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1、微生物工程课程教学大纲课程名称：微生物工程(Microbiology Engineering)课程编码：1313073214课程类别：专业课总学时数:60课内实验时数：24学分:2。5开课单位:生命科学学院生物技术教研室适用专业：生物技术适用对象:本科（四年）一、课程的性质、类型、目的和任务微生物工程又称发酵工程，是生物技术专业的专业必修课.发酵工程是一门综合性很强的课程，涉及到数学、化学、生物学、生物化学、微生物学、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实践密切结合。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
2、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，配合实验的实践环节，也要求学生建立实际生产的概念,在实践中巩固本课程的教学效果，学生利用实验、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。二、本课程与其它课程的联系与分工本课程与微生物学、生物化学、高等数学、物理化学、化工原理、有机化学等课程有联系,宜在前述课程开设后开设。三、教学内容及教学基本要求1表示“了解”;2表示“理解”或“熟悉”；3表示“掌
3、握;表示自学内容；表示略讲内容;第一章绪论发酵工程定义1;发酵工程的发展史1；发酵工程的特点3；发酵工程的分类及应用2；发酵工程与现代生物技术的关系1；国内外发酵工业概况及其发展趋势1；重点：发酵工程的特点难点:发酵工程与现代生物技术的关系教学手段:多媒体教学教学方法：讨论与讲授结合法作业:1发酵工程的传统概念与现代意义上的概念各指什么?2发酵工程与传统酿造、化学工程相比有什么特点？课外活动:查阅一种发酵产品的发展现状及与世界先进水平的差距。第二章发酵工业菌种第一节发酵工业常用微生物及要求工业用微生物菌种的特点及要求1;工业用微生物菌种的分类2;发酵工业常用微生物3；重点：工业用微生物菌种的特
4、点及要求难点:工业用微生物菌种的特点及要求教学手段：多媒体教学教学方法：讲授法作业：1发酵工业对菌种的要求有哪些？第二节菌种的选育与保藏菌种选育的目的1；菌种选育方法1；自然选育的目的、方法和步骤3；菌种的保藏1；重点：自然选育的方法难点：自然选育的方法教学手段：多媒体教学教学方法：讲授法作业：1什么是自然选育？2自然选育的目的、方法和步骤思考题：4、自然选育在实际生产中的意义是什么？第三节菌种的退化与复壮什么是菌种的退化1;退化的表现形式2；菌种退化的原因3；防治菌种退化的措施3；工业生产菌的复壮2；重点：菌种退化的原因难点：防治菌种退化的措施教学手段:多媒体教学教学方法：讲授法作业：1菌种
5、复壮的措施有哪些？2如何防止菌种衰退？第四节菌种活化与扩大培养种子扩培的目的和要求1；种子扩大培养的过程3;影响种子质量的因素2；判定种子质量的指标1；种子质量的控制措施1；重点:种子扩大培养的过程难点:影响种子质量的因素教学手段：多媒体教学教学方法:讲授法作业：1种子扩大培养的目的与作用是什么？思考题：什么是接种量、菌龄、种子罐级数？分别对发酵有何影响?第三章微生物代谢理论及应用第一节微生物代谢的调节酶活性调节1；酶合成的调节1;分枝生物合成途径的调节2；能荷调节1;营养阻遏3；初级代谢与次级代谢的关系；次级代谢产物生物合成中的主要调控机制;重点：分枝生物合成途径的调节难点：营养阻遏教学手段
