微生物發(fā)酵工程 學(xué)習(xí)指南

1、PAGE PAGE 7 微生物發(fā)酵工程學(xué)習(xí)指南 南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院目前本科生擁有兩個專業(yè)，即生物科學(xué)和生物技術(shù)。南開大學(xué)將“微生物發(fā)酵工程”課程列為生命科學(xué)學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)和生物技術(shù)國家人才培養(yǎng)基地本科生的專業(yè)必修課。列為生物科學(xué)專業(yè)和生物科學(xué)國家人才培養(yǎng)基地本科生的專業(yè)選修課。生物技術(shù)專業(yè)定位在“偏工的理科”，即以理為主、以工為輔、理工復(fù)合型，培養(yǎng)目標(biāo)為應(yīng)用型人才。通過四年的本科教育，學(xué)生畢業(yè)后應(yīng)服務(wù)于國家，對社會具有高度責(zé)任心和過硬的社會競爭力。生物科學(xué)專業(yè)定位在“理科”，培養(yǎng)目標(biāo)為研究型人才。微生物發(fā)酵工程是現(xiàn)代生物技術(shù)重要組成部分和基礎(chǔ)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。它將微生物學(xué)、生物

2、化學(xué)和化學(xué)工程的基本原理有機地結(jié)合起來，廣泛而深刻地揭示了發(fā)酵過程的本質(zhì)，其生命力在于在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的基礎(chǔ)上不斷實行技術(shù)改造、更新、創(chuàng)新，使其向高度自動化控制和高效合成代謝的發(fā)酵生產(chǎn)轉(zhuǎn)移，在較短時間內(nèi)獲得更多高質(zhì)量的產(chǎn)品。它是滲透有工程學(xué)的微生物學(xué)，是對發(fā)酵技術(shù)工程化的發(fā)展。多年來，南開大學(xué)微生物發(fā)酵工程課程組吸收國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗，向兄弟院校學(xué)習(xí)，根據(jù)課程組多年來的經(jīng)驗形成了南開大學(xué)微生物發(fā)酵工程本科教學(xué)的體系和課程內(nèi)容：包括：理論課36課時、綜合性實驗48課時和實踐教學(xué)18課時。課程內(nèi)容如表所示：微生物發(fā)酵工程理論課程 兩學(xué)分章次章名課時教學(xué)內(nèi)容第一章緒論2課程介紹、基本概念、發(fā)酵工程研究內(nèi)

3、容、學(xué)科發(fā)展史、發(fā)酵工程特點、發(fā)酵工程任務(wù)及發(fā)展方向第二章發(fā)酵工程中常用的微生物2微生物結(jié)構(gòu)和分類、發(fā)酵工業(yè)對微生物的要求、特點以及發(fā)酵工業(yè)常用的細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌第三章生產(chǎn)菌種的選育2基本概念、菌種的分離與篩選、自然選育、誘變育種、原生質(zhì)體融合、基因重組育種、菌種保藏（此部分在第四章課前用10分鐘左右進(jìn)行講授）第四章微生物發(fā)酵過程2微生物發(fā)酵的類型、種子擴大培養(yǎng)、發(fā)酵培養(yǎng)基、發(fā)酵過程中間分析、發(fā)酵終點的判斷、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)第五章發(fā)酵工藝控制4發(fā)酵過程中的代謝變化、營養(yǎng)基質(zhì)的影響與控制、溫度與發(fā)酵的影響與控制、pH對發(fā)酵的影響與控制、溶解氧對發(fā)酵的影響與控制、泡沫及其控制、染菌與噬菌

