发酵工程(Fermentation Engineering) 一、课程概况 课程编号： 课程总学时：6（其中，讲课：40，实验：〉 课程学分：3 课程分类：必修 开设学期： 三(2) 开课单位：食品学院生物技术系 适用专业：生物工程、食品科学与工程 所需先修课：微生物学、生物化学 课程负责人：韩北忠、刘萍 二、内容简介 《发酵工程》是生物工程专业的一门专业必修课。由于发酵工程是整个生物技术的核心 是工业微生物实现实验室与工厂化生产的具体操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及 方法的一部分，是基因工程及酶工程等生物技术工业化的过程与方法。因此，通过对《发酵 工程》的学习，不仅掌握发酵工程原理及发酵优化控制过程，而且对系统了解生物技术及其 工业化应用都具有深远的意义。另外，通过《发酵工程》实验及发酵工程各论的了解，不仅 能够掌握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反应过程控制方法，而且进一步了解了目 前发酵行业的具体产品生产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够 进行指导与分析。 本课程主要内容为：(1)发酵工程上游技术：南种选育的基本理论与方法：(2)发酵工 程的基本原理，发酵工艺及过程控制方法：(3)发酵工程设备及发酵中试放大：(4)发酵工 程各论简介。 三、教学大纲 1、课堂讲授部分教学内容与要求(40学时) 第一章绪论(2学时) 本章要点：掌握发酵工程的基本知识：了解发酵工程的一般工艺过程和工艺发展趋势。 第二章工业微生物菌种的选育与保藏(4学时) 工业茵种筛选思路、程序及注意事项：培养分离中要解决的问题，自然界细菌、真菌、 放线菌、酵母的分离方法：常用工业菌种有种的方法：诱变、基因转移、基因重组的原理及
发酵工程（Fermentation Engineering） 一、课程概况 课程编号： 课程总学时：56 （其中，讲课：40，实验：16） 课程学分： 3 课程分类： 必修 开设学期： 三（2） 开课单位： 食品学院 生物技术系 适用专业： 生物工程、食品科学与工程 所需先修课：微生物学、生物化学 课程负责人：韩北忠、刘萍 二、内容简介 《发酵工程》是生物工程专业的一门专业必修课。由于发酵工程是整个生物技术的核心， 是工业微生物实现实验室与工厂化生产的具体操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及 方法的一部分，是基因工程及酶工程等生物技术工业化的过程与方法。因此，通过对《发酵 工程》的学习，不仅掌握发酵工程原理及发酵优化控制过程，而且对系统了解生物技术及其 工业化应用都具有深远的意义。另外，通过《发酵工程》实验及发酵工程各论的了解，不仅 能够掌握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反应过程控制方法，而且进一步了解了目 前发酵行业的具体产品生产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够 进行指导与分析。 本课程主要内容为：（1）发酵工程上游技术：菌种选育的基本理论与方法；（2）发酵工 程的基本原理，发酵工艺及过程控制方法；（3）发酵工程设备及发酵中试放大；（4）发酵工 程各论简介。 三、教学大纲 1、课堂讲授部分教学内容与要求（40 学时） 第一章 绪论 （2 学时） 本章要点：掌握发酵工程的基本知识；了解发酵工程的一般工艺过程和工艺发展趋势。 第二章 工业微生物菌种的选育与保藏（4 学时） 工业菌种筛选思路、程序及注意事项；培养分离中要解决的问题，自然界细菌、真菌、 放线菌、酵母的分离方法；常用工业菌种育种的方法；诱变、基因转移、基因重组的原理及