6、:多媒体教学教学方法:讲授法第二节微生物代谢的人工控制发酵条件的控制1；改变细胞透性2;菌种遗传特性的改变3；重点：菌种遗传特性的改变难点：改变细胞透性教学手段:多媒体教学教学方法：讲授法作业：1什么是营养阻遏？有营养阻遏时会出现什么现象？2人工控制微生物代谢的措施包括哪些？第四章微生物发酵动力学第一节分批发酵动力学发酵动力学概念2；发酵动力学研究的内容1；比生长速率 3;发酵动力学方程2；得率系数1；重点：比生长速率难点：发酵动力学概念教学手段：多媒体教学教学方法：讲授法第二节连续发酵动力学连续发酵1;单级连续培养动力学1；冲溃现象2；连续培养的自平衡调节3；补料分批发酵的优点及应用1；重点
7、：连续培养的自平衡调节难点:单级连续培养动力学教学手段:多媒体教学教学方法:讨论法作业:1什么是连续发酵和补料分批发酵?2什么是发酵动力学？3什么是冲溃现象?思考题:什么条件下可以实现自平衡条件，如何解释自平衡调节？第五章发酵培养基及原料精制第一节发酵工业培养基发酵培养基主要成分的作用和来源；碳源调节；氮源调节及与碳源利用的关系；碳氮比例调节；前体的调节1；促进剂和抑制剂;补料2；工业发酵培养基的类型3;重点：工业发酵培养基的类型难点:补料教学手段：多媒体教学教学方法：讲授法第二节淀粉糖制备原理及技术酸解法1；酶解法2；酸酶结合法2；淀粉水解理论3;喷射液化法2；实例1;重点：淀粉水解理论难点
8、：喷射液化法教学手段:多媒体教学教学方法：讨论与讲授结合法作业:1、淀粉双酶法水解为什么要控制液化程度？ 2、淀粉水解一般有几种工艺？各有何特点?思考题：3、淀粉为什么要先糊化再液化?第六章发酵过程的工艺控制第一节温度对发酵的影响及其调控温度对发酵的影响2；影响发酵温度的因素3；发酵热的测定1；最适发酵温度选择与控制3；重点：影响发酵温度的因素难点：温度对发酵的影响教学手段：多媒体教学教学方法:讨论与讲授结合法作业：1温度对发酵有何影响？第二节pH对发酵的影响及其调控pH对发酵的影响3；影响发酵pH的因素1;最适发酵pH的选择与控制2;重点：pH对发酵的影响难点:最适发酵pH的选择与控制教学手
9、段：多媒体教学教学方法：讨论与讲授结合法作业：2pH对发酵有何影响？第三节氧对发酵的影响及其调控基本概念1；氧的传递途径与传质阻力1；氧的传递动力学方程2；提高氧传递效率的途径3；重点:提高氧传递效率的途径难点：氧的传递动力学方程教学手段：多媒体教学教学方法：讲授法作业：3增加挡板的作用是什么？4提高溶氧浓度的措施?思考题：如何测定溶氧系数?第四节二氧化碳和泡沫对发酵的影响与控制泡沫的产生1；泡沫对发酵的影响3；影响泡沫的因素2;机械消泡法1；化学消泡法2;重点:泡沫对发酵的影响难点:影响泡沫的因素教学手段：多媒体教学教学方法：讲授法作业：6泡沫会给发酵过程带来哪些副作用?7化学消泡剂主要有哪
10、几种类?思考题:为什么汽水不产生泡沫?第七章氨基酸发酵第一节谷氨酸发酵谷氨酸的生物合成途径1；谷氨酸产生菌的生化特征3；谷氨酸生物合成的最理想途径2;谷氨酸发酵的外在因素1；原料及菌种1；谷氨酸发酵工艺3；重点：谷氨酸产生菌的生化特征难点：谷氨酸生物合成的最理想途径教学手段:多媒体教学教学方法：讨论与讲授结合法作业:1简述Glu生物合成过程2Glu发酵为什么应封闭DCA 循环?3写出在Glu生物合成过程中存在的两个共轭反应，并标注所需的酶思考题：提高Glu产率的关键是什么?第二节赖氨酸发酵赖氨酸生物合成途径3；赖氨酸的生物合成机制2；赖氨酸生产菌的育种途径2;重点:赖氨酸生产菌的育种途径难点：
