《微生物与发酵工程》教学大纲.docx

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《微生物与发酵工程》教学大纲

《微生物与发酵工程》教学大纲

MicrobiologyandFermentalEngineering

课程编码：

27A11415学分：

4.5课程类别：

专业必修课

计划学时：

96其中讲课：

48实验或实践：

48

适用专业：

生物技术

推荐教材：

余龙江著，《发酵工程原理与技术应用》，化学工业出版社，2006年

参考书目：

曹广祥编，《微生物与发酵工程实验指导》，济南大学出版，2016年

陈坚、堵国成著，《发酵工程原理与技术》，化学工业出版社，2012年

课程的教学目的与任务

本课程是生物技术必修专业课之一。

在《微生物学》、《生物化学》等课程基础上开设，与同期开设的《基因工程原理及技术》、《酶及酶工程》和《生物产品分离分析技术》等课程构成生物技术领域主干学科的骨架。

这些课程与本课程有着密切的联系和分工。

本课程以讲授发酵工程生产中各个分支领域共性的工艺的基本原理和生产技术为主，为生物技术专业的其他课程奠定所必须的应用基础知识。

其中实验课程是为《微生物与发酵工程》课所开的实验。

通过本实验，应使学生掌握传统发酵和酿造工艺的基本原理和方法，熟悉发酵工程基本的实验操作技能。

通过系统的实验训练，培养学生的独立实验、观察问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的实验设计、综合运用的能力，使学生具备从事发酵工程科研的基本能力。

课程的基本要求

微生物与发酵工程课是一门综合性很强的课程，涉及到微生物学、生物化学、物理化学、有机化学、化工原理等多个学科，基础理论性和实践性均很强，同时要求基础理论和生产时间密切结合。

在课程讲授过程中，将要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。

因此，该课程需要在理论教学的同时，配合生产实践的实习、课程内实验的实践环节，也要求学生建立实际生产的概念，在参观实习和社会实践中巩固本课程的教学效果，学生必须利用实验、参观、实习、社会实践等机会，培养分析问题和解决问题的能力。

学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离，建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力，动手能力也将有所提高。

通过本实验课程学习，学生应掌握如何进行微生物生产菌种的活化与发酵的技术路线，同时增加米酒、葡萄酒和酵素的发酵实验，提升学生的兴趣与动手能力。

课程要求学生学会放线菌的菌种分离与发酵的标准操作等内容。

该实验主要为操作型实验，要求学生自己按照实验方案进行操作，自己动手完成各项实验，并处理和分析实验结果，增强学生独立完成实验的能力。

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）

第一章：

发酵工程绪论建议学时：

2

[教学目的与要求]熟悉发酵工程的一般概念，了解发酵工业的范围、特点、发展历程及发展趋势，掌握发酵工艺生产的一般培养方法和过程，了解现代发酵工程与生物技术的关系。

[教学重点与难点]发酵工程的发展历程和发展趋势，发酵生产工艺的一般过程。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授课内容]

§1.1发酵与发酵工程

发酵的概念

发酵概念的演变过程

发酵工程的概念

发酵工程的演变过程

传统发酵工业与现代发酵工业的比较

§1.2发酵工程

发酵产品的介绍

发酵工程的组成和类型

发酵工艺过程和关键技术

第二章：

发酵空气净化系统建议学时：

4

[教学目的与要求]掌握空气净化原理，掌握无菌空气的制备方法以及发酵生产过程中制备无菌空气流程，了解空气介质过滤除菌的工艺过程。

[教学重点与难点]空气净化流程，净化工序的指标参数，三级过滤工艺的参数。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授课内容]

§2.1无菌空气概念

§2.2空气除菌方法

空气除菌的方法和比较

空气过滤除菌的原理

无菌空气系统设计

三级过滤除菌

空气过滤膜

蒸汽系统的要求

第三章：

发酵罐及设计建议学时：

6

[教学目的与要求]掌握发酵罐种类，掌握通风发酵罐构件组成、设计要求及操作要点，了解发酵罐放大设计技术。

[教学重点与难点]机械搅拌通风发酵罐的构件和参数，通风发酵罐的类型和应用范围。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授课内容]

§3.1通风发酵罐

通风发酵罐的种类

通风发酵罐的特点和应用范围

自吸式发酵罐

伍式发酵罐

文氏管发酵罐

§3.2机械搅拌通风发酵罐

机械搅拌通风发酵罐的定义

设备形式和实物照片介绍

机械搅拌通风发酵罐的基本要求

各个构件及其设计参数

§3.3酵罐的设计（自学内容）。

第四章：

发酵生产无菌技术建议学时：

4

[教学目的与要求]掌握灭菌的原理及方法，掌握影响灭菌效果的因素及控制方法，掌握分批灭菌和连续灭菌的工艺过程及操作要点，了解染菌的原因、杂菌污染的途径，掌握染菌的防治措施。