操作方法：不同微生物菌种保藏原理、方法及各自的应用优缺点。本章重点了解工业微生物 菌种选育常用方法及过程，掌握菌种的保藏方式。 第三章发酵工艺条件的优化(4学时) 不同营养因素对微生物生长及代谢的影响，不同用途培养基的确定依据和方法：不同培 养条件对微生物生长及代谢的影响，发酵条件的确定方法：发酵终点的判断原理及方法：工 业微生物菌种培养的类型、主要培养方法及扩大的特点。本章重点掌握发酵工艺的基本原理， 熟悉发酵工艺确定的参数要求，掌握发酵工厂化生产放大对发酵工艺不同要求。 第四章发酵机制(4学时) 微生物的能量及物质代谢及微生物合成与分解代谢对发酵目标产物的影响：微生物的代 谢调节调控与发酵生产。本章重点了解微生物代谢的机理，掌握调节代谢的常规方法。 第五章发酵工程动力学(4学时) 微生物反应过程的主要特征、微生物反应动力学的描述方法，研究发酵动力学的步骤与 方法：发酵动力学分类、各类特点及在发酵工业中的应用：分批发酵、补料发酵及连续发酵 动力学、特点。本章重点掌握发酵过程中优化控制的理论和方法。 第六章发酵工程单元操作(4学时) 灭菌的方法及各方法的原理及其操作控制：空气净化原理，空气除菌方法及发酵生产过 程中制备无菌空气的流程。微生物细胞对氧的需求，对微生物供氧的传递过程，增加溶氧的 措施及溶氧异常分析。本章重点熟悉发酵工艺的控制过程，掌握发酵流程的具体操作方法。 第七章发酵生产的设备(6学时) 嫌气发酵设备种类，设计要求及操作要点：通风发酵罐种类、结构组成、工作原理及操 作、控制：发酵反应器的设计和自动控制。本章重点了解发酵罐的组成及操作，并掌握发酵 罐设计的方法。 第八章发酵中试的比拟放大(2学时) 发酵中试比拟放大的原理，内容及计算依据：中试放大的设备要求：比拟放大的基本方 法。本章重点掌握发酵中试放大的理论依据及方法 第九章发酵工程各论（10学时) 酒精生产工艺学、氨基酸生产工艺学、抗生素生产工艺学、微生物酶制剂生产工艺、 污水生化处理技术。对每个工艺介绍概况、工艺操作要点、对产物影响的主要因素及控制 产物分离提纯主要方法，工艺发展趋势。本章重点了解目前发酵行业中各种工艺的具体操作 过程 2、实验、实习部分敕学内容与要求（共16学时） (1)特定产物工业生产菌种的筛选4学时
操作方法；不同微生物菌种保藏原理、方法及各自的应用优缺点。本章重点了解工业微生物 菌种选育常用方法及过程，掌握菌种的保藏方式。 第三章 发酵工艺条件的优化 （4 学时） 不同营养因素对微生物生长及代谢的影响，不同用途培养基的确定依据和方法；不同培 养条件对微生物生长及代谢的影响，发酵条件的确定方法；发酵终点的判断原理及方法；工 业微生物菌种培养的类型、主要培养方法及扩大的特点。本章重点掌握发酵工艺的基本原理， 熟悉发酵工艺确定的参数要求，掌握发酵工厂化生产放大对发酵工艺不同要求。 第四章 发酵机制 （4 学时） 微生物的能量及物质代谢及微生物合成与分解代谢对发酵目标产物的影响；微生物的代 谢调节调控与发酵生产。本章重点了解微生物代谢的机理，掌握调节代谢的常规方法。 第五章 发酵工程动力学 （4 学时） 微生物反应过程的主要特征、微生物反应动力学的描述方法，研究发酵动力学的步骤与 方法；发酵动力学分类、各类特点及在发酵工业中的应用；分批发酵、补料发酵及连续发酵 动力学、特点。本章重点掌握发酵过程中优化控制的理论和方法。 第六章 发酵工程单元操作 （4 学时） 灭菌的方法及各方法的原理及其操作控制；空气净化原理，空气除菌方法及发酵生产过 程中制备无菌空气的流程。微生物细胞对氧的需求，对微生物供氧的传递过程，增加溶氧的 措施及溶氧异常分析。本章重点熟悉发酵工艺的控制过程，掌握发酵流程的具体操作方法。 第七章 发酵生产的设备 （6 学时） 嫌气发酵设备种类，设计要求及操作要点；通风发酵罐种类、结构组成、工作原理及操 作、控制；发酵反应器的设计和自动控制。本章重点了解发酵罐的组成及操作，并掌握发酵 罐设计的方法。 第八章 发酵中试的比拟放大 （2 学时） 发酵中试比拟放大的原理，内容及计算依据；中试放大的设备要求；比拟放大的基本方 法。本章重点掌握发酵中试放大的理论依据及方法 第九章 发酵工程各论 （ 10 学时） 酒精生产工艺学、氨基酸生产工艺学、抗生素生产工艺学 、微生物酶制剂生产工艺、 污水生化处理技术。对每个工艺介绍概况、工艺操作要点、对产物影响的主要因素及控制， 产物分离提纯主要方法，工艺发展趋势。本章重点了解目前发酵行业中各种工艺的具体操作 过程。 2、实验、实习部分教学内容与要求（共 16 学时） （1）特定产物工业生产菌种的筛选 4 学时