4、體污染第六章發(fā)酵動力學(xué)2概述 （此部分在第五章后用10分鐘左右進(jìn)行講授）微生物的生長速率、底物消耗速率、代謝產(chǎn)物生成速率、發(fā)酵過程模擬與優(yōu)化第七章分批發(fā)酵、補料分批發(fā)酵和高密度發(fā)酵技術(shù)3分批發(fā)酵概況(此部分在第六章后用10分鐘左右進(jìn)行講授）分批發(fā)酵、菌體生長規(guī)律、代謝變化、過程的最優(yōu)化分批發(fā)酵的生產(chǎn)率；補料分批發(fā)酵技術(shù)的含義、特點、類型、適用范圍、流加物料的方式、補料分批發(fā)酵技術(shù)的評價；高密度發(fā)酵定義、高密度發(fā)酵技術(shù)、高濃度細(xì)胞連續(xù)培養(yǎng)中除去抑制物質(zhì)的方法、存在的問題第八章連續(xù)發(fā)酵1概念和分類 （此部分在第七章后用7分鐘左右進(jìn)行講授）連續(xù)特點、罐式/管式連續(xù)發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵實例第九章滅菌工程2滅

5、菌原理和方法、培養(yǎng)基滅菌、濕熱滅菌原理及影響滅菌因素、影響培養(yǎng)基滅菌的因素、分批滅菌設(shè)備與計算第十章發(fā)酵設(shè)備2發(fā)酵設(shè)備概述（此部分在第九章后用7分鐘左右進(jìn)行講授）生物反應(yīng)器的設(shè)計、生物反應(yīng)器的類型、厭氧發(fā)酵設(shè)備、機械攪拌發(fā)酵罐、通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐第十一章微生物的現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵2固態(tài)發(fā)酵的概念（此部分在第十章后用10分鐘左右講授）現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)及其反應(yīng)器、混合固態(tài)發(fā)酵技術(shù)、靜態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵技術(shù)、動態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵技術(shù)、氣相雙動態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵技術(shù)、吸附載體固態(tài)發(fā)酵技術(shù)第十二章生物物質(zhì)分離與純化2基本概念、培養(yǎng)液的預(yù)處理、培養(yǎng)液的固液分離、細(xì)胞的破碎、生物物質(zhì)的分離純化方法、生物分離工藝介紹、一些與產(chǎn)

6、物相關(guān)的分離純化工藝過程、基因工程產(chǎn)物的分離純化工藝設(shè)計第十三章空氣除菌工程2空氣除菌的方法（輻射滅菌、熱滅菌、電除菌、質(zhì)過濾）、過濾除菌的流程與設(shè)備（工藝要求、一般流程、濾器與過濾介質(zhì)）第十四章代謝產(chǎn)物的過量生產(chǎn)2微生物的代謝調(diào)控、提高初級代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法、提高次級代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法、提高高產(chǎn)菌種的穩(wěn)定性和改進(jìn)發(fā)酵產(chǎn)品的品質(zhì)第十五章實驗室研究、中試和放大2微生物發(fā)酵工程的實驗室研究、生物搖瓶與發(fā)酵罐培養(yǎng)的差異和發(fā)酵規(guī)模改變的影響、發(fā)酵規(guī)模的縮小和放大 微生物發(fā)酵工程案例教學(xué)案例教學(xué)4學(xué)生分為若干學(xué)習(xí)小組，以近年內(nèi)學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表的微生物發(fā)酵工程相關(guān)SCI收錄論文作為教學(xué)案例，每名學(xué)生利用業(yè)余

7、時間，至少參與兩篇論文的學(xué)習(xí)和翻譯。通過課下分組交流，達(dá)到對于兩篇論文中所涉及的知識點的融會貫通。每組推舉1人參加全班的報告交流。這樣一個學(xué)期下來，對于每個學(xué)生而言，除了老師課堂上的教學(xué)內(nèi)容之外，還可學(xué)習(xí)10篇以上教學(xué)案例，大大豐富了教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生掌握最新前沿知識。彌補課時不足帶來的矛盾。微生物發(fā)酵工程實驗課程 1.5學(xué)分實驗教學(xué)48微生物脫硫技術(shù)簡介，DBT脫硫產(chǎn)物定量分析，發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)及使用方法簡介，發(fā)酵液中DBT含量的測定，DBT脫硫產(chǎn)物在油/水兩相中的分配系數(shù)測定，休止細(xì)胞法脫除模擬燃油中的有機硫，脫硫后模擬燃油性質(zhì)分析微生物發(fā)酵工程實踐教學(xué) 1學(xué)分實踐教學(xué)18赴生產(chǎn)實地3 - 4家。

