學生的愛好，提高課堂教學效果。三、章節(jié)教學內(nèi)容和要求第一章緒論（2學時）1.1發(fā)酵工程的定義及其和其他相關(guān)學科的關(guān)系什么是發(fā)酵工程發(fā)酵工程和其他相關(guān)學科的關(guān)系1.2發(fā)酵工程的發(fā)展史發(fā)酵本質(zhì)的相識過程發(fā)酵工程技術(shù)的發(fā)展史1.3發(fā)酵工業(yè)的特點及其探討范疇發(fā)酵工業(yè)的特點發(fā)酵工業(yè)的范圍1.4工業(yè)發(fā)酵的類型和工藝流程工業(yè)發(fā)酵的類型發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程1.5發(fā)酵工程在國民經(jīng)濟中的應用醫(yī)藥工業(yè)食品工業(yè)能源工業(yè)化學工業(yè)冶金工業(yè)農(nóng)業(yè)環(huán)境愛惜1.6發(fā)酵工程的應用前景說明和要求：1、要求：熟悉發(fā)酵工程的一般概念；了解發(fā)酵工業(yè)的范圍、特點、發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢；駕馭發(fā)酵工程生產(chǎn)的一般工藝過程。了解現(xiàn)代發(fā)酵工程和生物技術(shù)的關(guān)系。2、重點：發(fā)酵工程的一般概念；發(fā)酵工程生產(chǎn)的一般工藝過程。3、難點：發(fā)酵工程生產(chǎn)的一般工藝過程。其次章發(fā)酵工業(yè)菌種2.1發(fā)酵工業(yè)菌種概述細菌放線菌酵母菌霉菌未培育微生物2.2發(fā)酵工業(yè)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(fā)酵工業(yè)菌種鑒定經(jīng)典的分類鑒定方法現(xiàn)代分類鑒定方法將菌種干脆送到權(quán)威鑒定機構(gòu)鑒定2.4發(fā)酵工業(yè)菌種改良菌種代謝生理和分子生物學常規(guī)育種細胞工程育種基于代謝調(diào)整的育種技術(shù)基因工程育種蛋白質(zhì)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(fā)酵工業(yè)菌種保藏菌種變民及退化機理菌種保藏技術(shù)說明和要求：1、要求：了解發(fā)酵工業(yè)常用的微生物菌種及要求；熟悉發(fā)酵工業(yè)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(shù)；熟悉發(fā)酵工業(yè)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(yè)常用的微生物菌種及要求；微生物的篩選分別方法；工業(yè)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(yè)微生物的改良方法。第三章發(fā)酵工業(yè)培育基設(shè)計3.1發(fā)酵工業(yè)培育基的基本要求3.2發(fā)酵工業(yè)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(diào)整物質(zhì)3.3微生物的培育基類型斜面培育基種子培育基發(fā)酵培育基3.4發(fā)酵培育基的設(shè)計原理和優(yōu)化方法發(fā)酵培育基的設(shè)計原理發(fā)酵培育基的優(yōu)化方法說明和要求：1、要求：了解培育基養(yǎng)分成分的來源和配制培育基的基本原則；了解發(fā)酵生產(chǎn)培育基的組成成份及其在發(fā)酵中的作用；駕馭培育基的設(shè)計常用方法。2、重點：工業(yè)發(fā)酵用培育基的要求；配制培育基的基本原則；培育基的構(gòu)成；培育基各組分的作用；培育基的設(shè)計。3、難點：培育基的設(shè)計。第四章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)4.1發(fā)酵工業(yè)的無菌處理4.2發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略污染的危害雜菌污染的防治4.3發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)4.4發(fā)酵培育基及設(shè)備管道滅菌濕熱滅菌原理分批滅菌連續(xù)滅菌發(fā)酵培育基及設(shè)備管道滅菌技術(shù)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(shè)計空氣過濾介質(zhì)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(zhì)過濾除菌的工藝過程。