發(fā)酵工程教學大綱

1、發(fā)醉工程(FermentationEngineering)一、課程概況課程編號：課程總學時：5656（其中，講課：40,40,實驗：1616）課程學分：3 3課程分類：必修開設學期：三（2 2）開課單位：食品學院生物技術系適用專業(yè)：生物工程、食品科學與工程所需先修課：微生物學、生物化學課程負責人：韓北忠、劉萍二、內容簡介發(fā)酵工程是生物工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。由于發(fā)酵工程是整個生物技術的核心，是工業(yè)微生物實現(xiàn)實驗室與工廠化生產(chǎn)的具體操作，是生物技術在生產(chǎn)實踐中應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工業(yè)化的過程與方法。因此，通過對發(fā)酵工程的學習，不僅掌握發(fā)酵工程原理及發(fā)酵優(yōu)化控制

2、過程，而且對系統(tǒng)了解生物技術及其工業(yè)化應用都具有深遠的意義。另外，通過發(fā)酵工程實驗及發(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程及反應過程控制方法，而且進一步了解了目前發(fā)酵行業(yè)的具體產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，從理論到方法學會發(fā)酵工程這一門技術，對發(fā)酵生產(chǎn)能夠進行指導與分析。本課程主要內容為：（1 1）發(fā)酵工程上游技術：菌種選育的基本理論與方法；（2 2）發(fā)酵工程的基本原理，發(fā)酵工藝及過程控制方法；（3 3）發(fā)酵工程設備及發(fā)酵中試放大；（4 4）發(fā)酵工程各論簡介。三、教學大綱 1 1、課堂講授部分教學內容與要求（4040 學時）第一章緒論（2 2 學時）本章要點：掌握發(fā)酵工程的基本知識

3、；了解發(fā)酵工程的一般工藝過程和工藝發(fā)展趨勢。第二章工業(yè)微生物菌種的選育與保藏（4 4 學時）工業(yè)菌種篩選思路、程序及注意事項；培養(yǎng)分離中要解決的問題，自然界細菌、真菌、放線菌、酵母的分離方法；常用工業(yè)菌種育種的方法；誘變、基因轉移、基因重組的原理及操作方法；不同微生物菌種保藏原理、方法及各自的應用優(yōu)缺點。本章重點了解工業(yè)微生物菌種選育常用方法及過程，掌握菌種的保藏方式。第三章發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化（4 4 學時）不同營養(yǎng)因素對微生物生長及代謝的影響，不同用途培養(yǎng)基的確定依據(jù)和方法；不同培養(yǎng)條件對微生物生長及代謝的影響，發(fā)酵條件的確定方法；發(fā)酵終點的判斷原理及方法；工業(yè)微生物菌種培養(yǎng)的類型、主要培養(yǎng)

4、方法及擴大的特點。本章重點掌握發(fā)酵工藝的基本原理，熟悉發(fā)酵工藝確定的參數(shù)要求，掌握發(fā)酵工廠化生產(chǎn)放大對發(fā)酵工藝不同要求。第四章發(fā)酵機制（4 4 學時）微生物的能量及物質代謝及微生物合成與分解代謝對發(fā)酵目標產(chǎn)物的影響；微生物的代謝調節(jié)調控與發(fā)酵生產(chǎn)。本章重點了解微生物代謝的機理，掌握調節(jié)代謝的常規(guī)方法。第五章發(fā)酵工程動力學（4 4 學時）微生物反應過程的主要特征、微生物反應動力學的描述方法，研究發(fā)酵動力學的步驟與方法；發(fā)酵動力學分類、各類特點及在發(fā)酵工業(yè)中的應用；分批發(fā)酵、補料發(fā)酵及連續(xù)發(fā)酵動力學、特點。本章重點掌握發(fā)酵過程中優(yōu)化控制的理論和方法。第六章發(fā)酵工程單元操作（4 4 學時）滅菌的方法

5、及各方法的原理及其操作控制；空氣凈化原理，空氣除菌方法及發(fā)酵生產(chǎn)過程中制備無菌空氣的流程。微生物細胞對氧的需求，對微生物供氧的傳遞過程，增加溶氧的措施及溶氧異常分析。本章重點熟悉發(fā)酵工藝的控制過程，掌握發(fā)酵流程的具體操作方法。第七章發(fā)酵生產(chǎn)的設備（6 6 學時）嫌氣發(fā)酵設備種類，設計要求及操作要點；通風發(fā)酵罐種類、結構組成、工作原理及操作、控制；發(fā)酵反應器的設計和自動控制。本章重點了解發(fā)酵罐的組成及操作，并掌握發(fā)酵罐設計的方法。第八章發(fā)酵中試的比擬放大（2 2 學時）發(fā)酵中試比擬放大的原理，內容及計算依據(jù)；中試放大的設備要求；比擬放大的基本方法。本章重點掌握發(fā)酵中試放大的理論依據(jù)及方法第九章發(fā)

6、酵工程各論（1010 學時）酒精生產(chǎn)工藝學、氨基酸生產(chǎn)工藝學、抗生素生產(chǎn)工藝學、微生物酶制劑生產(chǎn)工藝、污水生化處理技術。對每個工藝介紹概況、工藝操作要點、對產(chǎn)物影響的主要因素及控制，產(chǎn)物分離提純主要方法，工藝發(fā)展趨勢。本章重點了解目前發(fā)酵行業(yè)中各種工藝的具體操作過程。2 2、實驗、實習部分教學內容與要求（共 1616 學時）（1 1）特定產(chǎn)物工業(yè)生產(chǎn)菌種的篩選 4 4 學時目的：加深對發(fā)酵工程上游技術中菌種選育的認識；學會常規(guī)選種和育種的方法，樹立科學認真仔細的態(tài)度，培養(yǎng)科研協(xié)作精神。內容簡介：根據(jù)一定的生產(chǎn)目的如抗生素或酶類的生產(chǎn)，建立不同的篩選模型，并從特定的樣品如土壤中篩選出高產(chǎn)適宜的菌

