《发酵工程》课程教学大纲
课程编码： |
011213 |
课程名称： |
发酵工程 |
学分： |
3.5 |
总学时： |
56 |
理论学时 |
36 |
实验学时 |
20 |
课程类别： |
专业方向教育平台课 |
课程性质： |
必修课 |
适用层次： |
汉族本科 |
开课学期： |
第 5 学期 |
适用专业： |
生物技术 |
|
|
先修课程： |
高等数学、微生物学、生物化学等 |
|
后续课程： |
生化分离工程、蛋白质与酶工程、生物技术制药、生物能源等 |
一、课程性质、地位和任务
发酵工程是生物技术、化学工程与工业生物工程专业必修的专业方向课，是学生了解和掌握发酵生产中各个分支领域共性工艺的基本原理和生产技术的基础。在课程讲授过程中，按照微生物发酵生产的全过程阐明各个阶段、各种产品生产的原理和技术，讲解理论知识的同时，又重点突出生产的工艺操作和控制技术等实际问题。在教学中充分重视实验与实践课，使学生全面、系统地掌握发酵工艺流程与生产技术，增强动手能力、分析问题和解决问题的能力。
二、教学目标及要求
1.掌握发酵工程的典型过程及其基本原理、技术以及相关实验操作技能，具备分析和解决与发酵工程有关具体问题的能力。
2.了解本学科的前沿发展方向。
3.了解常见的发酵生产设备。
4.掌握发酵工程工艺过程与调控技术。
5.理解和掌握发酵产品的分离纯化技术。
三、教学内容及安排
第1章概论（2学时）
教学目标：了解发酵工程这门课的地位和作用，理解学习目的和任务，掌握典型发酵工艺流程组成部分。
重点、难点：重点是典型发酵工艺流程组成部分。教学内容：
1.1发酵工程定义及在生物技术中的地位（0.5学时）
1.2发酵工程发展简史（0.5学时）
1.3发酵工业的特点及其应用范围（0.5学时）
1.4工业发酵的类型与工艺流程（0.5学时）第2章发酵工业菌种（2学时）
教学目标：了解发酵工业菌种的特点；掌握分离筛选与鉴定等方法；掌握发酵工业菌种改良技术。
重点、难点：重点是发酵菌种的筛选与选育；难点是发酵工业菌种的改良技术。教学内容：
2.1常见的工业微生物（0.5学时）
2.2发酵工业菌种筛选的原则与基本技术（0.5学时）
2.3发酵工业菌种改良（0.5学时）
2.4发酵工业菌种的保藏（0.5学时）
第3章发酵工业培养基设计（讨论课）（2学时）
教学目标：了解微生物的培养基类型；理解发酵工业培养基的基本要求；掌握发酵工业用培养基的基本要求，类型与设计原理。
重点、难点：重点是发酵工业培养基的基本要求、发酵工业培养基的设计原理和优化方法；难点是通过查阅文献了解发酵工业培养基设计优化实例。
教学内容：
3.1常用培养基的基本要求（0.5学时）
3.2培养基的类型及功能（0.5学时）
3.3发酵培养基的成分及来源（0.5学时）
3.4发酵培养基的设计和优化（0.5学时）第4章发酵工业的无菌技术（4学时）
教学目标：了解发酵工业污染的相关防治策略；了解常用的灭菌方法种类；理解无菌技术相关概念；掌握培养基及设备灭菌操作；掌握空气过滤除菌流程。
重点、难点：重点是培养基及设备灭菌操作技术、空气过滤除菌流程；难点是发酵设备灭菌操作。
教学内容：
4.1无菌技术相关概念（0.5学时）
4.2发酵工业污染的防治策略（1学时）
4.3灭菌方法（0.5学时）
4.4培养基及设备灭菌（1学时）
4.5空气除菌（1学时）
第5章发酵工业的种子制备（2学时）
