《发酵工程原理》课程大纲

《发酵工程原理》课程大纲课程中文名称：发酵工程原理课程英文名称：PrinciplesofFermentationEngineering课程编号：211T0394学分：1.75学时：36（其中：讲课学时：20实验学时：16）开课学期：第5学期先修课程：化工原理、生物化学、微生物学等适用专业：生物工程课程类别：专业核心课程/必修使用教材：发酵工程，徐岩，高等教育出版社，2022年2月第二版。开课单位：生物与制药学院课程简介：《发酵工程》课程是生物工程专业的核心课程，课程主要内容包括：绪论、发酵工业菌种来源、种子扩大培养、发酵原料及其处理、发酵条件及其控制、发酵染菌及防治以及综合实验等内容。通过本课程的学习，使学生在微生物学、生物化学、化工原理等课程的基础上，系统的掌握发酵工程的基本理论、基本知识和实验技能，并应用这些基本技能去分析和解决生产过程中的具体问题，形成科学的思维方式。一、课程性质本课程是生物工程专业的核心课程，是一门综合性很强的学位课程。该课程按照微生物发酵生产的全过程阐明发酵工艺的一般性原理和方法，并突出生产工艺控制和染菌防治等实际问题分析；通过实验环节，培养学生实际动手能力和将发酵工艺理论与实践相结合的分析和解决复杂工程问题的能力。二、课程目标（一）知识目标课程目标1：掌握与微生物发酵过程相关的工业发酵菌种、种子扩大培养、发酵原料预处理及培养基、发酵条件控制和染菌防治等专业知识，并能够运用于发酵工艺的设计与改进。（二）能力目标课程目标2：能够应用发酵工程的基本原理和方法，结合文献研究，识别和表述食品发酵与生物医药生产中发酵过程存在的工程问题，并能提出解决工艺问题的基本方案，对其可行性进行分析。课程目标3：掌握发酵工程实验的基本原理、方法和操作，能够将其用于分析食品发酵与生物医药生产中与发酵工艺相关的菌种、培养基、温度、pH、溶氧等基本特征。（三）育人目标课程目标4：通过生物分离工程课程教学，培养学生精益求精、勇于创新的大国工匠精神；培养学生民族自豪感及探索未知、勇攀科学高峰的责任感和使命感；激发学生的爱国热情，自觉把小我融入大我，将社会主义核心价值观内化为精神追求、外化为自觉行动。三、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求毕业要求指标点课程目标1工程知识1.4掌握解决食品发酵、生物医药生产复杂工程问题所需工程专业知识，能够将其用于生物加工的菌种、工艺和设备方案比较、设计与改进。课程目标1、42问题分析2.3能够认识到解决菌种改良、工艺改进、设备改造和质量控制等复杂工程问题存在的多种方案可供选择，会通过文献研究寻求可替代的方案，并能够分析各种因素的影响，获得有效结论。课程目标2、44研究4.2掌握专业实验的基本原理和方法，能够将其用于分析食品发酵与生物医药生产复杂工程问题的生物学和工程学的基本特征研究。课程目标3、4四、教学内容及要求（一）理论课教学安排序号章节教学内容课程思政融入点学时分配教学要求考核要点学生任务（用于及时分析课程目标达成度）作业安排课后要求1第一章绪论什么是发酵工程？发酵工程发展史发酵工程发展现状发酵工程技术发展趋势课程思政：通过发酵工程的发展历史使学生感知中华文化的博大精深。2教学重点：发酵工程的内容和特点，典型发酵工艺一般流程教学难点：发酵工程研究内容与典型发酵一般工艺流程教学方法：线上线下混合混合式了解什么是发酵工程；掌握典型发酵工艺的一般流程；了解发酵工程的发展历史和发展趋势。（课程目标1）查阅文献总结某一个典型发酵产品生产技术的发展历程。（课程目标1）通过文献查阅掌握发酵工程的最新进展。（课程目标2）2第二章发酵原料预处理与培养基发酵工业原料发酵工业培养基的设计淀粉质原料的加工方法糖蜜原料的预处理课程思政：通过培养基原料及成分培养学生可持续发展和环保意识2教学重点：发酵培养基设计的基本原则与方法；淀粉与糖蜜原料的预处理方法。教学难点：发酵培养基设计的基本原则与方法；淀粉与糖蜜原料的预处理方法。教学方法：线上线下混合混合式了解常用发酵工业原料；掌握发酵培养基设计的基本原则与方法；掌握淀粉与糖蜜原料的预处理方法。