7、株。要求：全班每個同學都要親自動手，以目標產(chǎn)物從土壤中分離高產(chǎn)菌株，每人寫 1 1份研究報告。(2)(2)搖床培養(yǎng)確定菌體培養(yǎng)和營養(yǎng)條件 4 4 學時目的：掌握微生物斜面培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基及發(fā)酵培養(yǎng)基確定方法，學會對已確定菌種確定實驗室發(fā)酵工藝。內容簡介：篩選微生物最適生長及產(chǎn)物形成的營養(yǎng)條件和培養(yǎng)條件，確定特定產(chǎn)物發(fā)酵的工藝參數(shù)。要求：全班分成 5 5 組，每個同學都要親自動手，研究確定菌種發(fā)酵最適培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件，每組交 1 1 份實驗記錄，每人寫 1 1 份研究報告。(3)(3)小型發(fā)酵罐中進行產(chǎn)品的分批發(fā)酵 4 4 學時目的：掌握發(fā)酵罐的操作方法，發(fā)解在罐上進行工藝放大的發(fā)酵過程。內容

8、簡介：在搖床確定工藝條件的基礎上，進行小型發(fā)酵罐的放大研究，同時監(jiān)測菌種在罐上的分批發(fā)酵過程。掌握目前發(fā)酵行業(yè)基礎罐上發(fā)酵方法和操作流程。要求：全班分成 5 5 組，每個同學都要親自動手，各組分別測定發(fā)酵過程中每隔一段時間的基質消耗、產(chǎn)物形成及細胞生長的變化，每組交 1 1 份實驗記錄，每人寫 1 1 份研究報告。(4)(4)流加發(fā)酵動力學研究 4 4 學時目的：加深對微生物培養(yǎng)方法的認識，了解流加發(fā)酵過程控制方法。內容簡介：在分批發(fā)酵工藝的基礎上，進行不同營養(yǎng)物質在不同時間和不同濃度的添加，觀察菌體生長和產(chǎn)物形成及菌種代謝之間的關系，以獲得最佳的發(fā)酵代謝調控方式。要求：全班分成 5 5 組，

9、每個同學都要親自動手，各組分另測定 1 1 種流加發(fā)酵程序對基質消耗、產(chǎn)物形成及細胞生長的變化，每組交 1 1 份實驗記錄，每人寫 1 1 份研究報告。說明為使學生既能發(fā)揮主觀能動性，又具有科研協(xié)作精神，暫定考核成績中小組記錄占 40%40%個人作業(yè)及試驗出勤、動手能力等占 60%60%3 3、教材及主要參考書教材：俞俊棠，唐效宣. .生物工藝學. .華東化工學院出版社.1991.1991.主要參考書：(1)(1)李艷.發(fā)酵工業(yè)概論. .中國輕工業(yè)出版社.1999.1999.(2)(2)曹軍衛(wèi)，馬輝文.微生物工程. .科學出版社.2002.2002.(3)(3)P.FP.F 斯坦伯里,A A

10、惠特克.發(fā)酵工藝學原理. .中國醫(yī)藥科技出版社.1992.1992.(4)(4)賀小賢.生物工藝原理. .化學工業(yè)出版社.2003.2003.(5)(5)尹光琳，戰(zhàn)立克，趙根楠.發(fā)酵工業(yè)全書.中國醫(yī)藥科技出版社.1992.1992.4 4、習題作業(yè)安排各章士有 1-21-2 個習題，要求學生獨立完成。四、教學大綱說明1 1、教學目的與課程的性質和任務通過對發(fā)酵工程的學習，可以使學生進一步系統(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程。由于發(fā)酵工程是整個生物技術的核心，是工業(yè)微生物實現(xiàn)實驗室與工廠化生產(chǎn)的具體操作，是生物技術在生產(chǎn)實踐中應用的原理及方法的一部分，是

11、基因工程及酶工程等生物技術工業(yè)化的過程與方法。因此，通過對發(fā)酵工程的學習，不僅掌握發(fā)酵工程原理及發(fā)酵優(yōu)化控制過程，而且對系統(tǒng)了解生物技術及其工業(yè)化應用都具有深遠的意義。另外，通過發(fā)酵工程實驗及發(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程及反應過程控制方法，而且進一步了解了目前發(fā)酵行業(yè)的具體產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，從理論到方法學會發(fā)酵工程這一門技術，對發(fā)酵生產(chǎn)能夠進行指導與分析。2 2、課程主要內容、重點及深度課程重點為發(fā)酵機制、發(fā)酵工程動力學、發(fā)酵工藝控制和發(fā)酵生產(chǎn)的設備，其中發(fā)酵工程動力學與發(fā)酵工藝控制為本課程難點。3 3、教學要求與主要環(huán)節(jié)掌握發(fā)酵工程的基本原理， 熟悉發(fā)酵工藝及過程控制方法， 了解從實驗室操作到工廠化發(fā)酵反應器的操作、控制及設計，明晰發(fā)酵產(chǎn)品的提取