课程名称：发酵工艺学                                      课程代码：2452
第一部分  课程性质与设置自考本科目的
一、课程性质与特点
“发酵工艺学”是一门具有悠久历史又融合了现代科学技术的学科，是现代生物技术的重要组成部分，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，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。由于它以培养微生物为主，所以又称为“发酵工程”。
本课主要介绍发酵工艺的基本内容和基本原理，重点介绍工业上常用的微生物、发酵培养基的组成、发酵产物类型、发酵的一般过程、发酵过程的操作方法及工艺控制、常用发酵设备以及发酵产物的提取和精制过程等。其中还介绍了典型产品的发酵生产工艺，如青霉素和谷氨酸的生产。
二、 课程设置目的和要求
发酵工程是应用生物技术的主要课程之一，是微生物学和工程技术相交叉的学科。微生物产品的开发研究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发酵工程的基本知识，尤其是有关微生物产品产业化的基础知识和关键技术。
三、与本专业其他课程的关系
发酵工程涉及到生物学、微生物学、生物化学、遗传学及分子生物学等多种基础学科。应用生物技术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  发酵工程概论
一、学习目的与要求
在了解基本概念的基础上，重点掌握微生物发酵工程的主要内容、特点及其发展方向。
二、考核知识点与考核目标
（一）发酵工程领域的基本概念（次重点）
识记：发酵、发酵工程、发酵方式、发酵产品类型。
（二）微生物发酵过程的特点（重点）
领会：微生物反应与化工反应的区别。
应用：与化工生产相比较，叙述发酵工程的优点。
（三）发酵工程所涉及的主要内容及应用领域（次重点
（四）发酵技术的进展及发展方向（一般）

第二章 工业上常用的微生物
一、学习目的与要求
了解发酵工业所用的基本菌种、特点及其产品，以便为后续学习内容奠定基础。
二、考核知识点与考核目标
（一）发酵工业菌种的主要特点及对生产菌种的基本要求（次重点）
识记：生产菌种的特点。
（二）工业上常用的微生物及其产品（重点）
识记：发酵工业常用的细菌、放线菌、酵母和霉菌及其主要产物。
应用：主要发酵产物的产生菌。

第三章  生产菌种的选育
一、学习目的与要求
了解生产菌种的分离筛选及育种的基本知识；掌握菌种保藏的原理和常用方法；理解菌种性能退化与复壮的原理。
二、考核知识点与考核目标
（一）生产菌种的分离筛选（次重点）
识记：分离筛选的设计与要求。
应用：野生型菌的获得方法。
（二）自然选育（一般）
（三）诱变育种（重点）
识记：诱变育种的基本原理。
应用：诱变育种方法、营养缺陷型的检出和鉴定。
（四）基因重组育种（次重点）
领会：原生质体融合和基因工程育种技术的基本原理及一般方法。
（五）菌种的保藏（次重点）
识记：菌种衰退的原因。
应用：常用的菌种复壮方法和菌种保藏方法。

第四章  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的控制。
二、考核知识点与考核目标
（一）微生物发酵的类型（一般）
  识记：好气性发酵、厌气性发酵、固体发酵和液体发酵的不同形式。
（二）工业发酵的一般过程及操作方式（重点）
识记：一般发酵工艺流程、生物反应器的操作方式。
领会：发酵过程的代谢特征、主要技术经济指标；补料分批发酵和连续发酵的基本原理。
应用：设计连续发酵流程。
（三）种子扩大培养（次重点）
领会：种子培养基和培养条件、种子制备工艺、种子控制措施。
应用：设计菌种逐级扩大流程。
（四）发酵培养基（重点）
识记：发酵培养基的组成。
领会：发酵培养基的一般特点、培养基的选择与优化。
应用：发酵培养基的优化。
（五）发酵过程的中间分析（次重点）
领会：中间分析项目、发酵终点控制的一般指标。
（六）补料分批发酵（重点）
识记：补料分批技术的类型、适用范围。
领会：流加物料的方式及其控制、补料的微机控制。
应用：设计补料分批发酵的流程。
（七）连续发酵（一般）
  领会：单罐连续发酵系统及操作、连续发酵与分批发酵的比较。