（课程目标1、2）(1)双酶法水解淀粉制备糖液的原理及其工艺。（课程目标1）(2)举例说明培养基设计的方法与步骤？（课程目标1）通过文献查阅了解培养基优化的试验设计方法。（课程目标2）3第三章发酵工业无菌技术培养基的灭菌空气除菌原理与工艺2教学重点：培养基湿热灭菌、空气除菌的原理与工艺；教学难点：灭菌时间的估算，空气除菌流程分析与设计教学方法：线上线下混合混合式掌握培养基及设备灭菌原理、方法及灭菌时间估算；掌握空气除菌流程分析与设计。（课程目标1、2）(1)为什么采用高温短时灭菌既有利于杀灭微生物又有利于减少营养物质的破坏？(2)空气过滤的一般流程包括哪些步骤？（课程目标1）4第四章菌种与种子扩大培养发酵工业用菌种来源种子扩大培养课程思政：通过接种量和发酵级数的确立树立辩证思维和全局意识2教学重点：工业微生物的特点及发酵工业对菌种的要求；发酵工业菌种的选育、保藏和防止菌种退化的措施；种子扩大培养的目的要求及流程。教学难点：工业化菌种及种子的要求及如何实现教学方法：线上线下混合混合式掌握工业微生物的特点及发酵工业对菌种的要求；发酵工业菌种的选育、保藏和防止菌种退化的措施；掌握种子扩大培养的目的要求及流程。（课程目标1、2）（1）阐述工业用菌种的基本特点和种子扩大的培养方法和流程（课程目标1）通过文献查阅从菌种的角度分析工业发酵中产量降低的原因，并提出改进方案。（课程目标2）5第五章发酵条件及工艺控制发酵过程的代谢变化规律温度的影响及其控制pH的影响及其控制氧的供需及影响二氧化碳和呼吸商补料及其控制泡沫对影响及其控制发酵终点的判断课程思政：通过发酵工艺参数的协同控制使学生梳理全局意识、善于站在全局的高度思考问题。8教学重点：温度、pH、溶氧、二氧化碳、基质浓度、通气搅拌、泡沫等参数对发酵的影响及控制；发酵终点的判断教学难点：溶氧、二氧化碳的影响及控制；发酵终点的判断教学方法：线上线下混合混合式掌握温度、pH、溶氧、二氧化碳、补料、通气搅拌、泡沫等参数对发酵的影响及控制；掌握发酵终点的判断原则；结合案例分析发酵过程中工艺影响因素（课程目标1、2）。(1)pH对发酵过程有何影响？发酵过程中引起pH下降或者上升的因素有哪些？发酵过程中如何控制pH？（课程目标1）(2)温度、溶氧、二氧化碳对发酵有何影响？发酵过程中如何控制？（课程目标1）(3)中间补料的意义和原则是什么？补料方式有哪些？（课程目标1）查阅某一生物产品的发酵工艺，结合所学知识分析各参数选择的依据。（课程目标2）6第六章工业发酵染菌及防治发酵异常现象污染的危害染菌危害具体分析杂菌污染的预防染菌后的挽救和处理课程思政：社会热点案例讲解引导学生树立高度责任心。2教学重点：染菌的检查；染菌污染途径及预防；染菌后的挽救与处理教学难点：杂菌污染的途径及预防教学方法：线上线下混合混合式掌握发酵污染的危害和染菌原因分析；理解染菌危害的具体分析；掌握染菌后的挽救与处理（课程目标1、2）(1)在工业生产中杂菌污染的途经及应采取哪些措施防止污染杂菌？（课程目标1）(2)发酵染菌应从哪几个方面进行分析？如何进行分析？（课程目标1）(3)课程反思论文。（课程目标4）通过文献查阅及调研总结不同生物产品工业发酵过程中可能出现的杂菌污染的原因以及后续采取的处理措施。（课程目标2）7第七章发酵动力学(1)微生物生长动力学(2)产物生成动力学(3)间歇发酵动力学2教学重点：分批发酵菌体生长、底物消耗、产物生成动力学方程及各参数意义教学难点：动力学方程的应用教学方法：线上线下混合混合式掌握批发酵菌体生长、底物消耗、产物生成动力学方程及各参数意义；熟悉动力学方程的应用。（课程目标1、2）(1)什么是Monod方成？其使用条件有哪些？方成中各参数有何意义？(2)何为表观得率系数和理论得率系数？两者之间关系如何？（课程目标1）通过文献查阅进一步熟悉发酵动力学在工业发酵过程汇总的应用。（课程目标2）（二）实践课教学安排序号实验名称及内容学时分配教学要求及教学方式学生任务（要求）实验预习实验操作实验报告1酿酒酵母发酵法生产谷胱甘肽（课程目标3）16（1）掌握小型自动发酵罐生产谷胱甘肽微的工艺流程；掌握实验室常见发酵设备工作原理、使用步骤及注意事项；掌握发酵过程中重要发酵参数的检测方法；（2）具有初步的发酵工程实验设计、动手操作和解决问题能力；初步具有一定实验数据分析能力。