发酵工程课程教学大纲

发酵工程课程教学大纲课程编号：10021090课程名称：发酵工程/FermentationEngineering学时：32学分：2.0适用专业：生物工程开课学期：4开课部门：化学与生物工程学院先修课程：《微生物学》、《生物化学》、《化工原理》、《生物工程设备》、《细胞生物学》、《分子生物学》考核要求：闭卷考试，期末考试占80%，平时占20%（包括作业、回答问题、考勤等）。使用教材及主要参考书：余龙江主编，《发酵工业原理与技术应用》，化学工业出版社，2006李艳主编，《发酵工程原理与技术》，高等教育出版社，2006姚汝华，《微生物工程工艺原理》，华南理工大学出版社，2001毛忠贵《生物工业下游技术》，，中国轻工业出版社俞俊棠等，《生物工艺学》，华东化工大学出版社，2002贺小贤，《生物工艺原理》，化学工业出版社，2003曹军卫等，微生物工程，科学出版社，2007一、课程的性质和任务本课程是生物工程专业本科生必修的一门专业课程。发酵工程是利用微生物代谢过程并借助于对代谢过程的控制来获得生物产品的一门基础理论学科，其主要研究内容是从工艺的角度阐明细胞的生长和代谢产物与细胞培养条件之间的关系，为生化生产过程的优化提供理论基础。课程以讲授发酵工程生产中各个分支领域共性的工艺的基本原理和生产技术为主。通过学习，掌握发酵工程原理及发酵优化控制过程，系统了解生物技术及其工业化的应用。二、教学目的与要求教学目的：本课程主要向学生传授微生物发酵的基本理论、方法及基本操作。目的在于使学生能够熟练掌握发酵的基本原理，应用所学理论指导和操作具体的发酵过程，并能解决一些发酵过程中常见的问题。教学要求：掌握基本理论、发酵工程学的基本知识和基本技能。掌握发酵工程的基本原理，掌握发酵工艺操作的基本方法和流程，熟悉发酵工艺及过程控制方法，明晰发酵产品的提取精制过程。了解工业发酵的系统过程，并能正确运用这些知识分析和解决问题，为今后的工作学习奠定良好的基础。三、学时分配章节课程内容学时1绪论22工业发酵菌种的选育23微生物的代谢调节与代谢工程14工业发酵培养基45工业发酵过程灭菌46发酵工业的种子制备27发酵罐及其附属设备18发酵动力学49发酵工业中氧的供需410发酵过程控制611发酵过产物的提取与精制112发酵工程下游加工工程及发酵液的预处理自学13发酵工业与环境保护自学14非常规发酵及发酵经济学1总计32四、教学中应注意的问题:发酵工程繁多的课程内容与较少的授课学时相矛盾，指导学生自学。课堂教学以授课为主，强调理论与实践相结合，采用“多媒体+案例探究”的二合一教学法。把经典原理与现代新技术结合起来，调动学生的学习积极性。五、教学内容第一章：绪论1．教学基本内容第一节发酵工程的定义及其他相关学科的关系第二节发酵工程的发展史第三节发酵工业的特点及其研究范畴第四节工业发酵的类型与工业流程第五节发酵工业在国民经济中的应用第六节发酵工程的应用前景2．教学基本要求掌握发酵工程的概念和研究内容，了解发酵工程的发展简史，了解高新技术发展的动态并掌握高新技术概念和生物生产的基本过程。3．教学重点难点发酵工程的的内容和特点；发酵工程的一般工艺过程和工艺发展趋势；发酵工程的应用前景。4．教学建议紧密结合生活实例，深入浅出，由浅入深，讨论与讲解结合，激发学生学习发酵工程的兴趣。第二章:工业发酵菌种的选育1．教学基本内容第一节发酵工业菌种概述第二节食品工业常用微生物第三节工业微生物菌种的选育第四节生产菌种的改良第五节菌种的衰退、复壮与保藏2．