发酵工艺学课程教学大纲

发酵工艺学课程教学大纲（适用于：制药工程专业）一、课程基本情况课程代码10021013课程类别专业限选课学时数72学分4理论学时54实验学时18开课系部生物与制药工程学院先修课程微生物学、制药工程原理与设备使用教材（按作者、教材名称、出版社、出版年月顺序填写）韩德全《微生物发酵工艺学原理》化学工业出版社，2013.5教学参考资料（按作者、参考资料名称、出版者、出版年月顺序填写；填写的教学参考资料应不少于三种）.潘力主编，食品发酵工程，化学工业出版社，2006.谢梅英，别智鑫主编，发酵技术，化学工业出版社，2010.熊宗贵主编，发酵工艺原理，中国医药科技出版社，2000.陶兴无，发酵工艺与设备，化学工业出版社，第1版（2011年8月8日）二、课程教学目的通过本课程的教学，要求学生系统掌握发酵的基本理论、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发酵行业主流产品的新工艺、新技术，突出实用性及先进性。通过理论教学和实验实训相结合，可巩固学生课堂所学理论知识，从而提高学生分析问题、解决问题以及实际动手能力。进而使学生比较全面了解我国发酵行业现状及发展前景，掌握必备的发酵基本技术，为从事发酵产品的生产、科研工作奠定坚实的基础。三、教学方法与手段本门课程采用灵活多样的授课方式。讲课；讨论；互动式教学；实验教学；作业；问答式和书面解答并用。通过各种渠道随时了解学生对教学的意见和要求，不断改进教学方法和教学手段以提高教学质量。四、课程的重点、难点重点：发酵代谢调控的基本原理与方法、发酵工程中的灭菌操作。难点：发酵过程优化和工艺控制、发酵产物的常用提取分离方法、工业微生物的育种与种子制备、工业生产用培养基。五、课程教学内容及教学环节安排课程教学环节学时分配表（五号宋体，加黑）章讲课习题课讨论课实验其他合计第一章绪论22第二章发酵代谢调控的基本原理与方法44第三章工业微生物的育种与种子制备628第四章工业生产用培养基628第五章发酵工程中的灭菌操作628第六章发酵设备简介426第七章发酵过程优化和工艺控制8412第八章通气和搅拌44第九章发酵产物的常用提取分离方法10616第十章发酵产品生产简介44合计541872第一章绪论【知识点提示】了解微生物发酵基本概念、现在、发展趋势，掌握微生物发酵特征。【教学要求】了解：微生物发酵的基本概念、微生物发酵技术的发展历史、微生物发酵的产品种类、我国微生物发酵工业的现状和今后发展趋向。理解：微生物发酵的特征与发酵方式。掌握：微生物发酵的特征、微生物发酵方式。【重、难点提示】重点：微生物工业发酵的基本过程及产物类型。难点：微生物发酵方式。第一节微生物发酵的基本概念一、微生物发酵的含义二、微生物工业发酵的基本过程及产物类型第二节微生物发酵技术的发展历史一、对发酵本质的认识过程二、微生物发酵技术发展的不同阶段第三节微生物发酵的产品种类第四节微生物发酵的特征与发酵方式一、微生物发酵的特征二、微生物发酵方式第五节我国微生物发酵工业的现状和今后发展趋向一、我国微生物发酵工业的现状二、我国微生物发酵工业的发展趋势第二章发酵代谢调控的基本原理与方法【知识点提示】理解和掌握微生物初级代谢产物调节机制、微生物发酵代谢控制的基本方法、微生物发酵动力学等。【教学要求】了解：微生物发酵动力学分类。理解：微生物细胞的代谢调节机制、微生物细胞的次级代谢调节机制。掌握：微生物发酵代谢控制的基本方法、微生物发酵动力学。【重、难点提示】重点：发酵方法、连续培养。难点：分批培养发酵动力学。第一节概述第二节微生物细胞的代谢调节机制一、微生物初级代谢产物调节机制二、微生物细胞的次级代谢调节机制第三节微生物发酵代谢控制的基本方法一、遗传学方法二、生物化学方法第四节微生物发酵动力学一、微生物发酵动力学分类二、发酵方法三、分批培养发酵动力学四、连续培养第三章工业微生物的育种与种子制备【知识点提示】理解和掌握工业微生物的保藏、工业微生物育种、生产用种子制备等。【教学要求】了解：世界主要菌物菌种保藏机构。