（3）指导预习、示范操作、启发思考。了解实验的目的和操作流程；了解实验基本检测原理与检测方法；了解小型发酵罐的结构和操作步骤。掌握小型自动发酵罐的工作原理、使用步骤及注意事项；掌握发酵过程中重要发酵参数的检测方法；能够独立完成发酵罐生产某一产品的整套操作。(1)实验数据的记录、分析与解释及实验总结；(2)掌握从摇瓶到小型发酵罐放大过程中实验相关参数变化的基本特征。五、教学内容对课程目标的支撑关系章节教学内容学时分配支撑的课程目标讲课实验实践1绪论2课程目标1、2、42发酵原料预处理与培养基2课程目标1、2、43发酵工业无菌技术2课程目标1、2、44菌种与种子扩大培养2课程目标1、2、45发酵条件及工艺控制2课程目标1、2、46工业发酵染菌及防治8课程目标1、2、47发酵动力学2课程目标1、2、48酿酒酵母发酵法生产谷胱甘肽16课程目标3、4六、课程考核方式、成绩评定标准与课程目标的支撑1.课程考核方式课程考核方式包括期末考试和平时成绩两部分；其中期末考试成绩占总成绩50%，闭卷考试；平时成绩占总成绩的50%，包括平时作业、课堂表现（含线上自学）、实验成绩等。课程总成绩构成如下：支撑毕业要求课程目标考核项目及成绩分布合计作业课堂表现实验成绩课程考试毕业要求1.4课程目标1、410102040毕业要求2.3课程目标2151530毕业要求4.2课程目标3151530总分占比%251015501002.课程考核评分标准考核项目分值评定标准(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥6060>x作业25准确率≥90%，文献作业内容新颖全面，论述准确，条理清晰，无抄袭现象；课程反思论文体会深刻准确率≥80%，文献作业内容全面，论述准确，条理清晰，无抄袭现象；课程反思论文体会深刻准确率≥70%，文献作业内容较全面，论述较准确，条理较清晰，无明显抄袭现象；课程反思论文体会较深刻准确率≥60%，文献作业内容较少，论述较准确，条理不够清晰，无明显抄袭现象；对课程学习有一定的思考准确率<60%，文献作业内容不足，表述混乱，有明显抄袭现象；对课程学习反思较少课堂表现10课堂测试正确率≥90%，自学视频完成率≥90%课堂测试正确率≥80%，自学视频完成率≥80%课堂测试正确率≥70%，自学视频完成率≥70%课堂测试正确率≥60%，自学视频完成率≥60%课堂测试正确率<60%，自学视频完成率<60%%实验成绩15预习充分，实验操作规范，实验数据记录规范、数据分析准确，够准确回答实验课后思考题。书写干净，工整，绘图美观。预习充分，实验操作规范，实验数据记录规范、数据分析准确，能够基本准确回答实验课后思考题。能够按要求绘图。预习较充分，实验操作规范，实验数据记录规范、数据分析基本准确，能够部分准确回答实验课后思考题。能够按要求绘图，能够分析实验失败的原因。预习较充分，实验操较作规范，实验数据记录规范、数据分析不够准确，回答问题不够准确，绘图不符合标准，缺乏对失败结果的客观分析。预习不充分，实验操作不规范，实验数据记录不规范，思考题回答不准确，绘图不符合要求，没有对失败实验结果的分析。期末考试50满分100分，其中课程目标1占40%，课程目标2占30%，课程目标3占30%，分解为：名词解释：3×5合计15分；考核对课程目标1的达成度；填空题：1×10合计10分；考核对课程目标1的达成度；简答题：共2题，合计15分；考核对课程目标1的达成度；分析题：10×3合计30分；考核对课程目标2的达成度；综合题：共3题，合计30分；考核对课程目标3的达成度。注：(1)期末考试：卷面分值×50%=项目得分，其它考核项目：分值×评定标准=项目得分，课程总成绩为各项目得分之和；(2)作业：迟交平时作业影响项目得分；(3)实验预习报告实验前一天提交，实验报告下次实验前提交，迟交影响项目得分；(4)实验操作严格按照操作规范进行，出现安全问题，当次实验操作成绩计0分；(5)考勤：无故旷课3次及以上者，按照《三峡大学本科生学籍管理规定》不能参加课程的期末考试。七、参考书目：