[教学重点与难点]分批灭菌和连续灭菌的工艺过程及操作要点，染菌的原因、杂菌污染的途径。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授课内容]

§4.1灭菌、消毒、除菌、防腐的概念和应用范围

§4.2发酵菌种制备过程中的无菌技术

培养间、接种间、超净工作台的无菌要求

培养基灭菌要求

无菌操作技术要求

种子的无菌要求

种子的无菌检查方法和技术指标

§4.3移种过程的无菌技术

移种的操作步骤

注意事项和要点

§4.4发酵过程的无菌技术

空消、实消、连消、分消的概念要求和应用范围

各种消毒方式的技术指标

渗漏死角的消除

渗漏死角产生的原因、检查方法，预防措施

§4.5发酵染菌的防治

染菌的危害分析

染菌的原因分析

染菌的处理措施

发酵染菌的检查和判断方法

§4.6噬菌体感染

噬菌体感染的原因

噬菌体感染的现象

判断依据和预防措施

第五章：

发酵菌种育种与保藏建议学时：

6

[教学目的与要求]了解发酵工业常用的微生物菌种及要求；掌握发酵工业微生物菌种的分离和选育工作流程，了解发酵工业微生物菌种的衰退的原因、复壮的措施，了解工业微生物菌种的保藏原理和技术。

[教学重点与难点]工业微生物菌种的选育方法和工作流程，工业微生物菌种的保藏技术。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授课内容]

§5.1工业微生物

工业微生物的种类

未培养微生物定义与在发酵工业中的应用

混菌发酵的定义与应用

§5.2工业微生物菌种的筛选技术

各种不同发酵产物的菌种筛选技术方案和实例

自然选育

诱变育种

杂交育种

原生质体融合育种

基因工程育种

§5.3发酵种子

发酵种子的定义

发酵种子的制备技术

发酵种子的质量标准

发酵种子的质量控制措施

§5.4工业微生物菌种的保藏

工业微生物菌种的保藏意义

保藏原理

保藏技术和应用范围

§5.5菌种退化

菌种退化的原因

防止菌种退化的措施

菌种复壮的技术路线

第六章：

发酵原料和培养基及制备建议学时：

4

[教学目的与要求]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，掌握影响培养基质量的因素及控制措施，掌握淀粉糖的制备原理、方法和工艺过程，了解淀粉以外原料，如糖蜜、石油代粮发酵的原料和其他发酵原料等作为发酵原料的对发酵生产的影响。

[教学重点与难点]淀粉糖化过程的几个阶段和技术参数；发酵培养基的成分类别和作用。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授课内容]

§6.1发酵工业原料

发酵工业原料的种类

碳源和氮源的分类

工业常用的碳源和氮源

§6.2发酵原料的预处理

发酵原料的预处理的必要性

发酵原料的预处理的措施

发酵原料的预处理的要求

§6.3淀粉糖

淀粉糖的制备

淀粉的性质

淀粉制备淀粉糖过程中的变化

淀粉糖的制备工艺、工序参数和质量标准

糖蜜的处理方法

§6.4发酵培养基

发酵培养基的设计原则

发酵培养基的设计方法

发酵培养基的优化方法

发酵培养基的主要成分种类及其作用

第七章：

氧的供需和传递建议学时：

2

[教学目的与要求]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。

[教学重点与难点]溶解氧的定义，氧传递速率总方程式，氧传递速率的影响因素，氧传递系数的测定方法，溶解氧的控制措施。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授课内容]

§7.1氧供需

饱和溶氧浓度

临界溶氧浓度

比耗溶氧浓度

摄氧率

溶解氧

§7.2细胞呼吸

细胞呼吸利用氧的方式

细胞呼吸的本征要求

§7.3发酵耗氧

耗氧的影响因素

耗氧和供氧的动态关系

氧传递速率总方程式

氧供给的影响因素

§7.4氧传递

氧传递的双膜理论

氧传递系数的测定方法

氧传递速率的影响因素

溶解氧的控制原理、控制措施

第八章：

微生物发酵动力学建议学时：

2

[教学目的与要求]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，掌握补料分批发酵的原理。

[教学重点与难点]I型、II型和II型发酵的特征和实例，分批发酵和连续发酵的特征和区别。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授课内容]

