天津自考微生物工程课程考试大纲

1、天津市高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：微生物工程 课程代码：0777第一部分 课程性质与目标一、 课程性质与特点 微生物工程是现代生物技术的重要组成和基础，是生物技术产业化的重要环节。它将微生物学、生物化学和化学工程的基本原理有机地结合起来，广泛而深刻地揭示了发酵过程的本质，其生命力在于在促进产业化发展的基础上不断实行技术改造、更新、创新，使其向高度自动化控制和高效合成代谢的发酵生产转移，在较短时间内获得更多高质量的产品。由于它是渗透有工程学的微生物学，是发酵技术工程化的发展，所以又称“发酵工程”。 本课程是高等教育自学考试应用生物技术专业本科所设专业课之一，它是一门理论联系实际、应用性

2、较强的课程。本课主要介绍微生物工程的基本内容、原理和各单元操作的工艺及设备等。二、课程设置的目的和要求 微生物工程是应用生物技术专业的主要课程之一，是微生物学和工程技术相交叉的学科。微生物产品的研究开发及生产过程需要本学科为支撑条件，应用生物技术专业的学生应该了解和掌握微生物工程的基本原理、工艺操作及设备，尤其是有关微生物产品产业化的基础知识和关键技术。三、与本专业其它课程的关系 微生物工程是生物技术专业大学本科学生必修的专业技术基础课程，它涉及到微生物学、生物化学、遗传学及分子生物学等多种学科。该专业的学生应在学好上述基础课程的基础上学习本课程。第二部分 课程内容与考核目标第一章 绪论一、学

3、习目的与要求 本章是该课程的概述。要求学生在领会基本概念的基础上，重点掌握微生物工程的主要内容、特点及发展方向。二、考核知识点与考核目标（一）微生物工程的基本概念（重点）识记：微生物工程、发酵、发酵方式、发酵产品类型（二）微生物反应过程的特点（重点）理解：微生物反应的特点及其与化工反应的区别。应用：与化工生产相比，叙述微生物工程的优缺点。（三）微生物工程所涉及的主要内容及应用领域（次重点）理解：微生物工程的重点内容及应用领域。（四）微生物工程的进展及发展方向（一般）理解：微生物工程的发展历史及发展趋势。第二章 生产菌种的选育一、学习目的与要求 通过本章学习，了解并掌握生产菌种选育的基础知识与一

4、般方法；掌握菌种保藏的基本原理和常用方法；了解菌种退化的原因与复壮方法。二、考核知识点与考核目标（一）菌种的分离筛选（重点）理解：分离与筛选的工作程序、设计要求及一般分离方法应用：如何从自然界获得野生型菌种（二）自然选育（次重点）识记：自然选育的含义、优缺点及一般程序。理解：自然突变及其原因；定向培育。应用：在生产活动中用自然选育法获得高产菌株。（三）诱变育种（重点）识记：诱变育种的含义及其优缺点；诱变、复合诱变及诱变剂的种类。理解：诱变育种的基本原理及一般步骤；营养缺陷型的检出与鉴定。应用：通过诱变育种筛选某种营养缺陷型高产菌株。（四）基因重组育种（次重点）识记：基因重组、杂交育种的含义及二

5、者关系；杂交育种的优缺点；原生质体融合及其优点；基因工程技术的核心内容。理解：原生质体融合的一般步骤；基因工程的一般步骤。应用：利用原生质体融合法改良生产菌种。 （五）菌种的保藏（次重点）识记：菌种衰退及其主要原因；防止菌种衰退的方法。理解：菌种保藏原理；主要保藏方法。应用：对不同菌种选择适宜的保藏方法及复壮方法。第三章 代谢产物的过量生产一、学习目的与要求 了解微生物反应过程中的代谢调控理论，掌握代谢控制发酵的基本方法，在实践中实现代谢产物的过量生产。二、考核知识点与考核目标（一）微生物的代谢调控（重点）识记：诱导、分解代谢阻遏和反馈等调节机制；代谢控制发酵技术。理解：实现代谢调控一般方法；

6、克服反馈抑制和反馈阻遏的调控；克服分解代谢阻遏的调控；对诱导调节的控制。应用：在生产中实施代谢调控手段提高产量。（二）提高初级代谢产物产量的方法（次重点） 识记：初级代谢与初级代谢产物。理解：提高初级代谢产物产量的11种手段。应用：在某初级代谢产物发酵生产中选择提高产量的适宜手段。（三）提高次级代谢产物产量的方法（次重点）识记：次级代谢产物与次级代谢的区别及二者关系。理解：常用的提高次级代谢产物的方法。应用：选择适宜的手段提高某次级代谢发酵产品的产量。（四）高浓度微生物的培养（重点）识记：高细胞浓度培养技术的原理和优点。理解：流加培养、高细胞浓度连续培养和菌体循环利用等培养技术及其存在的问题；