11、赖氨酸的生物合成机制教学手段：多媒体教学教学方法：讨论与讲授结合法作业：赖氨酸生物合成存在哪两种途径思考题：赖氨酸生产菌TCA循环能否缺失,为什么?第八章核苷与核苷酸发酵第一节核苷酸的生物合成途径嘌呤核苷酸的全合成途径3;枯草杆菌嘌呤核苷酸合成途径2；产氨短杆菌嘌呤核苷酸合成途径2;核苷酸生物合成的补救途径1;重点：枯草杆菌嘌呤核苷酸合成途径难点：产氨短杆菌嘌呤核苷酸合成途径教学手段：多媒体教学教学方法:讲授法第二节嘌呤核苷酸生物合成的代谢调节机制枯草杆菌嘌呤核苷酸生物合成的调节机制3；产氨短杆菌嘌呤核苷酸生物合成的调节机制 2；细胞膜通透性调节;重点：枯草杆菌嘌呤核苷酸生物合成的调节机制难点
12、：细胞膜通透性调节教学手段：多媒体教学教学方法:讲授法作业：1图示枯草杆菌嘌呤核苷酸合成途径并标注重要的酶2图示产氨短杆菌嘌呤核苷酸合成途径3比较途经1和2的区别 思考题：参与核苷酸生物合成的补救途径主要的酶及其催化反应第三节核苷及核苷酸的生产及育种肌苷肌苷酸的生产方法及育种途径3；鸟苷和鸟苷酸的生产及育种途径2；肌苷发酵及提取工艺1;重点：肌苷肌苷酸的育种途径难点：鸟苷和鸟苷酸的育种途径教学手段：多媒体教学教学方法：讲授法作业：选育鸟苷产生菌必须满足的条件第九章有机酸发酵第一节乳酸发酵乳酸的发展和现状1；乳酸的性质1；用于乳酸生产的微生物2;乳酸发酵类型2;乳酸生产工艺3；乳酸细菌和真菌发酵
13、生产乳酸的比较3;重点：乳酸生产工艺难点:乳酸发酵类型教学手段：多媒体教学教学方法:讨论与讲授结合法作业：1什么是乳酸菌？2比较乳酸菌和真菌发酵生产乳酸的区别第二节柠檬酸发酵柠檬酸的理化性质及用途1；柠檬酸发酵的生产菌种1;柠檬酸的生物合成途径与调节3;柠檬酸发酵的原料1;柠檬酸发酵的生产工艺2；重点:柠檬酸发酵的生产工艺难点：柠檬酸的生物合成途径与调节教学手段：多媒体教学教学方法：讲授法作业：3简述由葡萄糖生物合成柠檬酸的途径4简述黑曲霉能够大量积累柠檬酸的机理四、课内实验内容及教学基本要求详见微生物工程课程实验教学大纲。五、课内实验进程安排序号项目名称主要内容摘要实验学时每组人数实验类型实
14、验要求1小型发酵罐的使用生物反应器的结构与功能、生物反应器安装和拆卸的操作规程、pH电极的校正、氧电极的校正46验证性必做2酸奶发酵菌种的活化、发酵培养基的制备、接种与发酵、指标测定83设计性必做3摇床深层培养试验斜面培养基、种子培养基制备、接种发酵、发酵过程指标检测123综合性必做小计24六、学时分配表章序课程内容理论学时实验学时上机学时课外学时习题学时考核学时小计1绪论222发酵工业菌种4483微生物代谢理论及应用444微生物发酵动力学48125发酵培养基及原料精制446发酵过程的工艺控制412167氨基酸发酵448核苷与核苷酸发酵449有机酸发酵44习题课22合计3424260七、课程考
15、核方法及要求1考核方式：考试；2考核方法:笔试;3成绩评定：总评成绩100分平时30分期末考试70分平时成绩：考勤考纪:10分作业5分每次作业占1分；实验15分每项实验占5分,其中,预习报告占20,实验过程占40，实验报告40%。八、选用教材及参考书（资料）教材：微生物工程.陈必链主编。科学出版社，2011年版参考书目:1微生物工程工艺原理. 姚汝华主编。 华南理工大学出版社，2005年第二版2食品发酵与酿造工艺学.何国庆主编.中国农业出版社，2011年版第二版3微生物工程原理。肖冬光主编。中国轻工业出版社，2004年版4微生物工程。曹军卫主编。 科学出版社， 2002年版5微生物工程.焦瑞身主编。化学工业出版社,2003年版77