§8.1发酵动力学

发酵动力学的定义

的研究内容

发酵动力学研究目标

发酵动力学研究方法步骤

§8.2发酵过程分类

I型发酵定义，特征和实例

II型定义，特征和实例

III型发酵定义，特征和实例

§8.3发酵方式

连续发酵

补料分批发酵

分批发酵

连续发酵

分批发酵过程中的生长偶联型、生长部分偶联型和无关联型的特征和实例

第九章：

发酵过程的工艺控制建议学时：

2

[教学目的与要求]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。

[教学重点与难点]最适发酵温度的意义，发酵温度调控的方法，最适发酵pH的意义，发酵pH调控的方法，发酵终点的判断和措施。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授课内容]

§9.1发酵过程调控

发酵过程调控的概述

主要控制参数

发酵过程调控的控制方法

§9.2发酵过程的温度调控

发酵热的概念、测量和控制措施

发酵温度对发酵过程的影响

最适发酵温度的动态变化和选择

§9.3发酵过程的pH调控

最适pH值的概念、测量和控制措施

发酵pH对发酵过程的影响

最适发酵pH的动态变化和选择

§9.4发酵过程的CO2控制措施

CO2对发酵过程的影响及其机制

§9.5补料发酵的过程调控

补料发酵的调控内容

补料发酵的调控措施

§9.6发酵终点的判断

第十章：

发酵品种工艺介绍建议学时：

14

[教学目的与要求]了解青霉素、白酒、啤酒、谷氨酸、淀粉酶、柠檬酸及食醋的发酵工艺基本流程与发酵方式及其发酵工艺的现状。

[教学重点与难点]青霉素发酵工艺，白酒发酵工艺，谷氨酸发酵工艺

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授课内容]