第五章  发酵工艺控制
一、学习目的与要求
了解发酵工艺控制对微生物发酵生产的重要性；掌握环境因素（营养、pH、温度、溶解氧）对微生物代谢活动的影响及控制手段，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：发酵热（生物热、搅拌热、辐射热、蒸发热）。
领会：发酵热的测定、温度与发酵的关系、最适温度的选择与控制。
应用：测定发酵热。
（二）pH值对发酵的影响及其控制（重点）
识记：控制发酵pH值的一般方法。
领会：pH值对菌体生长和产物合成的影响、影响pH值变化的因素、最适pH的选择。
应用：叙述发酵pH值的控制方法。
（三）溶解氧对发酵的影响及其控制（重点）
  识记：溶解氧浓度的控制方法
领会：发酵过程中溶氧浓度的变化、供氧能力的变化对溶解氧的影响。
应用：溶解氧的控制手段。
（四）基质浓度对发酵的影响及补料控制（次重点）
  领会：基质浓度对发酵的影响、分批补料和连续补料。
（五）泡沫的控制（一般）
领会：发酵过程中产生泡沫的原因与消长规律、泡沫类型与性质、控制泡沫的方法。
应用：泡沫控制措施。
（六）杂菌与噬菌体的防治（一般）
领会：杂菌污染的原因与防治、噬菌体的污染与防治。
应用：防止杂菌及噬菌体污染的措施。

第六章  发酵动力学
一、学习目的与要求
发酵动力学是现代发酵工程自动控制的基础。了解微生物反应过程中菌体生长、基质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，从而把动力学应用于生产管理。
二、考核知识点与考核目标
（一）微生物的生长速率（重点）
识记：比生长速率（µ）、Monod生长动力学模型。
应用：比生长速率的计算。
（二）底物消耗速率（重点）
识记：底物消耗速率、比速率、底物消耗速率模型。
领会：维持代谢、碳氮比、氮消耗速率、氧消耗速率。
应用：底物消耗比速率的计算。
（三）代谢产物生成速率（重点）
识记：产物合成比速率、合成动力学类型。
应用：底物合成比速率的计算。
（四）发酵过程模拟与优化（次重点）
  领会：菌体生长的模拟与优化、产物合成的模拟与优化、补料分批发酵动力学、连续发酵动力学。

第七章  灭菌工程
一、学习目的与要求
发酵工业中要求纯种培养，培养基及发酵设备的彻底灭菌是防止杂菌污染确保正常生产的关键技术之一。要求了解湿热灭菌的原理、方法及设备。
二、考核知识点与考核目标
（一）湿热灭菌原理（重点）
识记：培养基及设备的主要灭菌方法、微生物的热阻、对数残留定律。
领会：灭菌速度与菌死亡反应速度常数的关系、影响培养基灭菌的因素。
（二）分批灭菌的设备操作与灭菌时间的计算（重点）
识记：分批灭菌的操作要点。
应用：灭菌时间计算，发酵液灭菌方法简述。
（三）连续灭菌的设备及计算（次重点）
领会：连续灭菌的优点、连续灭菌流程及设备类型、连续灭菌时间的计算。
应用：设计一种连续灭菌流程。

第八章  空气除菌
一、学习目的与要求
现代发酵工业多为好氧性纯种发酵，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发酵工程中一个重要环节。了解生产中空气除菌的基本方法、原理、流程及设备至关重要。
二、考核知识点与考核目标
（一）空气除菌的方法（一般）
  领会：通风发酵对无菌空气的要求、空气除菌的主要方法。
（二）过滤除菌的机理（次重点）
  识记：惯性捕集、扩散捕集、重力沉降及静电吸附作用。
（三）深层过滤效率和过滤器的计算（重点）
识记；对数穿透定律。
应用：介质厚度的计算。
（四）过滤除菌的流程与设备（次重点）
领会：空气净化的工艺要求、过滤除菌的一般流程、空气过滤器的结构、主要类型及灭菌操作要点、空气过滤介质。
应用：设计一种空气净化流程。