理解：工业微生物育种。掌握：生产用微生物的分离、菌种保藏、生产用种子制备。【重、难点提示】重点：种子的制备过程。难点：分离纯化、种子质量的控制。第一节生产用微生物的分离一、生物样品的采集二、样品中微生物的富集培养三、分离纯化四、利用菌体性质进行初步筛选第二节工业微生物的保藏一、菌种保藏概述二、世界主要菌物菌种保藏机构三、工业微生物菌种的保藏方法四、菌种退化的防止第三节工业微生物育种一、诱变育种的筛选方法及策略二、微生物诱变育种三、原生质体融合育种四、基因工程育种第四节生产用种子制备一、基本概念二、菌种扩大培养的目的及作为种子的准则三、种子的制备过程四、种子质量的控制五、种子染菌的原因以及预防第四章工业生产用培养基【知识点提示】理解培养基的种类选择以及重点掌握培养基质量的影响因素和常见问题及其处理手段。【教学要求】了解：培养基的组成,培养基的成分。理解：培养基的种类与选择。掌握：培养基质量的影响因素,常见问题及其处理手段。【重、难点提示】重点：培养基质量的影响因素。难点：常见问题及其处理手段。第一节概述一、培养基的组成二、培养基质量的影响因素三、常见问题及其处理手段第二节培养基的成分一、碳源物质二、氮源物质三、生长因子四、无机盐及微量元素五、前体六、促进剂和抑制剂七、水分第三节培养基的种类与选择一、培养基的种类二、培养基的设计三、淀粉水解糖的制备第五章发酵工程中的灭菌操作【知识点提示】了解和掌握发酵工程中灭菌常见方法、培养基与发酵设备的灭菌、空气的除菌。【教学要求】了解：灭菌常见方法。理解：湿热灭菌的基本原理，发酵使用的净化空气标准。掌握：培养基与发酵设备的灭菌，空气的除菌。【重、难点提示】重点：培养基与发酵设备的灭菌，空气的除菌。难点：培养基与发酵设备的灭菌。第一节灭菌常见方法一、化学灭菌二、射线灭菌三、干热灭菌四、湿热灭菌五、过滤除菌第二节培养基与发酵设备的灭菌一、湿热灭菌的基本原理二、培养基的灭菌三、发酵设备的灭菌第三节空气的除菌一、发酵使用的净化空气标准二、空气净化的方法三、过滤除菌的介质材料四、空气净化的一般工艺流程五、几种较典型空气净化流程介绍六、无菌空气的检查第六章发酵设备简介【知识点提示】了解和掌握机械搅拌通风发酵罐的结构、基本参数以及了解塔型发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐、通风固相发酵设备、厌氧发酵设备。【教学要求】了解：机械搅拌通风发酵罐的结构，其他各种微生物发酵设备。理解：机械搅拌通风发酵罐的基本参数。掌握：机械搅拌通风发酵罐的使用方法。【重、难点提示】重点：机械搅拌通风发酵罐的结构。难点：机械搅拌通风发酵罐的基本参数。第一节机械搅拌通风发酵罐的结构一、罐体二、搅拌器和挡板三、空气分布器四、消泡装置第二节机械搅拌通风发酵罐的基本参数第三节其他各种微生物发酵设备一、塔型发酵罐二、气升式发酵罐三、自吸式发酵罐四、通风固相发酵设备五、厌氧发酵设备第七章发酵过程优化和工艺控制【知识点提示】了解和掌握发酵参数的测定和生物传感器及其他化学因子在线分析技术，重点掌握发酵参数的影响与控制，发酵终点的判断。【教学要求】了解：发酵参数的测定和生物传感器。理解：其他化学因子在线分析技术。掌握：发酵参数的影响与控制，发酵终点的判断。【重、难点提示】重点：发酵参数的影响与控制，发酵终点的判断。难点：发酵参数的影响与控制，发酵终点的判断。第一节概述第二节发酵参数的测定和生物传感器一、发酵参数的测定二、对用于发酵过程检测的传感器要求三、生物传感器的类型和结构原理第三节温度对发酵的影响及其控制一、温度对发酵的影响二、影响发酵温度变化的因素三、温度的控制第四节pH值对发酵的影响及其控制一、pH值对发酵的影响二、发酵过程pH值的变化三、发酵pH值的确定和控制第五节溶解氧对发酵的影响及其控制一、溶解氧对发酵的影响二、发酵过程中溶解氧的变化三、溶解氧浓度的控制第六节CO2对发酵的影响及其控制一、CO2对发酵的影响二、CO2浓度的控制三、发酵罐内氧气和二氧化碳分压的