生化工程教学大纲.doc

生化工程教学大纲课程名称：生化工程（Biochemical Engineering）学分：2学时：32 先修课程：生物化学、微生物学、化工原理适用专业：生物工程、化学工程、食品科学等专业开课系部：生命科学学院一、课程性质、目的和培养目标课程性质：是生物工程专业的专业必修课课程目的：通过这门课的学习，使学生掌握生物科学科研成果向工业化生产转化过程中出现的一些工程问题的解决方法。课程培养目标：1.掌握生化反应过程中带有共性的工程技术原理，即掌握培养基的灭菌，氧传递、搅拌与通风、细胞培养及动力学、固定化酶和细胞、生物反应器结构与类型、生物反应器操作、生物反应器的比拟放大、过程的控制与优化等技术的原理和方法。2.建立用理论知识分析和解决生化生产过程实际问题的概念和能力，培养进行生物工艺设计与工程开发的能力。3.了解生物工程领域的发展前沿及趋势。二、课程内容和建议学时分配第一章 绪 论 1学时（一）教学基本要求掌握生化工程的主要内容，了解生化工程学诞生背景及发展趋势。（二）教学内容 1.生化工程学诞生的背景 2.生化工程学的主要内容及发展趋势 （三）教学重点和难点 重点：生化工程的概念及主要内容 难点：生化工程学的发展趋势第二章 培养基灭菌 2学时（一）教学基本要求掌握分批灭菌和连续灭菌的设计，熟悉灭菌效果的分析与计算，了解灭菌技术的原理和特点。（二）教学内容1.分批灭菌：微生物的热死灭动力学；分批灭菌的设计 2.连续灭菌： 连续灭菌反应器的流体流动模型；连续灭菌反应器的设计（三）教学重点和难点重点：分批灭菌和连续灭菌的设计难点：灭菌效果的分析与计算第三章 空气除菌 2学时（一）教学基本要求掌握空气除菌方法及空气过滤设计，熟悉典型的空气除菌流程分析，了解空气中的微生物及空气压缩过程中状态的变化。（二）教学内容1.空气中的微生物2.空气压缩过程中状态的变化 3.空气除菌方法4.典型的空气除菌流程分析 5.空气过滤设计6.新型过滤器 （三）教学重点和难点重点：空气除菌方法及空气过滤设计难点：空气过滤设计及新型过滤器第四章 通气与搅拌 4学时（一）教学基本要求掌握通气发酵罐中溶氧速率与通气及搅拌的关系，双膜理论，测量体积溶氧系数kL的方法，熟悉搅拌器轴功率计算，了解搅拌器的型式及流型。（二）教学内容1.搅拌器轴功率计算：搅拌器的型式及流型；搅拌器轴功率计算；非牛顿流体特性对搅拌功率计算的影响2.通气发酵罐中溶氧速率与通气及搅拌的关系：双膜理论；测量体积溶氧系数kL的方法；kL与设备参数及操作变数之间的关系式；发酵液中的kL与其调节；传氧效率（三）教学重点和难点重点：双膜理论；测量体积溶氧系数kL的方法难点：双膜理论，搅拌器轴功率计算第五章 发酵罐的比拟放大 2学时（一）教学基本要求掌握以kL为基准的比拟放大法及以P0/V相等为基准的比拟放大法，熟悉比拟放大的其他基准及发酵罐的比拟缩小。（二）教学内容1.以kL为基准的比拟放大法 2.以P0/V相等为基准的比拟放大法3.比拟放大的其他基准4.发酵罐的比拟缩小（三）教学重点和难点重点：以kL为基准的比拟放大法难点：以kL为基准的比拟放大法第六章 连续培养的基本原理 5学时 （一）教学基本要求掌握单级恒化器及其操作特征，熟悉微生物生长动力学，了解连续培养的应用。（二）教学内容1.微生物生长动力学：细胞生长动力学 ；微生物生长速率与底物浓度的关系-莫诺模型 2.连续培养动力学及连续培养的应用：单级恒化器及其操作特征；部分菌体再循环的单级恒化器；连续培养的应用 （三）教学重点和难点重点：单级恒化器及其操作特征难点：莫诺模型第七章 固定化酶、固定化细胞 6学时（一）教学基本要求掌握酶、细胞的固定化方法及固定化酶、细胞的性质，酶促反应动力学，固定化酶、细胞反应动力学，米氏酶反应动力学，理想反应器抑制下的酶反应动力学；熟悉固定化酶、固定化细胞的应用，了解固定化酶、细胞反应器的选择。（二）教学内容1.酶、细胞的固定化方法及固定化后的性质：固定化方法；固定化酶、细胞的性质2.固定化酶、固定化细胞的应用：固定化酶、细胞在各个领域中的应用及其特征；固定化酶、细胞的工业化应用实例3.固定化酶、固定化细胞反应动力学：酶促反应动力学；固定化酶、细胞反应动力学4.