教学目标：了解影响种子质量的因素；理解种子质量的控制措施；掌握发酵工业中种子制备原理与工艺流程；掌握种子制备原理与技术。
重点、难点：重点是种子制备原理与技术。教学内容：
5.1种子制备原理与技术（0.5学时）
5.2影响种子质量的因素（0.5学时）
5.3种子质量的控制措施（0.5学时）
5.4种子制备放大技术实例（0.5学时）第6章发酵动力学（6学时）
教学目标：掌握分批发酵动力学特点以及典型计算；了解连续发酵动力学、分批补料发酵动力学特点；理解分批发酵，连续发酵，分批补料发酵之间的区别以及各自适用范围。
重点、难点：重点是分批发酵动力学特点以及典型计算；难点是分批发酵动力学的计算。教学内容：
6.1概述（0.5学时）
6.2发酵动力学（1.5学时）
6.3发酵过程的代谢变化规律（4学时）
6.3.1分批发酵（2学时）
6.3.2连续发酵（1学时）
6.3.3补料分批发酵（1学时）第7章发酵工业中氧的供需（3学时）
教学目标：理解微生物对氧的需求；了解发酵中氧的传递过程；了解溶解氧、摄氧率和KLa的主要测定方法；理解发酵过程耗氧与供氧的动态关系；掌握发酵过程溶解氧的变化及浓度控制措施。
重点、难点：重点是发酵过程溶解氧的变化规律及浓度控制措施；难点是发酵过程溶解氧的变化规律。
教学内容：
7.1细胞对氧的需求（0.5学时）
7.2发酵过程中氧的传递（1学时）
7.3氧的供需（0.5学时）
7.4溶解氧、摄氧率、KLα的测定（1学时）第8章发酵过程控制（5学时）
教学目标：掌握温度、pH、溶解氧、泡沫对发酵过程的影响及控制；理解菌体浓度和基质对发酵的影响；了解发酵终点的判断。
重点、难点：重点是pH、溶解氧、泡沫对发酵过程的影响及控制；难点是pH、溶解氧、泡沫的控制措施。
教学内容：
8.1发酵过程中的代谢变化与控制参数（1学时）
8.2温度控制（1学时）
8.3pH值控制（1学时）
8.4泡沫控制（1学时）
8.5菌浓和基质对发酵的影响（0.5学时）
8.6发酵终点的判断（0.5学时）第9章发酵罐放大与设计（2学时）
教学目标：掌握发酵罐的类型，通用式发酵罐的构造；理解发酵罐设计与放大的基本要求与原理。
重点、难点：重点是通用式发酵罐的构造；难点是发酵罐设计与放大的原则和要求。教学内容：
9.1发酵罐设备概述（0.5学时）
9.2发酵罐的类型（0.5学时）
9.3发酵罐的结构（0.5学时）
9.4通用式发酵罐的设计与放大（0.5学时）第10章发酵工程下游加工技术（2学时）
教学目标：掌握发酵工程下游加工技术的一般工艺流程；了解固液分离及常用分离提取与纯化技术的原理与方法。
重点、难点：重点是发酵工程下游加工技术的一般工艺流程。教学内容：
10.1发酵工程下游加工技术概述（0.5学时）
10.2发酵液的预处理和固液分离（1学时）
10.3常用分离提取与纯化方法（0.5学时）第11章基因工程菌发酵（2学时）
教学目标：了解基因工程菌发酵的特性；了解基因工程菌发酵过程控制和优化及放大特点。重点、难点：重点是基因工程菌发酵过程控制和优化及放大特点；难点是基因工程菌发酵过程控制和优化及放大特点。
教学内容：
10.1概述（0.5学时）
10.2基因工程菌发酵动力学（0.5学时）
10.3基因工程菌发酵设备（0.5学时）
10.4基因工程菌发酵过程（0.5学时）
第12章发酵产品生产应用（讨论课）（4学时）
教学目标：通过学生查阅文献，了解国内外发酵产品生产的原理及最新技术与应用，并做
ppt汇报。
