《发酵工程》课程教学大纲

本科生课程大纲课程名称发酵工程（FermentationEngineering）课程代码081703101331课程属性专业知识课时/学分48/3课程性质必修实践学时0责任教师课外学时0一、课程介绍1.课程描述本课程为食品科学与工程学院生物工程专业必修课，依托食品科学与工程学院研究背景，以发酵过程的基本原理为基础，以发酵工程在食品工业中的应用为特色进行教学。通过本课程的学习，使同学们掌握工业发酵调控的基础理论与方法，能够运用本课程知识阐述微生物的代谢调节与发酵规律，解释影响发酵过程的各种因素，理论联系实际去分析和解决与发酵工程有关的具体问题，提高科学研究和创新实践的能力。2.设计思路 本课程以发酵过程为主线，以发酵过程的各主要组成部分为教学模块，通过理论讲解、实例介绍和文献阅读的结合，使同学们在深入理解发酵工程理论知识的同时，对发酵工程的实际应用也有相应的认识，让同学们掌握作为发酵工程师的基本方法和技能，为将来从事发酵相关的科学研究或工业生产提供良好的知识储备和理论基础。课程内容包括六个模块：发酵菌种的制备与保藏、发酵培养基与无菌空气的制备、发酵种子的制备与发酵工艺调控、发酵过程参数检测与控制、厌氧发酵与固态发酵、发酵工程在食品工业中的应用。（1）发酵菌种的制备与保藏 学习发酵常用的菌种、发酵菌种的筛选方法、发酵菌种的育种方法（随机诱变育种、原生质体融合育种、基因工程育种）、发酵菌种的保藏原理与方法、微生物的代谢调节方式及代谢调控方法等内容，使同学们能够掌握菌种制备和保藏技术，同时理解菌种的代谢特性，为发酵过程的调控打下基础。（2）发酵培养基及无菌空气的制备 学习发酵培养基的组成成分、各种培养基成分的确定、淀粉糖与纤维素糖的制备、发酵培养基的灭菌原理与灭菌方法、无菌空气的制备原理与制备方法、无菌空气的制备设备等内容，使同学们能够根据发酵要求进行培养基的配制与灭菌，同时掌握无菌空气的制备原理与方法，以保证后续发酵过程的顺利进行。（3）发酵种子的制备与发酵工艺调控 学习发酵种子的活化与扩大培养技术、发酵过程的分类和特点、重要发酵参数（温度、pH、溶氧）对发酵过程的影响、发酵过程中氧的供需、发酵过程泡沫的控制、发酵过程染菌的防治、基因工程菌的发酵技术、发酵过程的动力学特征等内容，使同学们全面掌握发酵过程的特点和调控方法，对以后的研究和生产起到重要的指导作用。（4）发酵过程参数检测与控制 学习参数的分类和测定方法、多尺度参数监测的原理与方法、参数耦合相关的规律、参数变化与发酵过程的相关特性、多尺度参数监测与控制的实际应用等内容，使同学们在系统掌握整个发酵过程的同时，熟练运用各种发酵参数监测发酵过程的相应变化，通过表象的参数分析本质上的发酵规律，为进一步实现定向高效的发酵调控打下基础。（5）厌氧发酵与固态发酵 学习厌氧发酵与固态发酵的基本特点、发酵过程和发酵设备，使同学们在系统学习液态深层好氧发酵的同时，对厌氧发酵和固态发酵的过程特点和应用进行系统性学习，为在生产中针对不同发酵形式灵活运动课程知识分析和解决问题打下理论基础。（6）发酵工程在食品工业中的应用 对重要的发酵食品工业，如发酵谷物制品、发酵果蔬制品、发酵豆制品、发酵乳制品、发酵水产品以及微生物源功能食品及食品添加剂进行系统学习，使同学们掌握经典发酵食品的发酵工艺，为进一步参与研究与进行生产打下基础。3.课程与其他课程的关系 先修课程：化工原理，生化工程，生物化学，微生物学。本课程与这四门课程密切相关，构成了生物工程系列课程群。发酵工程是结合了生物科学领域理科基础理论和工科计算应用的综合性课程，是先修的四门课程的交叉综合应用，只有在完成前面四门课程学习的基础上，发酵工程的课程教学和学习才能达到较好的效果。