7、提高高产菌株的稳定性；改进发酵产品的品质。应用：选用某些手段实现某产物发酵的高密度培养。第四章 微生物反应的质能平衡一、学习目的与要求 质能平衡理论可预测发酵过程各基质的需要量，从而更经济有效地使用它们，减少无效消耗。该理论是解除发酵过程中某种基质限制或抑制，达到过程优化的重要手段。学习并掌握本章的基本知识有利于在实践中灵活运用。二、考核知识点与考核目标（一）微生物反应的化学计量（一般）识记：质能平衡；化学计量。理解：列出微生物生长化学计量式的前提；产物合成的化学计量式。应用：写出某菌体生长或某产物合成的化学计量式。（二）得率因数（重点）识记：维持因数；生长得率；产物得率。理解：含维持的微生物

8、生长与纯生长的关系式；纯生长得率与毛生长得率；产物得率（过程得率与理论得率）。（三）微生物反应的质能平衡（重点）识记：质量平衡；能量平衡。理解：元素平衡关系式；能量平衡关系式；质量平衡与能量平衡的联系。应用：质能平衡理论在微生物工程中的应用。第五章 微生物发酵过程一、学习目的与要求 了解发酵过程的类型、一般过程和操作方式；掌握种子扩大培养、发酵培养基的特点、组成设计和优化；熟悉发酵过程的中间分析及发酵终点控制。二、考核知识点与考核目的（一）微生物发酵的类型（重点） 识记：微生物发酵的不同形式及其优缺点；发酵的一般过程及操作方式；主要技术经济指标。 理解：发酵工程发展的新趋向；分批发酵、补料分批

9、发酵和连续发酵的代谢特征。 应用：某菌在特定条件下为获得某种产品应采取的发酵类型及操作方式。（二）种子扩大培养（重点） 识记：发酵工业对生产用菌种及其培养基的基本要求。 理解：生产菌种逐级扩大培养的各个环节；种龄及其活力；种子罐级数与接种量的确定；种子质量优劣的判断及其影响因素；种子质量控制措施。 应用：设计从菌种斜面开始，逐级扩大到满足某特定发酵罐的接种量。（三）发酵培养基（重点） 识记：发酵培养基及其一般特点；发酵培养基的组成。 理解：发酵培养基设计的基本程序及原则；培养基的最优化。 应用：设计某菌发酵生产的培养基。（四）发酵过程的中间分析（次重点） 识记：发酵过程中主要的五项中间分析项目

10、。 理解：判断发酵终点的依据；放罐前的工艺控制。 应用：某发酵过程中起码要进行的中间检测项目。第六章 分批发酵动力学一、 学习目的与要求 发酵动力学是现代发酵工业实现自动控制的理论基础。通过学习可以认识微生物反应过程中各种物质运动的本质及规律；了解过程中菌体生长、底物消耗和产物合成等速率以及影响反应速率的因素，并尽可能地将各种因素进行归纳，从而将动力学理论应用于生产管理。二、 考核知识点与考核目标（一）关于数学模型（一般）识记：建立数学模型的一般原则。理解：微生物反应动力学模型的分类；数学模拟的难点。（二）微生物的生长速率（重点）识记：菌体细胞的生长；同步培养；均衡生长与非均衡生长；生长速率与

11、比生长速率；Monod生长动力学模型。理解：Monod方程中各变量的含义及它们之间的相互关系；Monod方程是典型的均相非结构模型，它基于三个假设条件而建立；推广的Monod方程的几个主要形式；细胞死亡动力学方程。应用：将Monod方程推广应用到某特定微生物生长过程；比生长速率的计算。（三）底物消耗速率（重点）识记：底物消耗速率与比底物消耗速率的概念及方程。理解：含维持代谢的底物消耗速率模型；氮源的消耗及C/N比；氧消耗速率。（四）代谢产物生长速率（重点）识记：代谢产物生成速率与比速率；产物合成动力学类型。理解：三种合成动力学类型的方程式；推广的几种合成动力学模型及其条件。应用：产物合成速率及