8、實踐教學(xué)課程的開展過程中，每到一個實習(xí)點，均采取集中講解與現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)相結(jié)合的辦法。全面考察規(guī)?；⑸锇l(fā)酵和產(chǎn)物分離過程，熟悉和了解各種設(shè)備的構(gòu)成及其使用條件。聘請實習(xí)單位企業(yè)的專家或負(fù)責(zé)人現(xiàn)場講解，參觀實習(xí)時將學(xué)生分成3-4組，由企業(yè)技術(shù)人員帶隊，邊看邊講，隨時提問，同學(xué)們可以帶筆記本隨時記錄，使學(xué)生了解微生物發(fā)酵生產(chǎn)有價值產(chǎn)品的全過程，并結(jié)合企業(yè)設(shè)備進(jìn)一步介紹和驗證課堂上學(xué)到的知識，啟發(fā)學(xué)生將基礎(chǔ)理論和實際應(yīng)用相結(jié)合。實習(xí)結(jié)束后，每位同學(xué)都寫出一份教學(xué)實習(xí)報告，同學(xué)們在學(xué)習(xí)微生物發(fā)酵工程課程時，要注重基本理論、基本原理和基本規(guī)律的掌握，在此三基的基礎(chǔ)上，深入理解，融會貫通，再結(jié)合案例教學(xué)

9、的實例，結(jié)合實驗課內(nèi)容和實踐教學(xué)企業(yè)和科研院所的生產(chǎn)研究，強化認(rèn)識，使理論與實際相結(jié)合；下面就各章應(yīng)掌握、熟悉和了解的內(nèi)容加以整理如下，供同學(xué)們在今后的學(xué)習(xí)中參考：第一章：緒論（1）掌握生物技術(shù)、發(fā)酵工程和微生物發(fā)酵工程的概念；掌握發(fā)酵工程的特點和發(fā)酵生產(chǎn)過程的共性特征；（2）全面理解微生物發(fā)酵工程的研究意義；（3）熟悉發(fā)酵工程的任務(wù)和發(fā)展方向；（4）使學(xué)生了解微生物發(fā)酵工程學(xué)科發(fā)展的歷史脈絡(luò)以及了解本門課的課程體系。第二章：發(fā)酵工程中常用的微生物（1）掌握發(fā)酵工業(yè)對微生物的七大要求、只有具備了這些要求微生物才能作為發(fā)酵生產(chǎn)的菌種； （2）熟悉發(fā)酵工業(yè)微生物的特點及其常用分類方法；（3）了解發(fā)

10、酵工業(yè)常用的細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌，對典型發(fā)酵產(chǎn)品及其菌種要熟悉。第三章 生產(chǎn)菌種的選育（1）掌握微生物菌種分離的原理與技術(shù)準(zhǔn)則；（2）掌握自然選育、原生質(zhì)體融合和基因工程育種的原理與技術(shù)原則；（3）熟悉誘變育種的原理與技術(shù)準(zhǔn)則；（4）熟悉常用的菌種保藏的六種方法；（5）使學(xué)生對于微生物菌種在發(fā)酵工程中的作用有更加深刻的理解和認(rèn)知；（6）理解傳統(tǒng)技術(shù)在現(xiàn)代育種中的作用，如：基因工程菌株的適應(yīng)性進(jìn)化。第四章 微生物發(fā)酵過程（1） 掌握微生物的各種發(fā)酵類型；（2） 掌握發(fā)酵過程中間分析、過程變量檢測指標(biāo)和發(fā)酵終點的判斷； （3） 熟悉種子擴大培養(yǎng)和發(fā)酵培養(yǎng)基；（4） 深刻理解發(fā)酵過程主要技術(shù)經(jīng)