二、课程目标 本课程的目标是使生物工程专业同学们掌握发酵工程的相关理论知识和技术，达到能灵活应用课程知识解决发酵过程实际问题的要求，培养符合国家经济发展需要的生物类工科技术人才。 （1）通过教学使学生充分理解学习“发酵工程”的重要意义，真正体会到“发酵工程”是现代生物技术的基础。 （2）掌握发酵工程的典型过程及其基本原理和基本技术，了解发酵工程广阔的应用领域与学科的发展方向。 （3）能够理论联系实际去分析和解决发酵工程中的具体问题，可以胜任生物技术产业中新菌种和新工艺的开发工作。三、学习要求 要完成所有的课程任务，学生必须：（1）按时上课,上课认真听讲，积极参与课堂讨论和随堂练习。本课程将包含较多的随堂练习、讨论、小组作业展示等课堂活动。 （2）按时完成常规作业。这些作业要求学生按书面形式按时提交，延期提交作业需要提前得到任课教师的许可。（3）完成教师布置的一定量的阅读文献和背景资料，其中大部分内容要求以小组合作形式完成。这些作业能加深对课程内容的理解、促进同学间的相互学习、并能引导对某些问题和理论的更深入探讨。四、教学进度序号主题计划课时主要内容概述1绪论2发酵工程的定义及发展史发酵工程的特点及其研究范畴工业发酵的类型与工艺流程也跟发酵工业的应用发酵工程的应用前景2菌种的制备与保藏42.1发酵工业菌种概述2.2发酵工业菌种的分离筛选2.3发酵工业菌种鉴定2.4发酵工业菌种改良2.5发酵工业菌种保藏3发酵工业培养基设计23.1发酵工业培养基的基本要求3.2发酵工业培养基的成分及来源3.3微生物的培养基类型3.4培养基的设计原理与优化方法4发酵工业的无菌技术24.1发酵工业的无菌处理4.2发酵工业污染的防治策略4.3发酵工业的无菌技术4.4发酵培养基及设备管道灭菌4.5空气除菌5发酵工业的种子制备25.1种子制备原理与技术5.2影响种子质量的因素5.3种子质量的控制措施5.4种子制备的放大原理与技术6发酵动力学26.1分批发酵动力学6.2连续发酵动力学6.3分批补料发酵及其动力学7发酵过程控制67.1发酵过程控制概述7.2温度对发酵的影响及其控制7.3pH对发酵的影响及其控制7.4溶解氧对发酵的影响及其控制7.5二氧化碳对发酵的影响及其控制7.6基质浓度对发酵的影响及其控制7.7通气搅拌对发酵的影响及其控制7.8泡沫对发酵的影响及其控制7.9高密度发酵及过程控制7.10发酵终点的检测与控制8发酵工业中氧的供需28.1微生物对氧的需求8.2发酵过程中氧的传递8.3发酵过程好样与供氧的动态关系8.4影响氧传递的因素8.5发酵过程中的氧传递效率8.6溶解氧、摄氧率和KLa的测定9发酵过程参数监测与控制49.1发酵过程参数监测的意义和方法9.2发酵过程参数耦合的意义9.3通过参数分析发酵过程的特征10厌氧发酵610.1厌氧发酵的工艺特点10.2厌氧发酵的影响因素10.3厌氧发酵的过程调控10.4厌氧发酵反应器11固态发酵811.1固态发酵的分类和特性11.2固态发酵的影响因素11.3固态发酵动力学11.4固态发酵反应器12发酵食品1012.1发酵谷物及果蔬制品12.2发酵豆制品12.3发酵乳制品12.4发酵水产品12.5发酵功能性食品五、参考教材与主要参考书[1]余江龙.发酵过程原理与技术应用.北京:化学工业出版社.2006.6(ISBN:978-7-5025-8037-7)[2]徐莹.发酵食品学.郑州:郑州大学出版社.2011.8(ISBN:978-7-5645-0452-6)[3]张嗣良.多尺度微生物过程优化.北京:化学工业出版社.2003.7(ISBN:7-5025-4595-6)六、成绩评定（一）考核方式A.闭卷考试，E其他：A.闭卷考试B.开卷考试C.论文D.考查E.其他（二）成绩综合评分体系：成绩综合评分体系比例%期末考试70ppt展示15综合作业1