固定化酶、细胞反应器：理想反应器米氏酶反应动力学；理想反应器抑制下的酶反应动力学；非理想反应器、固定化酶、细胞反应动力学；固定化酶、细胞反应器的选择（三）教学重点和难点重点：酶、细胞的固定化方法，酶促反应动力学，固定化酶、细胞反应动力学，米氏酶反应动力学，理想反应器抑制下的酶反应动力学难点：固定化酶、固定化细胞反应动力学的影响因素第八章微生物生化反应过程的质量和能量衡算 6学时 （一）教学基本要求掌握微生物反应过程中营养物资和产物之间的碳素衡算及碳源的衡算，微生物反应过程中ATP 和氧的衡算，熟悉微生物反应过程的能量衡算。（二）教学内容1.微生物反应过程的碳素衡算：微生物反应过程中营养物资和产物之间的碳素衡算；微生物反应过程中的主要基质-碳源的衡算；培养微生物细胞为目的的微生物反应过程中的化学平衡；微生物反应的化学平衡通式2.微生物反应过程中ATP 和氧的衡算：微生物反应过程中的氧衡算；微生物反应耗氧量的计算；微生物反应过程碳源消耗的分析；生物氧化与能量传递；能量生长偶联与能量生长非偶联；微生物反应过程的ATP衡算 3.微生物反应过程的能量衡算：有机物氧化焓变和有效电子转移；自由能消耗对菌体得率YkJ；微生物反应过程的能量衡算；考虑碳源和氮源同时存在情况下的能量衡算；通风发酵反应热的估计方法 （三）教学重点和难点重点：微生物反应过程中营养物资和产物之间的碳素衡算及碳源的衡算，微生物反应过程中ATP 和氧的衡算难点：微生物反应过程的ATP衡算，微生物反应耗氧量的计算，微生物反应过程碳源消耗的分析第九章 微生物生长及发酵反应的数学模型和计算机的应用 4学时（一）教学基本要求掌握紫外线照射菌体细胞悬浮液的时间与菌体细胞存活率关系的数学模型，微生物种群无限制条件下对数生长模型，Monod模型，谷氨酸发酵过程数学模型，熟悉存在抑制条件的微生物生长模型；产物生成动力学模型，了解电子计算机在发酵工程中的应用。（二）教学内容1.微生物生长的数学模型：紫外线照射菌体细胞悬浮液的时间与菌体细胞存活率关系的数学模型；微生物种群无限制条件下对数生长模型；Monod模型；存在抑制条件的微生物生长模型；产物生成动力学模型2.谷氨酸发酵过程数学模型：谷氨酸发酵菌体增殖的数学模型；谷氨酸发酵产物积累的数学模型；谷氨酸发酵的主要基质糖消耗的数学模型3.电子计算机在发酵工程中的应用：发酵工程生理特性数据的测量与控制；发酵工程生化特性数据的测量与计算；发酵过程某些物理化学特性的测量；电子计算机对面包酵母培养过程的测量与控制；电子计算机对发酵过程的控制；发酵产品生产最佳方案的确定（三）教学重点和难点重点：紫外线照射菌体细胞悬浮液的时间与菌体细胞存活率关系的数学模型，微生物种群无限制条件下对数生长模型，Monod模型，谷氨酸发酵过程数学模型难点：Monod模型，谷氨酸发酵过程数学模型教学进度安排表编号章节内容学时1绪论生化工程学诞生的背景，生化工程学的主要内容及发展趋势 1 2培养基灭菌分批灭菌，连续灭菌23空气除菌空气中的微生物，空气压缩过程中状态的变化，空气除菌方法，典型的空气除菌流程分析，空气过滤设计，新型过滤器 24通气与搅拌搅拌器轴功率计算，通气发酵罐中溶氧速率与通气及搅拌的关系45发酵罐的比拟放大以kL为基准的比拟放大法，以P0/V相等为基准的比拟放大法，比拟放大的其他基准，发酵罐的比拟缩小26连续培养的基本原理微生物生长动力学，连续培养动力学及连续培养的应用 57固定化酶、固定化细胞酶、细胞的固定化方法及固定化后的性质，固定化酶、固定化细胞的应用，固定化酶、固定化细胞反应动力学，固定化酶、细胞反应器68微生物生化反应过程的质量和能量衡算微生物反应过程的碳素衡算，微生物反应过程中ATP 和氧的衡算，微生物反应过程的能量衡算69微生物生长及发酵反应的数学模型和计算机的应用微生物生长的数学模型，谷氨酸发酵过程数学模型，电子计算机在发酵工程中的应用4合计32三、教学用书及参考书（一）教材：1.生化工程，伦世仪主编，中国轻工业出版社，20072.生化工程，王岁楼主编，中国医药科技出版社，20023.生物化学工程，俞俊棠主编，化学工业出版社，1991（二）教学参考书：1.生化反应动力学与反应器(第二版)，戚以政、汪叔雄编著，化学工业出版社，1999 2.生物反应工程原理（第二版），贾士儒编著，科学出版社，20033.生化生产工艺学，梅乐和编著，科学出版社，2000 4.酶学，陈石根，周润琦编著，复旦大学出版社，20015.生物反应工程，山根恒夫（日）著，苏尔馥译，上海科学技术出版社，19896.生物化学工程，合叶修一(日)等合著，涂长