发酵工程教学大纲06级

1、生命与环境科学学院教 学 大 纲课程名称：发酵工程 适用专业：06级生物技术（本科）生物技术教研室制2006.10发酵工程理论课教学大纲 课程名称：发酵工程 课程类别：专业必修课学 时：54 学时（总学时69,其中理论54学时、实验课15学时）学 分：3学分 （总学分4分,其中理论3学分、实验课1学分）考核方式：考试适用专业：06级生物技术专业 前修课程：微生物学、生物化学建设开课学期：第6学期 一、课程性质、目的任务生物技术是当今六大高新技术之一，它具有涉及领域宽、涵盖范围广、基础性强的特点，是现代生物学与相关学科交叉融合发展的产物。而发酵工程是生物技术主要内容之一（生物技术包括：基因工程、

2、酶工程、细胞工程和发酵工程等领域）。发酵工程是应用微生物为工业大规模生产服务的一门工程技术，是生物工程的重要组成部分。发酵工程是生物技术专业的一门必修课程，它研究从投入原料到产出最终产品的整个过程，包括微生物菌种的选育、培养基的特性与选择、发酵条件的优化与过程控制、发酵产品的提取精制、发酵设备等。本部分课程的教学目的是使学生掌握有关发酵工程的基本知识、最新进展和发展趋势，使学生了解发酵的工艺原理，懂得应用这些基本理论去分析和解决微生物工业生产中的具体问题，同时使学生初步具有选育优良菌种，合理控制与优化发酵条件，使生产过程连续化、自动化，探求新工艺、新设备和从事发酵工程研究和设计的能力。二、课程

3、基本要求本课程作为生物技术专业的主要专业选修课，是为学生了解发酵相关知识、掌握发酵产品的生产工艺而开设，因而在讲课过程中一方面要讲述发酵工程学科的理论知识，另一方面更要介绍典型产品的发酵生产。通过本课程的学习，应达到以下要求：1、掌握微生物菌种选育、保藏的基本知识；2、掌握微生物配制、灭菌等方法；3、掌握微生物发酵工艺及其控制措施；4、了解典型发酵产品的生产工艺。5、了解发酵工厂设计、清洁生产及发酵经济学三、教学内容与学时分配 章节标题学时数第一章绪论3第二章发酵工业菌种3第三章发酵工业培养基设计3第四章发酵工业的无菌技术3第五章发酵工业的种子制备2第六章发酵动力学4第七章发酵工业中氧的供需2

4、第八章发酵过程控制6第九章发酵罐放大与设计2第十章基因工程菌发酵2第十一章发酵产物的提取与精制8第十二章发酵工业清洁生产技术2第十三章发酵工厂设计概述3第十四章发酵经济学1第十五章发酵产品生产原理与技术应用10合计54四、使用教材与主要参考书1使用教材：发酵工程原理与技术应用，余龙江主编，化学工业出版社，2006，普通高等教育“十一五”国家级规划教材。2主要参考书：新编生物工艺学，俞俊棠，唐孝宣等编，化学工业出版社，2003微生物工程原理，肖冬光主编，中国轻工出版社，2004微生物工程，曹军卫，马辉文主编，科学出版社，2002微生物工程工艺原理，姚汝华主编，华南理工大学出版社，2001发酵工厂

5、设计概论，吴思方主编，中国轻工业出版社，1995生化生产工艺学，梅乐和主编，科学出版社，1999酿造酒工艺学，顾国贤主编，中国轻工出版社，1996fermentation and biochemical engineering handbook，Edited by: Vogel, H.C.; Tadaro, C.L.，William Andrew Publishing/Noyes，1997五、教学方法与考核1.教学方法为充分发挥学生的积极性、主动性，启发引导、培养学生具有自我开拓和获得知识的能力，在内容的讲授上本着“少而精”的原则，突出重点，分解难点，深入浅出，举一反三，着重培养学生分析问题和

6、解决问题能力。在教学过程中尽可能多用实物、投影、多媒体等教学手段，增强学生的感性认识；并组织学生参观发酵工厂，使同学们对发酵工厂有一些感性认识并增加他们的学习兴趣。2课程考核方法本课程包括理论教学、实验，课程的考核以期末理论考试为主，兼顾平时的教学过程及实验。在本课程的总成绩构成上，平时成绩(含实验)占40%；期末考试成绩占60%。 六、大纲正文第一章绪论（3学时）目的要求 通过绪论教学，使学生了解发酵工程的概念、发展概况与发展趋势、发酵产品的生产及其应用等，了解现代发酵工程与生物技术的关系，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，激发学生学习发酵工程的兴趣。教学内容第一