目的：加深对发酵工程上游技术中菌种选有的认识：学会常规选种和有种的方法， 树立科学认真仔细的态度，培养科研协作精神。 内容简介：根据一定的生产目的如抗生素或酶类的生产，建立不同的筛选模型，并 从特定的样品如土壤中筛选出高产适宜的菌株。 要求：全班每个同学都要亲自动手，以目标产物从土壤中分离高产菌株，每人写1 份研究报告。 (2)摇床培养确定菌体培养和营养条件4学时 目的：掌握微生物斜面培养基、种子培养基及发酵培养基确定方法，学会对已确定 菌种确定实验室发酵工艺。 内容简介：筛选微生物最适生长及产物形成的营养条件和培养条件，确定特定产物 发酵的工艺参数。 要求：全班分成5组，每个同学都要亲自动手，研究确定菌种发酵最话培养基及培 养条件，每组交1份实验记录，每人写1份研究报告。 (3)小型发酵中进行产品的分批发酵4学时 目的：掌握发酵罐的操作方法，发解在罐上进行工艺放大的发酵过程。 内容简介：在摇床确定工艺条件的基础上，进行小型发酵罐的放大研究，同时监测 菌种在罐上的分批发酵过程。掌握目前发酵行业基础罐上发酵方法和操作流程。 要求：全班分成5组，每个同学都要亲自动手，各组分别测定发酵过程中每隔一段 时间的基质消耗、产物形成及细胞生长的变化，每组交1份实验记录，每人写1份研 究报告。 (4)流加发酵动力学研究4学时 目的：加深对微生物培养方法的认识，了解流加发酵过程控制方法 内容简介：在分批发酵工艺的基础上，进行不同营养物质在不同时间和不同浓度的 添加，观察菌体生长和产物形成及菌种代谢之间的关系，以获得最佳的发酵代谢调控方 式。 要求：全班分成5组，每个同学都要亲自动手，各组分别测定1种流加发酵程序对 基质消耗、产物形成及细胞生长的变化，每组交1份实验记录，每人写1份研究报告 说明 为使学生既能发挥主观能动性，又具有科研协作精神，暂定考核成绩中小组记录占40%。 个人作业及试验出勤、动手能力等占60%。 3、教材及主要参考书 教材：俞俊業，唐效宣.生物工艺学.华东化工学院出版社.1991 主要参考书： (1)李艳.发酵工业概论.中国轻工业出版社.1999. (2)曹军卫，马辉文.微生物工程.科学出版社.2002
目的：加深对发酵工程上游技术中菌种选育的认识；学会常规选种和育种的方法， 树立科学认真仔细的态度，培养科研协作精神。 内容简介：根据一定的生产目的如抗生素或酶类的生产，建立不同的筛选模型，并 从特定的样品如土壤中筛选出高产适宜的菌株。 要求：全班每个同学都要亲自动手，以目标产物从土壤中分离高产菌株，每人写 1 份研究报告。 （2）摇床培养确定菌体培养和营养条件 4 学时 目的：掌握微生物斜面培养基、种子培养基及发酵培养基确定方法，学会对已确定 菌种确定实验室发酵工艺。 内容简介：筛选微生物最适生长及产物形成的营养条件和培养条件，确定特定产物 发酵的工艺参数。 要求：全班分成 5 组，每个同学都要亲自动手，研究确定菌种发酵最适培养基及培 养条件，每组交 1 份实验记录，每人写 1 份研究报告。 （3）小型发酵罐中进行产品的分批发酵 4 学时 目的：掌握发酵罐的操作方法，发解在罐上进行工艺放大的发酵过程。 内容简介：在摇床确定工艺条件的基础上，进行小型发酵罐的放大研究，同时监测 菌种在罐上的分批发酵过程。掌握目前发酵行业基础罐上发酵方法和操作流程。 要求：全班分成 5 组，每个同学都要亲自动手，各组分别测定发酵过程中每隔一段 时间的基质消耗、产物形成及细胞生长的变化，每组交 1 份实验记录，每人写 1 份研 究报告。 （4）流加发酵动力学研究 4 学时 目的：加深对微生物培养方法的认识，了解流加发酵过程控制方法。 内容简介：在分批发酵工艺的基础上，进行不同营养物质在不同时间和不同浓度的 添加，观察菌体生长和产物形成及菌种代谢之间的关系，以获得最佳的发酵代谢调控方 式。 要求：全班分成 5 组，每个同学都要亲自动手，各组分别测定 1 种流加发酵程序对 基质消耗、产物形成及细胞生长的变化，每组交 1 份实验记录，每人写 1 份研究报告。 说明 为使学生既能发挥主观能动性，又具有科研协作精神，暂定考核成绩中小组记录占 40%， 个人作业及试验出勤、动手能力等占 60%。 3、教材及主要参考书 教材：俞俊棠，唐效宣. 生物工艺学. 华东化工学院出版社. 1991. 主要参考书： （1）李艳. 发酵工业概论. 中国轻工业出版社. 1999. （2）曹军卫, 马辉文. 微生物工程. 科学出版社. 2002