12、比速率的计算。（五）发酵工程模拟与优化（一般） 理解：生长模型的选择；优化生长过程的一般原理；产物合成模拟方法的选择。第六章 分批发酵和补料分批技术一、学习目的与要求 分批发酵和补料分批技术是现代发酵工业的主要操作方法，深入了解它们的操作方法、规律及在发酵过程中各变量之间的关系有助于提高生产效率。二、考核知识点与考核目标（一）分批发酵（次重点）识记：分批操作工艺及主要特征；分批发酵的生产率。理解：分批操作过程中菌体生长规律、代谢变化及其过程的最优化。应用：利用发酵过程最优化理论，优化处理某产品分批发酵过程。（二）补料分批技术（重点）识记：补料分批技术的含义、优点及其类型和适用范围。理解：流加物

13、料的方式及其控制；补料分批发酵动力学及微机控制。应用：设计某发酵过程流加物料的方式及控制手段。第八章 连续发酵一、学习目的与要求 连续发酵是发酵工业重要操作技术之一，深入了解连续发酵方法、特点、动力学原理以及发酵系统中各参数之间的关系，有助于研究和设计特定微生物连续发酵流程。二、考核知识点与考核目标（一）连续发酵的方法和特点（次重点）识记：连续发酵的优点及存在问题；连续发酵对设备的要求。理解：连续发酵的各种方法及其动力学理论基础。（二）罐式连续发酵（重点）识记：单罐连续发酵流程；稀释梦轩阁速率；临界稀释度。理解：稀释速率与菌体比生长速率的关系；稀释速率对菌体和限制性基质浓度的影响。应用：若要连

14、续发酵平稳进行，需使D=,如果D不等于，则会出现不同后果。（三）多罐串联连续发酵（重点）识记：多罐连续发酵的优点及其串联方式。理解：二级连续培养系统中各罐中的变量及其关系式；产物连续形成的动力学。应用：在二级连续培养系统中，第一罐与第二罐的本质区别。（四）连续发酵的实际应用（次重点）识记：连续发酵的研究趋势；分批培养的细胞生产率PCB与连续培养的细胞生产率PCC的比较。理解：连续发酵的时间和理论罐读者居数的确定；连续发酵在工业中的应用。应用：设计某特定菌的连续培养流程。第九章 发酵工艺控制一、学习目的与要求 微生物产品的发酵生产是由微生物的生化活动和环境条件相互作用来完成的。工艺条件的控制就是

15、要为生产菌创造一个最适环境，使目的产物得以充分表达。了解发酵工艺控制对发酵生产的重要性及各种环境因素对发酵的影响，学习有关发酵调控的基本知识，为生产菌创造一个最适环境，达到最优控制目的。二、考核知识点与考核目标（一）温度对发酵的影响及其控制（重点）识记：温度与发酵的关系及其对发酵的影响；活化能；发酵热；最适温度。理解：发酵热的测定；最适温度的选择与控制。应用：某特定发酵过程中发酵热的计算；最适温度的调控；测定某发酵过程的发酵热。（二）pH值对发酵的影响及其控制（重点）识记：pH值对菌体生长和产物合成的影响；发酵过程中pH的变化规律；引起发酵液中pH变化的因素。理解：微生物生长和产物合成的最适p

16、H；最适pH的选择与调控。应用：对某发酵过程中的pH实施优化控制。（三）溶解氧对发酵的影响及其控制（重点）识记：临界氧浓度；发酵过程中控制氧浓度的变化对发酵的影响；通风比；KLa；摄氧率。理解：发酵异常时的溶氧变化；供氧能力的变化对溶解氧的影响；提高供氧能力和控制需氧的方法。应用：在一定供氧能力的发酵过程中控制需氧供氧能力，使供需平衡。（四）基质浓度对发酵的影响及补料控制（重点）识记：基质浓度对发酵的各种影响；优化补料速率。理解：发酵过程中补料对细胞量、生长速率和产率的影响；连续补料和分批补料发酵的比较；适合采用补料控制的发酵情况。应用：对特定的发酵（例如，受异化代谢物阻遏的系统）选择适宜的补

17、料方法。（五）泡沫的控制（一般）识记：发酵过程中泡沫的成因与消长规律；机械消泡的方法和优缺点；化学消泡机理；化学消泡剂的种类与性质。理解：选择化学消泡剂应注意的事项；泡沫控制措施。应用：发酵过程中泡沫过大影响搅拌、通风和发酵生产正常进行，应如何控制泡沫。（六）杂菌与噬菌体的污染与防治（次重点）识记：杂菌；染菌；染菌的原因及其所造成的后果；噬菌体的污染源。理解：防止染菌要点；无菌检查与染菌的处理；噬菌体污染与发酵异常现象；噬菌体污染的防治。应用：判断某发酵异常现象是杂菌污染还是噬菌体污染及相应处理手段。第十章 基因重组菌的培育一、学习目的与要求 基因重组技术已由实验室走向实用和工业生产，它不仅提