駕馭染菌對不同發(fā)酵過程的影響，染菌發(fā)生的不同時間對發(fā)酵的影響；熟悉染菌的檢查和推斷；駕馭發(fā)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(zhì)過濾除菌的工藝過程；染菌對不同發(fā)酵過程的影響，染菌發(fā)生的不同時間對發(fā)酵的影響；發(fā)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(zhì)過濾除菌的工藝過程；染菌對不同發(fā)酵過程的影響，染菌發(fā)生的不同時間對發(fā)酵的影響；發(fā)酵染菌緣由分析及其防治。第五章發(fā)酵工業(yè)的種子制備5.1種子制備原理和技術(shù)優(yōu)良種子應具備的條件種子質(zhì)量的推斷方法種子制備種齡和接種量5.2影響種子質(zhì)量的因素5.3種子質(zhì)量的限制措施菌種穩(wěn)定性檢查適宜的生長環(huán)境種子無雜菌檢查5.4種子制備的放大原理和技術(shù)細菌發(fā)酵時的種子擴大培育酵母發(fā)酵時的種子擴大培育絲狀真菌發(fā)酵的種子擴大培育放線菌發(fā)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(zhì)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(zhì)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(fā)酵動力學6.1分批發(fā)酵動力學微生物生長動力學底物消耗動力學代謝產(chǎn)物的合成和微生物生長的動力學關(guān)系分批發(fā)酵的優(yōu)缺點6.2連續(xù)發(fā)酵動力學單級連續(xù)發(fā)酵多級連續(xù)發(fā)酵連續(xù)培育在工業(yè)生產(chǎn)中的應用連續(xù)培育中存在的問題6.3分批補料發(fā)酵及其動力學分批補料發(fā)酵動力學分批補料發(fā)酵的應用說明和要求：1、要求：了解微生物反應模式和發(fā)酵的方法，了解分批培育、補料分批培育和連續(xù)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(xù)培育動力學方程。2、重點：微生物反應模式和發(fā)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(fā)酵過程限制7.1發(fā)酵過程限制概述7.1.1發(fā)酵過程的參數(shù)檢測7.1.2發(fā)酵過程的代謝調(diào)控7.2溫度對發(fā)酵的影響及其限制7.2.1影響發(fā)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(zhì)消耗的影響7.2.4溫度對產(chǎn)物合成的影響7.2.5最適溫度的選擇7.3pH對發(fā)酵的影響及其限制7.3.1發(fā)酵過程中pH變更的規(guī)律7.3.2最適pH的選擇7.3.3pH的調(diào)控策略7.4溶解氧對發(fā)酵的影響及其限制7.4.1溶解氧變更的規(guī)律7.4.2溶解氧在發(fā)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(fā)酵的影響7.5C02和呼吸商對發(fā)酵的影響及其限制7.5.1C02對發(fā)酵的影響7.5.2呼吸商和發(fā)酵的關(guān)系7.6基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響及其限制7.7通氣攪拌對發(fā)酵的影響及其限制7.8泡沫對發(fā)酵的影響及其限制7.8.1泡沫的產(chǎn)生及其影響7.8.2發(fā)酵過程中泡沫的消長規(guī)律7.8.3泡沫的限制7.9高密度發(fā)酵及過程限制7.9.1高密度發(fā)酵7.9.2高密度發(fā)酵的策略7.9.3高密度發(fā)酵技術(shù)7.9.4高密度發(fā)酵存在的問題7.10發(fā)酵終點的檢測和限制7.10.1發(fā)酵終點的推斷7.10.2菌體自溶的監(jiān)測7.10.3影響自溶的因素說明和要求：1、要求：了解發(fā)酵過程的主要限制參數(shù)及代謝的變更規(guī)律；駕馭溫度、pH值、溶解氧濃度、菌體濃度、基質(zhì)濃度、補料和泡沫的影響及其限制方法。駕馭發(fā)酵終點的推斷。2、重點：溫度、pH、DO、CO2、補料和泡沫等對發(fā)酵的影響及限制；發(fā)酵終點的推斷。3、難點：溫度、pH、DO、CO2、補料和泡沫等對發(fā)酵的影響及限制。