11、濟(jì)指標(biāo)的內(nèi)涵以及重要意義。第五章 發(fā)酵過程的工藝控制（1） 掌握營養(yǎng)基質(zhì)對發(fā)酵過程的影響與控制，掌握應(yīng)用響應(yīng)面分析法優(yōu)化培養(yǎng)基濃度的原理與方法；（2） 掌握溶解氧對發(fā)酵過程的影響與控制，掌握發(fā)酵生產(chǎn)中控制溶氧的主要手段；（3） 掌握溫度和pH對發(fā)酵過程影響與控制的原理與方法；（4） 熟悉泡沫和染菌對發(fā)酵過程的影響與控制， 熟悉噬菌體污染的防治方法；（5） 了解發(fā)酵過程各階段的代謝變化。第六章 發(fā)酵動力學(xué)（1） 掌握研究發(fā)酵動力學(xué)的意義和細(xì)胞生長動力學(xué)模型的分類；（2） 掌握比生長速率和生長基質(zhì)濃度之間的關(guān)系以及比底物消耗速率、N源比消耗速率和O2比消耗速率；（3） 掌握代謝產(chǎn)物生成速率和產(chǎn)物合

12、成動力學(xué)以及生長關(guān)聯(lián)、非關(guān)聯(lián)、部分關(guān)聯(lián)三種動力學(xué)模型；（4） 熟悉發(fā)酵動力學(xué)的研究方法，發(fā)酵過程模擬與計算機在線優(yōu)化控制；（5） 了解從工程角度來看，要建立比較理想的模型應(yīng)考慮的事項和建模步驟。第七章 分批發(fā)酵與補料分批發(fā)酵以及高密度發(fā)酵（1）掌握分批發(fā)酵、補料分批發(fā)酵和高密度發(fā)酵的內(nèi)涵及其相互關(guān)系；（2）掌握分批發(fā)酵操作工藝和分批發(fā)酵過程的最優(yōu)化以及補料分批發(fā)酵的技術(shù)特點和類型，掌握流加物料的方式；（3）掌握高密度發(fā)酵的策略及其影響因素，掌握重組大腸桿菌高密度發(fā)酵和除去抑制物的方法；（4）熟悉分批發(fā)酵、補料分批發(fā)酵和高密度發(fā)酵的技術(shù)評價，熟悉補料分批發(fā)酵的適用范圍；（5）了解分批發(fā)酵、補料分

13、批發(fā)酵和高密度發(fā)酵對反應(yīng)器的要求。第八章 連續(xù)發(fā)酵（1）掌握連續(xù)發(fā)酵的原理、分類和特點以及應(yīng)用范圍；（2）熟悉罐式和管式連續(xù)發(fā)酵。第九章 滅菌工程（1）掌握滅菌的原理、類別和方法；（2）掌握濕熱滅菌原理及影響滅菌因素；（3）掌握培養(yǎng)基滅菌；（4）熟悉影響培養(yǎng)基滅菌的因素；（5）了解分批滅菌的設(shè)備與計算方法。第十章 發(fā)酵工業(yè)重要和基本的設(shè)施發(fā)酵設(shè)備 （1）掌握對微生物反應(yīng)器設(shè)計的八項要求，掌握機械攪拌發(fā)酵罐和為保證發(fā)酵工藝應(yīng)滿足的六條件；（2）掌握通用式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)組成及其特征；（3）熟悉通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐包括：循環(huán)式通風(fēng)發(fā)酵罐、排管式發(fā)酵罐、噴射式發(fā)酵罐、回轉(zhuǎn)噴射式發(fā)酵罐和高位塔式發(fā)酵罐；（4）熟