18、供了改良菌种的手段，也为攻克医学上的疑难病症提供了可能，为深入探索生命的奥秘提供了有效手段。基因工程菌在保藏和发酵生产中的不稳定性已成为该技术转化为生产力的关键之一。因此，了解其培养特点及控制、培养动力学、培养装置与产物的提取等知识极有必要。二、考核知识点与考核目标（一）重组DNA实验准则（一般）理解：准则的重要性及其主要内容。（二）基因重组菌的培养特点及控制（重点）识记：重组菌培养的主要特点；产物分泌与宿主菌的选择。理解：实现重组菌高浓度培养首先需控制营养源浓度；质粒不稳定的类型及影响因素；使质粒稳定的措施；细胞的质粒数、质粒的稳定性及转录与翻译阶段的效率之间的关系；变温培养法可能增加拷贝数

19、而提高产量。应用：设计使质粒稳定的重组菌培养方案。（三）培养装置与产物的提取（重点）识记：重组菌对培养罐的要求及培养罐的特点与类型。理解：重组菌外漏的防范措施；重组菌产物提取与传统发酵产品提取的区别和应注意事项。应用：设计某工程菌产物提取路线。第十一章 气液质量传递一、学习目的与要求 满足菌对氧的需要是微生物反应工程的一个重大课题，供氧不足可能引起菌种的不可弥补的损失或导致代谢方向的改变。了解发酵过程中气液质量传递原理、处理好供氧和需氧之间的关系是保证生产最佳化的重要方面。二、考核知识点与考核目标（一）氧的溶解与微生物的耗氧（重点）识记：供氧；耗氧；溶解氧DO及其制约条件；Henry定律；摄氧

20、率ro2及其影响因素；比耗氧速率（Qo2）;临界溶氧浓度。理解：影响微生物需氧量的因素；控制溶解氧的供需平衡。应用：在供氧能力一定条件下控制溶解氧的供需平衡。（二）培养液中氧的传递（重点）识记：氧的饱和浓度及其影响因素；体积氧传递系数（KLa）。理解：氧在培养液中的传递原理及氧传递方程式；通风搅拌和机械搅拌通风发酵罐的溶氧系数。应用：求某种发酵罐中的溶氧系数。（三）影响供氧的因素（重点）识记：影响供氧的主要因素。理解：影响氧传递推动力的因素；影响体积氧传递系数KLa的因素及影响溶解氧的其它因素。应用：提出某发酵中提高溶解氧的方法。（四）溶解氧、摄氧率及溶氧系数的测定（次重点）识记：溶解氧浓度测

21、定；摄氧率的测定。理解：溶氧系数的测定与计算；Kd和 KLa的区别。应用：用两种方法测定某发酵液中的溶氧系数值。第十二章 灭菌工程一、 学习目的与要求 现代发酵工业多为纯种培养，培养基及培养设备的彻底灭菌是防止杂菌污染确保正常生产的关键之一。了解发酵生产中通常使用的湿热灭菌原理、方法及其设备至关重要。二、考核知识点与考核目标（一）湿热灭菌原理（重点）识记：发酵培养基及设备灭菌的主要方法；微生物的热阻；对数残留定律。理解：灭菌温度与菌死亡反应速度常数的关系及影响培养基灭菌的因素。应用：分析某发酵批次灭菌失败的原因。（二）分批灭菌的设备与计算（重点）识记：分批灭菌时间的计算。理解：分批灭菌的传热计

22、算；分批灭菌操作要点。应用：计算某发酵罐彻底灭菌所需时间。（三）连续灭菌的设备与计算（次重点）识记：连续灭菌的优点及灭菌时间的计算。理解：连续灭菌的流程及设备类型。应用：根据某发酵的特点设计一种连续发酵流程。第十三章 空气除菌一、学习目的与要求 现代发酵工业中绝大多数是好气性纯种培养，空气是菌体生长和代谢必不可少的条件，无菌空气的制备成为微生物工程中的重要环节，了解生产中空气除菌的基本方法、原理、流程及设备极有必要。二、考核知识点与考核目标（一）空气除菌的方法（重点）识记：生产中空气除菌的主要方法；空气过滤效率及其影响因素。理解：通风发酵对无菌空气的要求；过滤除菌的机理；对数穿透定律；介质层厚