教学基本要求了解发酵工业常用的微生物菌种及要求；熟悉食品工业常用微生物；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。3．教学重点难点工业常用的微生物菌种及要求，掌握菌种的保藏方式。4．教学建议课堂讲授与自学相结合，自学前布置思考题，提问方式让学生解答问题。第三章：微生物的代谢调节与代谢工程1．教学基本内容第一节微生物的代谢类型和自我调节第二节酶活性调节第三节酶合成的调节第四节分支生物合成途径的调节第五节能荷调节第六节代谢调控第七节次级代谢与次级代谢调节第八节节代谢工程2．教学基本要求掌握初级代谢与次级代谢的概念、特点及二者的关系；熟悉微生物代谢的类型及关系；掌握酶促调节的方式和机理；掌握分支生物合成途径的调节方式；熟悉能荷调节、代谢调控、代谢工程。3．教学重点难点初级代谢与次级代谢的概念、特点及二者的关系；微生物代谢的类型及关系；微生物代谢自我调节的方法及代谢调控方法；代谢工程的定义及方法。第四章:工业发酵培养基1．教学基本内容第一节培养基的类型第二节发酵培养基的基本要求第三节发酵培养基的成分及来源第四节发酵培养基的设计与优化2．教学基本要求了解发酵生产培养基的组成成份及其在发酵中的作用；理解培养基各组分的常用物质；掌握影响培养基质量的因素及控制措施;3．教学重点难点工业发酵用培养基的要求；培养基中营养物质对微生物生长和产物合成的调节作用；培养基的设计与优化。4．教学建议利用实例教学，设计发酵培养基。第五章:工业发酵过程无菌技术1．教学基本内容第一节发酵工业的无菌处理发酵过程中的染菌与防治第三节发酵工业的无菌技术第四节发酵培养基及设备管道的灭菌第五节空气除菌2．教学基本要求了解的灭菌的原理及方法；掌握发酵染菌对培养的影响及培养基染菌的分析方法，杂菌污染的控制及方法，掌握杂菌染菌的途径及工业防治方法和措施；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；理解致死时间、致死温度、热阻的概念，理解空气过滤灭菌原理，掌握分批灭菌时间的计算；了解空气过滤灭菌的介质，掌握空气介质过滤除菌的工艺过程。3．教学重点难点灭菌的原理方法；染菌的防治措施；分批灭菌及相关时间的计算；培养基灭菌温度的选择；无菌空气的制备。4．教学建议采用课堂教学与实践教学结合，进行无菌操作，利用发酵罐讲述设备管道、发酵培养基、空气除菌的操作流程。第六章:发酵工业的种子制备1．教学基本内容第一节种子的制备过程第二节种子质量的控制第三节实例第四节生产发酵罐的无菌接种2．教学基本要求掌握菌种扩大培养原理和技术；理解接种物多级扩大的意义；熟悉影响种子质量的因素及控制；理解对生产发酵器的无菌接种。3．教学重点难点工业微生物菌种培养的类型、主要培养方法、扩大的特点和方法；种子制备的过程。4．教学建议利用实例教学，讲述种子的制备。第七章：发酵罐及其附属设备1．教学基本内容第一节发酵罐设计的目标和分类第二节需氧发酵罐第三节嫌气发酵罐第四节表面培养设备第五节发酵设备的清洗和检修第六节发酵罐选型注意事项2．教学基本要求了解嫌气发酵设备种类，设计要求及操作要点；理解通风发酵罐种类、结构组成、工作原理及操作、控制；发酵反应器的设计和自动控制。掌握通用式发酵罐的结构、工作原理。3．教学重点难点发酵罐的组成及操作；发酵罐设计的方法；通用式发酵罐的结构、工作原理。4．教学建议采用启发式教学，与实际生产相结合。第八章:发酵动力学1．教学基本内容第一节分批发酵动力学第二节连续发酵动力学第三节分批补料发酵动力学2．