测量第七节泡沫对发酵的影响及其控制一、泡沫的形成及其对发酵的影响二、泡沫的消除第八节菌体浓度对发酵的影响及其控制一、菌体浓度对发酵的影响二、菌体浓度的控制三、菌体浓度的检测第九节基质浓度对发酵的影响及其控制一、基质浓度对发酵的影响二、碳源对发酵的影响及控制三、氮源的种类和浓度的影响和控制四、磷酸盐浓度的影响和控制五、补料控制六、发酵罐基质（葡萄糖等）浓度的在线测量第十节其他化学因子在线分析技术一、hplc在线测量物质浓度二、引流分析与控制第十一节发酵终点的判断一、经济因素二、产品质量因素三、特殊因素第八章通气和搅拌【知识点提示】了解和掌握发酵工程对氧的要求、氧的供给方法、kla的测定以及发酵罐及各种因子对kla的影响。【教学要求】了解：发酵工程对氧的要求。理解：氧的供给。掌握：kla的测定，发酵罐及各种因子对kla的影响。【重、难点提示】重点：kla的测定，发酵罐及各种因子对kla的影响。难点：发酵罐及各种因子对kla的影响。第一节概述第二节发酵工程对氧的要求一、微生物需氧量与呼吸代谢的关系二、微生物的临界溶解氧浓度三、比生长速率、比耗氧速率与氧浓度的关系第三节氧的供给一、氧的溶解特性与影响微生物需氧因素二、传氧速率方程第四节kla的测定一、亚硫酸盐氧化法二、极谱法三、溶氧电极法第五节发酵罐及各种因子对kla的影响一、搅拌二、空气流速三、空气分布管形式和发酵罐结构四、氧分压五、罐内醪液高度六、罐容七、发酵醪液性质八、温度九、有机物质和表面活性剂十、离子强度十一、氧载体第九章发酵产物的常用提取分离方法【知识点提示】了解和掌握发酵产品提取和精制工艺方法。【教学要求】了解：提取与精制过程的一般工艺流程，发酵产物提取精制工艺设计原则。理解：发酵液的初步分离。掌握：过滤与膜分离技术、沉淀技术、离心分离技术、菌体的破碎、吸附分离技术、萃取分离技术、结晶分离技术。【重、难点提示】重点：过滤与膜分离技术、沉淀技术、离心分离技术、菌体的破碎、吸附分离技术、萃取分离技术、结晶分离技术。难点：过滤与膜分离技术、沉淀技术、萃取分离技术、结晶分离技术。第一节概述一、提取与精制过程的一般工艺流程二、发酵产物提取精制工艺设计原则第二节发酵液的初步分离一、改善发酵液的过滤特性二、去除发酵液中的杂蛋白三、去除发酵液中的高价无机离子第三节沉淀技术一、盐析法二、有机溶剂沉淀法三、等电点沉淀法四、选择性变性沉淀五、生成盐类复合物的沉淀六、亲和沉淀第四节过滤与膜分离技术一、一般过滤设备的选择二、膜分离技术第五节离心分离技术一、离心分离因数和沉降速度二、离心机的选择第六节菌体的破碎一、珠磨法二、高速匀浆法三、超声破碎法四、酶溶法五、化学渗透法六、微波加热法七、其他方法第七节吸附分离技术一、吸附的类型二、常用吸附剂第八节萃取分离技术一、溶剂萃取二、双水相萃取三、超临界流体萃取第九节结晶分离技术一、结晶的基本过程二、影响结晶过程的因素第十节干燥第十章发酵产品生产简介【知识点提示】了解和掌握氨基酸类产品的发酵及抗生素和核苷类物质的生产。【教学要求】了解：有机酸发酵，其他产品发酵。理解：酒精发酵。掌握：氨基酸发酵，核苷类物质发酵，抗生素发酵。【重、难点提示】重点：氨基酸发酵，核苷类物质发酵，抗生素发酵。难点：核苷类物质发酵。第一节氨基酸发酵一、概述二、谷氨酸发酵三、赖氨酸发酵第二节有机酸发酵一、概述二、柠檬酸发酵三、乳酸发酵第三节核苷类物质发酵一、鸟苷和肌苷发酵的机理二、鸟苷发酵三、肌苷发酵第四节抗生素发酵一、抗生素的分类二、青霉素的结构和性质三、青霉素发酵第五节酒精发酵一、酒精发酵机理二、发酵法生产酒精及其工艺流程第六节其他产品发酵一、酶制剂二、甾体激素的微生物转化发酵三、微生物多糖发酵四、甘油发酵五、丙酮丁醇发酵六、维生素发酵六、课程考核方式（考核形式、成绩评定方法）本课程考核以笔试方式进行，考核内容以教学计划要求掌握和理解的内容为主，以对知识的理解和应用为主。考核成绩由平时成绩、实验成绩和期末成绩等构成，其中平时成绩包括学生的出勤率评定、平时测验、作业、读书报告、调查报告、课堂讨论等成