23、度的计算。应用：计算某特定发酵中过滤器介质的厚度。（二）过滤除菌的流程与设备（重点）识记：空气过滤的一般流程；过滤器类型及结构；过滤介质。理解：空气净化的工艺要求；空气过滤器的操作要点。应用：根据某发酵对净化空气的要求设计一种空气净化流程；计算过滤介质的厚度。第十四章 发酵设备一、学习目的与要求 工业发酵在反应器中完成，发酵罐是发酵工业的主要设备，了解发酵反应器的基本类型、结构、性能、特点及其发展趋势尤为重要。二、考核知识点与考核目标（一）发酵设备的发展趋势（次重点）识记：生物反应器的基本类型。理解：反应器的设计要求及发展趋势。（二）厌氧发酵设备（一般）识记：厌氧发酵设备的一般特点。理解：酒精

24、、啤酒等发酵设备的基本结构特点。应用：试设计某种厌氧发酵（例如乳酸发酵）反应器的基本构型。（三）通风发酵设备（重点）识记：生产上对机械搅拌发酵罐的基本要求及其优缺点；公称容积及发酵罐装料系数。理解：通用式、自吸式及通风搅拌发酵罐的结构特点。应用：通风量的控制与计算；公称容积和装液量的计算。（四）机械搅拌与搅拌功率（重点）识记：发酵罐搅拌桨的主要类型及特点；搅拌流型的决定因素；搅拌功率、搅拌功率准数之间的关系。理解：搅拌流型与混合效果的关系；计算搅拌功率的区别及影响因素；搅拌间距对流型的影响；多组搅拌功率的计算；通风情况下搅拌功率的计算（密氏公式）。应用：计算通风状态下的搅拌功率。（五）发酵罐的

25、放大（一般）识记：通风搅拌发酵罐放大的内容和依据。理解：几种放大方法的比较。应用：论证以KLa值相同的原则放大是最佳放大方法。第十五章 发酵过程的检测与自动控制一、学习目的与要求 发酵工程实现在线分析并自控，只有通过各种参数检测，对过程进行定性定量的描述，才能对过程进行控制。本科学生应了解并掌握发酵过程的检测项目及直接、间接参数检测调控方法，应用计算机对过程进行管理。二、考核知识点与考核目标（重点）（一）发酵工艺参数及其检测（重点）识记：主要检测参数及其检测方法；生物传感器。理解：对发酵用传感器的要求；在线检测的优点与存在的问题。应用：论述直接参数和间接参数的关系；生物传感器的现状与发展趋势。

26、（二）发酵过程的自动控制（次重点）识记：直接参数的自控装置（培养基灭菌、罐压、罐温、pH、DO和泡沫）。理解：直接参数的自控原理。应用：试设计某项直接参数的简易自控装置。（三）计算机的应用（一般）识记：用于发酵控制的模拟计算机、数学计算机、混合计算机的区别；计算机在发酵控制中的作用。理解：计算机在线和离线控制的区别；针对发酵过程，计算机可以从哪几方面为生产服务。应用：论述计算机在生产过程中的最佳化控制（或自适应控制）。第十六章 下游加工概述一、学习目的与要求 发酵产物的提取和精制是微生物工程的重要组成部分。其工艺是否先进合理直接关系到产品的质量、收率及经济效益。从菌种培养到发酵，再到提炼出高收

27、率的合格产品才算整个发酵工程的完成。应充分认识到下游加工的重要性，使生产达到既丰产又丰收。二、考核知识点与考核目标（一）下游加工的一般流程及单元操作（重点）识记：下游加工的一般工艺流程与常用的单元操作。理解：各主要单元操作的理论基础与方法。应用：设计某发酵产物的后处理流程。（二）下游加工方法的选择与发展趋向（重点）识记：提取与精致；选择后处理工艺时应注意的几点。理解：下游加工过程的特点；选择具体分离方法的依据；下游加工的发展方向。应用：对某发酵产物的分离选出合适方法。第三部分 有关说明与实施要求一、考核目标的能力层次表述 本大纲在考核目标中，按照“识记”、“理解”、“应用”等三个能力层次规定其

28、应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。理解：在识记（了解）的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。应用：在理解（领会、掌握）的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法分析和解决有关的理论问题和实际问题。“应用”一般分为“简单应用”和“综合应用”，其中“简单应用”指在理解（领会、掌握）的基础上能用学过的一两个知识点分析和解决简单的问题；“综合应用”指在简单应用的基础上能用学过的多个知识点综合分析和解决比

29、较复杂的问题，是最高层次的要求。二、教材指定教材：微生物工程概论， 刘如林， 南开大学出版社， 1995.10 参考教材：发酵工艺原理， 熊宗贵， 中国医药科技出版社， 2000.1 微生物工程工艺原理， 华南理工大学出版社， 姚汝华， 2000.3三、自学方法指导1、在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。2、阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。四、对社会助学的要求1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。2、应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。3、辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。4、辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