14、悉厭氧發(fā)酵設(shè)備；（5）了解循環(huán)式發(fā)酵罐中的伍氏發(fā)酵罐、文氏管發(fā)酵罐。第十一章 微生物的現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵（1）掌握現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵的內(nèi)涵及其應(yīng)用；（2）掌握動態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵技術(shù)包括：轉(zhuǎn)鼓式發(fā)酵、攪拌式發(fā)酵、氣固流化床發(fā)酵、立式多層固態(tài)發(fā)酵罐以及氣相雙動態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵技術(shù)機器特征設(shè)備；（3）熟悉吸附載體固態(tài)發(fā)酵技術(shù)及其廣闊的應(yīng)用前景；（4）熟悉混合固態(tài)發(fā)酵中的強化微生物混合固態(tài)發(fā)酵、限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵技術(shù)；（5）了解混合固態(tài)發(fā)酵中的自然富集固態(tài)發(fā)酵和靜態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵技術(shù)（托盤式和填充床式）及其應(yīng)用。第十二章 生物物質(zhì)分離與純化掌握微生物發(fā)酵產(chǎn)品分離純化方法應(yīng)遵循的八項準(zhǔn)則；（2）掌握生物物質(zhì)分離純

15、化的常用方法；（3）掌握基因工程產(chǎn)物分離純化的工藝設(shè)計；（4）熟悉培養(yǎng)液的預(yù)處理、培養(yǎng)液的固液分離和細(xì)胞的破碎；（5）了解常見生物技術(shù)產(chǎn)品相關(guān)的分離純化工藝過程。第十三章 空氣除菌工程（1）掌握空氣過濾除菌的原理及其方法；（2）掌握過濾除菌的流程與設(shè)備；（3）掌握空氣過濾介質(zhì)的種類及其厚度計算；（4）熟悉空氣過濾除菌的一般流程和工藝要求；（5）了解空氣過濾除菌設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點。第十四章 代謝產(chǎn)物的過量生產(chǎn)（1）掌握提高初級代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法；（2）掌握提高次級代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法；（3）提高高產(chǎn)菌種的穩(wěn)定性和改進(jìn)發(fā)酵產(chǎn)品的品質(zhì)；（4）熟悉微生物的代謝調(diào)控。第十五章 發(fā)酵過程的實驗室研究、中試和放大

16、（1）掌握發(fā)酵工程實驗室研究特征；（2）掌握微生物搖瓶與罐培養(yǎng)的差異和發(fā)酵規(guī)模改變的影響；（3）掌握發(fā)酵規(guī)模的縮小和放大的意義及其方法。第十六章 案例教學(xué)掌握文獻(xiàn)檢索方法包括中文、英文和專利；（2）使學(xué)生對于微生物發(fā)酵工程的研究與生產(chǎn)的理解更加具體化；（3）對于專業(yè)文獻(xiàn)的英文翻譯進(jìn)行一次實戰(zhàn)訓(xùn)練；（4）培養(yǎng)學(xué)生對于課程內(nèi)容的思考，貫徹課程組研究性學(xué)習(xí)的理念；（5）學(xué)生們通過十余篇案例論文的學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)彌補課時少，課堂教學(xué)案例不足的情況。第十七章 微生物發(fā)酵工程實驗燃料油的微生物脫硫掌握燃料油微生物脫硫菌種的制備工藝及質(zhì)量控制技術(shù)、掌握DBT脫硫產(chǎn)物定量分析的方法、掌握為休止細(xì)胞法脫除模擬燃油中的有機硫準(zhǔn)備活性細(xì)胞、掌握用HPLC測定發(fā)酵液中DBT含量的方法、掌握測定兩親分子在油/水兩相分配系數(shù)的測定方法、掌握用休止細(xì)胞脫除模擬燃油中有機硫的方法、掌握氣相色譜原理及操作方法、掌握機械發(fā)酵罐的原理與操作方法；熟悉微生物發(fā)酵的菌種準(zhǔn)備、DBT脫硫產(chǎn)物定量分析的原理、高效液相色譜(HPLC)的原理及使用方法、休止細(xì)胞制備的原理和方法、以機械攪拌式發(fā)酵罐為生物反應(yīng)器完成DBT分批發(fā)酵脫硫的全過程操作；了解了解燃油中含硫化合物的組成、確定紅平紅球菌的底物選擇性、了解兩親分子的溶解特性、模擬燃