第九章 发酵设备
一、学习目的与要求
现代工业发酵在反应器中完成、反应器（发酵罐）是完成发酵的主要设备；了解发酵设备的基本类型、结构、性能、特点及其发展趋势尤为必要。
二、考核知识点与考核目标
（一）生物反应器的类型（次重点）
识记：发酵反应器的主要类型及应具备的特点。
领会：发酵设备的发展趋势。
（二）厌氧发酵设备（一般）
  领会：厌氧发酵设备的特点。
（三）通风发酵的设备（重点）
识记：通用式发酵罐的结构特点、发酵罐装料容积的计算。
领会：对机械搅拌发酵罐的基本要求、机械搅拌罐和通风搅拌罐的主要类型。
应用：通风比的控制与计算。
（四）机械搅拌与搅拌功率（次重点）
  领会：机械搅拌器的类型与结构特征、搅拌功率准数、雷诺准数、不通风情况下搅拌功率的计算、通风情况下搅拌功率的减小。
（五）发酵反应器的放大（一般）
领会：发酵罐放大的意义及主要理论依据、几种放大方法的优缺点。
应用：发酵规模放大最佳方法。

第十章  发酵产物的后处理
一、学习目的与要求
发酵产物的提取精制（后处理）是发酵工程的重要的组成部分，后处理工艺是否先进合理直接关系到产品的质量、收率乃至经济效益。从菌种扩大到发酵，再到提炼出高收率的合格产品才算整个发酵工程的完成。充分认识后处理工艺的重要性，使发酵生产做到既丰产友丰收。
二、考核知识点与考核目标
（一）后处理工艺的一般流程（次重点）
领会：后处理工艺一般流程、常用单元操作。
应用：设计某种发酵产物的后处理流程。
（二）选择后处理工艺过程的依据（重点）
  识记：后处理过程的特点、选择后处理方法的主要依据。
（三）后处理工艺的发展趋向（一般）
  领会：后处理工艺在整个发酵过程中的重要性及其发展趋向。
第三部分  有关说明与实施要求
一、考核目标的能力层次表达
本课程的考核目标共分为三个能力层次：识记、领会、应用，它们之间是递进等级的关系，后者必须建立在前者基础上。其具体含义为：
 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。
领会：在了解的基础上，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。一般分为“简单应用”和“综合应用”，其中“简单应用”指在理解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》刘如林编著  南开大学出版社  1995年版
参考教材：《发酵工艺原理》熊宗贵主编  中国医药科技出版社  2000年版
《微生物工程工艺原理》姚汝华主编  华南理工大学出版社  2000年版

三、自学方法指导
学生在课堂上听讲的同时应做简要重点笔记，复习时紧紧围绕讲授提纲阅读自学教材的有关章节，将教师在课堂上提示的重点和难点吃透，有些内容应反复理解并记忆。
在有精力和时间的情况下，可参阅以下参考书作为知识扩充，必将收到更好的学习效果。

四、社会助学要求
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。提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。
5、辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。
6、注意对应考者能力的培养，特别是对自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，解决问题的能力。
7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中回存在不同难度的试题。
8、助学学时：本课程共5学分，建议总课时不少于90学时。

章次 内    容 学  时
第一章 发酵工程概论 5
第二章 工业上常用的微生物 5
第三章 生产菌种的选用 10
第四章 微生物发酵过程 10
第五章 发酵工艺控制 10
第六章 发酵动力学 10
第七章 灭菌工程 10
第八章 空气除菌 10
第九章 发酵设备 10
第十章 发酵产物的后处理 10
 总 计 90

五、命题考试的若干要求
1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。
2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为10%、“领会”为30%、“应用”为60%。
3、试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为2：3：3：2。
4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占65%，次重点占25%，一般占10%。
5、本课程命题的基本题型包括概念题、填空题、选择题、简答题、综述及应用题等。
6、考试采用闭卷笔试，考试时间150分钟，采用百分制评分，60分为及格。
 
六、题型举例
（一）概念题：
发酵工程
（二）填空题：
根据微生物与氧的关系，发酵可分为____和____两大类。
（三）选择题：
为下列发酵产品注明生产菌序号：
VB2（  ）、淀粉酶（  ）、谷氨酸（  ）、庆大霉素（  ）、柠檬酸（  ）、蛋白酶（  ）
供选菌：
a.北京棒杆菌   b.阿舒氏假囊酵母  c.枯草芽孢杆菌  d.黑曲霉  e.小单胞菌
（四）简答题：
规模较大的发酵厂为何多采用连续灭菌工艺？
（五）综述及应用题：
1、次级代谢产物发酵过程中的代谢变化。
2、某厂有一台10m3发酵罐，装料系数为70%，通风比为1：0.5（VVM）。在运行中发现空气流量计指示为21m3/h，试问这种风量控制是否合适，如不合适，如何改进？