重点、难点：重点和难点是学生通过查阅文献，分析总结国内外发酵产品生产应用的最新技术。
教学内容：
各种发酵产品的生产与应用。
《发酵工程实验》部分教学大纲
1、课程性质和任务
发酵工程是生物技术、化学工程与工业生物工程专业必修的专业方向课，是一门实践性很强的学科。发酵工程实验是本门课程的重要组成部分，在微生物发酵原理指导下，学生自己动手，在实验中巩固认识发酵菌种的分离保藏、工业无菌操作、发酵罐操作、发酵工程控制及典型发酵品生产等技术。
通过本课程的学习，要求学生掌握一般发酵菌种分离保藏及通用式发酵罐的使用方法，系统地掌握发酵工艺流程与生产技术，为从事工业微生物方面的科研活动、生产实践打下扎实的基础。
2、教学目标及要求
（1）掌握微生物发酵菌种筛选保藏的一般方法和原理；
（2）掌握通用式发酵罐的使用方法，掌握典型发酵产品生产工艺流程。
3、实验内容与学时分配
序号 |
项目名称 |
实验目的与内容 |
学时 |
实验性质 |
实验类型 |
主要仪器设备 |
1 |
纤维素分 解菌的分离 |
目的：掌握土壤微生物分离、纯化等操作技术。内容：从土壤中分离产纤维素酶的微生物。 |
4 |
必修 |
基础 |
电子天平、高压蒸 汽灭菌锅、超净工作台、恒温培养箱 |
2 |
小型通用发酵罐的构造与灭 菌 |
目的：了解小型通风搅拌发酵罐的构造，掌握发酵罐灭菌操作方法。 内容：介绍发酵罐的构造，进行发酵罐的灭菌 操作。 |
4 |
必修 |
基础 |
30 L小型发酵罐 |
3 |
小型通用发酵罐的使用 |
目的：掌握小型通风搅拌发酵罐的使用。 内容：用小型通风搅拌发酵罐培养大肠杆菌， 采用火焰接种法接种，检测大肠杆菌菌液浓度。 |
4 |
必修 |
基础 |
30 L小型发酵罐 |
4 |
酸乳发酵生产 |
目的：掌握酸乳发酵剂的制备方法。 内容：完成酸乳制作的整个工艺流程，并进行质量评定。 |
4 |
必修 |
综合设计 |
超净工作台、电子 天平、恒温培养箱、冰箱 |
5 |
纤维素酶的发酵生产 |
目的：掌握培养基设计、种子制备、发酵过程控制及下游加工技术。 内容：进行真菌纤维素酶的发酵生产与粗酶提 取。 |
4 |
必修 |
综合设计 |
超净工作台、电子天平、恒温培养箱、高压蒸汽灭菌 锅、 |
四、作业、练习和安排与要求
课外作业以课后习题、思考题的形式布置；每位学生需针对某一发酵产品生产过程作
ppt汇报；学生实验后需进行实验报告撰写。
五、教材与教学参考书
1、建议教材：
《发酵工程原理与技术应用》，余龙江主编，北京，化学工业出版社，2015年6月，第一版。
《发酵工程实验指导》，李艳宾主编，校内教材，2014年，第二版。
2、建议参考书目：
《发酵工程原理与技术》，陈坚，堵国成主编，北京，化学工业出版社，2012年5月，第一版。
《微生物发酵工艺学原理》，韩德权主编，北京，化学工业出版社，2013年5月，第一版。
《发酵工程关键技术及其应用》，欧阳平凯等，北京，化学工业出版社，2005年6月，第一版。
《发酵原理》，张星元主编，北京，科学出版社，2006年2月，第一版。
《现代发酵微生物实验技术》，诸葛健主编，北京，化学工业出版社，2005年4月，第一版。
六、教学方式及考核
教学方式一般包括讲授式、问题探究式、讨论式、实践与实践式等形式多样的教学方法方式，满足学生需求。
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