7、节发酵工程的定义及其与其他相关学科的关系一、什么是发酵工程二、发酵工程与其他相关学科的关系第二节发酵工程发展史一、发酵本质的认识过程二、发酵工程技术的发展史第三节发酵工业的特点及其研究范畴一、发酵工业的特点二、发酵工业的范围第四节工业发酵的类型与工艺流程一、工业发酵的类型二、发酵生产工艺流程第五节发酵工程在国民经济中的应用一、医药工业二、食品工业三、能源工业四、化学工业五、冶金工业六、农业七、环境保护第六节 发酵工业的应用前景重点难点一、发酵与发酵工程的概念与联系二、促进发酵技术进步的关键阶段三、发酵工业的特点四、发酵工业的发展趋势第二章发酵工业菌种（3学时）目的要求 菌种是进行微生物发酵的基

8、础与前提，了解发酵工业常用的微生物菌种及要求；重点使学生掌握菌种分离、选育与保藏的相关原理与方法，了解国内外主要的菌种保藏管理中心。教学内容第一节发酵工业菌种概述一、细菌二、放线菌三、酵母菌四、霉菌五、未培养微生物第二节发酵工业菌种的分离筛选一、样品的采集二、样品的预处理三、富集培养四、菌种分离五、菌种初筛和复筛第三节发酵工业菌种鉴定一、经典的分类鉴定方法二、现代分类鉴定方法第四节发酵工业菌种改良一、菌种代谢生理与分子生物学二、常规育种三、细胞工程育种四、基于代谢调节的育种技术五、基因工程育种六、蛋白质工程育种七、代谢工程育种八、组合生物合成育种九、反向生物工程育种第五节发酵工业菌种保藏一、菌

9、种变异及退化机理二、菌种保藏技术重点难点一、发酵工业常用微生物二、生产菌种选育的方法三、菌种退化的机理与复壮措施第三章发酵工业培养基设计（3学时）目的要求 通过本章的学习，了解培养基营养成分的来源和配制培养基的基本原则；了解发酵生产培养基的组成成份及其在发酵中的作用；掌握工业发酵培养基的设计与优化方法。教学内容第一节发酵工业培养基的基本要求第二节发酵工业培养基的成分及来源一、碳源二、氮源三、无机盐及微量元素四、水五、生长调节物质第三节微生物的培养基类型第四节发酵培养基的设计原理与优化方法一、发酵培养基的设计原理二、发酵培养基的优化方法重点难点一、发酵培养基的组成二、发酵培养基设计与优化方法第四

10、章发酵工业的无菌技术（3学时）目的要求 通过本章学习，要求学生掌握灭菌的方法及其在发酵中的应用，了解杂菌污染的危害及无菌对发酵的重要意义。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；重点掌握分批灭菌和连续灭菌的工艺过程及操作要点。了解无菌空气的制备方法；掌握空气介质过滤除菌的工艺过程。教学内容第一节发酵工业的无菌处理第二节发酵工业污染的防治策略一、污染的危害二、杂菌污染的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灭菌一、湿热灭菌原理二、分批灭菌三、连续灭菌四、发酵培养基及设备管道灭菌技术第五节空气除菌重点难点一、发酵工业中染菌的危害二、发酵工业的无菌技术三、湿热灭菌的原

11、理四、空气除菌第五章 发酵工业的种子制备（2学时）目的要求 了解种子扩大培养的必要性与目的，掌握发酵工业种子制备的一般方法及种子质量控制措施。教学内容第一节 种子制备原理与技术一、 优良种子应具备的条件二、 种子质量的判断方法三、 种子制备四、 种龄与接种量第二节 影响种子质量的因素第三节 种子质量的控制措施一、 菌种稳定性检查二、 适宜的生长环境三、 种子无杂菌检查第四节 种子制备的放大原理与技术一、 细菌发酵时的种子扩大培养二、 酵母菌发酵时的种子扩大培养三、 丝状真菌发酵的种子扩大培养四、放线菌发酵时的种子扩大培养重点难点一、种子扩大培养的目的二、优良种子具备的条件三、种子扩大培养的一般