教学基本要求了解分批培养，补料分批培养及连续培养的方法；掌握微生物反应模式；熟悉各类模式的特点及在发酵工业中的应用；掌握分批发酵、补料发酵及连续发酵动力学、特点；掌握分批培养过程的基本动力学方程。3．教学重点难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；代谢产物的合成与微生物生长的动力学关系。4．教学建议采用启发式教学，引导学生理解发酵过程中优化控制的理论和方法。第九章:发酵工业中氧的供需1．教学基本内容第一节微生物对氧的需求第二节发酵过程中氧的传递第三节发酵过程中耗氧与供氧的动态关系第四节影响氧传递的因素第五节发酵过程中的氧传递效率第六节CL、r和Kla的测定2．教学基本要求了解供氧和微生物的需氧及影响微生物需氧量的因素；掌握氧在溶液中的传递理论；掌握影响供氧和氧传递速率的主要因素及其控制方法。了解溶解氧的测定方法。3．教学重点难点培养过程中氧的传递理论；培养基中溶解氧的测定方法；影响氧传递速率的主要因素以及工业上控制溶氧的工艺手段；氧的传递和传质方程式。4．教学建议采用实例教学，讲解发酵工业上控制溶氧的工艺手段。第十章:发酵过程控制1．教学基本内容第一节发酵过程控制概述第二节温度对发酵的影响和控制第三节PH对发酵的影响和控制第四节溶解氧对发酵的影响和控制第五节CO2和呼吸商对发酵的影响和控制第六节菌体浓度与基质对发酵的影响及其控制第七节泡沫对发酵的影响及其控制第八节发酵终点的判断第九节发酵过程检测与自控2．教学基本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；熟悉发酵工艺确定的参数要求；理解发酵终点的判断原理及方法。3．教学重点难点温度、pH、溶氧、泡沫等参数对发酵的影响4．教学建议采用启发式教学，在发酵过程中发酵条件的控制的教学中，应注意从影响代谢途径的因素进行分析使学生理解发酵条件控制的重要性。第十一章:发酵产物的提取与精制1．教学基本内容第一节发酵液的特性及提取工程概要第二节发酵醪的预处理及菌体分离第三节发酵产物的提取第四节发酵产物的精制2．教学基本要求理解发酵产物的提取与精制的依据和基本过程；掌握培养液预处理、细胞的破碎、产物分离纯化等各单元操作的工艺路线、所需设备等，了解各种产物分离纯化工艺，以及工业上常用的产物分离纯化方法。3．教学重点难点发酵液特性改变和发酵液相对纯化的方法和技术；固液分离工程的原理和技术；常用的细胞破碎方法；等电点法、有机溶剂法、盐析法提取产品的原理和简单过程；离子交换树脂脱色的原理和技术；超临界CO2流体萃取技术；膜分离的基本理论和常用技术。4．教学建议第十二章:发酵工程下游加工工程及发酵液的预处理1．教学基本内容第一节微生物工程下游加工工程的特点和重要性第二节微生物工程下游加工工程的基本原理第三节微生物工程下游加工工程的一般程序第四节发酵液的预处理第五节发酵液的过滤第六节微生物细胞的破碎和分离2．教学基本要求熟悉下游工程的特点及基本原理；掌握下游工程的一般程序；熟悉发酵液预处理的目的、杂质的去除方法；掌握微生物细胞的破碎方法。3．教学重点难点学习下游工程的特点及基本原理及一般程序。学习发酵液预处理的目的、杂质的去除方法、微生物细胞的破碎方法。4．教学建议老师讲授为主，联系实例，了解下游加工工程的一般程序。第十三章:发酵工业与环境保护1．教学基本内容第一节发酵工业三废的处理原理第二节发酵工业三废的处理技术2．教学基本要求了解本章内容3．教学重点难