(3)PF斯坦伯里，A惠特克.发酵工艺学原理.中国医药科技出版社.1992 (4)贺小贤.生物工艺原理.化学工业出版社.2003. (5)尹光琳，战立克，赵根楠。发酵工业全书.中国医药科技出版社.1992 4、习题作业安排 各章均有1-2个习题，要求学生独立完成 四、教学大纲说明 1、教学目的与课程的性质和任务 通过对《发酵工程》的学习，可以使学生进一步系统了解发酵工程从培养基配制到发 酵罐生产，直至产品分离等一系列的操作原理及过程。 由于发酵工程是整个生物技术的核心，是工业微生物实现实验室与工厂化生产的具体 操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及方法的一部分，是基因工程及酶工程等生物技 术工业化的过程与方法。因此，通过对《发酵工程》的学习，不仅掌握发酵工程原理及发酵 优化控制过程，而且对系统了解生物技术及其工业化应用都具有深远的意义。 另外，通过《发酵工程》实验及发酵工程各论的了解，不仅能够掌握发酵工艺操作从 小试到放大的具体过程及反应过程控制方法，而且进一步了解了目前发酵行业的具体产品生 产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够进行指导与分析。 ?、课程主要内容、重点及深度 课程重点为发酵机制、发酵工程动力学、发酵工艺控制和发酵生产的设备，其中发酵工 程动力学与发酵工艺控制为本课程难点。 3、散学要求与主要环节 掌握发酵工程的基本原理，熟悉发酵工艺及过程控制方法，了解从实验室操作到工厂化 发酵反应器的操作、控制及设计，明晰发酵产品的提取精制过程。掌握发酵工艺操作的基本 方法和流程，了解从小试到放大所需测定参数及过程控制方法。熟悉现代发酵工业生产产品 的原理与流程。 相关课程有生物反应工程、应用微生物学，生物分离技术 1、本课程以授课为主，教学方法采用多媒体教学、讨论等多种方式进行。 2、本课程考核方式：开卷或闭卷考试 执笔人：刘萍，韩北忠 审定人： 2004年3月制定
（3）P.F.斯坦伯里, A 惠特克. 发酵工艺学原理. 中国医药科技出版社. 1992. （4）贺小贤. 生物工艺原理. 化学工业出版社. 2003. （5）尹光琳, 战立克, 赵根楠. 发酵工业全书.中国医药科技出版社. 1992. 4、习题作业安排 各章均有 1-2 个习题，要求学生独立完成。 四、教学大纲说明 1、教学目的与课程的性质和任务 通过对《发酵工程》的学习，可以使学生进一步系统了解发酵工程从培养基配制到发 酵罐生产，直至产品分离等一系列的操作原理及过程。 由于发酵工程是整个生物技术的核心，是工业微生物实现实验室与工厂化生产的具体 操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及方法的一部分，是基因工程及酶工程等生物技 术工业化的过程与方法。因此，通过对《发酵工程》的学习，不仅掌握发酵工程原理及发酵 优化控制过程，而且对系统了解生物技术及其工业化应用都具有深远的意义。 另外，通过《发酵工程》实验及发酵工程各论的了解，不仅能够掌握发酵工艺操作从 小试到放大的具体过程及反应过程控制方法，而且进一步了解了目前发酵行业的具体产品生 产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够进行指导与分析。 2、 课程主要内容、重点及深度 课程重点为发酵机制、发酵工程动力学、发酵工艺控制和发酵生产的设备，其中发酵工 程动力学与发酵工艺控制为本课程难点。 3、教学要求与主要环节 掌握发酵工程的基本原理，熟悉发酵工艺及过程控制方法，了解从实验室操作到工厂化 发酵反应器的操作、控制及设计，明晰发酵产品的提取精制过程。掌握发酵工艺操作的基本 方法和流程，了解从小试到放大所需测定参数及过程控制方法。熟悉现代发酵工业生产产品 的原理与流程。 相关课程有生物反应工程、应用微生物学，生物分离技术。 1、本课程以授课为主，教学方法采用多媒体教学、讨论等多种方式进行。 2、本课程考核方式：开卷或闭卷考试。 执笔人：刘萍, 韩北忠 审定人： 2004 年 3 月 制定