§10.1青霉素的生产

青霉素的生产菌种

青霉素生产的发酵工艺

青霉素生产的精制工艺

青霉素性质及应用，技术现状，产业前景

§10.2白酒的生产

白酒的流派和种类划分

白酒的生产菌种

发酵工艺

调香与陈酿工艺

白酒的现代化，产业前景

§10.3啤酒的生产

啤酒的种类划分

啤酒的历史过程

啤酒的生产菌种

发酵工艺

特色啤酒

产业前景

§10.4谷氨酸的生产

谷氨酸的性质

生物合成机理

谷氨酸的生产菌种

发酵工艺

精制工艺

产业前景

§10.5柠檬酸的生产

柠檬酸的生产菌种

生物合成机理

发酵工艺

精制工艺

性质及应用，产业前景

§10.6淀粉酶的生产

淀粉酶的生产菌种

发酵工艺

性质及应用

技术现状与产业前景

§10.7食醋的生产

食醋的发展历程

食醋的种类

食醋的原料

生产菌种

发酵工艺

产业前景

第十一章：

发酵前沿技术和产品交流建议学时：

2

[教学目的与要求]了解发酵工程的前沿技术现状，了解几种新兴发酵品种的性质、工艺和市场现状，增进学生对发酵工程课程的应用前景的认识，激发学生的专业兴趣。

[教学重点与难点]每届选择不同的主题

[授课方法]以课堂讨论为主，教师点评学为辅。

[授课内容]教师提前布置任务，学生在课前自主查阅资料，准备课件，内容包括生产菌种，发酵工艺，精制工艺，性质及应用，技术现状和产业前景等知识，教师现场点评。

实验一：

生产菌种的活化与分离建议学时：

6

[教学目的与要求]了解放线菌工业发酵的应用，掌握放线菌菌种的制备要求。

学生学会下列操作技术：

放线菌工业菌种的活，链霉菌的孢子培养，链霉菌单孢分离，链霉菌菌丝和孢子的形态观察。

[教学方式]教师课堂讲解，学生分组操作。

[场所及条件要求]生物工程教学实验室。

[作业要求]预习下个实验项目，撰写预习报告。

[注意事项]本实验使用属于菌种的活化，需加强学生严格无菌操作的意识，并规范化的进行无菌操作。

实验二：

生物测定模型的建立建议学时：

6

[教学目的与要求]了解克拉维酸生物测定模型的建立步骤与方法。

学生学会下列操作技术：

克拉维酸溶液配制，含AMP的LA平板配制，观察抑菌圈直径，测量，绘制标准曲线，计算相关系数，确定线性范围。

[教学方式]教师课堂讲解，学生分组操作。

[场所及条件要求]生物工程教学实验室。

[作业要求]预习下个实验项目，撰写预习报告。

第二天测量抑菌圈，并记录数据。

[注意事项]本实验中克拉维酸标准品应严格定量添加到含有AMP的LA平板。

实验三：

发酵液体种子的制备建议学时：

6

[教学目的与要求]了解合格的发酵种子液的要求，掌握发酵种子液的制备方法。

学生学会下列操作技术：

孢子的获取与过滤，孢子悬液的接种，摇床培养，链霉菌的美兰染色，菌丝生长状态观察。

[教学方式]教师课堂讲解，学生分组操作。

[场所及条件要求]生物工程教学实验室。

[作业要求]预习下个实验项目，撰写预习报告。

[注意事项]本实验使用属于菌种的活化，需加强学生严格无菌操作的意识，并规范化的进行无菌操作。

实验四：

克拉维酸的液体发酵建议学时6

[教学目的与要求]了解克拉维酸菌种的基本染色方法，掌握克拉维酸液体发酵的操作。

学生学会下列操作技术：

美蓝染色检测种子生长状况，接种液体培养基，摇床培养。

[教学方式]教师课堂讲解，学生分组操作。

[场所及条件要求]生物工程教学实验室。

[作业要求]预习下个实验项目，撰写预习报告。

[注意事项]本实验使用属于放线菌的发酵，需加强学生严格无菌操作的意识，并规范化的进行无菌操作。

组织学生前一天到实验室接种，当天上午到实验室转接发酵摇瓶。

实验五：

发酵效价的生物测定建议学时：

6

[教学目的与要求]了解抗生素类发酵效价的测定原理与基本方法，掌握克拉维酸发酵效价测定方法。

学生学会下列操作技术：

涂布指示菌，0.22um滤器过滤，测量抑菌圈直径，比较发酵效价，保藏菌种。

[教学方式]教师课堂讲解，学生分组操作。

[场所及条件要求]生物工程教学实验室。

[作业要求]预习下个实验项目，撰写预习报告。

第二天测量抑菌圈，记录实验结果。

[注意事项]本实验中克拉维酸提取液应严格定量添加到含有AMP的LA平板。

实验六：

甜米酒的酿造与发酵菌种分离建议学时：

6

[教学目的与要求]了解甜米酒的发酵原理与一般方法。

学生学会下列操作技术：

PDA和YPDA固体培养基配制及灭菌，大米高压灭菌，加入甜米酒曲，孢子稀释，涂布，观察根霉和酵母。

[教学方式]教师课堂讲解，学生分组操作。

[场所及条件要求]生物工程教学实验室。

[作业要求]预习下个实验项目，撰写预习报告。

[注意事项]避免外界环境中其他微生物的污染。

实验七：

红葡萄酒与白葡萄酒的酿造建议学时：

6

[教学目的与要求]了解红葡萄酒与白葡萄酒的酿造原理与方法。

学生学会下列操作技术：

耗材及试剂的灭菌，红葡萄酒的酿与品尝，白葡萄酒的酿造与品尝。

[教学方式]教师课堂讲解，学生分组操作。

[场所及条件要求]生物工程教学实验室。

[作业要求]预习下个实验项目，撰写预习报告。

[注意事项]实验全程要求随时关注葡萄酒的酿造状态，组织好学生的定期检查与观察。

实验八：

水果酵素的制作建议学时：

6

[教学目的与要求]了解水果酵素的制作流程，了解酵素的生物学名称与功能，对酵素这类物质形成科学的认识。

[教学方式]教师课堂讲解，学生分组操作。

[场所及条件要求]生物工程教学实验室。

[作业要求]观察酵素的发酵过程，并记录结果。

[注意事项]实验全程要求随时关注葡萄酒的酿造状态，组织好学生的定期检查与观察。

成绩考核与评定

成绩考核分为理论课程考核和实验课程考核两部分组成，各占50%，均为百分制。

其中

（一）理论课程考核成绩=平时成绩×30%+期末考试成绩×70%

平时成绩：

课堂交流，百分制期末考试成绩：

闭卷考试，百分制。

（二）实验课程考核方式为提交实验报告和平时成绩，实验报告占总成绩70%，平时成绩占总成绩30%。

实验报告的评定根据实验原理、步骤、实验结果和讨论分析等部分的撰写情况进行评分；平时成绩根据学生课堂积极性、操作规范性进行评分。

实验报告成绩评定：

本课程要求学生实验报告应包括以下内容：

①实验原理：

简明，20分；②方法与步骤：

具体操作步骤、注意事项等，20分；③结果：

详述每一步的结果以及计算方法和计算结果,20分；④分析与讨论：

根据所学知识对结果进行分析讨论，阐明所得结果说明了什么问题；如果结果与理论不符，应说明可能的原因，40分。

实验报告成绩由任课教师根据学生实验报告写作是否符合规范要求、试验结果及分析的具体情况给出。

每次报告均评分，实验报告成绩为各次报告成绩的平均值。

撰稿人：

曹广祥、宗工理审核人：

王世立