发酵工程教学大纲.doc

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：Fermentation Engineering
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容及开展清洁生产的重要意义和必要性。
2、重点：清洁生产的概念和实现清洁生产的途径。
3、难点：清洁生产的途径。

第十三章 发酵工厂设计概述
13.1发酵工厂基本建设程序和设计工作的基本内容
13.2发酵工厂厂址选择和总图布置
13.3发酵工艺流程设计
13.4物料衡算与设备选型
13.5发酵车间设备布置与管道设计
13.6发酵工业“三废"处理及其工厂化设计
说明和要求：
1、要求：了解发酵工厂设计的程序和各步工作的基本内容；了解发酵工业“三废"处理及其工厂化设计；掌握发酵工艺流程设计及发酵工厂基本建设程序。
2、重点：发酵工艺流程设计，发酵工厂基本建设程序。
3、难点： 发酵工厂设计的基本内容。

第十四章 发酵经济学
14.1概述
14.2影响发酵产品成本的主要因素
14.2.1菌株选育对发酵成本的影响
14.2.2发酵培养基成本分析
14.2.3无菌空气与通气搅拌成本分析
14.2.4动力费的成本分析
14.2.5发酵工艺中不同培养方式的成本对比分析
14.2.6发酵产品分离纯化的成本分析
14.2.7发酵规模的成本分析
14.2.8市场经济信息分析及管理技术
14.3发酵过程的经济学评价

说明和要求：
1、要求：了解发酵经济学基本内容，掌握成功发酵过程的基本条件；熟悉影响生产成本的因素及其控制方法；了解发酵过程的经济学评价。
2、重点：成功发酵过程的基本条件； 影响生产成本的因素及其控制方法；发酵过程的经济学评价指标。
3、难点：影响生产成本的因素及其控制方法。

第十五章 发酵产品生产原理与技术应用
15.1醇酮类产品的发酵生产
15.1.1酒精发酵菌种
15.1.2酒精发酵的原料和工艺流程
15.2氨基酸类产品的发酵生产
15.2.1淀粉水解糖的制备
15.2.2菌种扩大培养
15.2.3谷氨酸分批发酵
15.2.4谷氨酸提取
15.3抗生素发酵生产
15.6.1抗生素的生产工艺
15.6.2青霉素发酵生产过程及其关键技术
15.6.3青霉素的提取和精制
15.4酶制剂的发酵生产
15.7.1酶制剂的应用
15.7.2酶制剂的生产
15.7.3α-淀粉酶的生产
15.5多糖类产品的发酵生产
说明和要求：
1、要求：了解各种发酵产品的生产工艺。
2、重点：酒精发酵；谷氨酸发酵。

第十六章 发酵工程在现代生物化工中的应用（学生自学）
16.1发酵工程在生物医药领域的应用
16.1.1抗生素的发酵生产
16.1.2维生素类药物的发酵生产
16.1.3多烯脂肪酸的发酵生产
16.1.4医用酶制剂的发酵生产
16.1.5新型保健食品的发酵生产
16.2发酵工程在化学工业中的应用
16.2.1发酵工程在化工原料工业中的应用
16.2.2发酵工程在农药生产中的应用
16.2.3发酵工程在新型能源工业中的 应用
16.3发酵工程在绿色化学工业中的 应用
16.4发酵工程在生物炼制技术需求推动下快速发展
说明和要求：
1、要求：了解发酵工程在各个领域的应用。
2、重点：发酵工程在生物医药领域的应用。

四、习题教学内容与要求
每章后面习题内容选做。