12、方法四、种子质量的控制措施第六章 发酵动力学（4学时）目的要求 了解微生物反应模式和发酵的方法，了解分批培养、补料分批培养和连续培养的概念及特点；掌握分批培养过程的基本动力学方程。教学内容第一节 分批发酵动力学一、 微生物生长动力学二、 底物消耗动力学三、 代谢产物的合成与微生物生长的动力学关系四、 分批发酵的优缺点第二节 连续发酵动力学一、 单级连续发酵二、 多极连续发酵三、 连续培养在工业生产中的应用四、 连续培养存在的问题第三节 分批补料发酵及其动力学一、 分批补料发酵及其动力学二、分批补料发酵的应用重点难点一、微生物发酵动力学的概念与研究目的二、Monod方程三、分批发酵动力学四、补料

13、分批发酵动力学第七章 发酵工业中氧的供需（2学时）目的要求 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。教学内容第一节 微生物对氧的需求一、 氧在微生物发酵中的应用二、 微生物的耗氧特征三、 影响微生物好样的因素四、 控制溶解氧的意义第二节 发酵过程中氧的传递一、 氧的传递途径与传递阻力二、 气体传递过程中的双膜理论及其他理论三、 氧传递方程第三节 发酵过程好氧与供养的动态关系 第四节 影响氧传递的因素一、 影响推动力的因素二、 影响KLa的因素第五节 发酵过程中氧传递效率第六节 溶解氧、摄氧率

14、和KLa的测定重点难点一、微生物对氧的需求及影响微生物耗氧的因素二、发酵过程中氧的传递三、测定溶解氧和的常用方法第八章 发酵过程控制（6学时）目的要求 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。教学内容第一节 发酵过程控制概述一、发酵过程的参数检测二、发酵过程的道谢控制第二节 温度对发酵的影响及其控制一、影响发酵温度的因素二、温度对微生物生长的影响三、温度对基质消耗的影响四、温度对产物合成的影响五、最适温度的选择第三节 pH对发酵的影响及其控制一、发酵过程中pH变化的规律二、最适pH的选择三、pH的调控策略第四节

15、 溶解氧对发酵的影响及其控制一、溶解氧变化的规律二、溶解氧在发酵过程控制中的重要作用三、影响溶解氧的主要因素与控制方法四、溶解氧控制对发酵的影响第五节 CO2和呼吸商对发酵的影响及其控制一、CO2对发酵的影响二、呼吸商与发酵的关系第六节 基质浓度对发酵的影响及其控制第七节 通气搅拌对发酵的影响及其控制第八节 泡沫对发酵的影响及其控制一、泡沫的产生及其影响二、发酵过程中泡沫的消长规律三、泡沫的控制第九节 高密度发酵及过程控制一、高密度发酵二、高密度发酵的策略三、高密度发酵技术四、高密度发酵存在的问题第十节 发酵终点的检测与控制一、发酵终点的判断二、菌体自溶的监测三、影响自溶的因素第十一节 自动控

16、制技术在发酵过程控制中的应用一、发酵过程的计算机控制原理二、发酵过程的计算机功能分析重点难点一、发酵过程的检测二、温度对发酵的影响及最适发酵温度的选择三、pH对发酵的影响及最适pH的选择四、泡沫的产生及其控制五、发酵终点的判断第九章 发酵罐放大与设计（2学时）目的要求 发酵设备是进行发酵的必备装置，要进行产品的发酵生产，首先要熟悉发酵设备并能对其进行操作。通过本章的学习使学生了解实验室及工厂常用的发酵设备，掌握发酵罐的组成、结构及其设计原则。教学内容第一节 发酵罐的类型与结构一、发酵罐的类型二、发酵罐的结构第二节 通用式发酵罐的设计与放大一、发酵罐设计的基本原则二、发酵罐设计的基本要求三、发酵

17、罐放大设计第三节 发酵罐电机的选配一、搅拌功率的计算二、发酵罐的电机选配重点难点一、发酵罐的类型与特点二、通用式发酵罐的结构三、发酵罐设计的原则第十章 基因工程菌发酵（2学时）目的要求 了解基因工程菌发酵与常规菌种发酵异同，了解高密度发酵及其实现措施，掌握基因工程菌发酵的一般方法，并了解基因工程菌发酸产品的生产实例。教学内容第一节 基因工程菌发酵动力学一、基因工程菌发酵动力学模型分类二、基因工程菌培养过程的动力学模型第二节 基因工程菌发酵的设备第三节 基因工程菌的高密度发酵及控制一、高密度发酵培养基的选择二、培养方式的选择三、发酵过程中溶解氧的控制四、温度的影响及控制五、pH的影响及控制第四节