第八章基因工程菌發(fā)酵8.1基因工程菌發(fā)酵動力學8.1.1基因工程菌的發(fā)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(wěn)定性及對策8.2.1基因工程菌不穩(wěn)定性的表現(xiàn)8.2.2基因工程菌不穩(wěn)定的緣由及對策說明和要求：1、要求：了解基因工程菌發(fā)酵技術(shù)；駕馭基因工程菌的不穩(wěn)定性。2、重點：基因工程菌發(fā)酵技術(shù)；基因工程菌的不穩(wěn)定性。3、難點：基因工程菌的不穩(wěn)定性。第十二章發(fā)酵工業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)12.1清潔生產(chǎn)的概念及主要內(nèi)容清潔生產(chǎn)的定義清潔生產(chǎn)技術(shù)的主要探討內(nèi)容12.2清潔生產(chǎn)和末端治理的比較12.3發(fā)酵行業(yè)開展清潔生產(chǎn)的重要意義和必要性12.4實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的有效途徑強化內(nèi)部管理工藝技術(shù)改革和創(chuàng)新實現(xiàn)清潔生產(chǎn)廢棄資源的綜合利用說明和要求：1、要求：駕馭清潔生產(chǎn)的概念和實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的途徑。了解清潔生產(chǎn)技術(shù)的主要探討內(nèi)容及開展清潔生產(chǎn)的重要意義和必要性。2、重點：清潔生產(chǎn)的概念和實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的途徑。3、難點：清潔生產(chǎn)的途徑。第十三章發(fā)酵工廠設(shè)計概述13.1發(fā)酵工廠基本建設(shè)程序和設(shè)計工作的基本內(nèi)容13.2發(fā)酵工廠廠址選擇和總圖布置13.3發(fā)酵工藝流程設(shè)計13.4物料衡算和設(shè)備選型13.5發(fā)酵車間設(shè)備布置和管道設(shè)計13.6發(fā)酵工業(yè)“三廢"處理及其工廠化設(shè)計說明和要求：1、要求：了解發(fā)酵工廠設(shè)計的程序和各步工作的基本內(nèi)容；了解發(fā)酵工業(yè)“三廢"處理及其工廠化設(shè)計；駕馭發(fā)酵工藝流程設(shè)計及發(fā)酵工廠基本建設(shè)程序。2、重點：發(fā)酵工藝流程設(shè)計，發(fā)酵工廠基本建設(shè)程序。3、難點：發(fā)酵工廠設(shè)計的基本內(nèi)容。第十四章發(fā)酵經(jīng)濟學14.1概述14.2影響發(fā)酵產(chǎn)品成本的主要因素菌株選育對發(fā)酵成本的影響發(fā)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(fā)酵工藝中不同培育方式的成本對比分析發(fā)酵產(chǎn)品分別純化的成本分析發(fā)酵規(guī)模的成本分析市場經(jīng)濟信息分析及管理技術(shù)14.3發(fā)酵過程的經(jīng)濟學評價說明和要求：1、要求：了解發(fā)酵經(jīng)濟學基本內(nèi)容，駕馭成功發(fā)酵過程的基本條件；熟悉影響生產(chǎn)成本的因素及其限制方法；了解發(fā)酵過程的經(jīng)濟學評價。2、重點：成功發(fā)酵過程的基本條件；影響生產(chǎn)成本的因素及其限制方法；發(fā)酵過程的經(jīng)濟學評價指標。3、難點：影響生產(chǎn)成本的因素及其限制方法。第十五章發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)原理和技術(shù)應用15.1醇酮類產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)酒精發(fā)酵菌種酒精發(fā)酵的原料和工藝流程15.2氨基酸類產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)淀粉水解糖的制備菌種擴大培育谷氨酸分批發(fā)酵谷氨酸提取15.3抗生素發(fā)酵生產(chǎn)抗生素的生產(chǎn)工藝青霉素發(fā)酵生產(chǎn)過程及其關(guān)鍵技術(shù)青霉素的提取和精制15.4酶制劑的發(fā)酵生產(chǎn)酶制劑的應用酶制劑的生產(chǎn)α-淀粉酶的生產(chǎn)15.5多糖類產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)說明和要求：1、要求：了解各種發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝。2、重