18、 基因工程菌发酵的后处理技术一、细胞破碎二、基因工程蛋白质的浓缩与分离纯化三、基因工程菌中核酸的分离纯化第五节 基因工程菌的不稳定性及对策一、基因工程菌不稳定性的表现二、基因工程菌不稳定性的原因及对策第六节 应用案例与分析一、基因工程生产干扰素二、重组人生长激素(rhGH)的生产三、核酸疫苗重点难点一、基因工程菌发酵方法二、高密度发酵三、基因工程菌不稳定性的原因及对策四、基因工程生产干扰素第十一章 发酵产物的提取与精制（8学时）目的要求 掌握发酵液特性改变和发酵液相对纯化的方法和技术；掌握固液分离工程的原理和技术；掌握常用的细胞破碎方法；了解沉淀法的一般原理；掌握等电点法、有机溶剂法、盐析法提

19、取产品的原理和简单过程。了解吸附剂的种类，掌握活性炭和离子交换树脂脱色的原理和技术。了解萃取和浸取的一般概念；了解超临界CO2流体萃取技术、双水相萃取技术和反胶团萃取技术的原理和一般方法。了解膜分离的一般原理；了解色谱分离技术；掌握产品干燥、成型技术。教学内容第一节 概述一、提取与精制过程的一般工艺流程二、发酵产物提取精制方法的优化与工艺设计第二节 发酵液的预处理一、改变发酵培养物的过滤特性二、发酵液相对纯化三、高价无机离子的去除方法第三节 固液分离技术一、过滤分离技术二、离心分离技术第四节 细胞破碎技术一、物理法二、化学法三、生物酶法四、细胞破碎技术的发展方向第五节 浓缩技术第六节 膜分离技

20、术一、膜分离技术的原理二、反渗透三、超滤和微滤四、透析第七节 沉淀分离技术一、蛋白质分子在水溶液中的稳定性二、蛋白质沉淀分离方法第八节 吸附分离技术一、吸附分离原理二、吸附介质的分类及其性质第九节 萃取分离技术一、溶剂萃取二、双水相萃取三、超临界流体萃取第十节 色谱分离技术一、柱色谱中的常用术语二、吸附色谱三、离子交换色谱技术四、凝胶色谱技术五、亲和色谱技术六、逆流色谱技术第十一节 结晶技术一、结晶的基本原理二、影响结晶生成的因素三、工业发酵中常用的结晶方法及设备第十二节 干燥技术一、对流加热干燥法二、接触加热干燥法三、冷冻升华干燥法重点难点一、发酵产品分离提取的一般方法二、发酵液预处理与固液

21、分离技术三、细胞破碎技术四、膜分离技术五、超临界萃取技术六、色谱分离技术七、干燥技术第十二章 发酵工业清洁生产（2学时）目的要求 掌握清洁生产的概念，了解发酵工业清洁生产的研究概况与意义。教学内容第一节 清洁生产的概念及主要内容一、清洁生产的定义二、清洁生产技术的主要研究内容第二节 清洁生产与末端治理的比较第三节 发酵行业开展清洁生产的重要意义和必要性第四节 实现清洁生产的有效途径一、强化内部管理二、工艺技术改革与创新实现清洁生产三、废弃资源的综合利用重点难点一、清洁生产的定义二、发酵行业清洁生产的概况与意义三、实现清洁生产的途径第十三章 发酵工厂设计概论（3学时）目的要求 了解发酵工厂设计的一般流程，掌握发酵工厂设计的内容。教学内容第一节 发酵工厂基本建设程序和设计工作的基本内容一、发酵工厂基本建设程序二、发酵工厂工程设计的基本内容第二节 发酵工厂厂址选择和总图分布一、厂址选择二、总平面布置第三节 发酵工艺流程设计一、工艺流程的设计原则二、工艺流程的设计步骤第四节 物料衡算与设备选择一、物料衡算二、主要技术经济指标三、设备选择第五节 发酵车间设备布置与管道设计一、车间设备布置二、车间工艺管道设计第六节 发酵工业"三