课程名称：发酵工程
教师所属教学院部：生物工程学院 教师姓名：方华舟
一、教材、参考书及网络教学资源
1. 教材：
《发酵工艺学》，夏焕章编著，中国医药科技出版社2015年第3版
2. 参考书：
《发酵工艺学》，何建勇编著，中国医药科技出版社2009年第2版
《发酵工艺原理》，熊宗贵编著，中国医药科学技术出版社2000年第1版
二、重点难点章节及重点难点基本内容
第一章绪论
（一）学习目标
明确《发酵工程》的学习内容，建立发酵产品生产过程的整体理念，理解该课程在专业学习中的重要地位，激发学生的学习热情；掌握发酵、发酵工程、发酵工业的概念与特征、发酵工业发展简史；了解现代生物技术与发酵工程的关系；熟悉发酵工业范畴和生产流程；了解发酵工业的发展现状与趋向；发酵产品的类型。
（二）知识点及要求
1、掌握发酵与发酵工程的概念；
2、了解发酵工业的发展历史；
3、了解现代生物技术与发酵工程的关系；
4、掌握微生物发酵产品的类型；
5、掌握发酵的基本方法与过程。
（三）重点与难点
1、重点：发酵、发酵工程、发酵工业的概念、发酵工业发展简史，发酵工业范畴和生产流程。
2、难点：发酵工业发展简史，发酵工业生产流程。
第二章菌种选育理论与技术
（一）学习目标
掌握菌种选育的目的和基本理论；掌握自然育种、诱变育种和原生质体技术育种的原理与方法；了解基因工程技术育种的原理与方法。
（二）知识点及要求
第一节概述
1、了解菌种选育的目的；
2、了解菌种选育的基本理论。
第二节自然选育
1、掌握自然选育的一般过程；
2、掌握自然选育的主要步骤。
第三节 诱变育种
1、掌握诱变剂的种类、特点及诱变机制；
2、掌握诱变育种的主要环节；
3、了解突变菌株高产基因的表达。
第四节 原生质体技术育种
了解原生质体技术育种的原理和方法。
第五节 基因工程技术育种
了解基因工程技术育种的原理和方法。
（三）重点与难点
1、重点：菌种选育目的和基本理论，自然选育的主要步骤，诱变机制，诱变育种的主要环节，原生质体的制备，原生质体诱变育种，原生质体的再生，原生质体的融合。
2、难点：基因突变的本质与遗传变异的类型；突变的修复；突变后的表型变化；诱变机制，诱变育种的主要环节，纯种分离和筛选；原生质体的制备与再生，原生质体的融合。
第三章培养基
（一）学习目标
通过本章的学习，掌握发酵生产培养基的组成成份及其在发酵中的作用；掌握工业发酵中培养基的类型；掌握工业发酵培养基的设计与优化方法；掌握影响培养基质量的因素。
（二）知识点及要求
第一节培养基的成分
掌握发酵生产培养基的组成成份及其在发酵中的作用。
第二节培养基的种类
掌握工业发酵中培养基的类型。
第三节培养基的设计和筛选
掌握工业发酵培养基的设计与优化方法。
第四节 影响培养基质量的因素
掌握影响培养基质量的因素。
（三）重点与难点
1、重点：发酵培养基的组成，工业发酵中培养基的类型，发酵培养基设计与优化方法，影响培养基质量的因素。
2、难点：发酵培养基设计与优化方法，影响培养基质量的因素。
第四章灭菌与除菌
（一）学习目标
通过本章学习，要求学生掌握灭菌和除菌的原理和方法；掌握影响灭菌效果的因素及控制方法；重点掌握分批灭菌和连续灭菌的工艺过程及操作要点；了解无菌空气的制备方法；掌握空气介质过滤除菌的工艺过程；了解无菌检查的方法；掌握染菌的处理方法；掌握染菌原因的分析及制服染菌的要点。
（二）知识点及要求
第一节灭菌和除菌的基本原理
掌握高温湿热灭菌、介质过滤除菌等的灭菌原理。
第二节培养基和发酵设备的灭菌
1、掌握影响灭菌效果的因素及控制方法；
2、掌握分批灭菌和连续灭菌的工艺过程及操作要点。
第三节 空气除菌
1、了解无菌空气的制备方法；
2、掌握空气过滤除菌流程。
第四节 无菌检查与染菌的处理
1、了解无菌检查的方法；
2、掌握染菌后的处理方法；
3、掌握污染噬菌体的处理方法。
第五节 制服染菌的要点
1、掌握染菌原因的分析；
2、掌握制服染菌的要点。
（三）重点与难点
1、重点：高温湿热灭菌的原理，空气的介质过滤除菌机制，分批灭菌和连续灭菌的工艺过程及操作要点，染菌的处理方法，染菌原因的分析及制服染菌的要点。
2、难点：分批灭菌和连续灭菌的工艺过程及操作要点，染菌原因的分析及制服染菌的要点。
第五章生产菌种的制备与保藏
（一）学习目标
了解种子扩大培养的必要性与目的，掌握发酵工业生产菌种制备的一般方法及生产菌种生物质量控制措施；掌握菌种保藏的目的与原理及方法；掌握菌种的复壮方法。
（二）知识点及要求
第一节生产菌种的制备过程
1、掌握孢子制备的一般方法；
2、掌握种子制备的一般方法。
第二节生产菌种的质量控制
1、掌握影响孢子质量的因素及其控制措施；
2、掌握影响种子质量的因素及其控制措施。
第三节 生产菌种的保藏
1、掌握菌种保藏的目的与原理及方法；
2、掌握菌种的复壮方法；
3、了解国内外主要菌种保藏机构。
（三）重点与难点
1、重点：种子制备的过程，影响种子质量的因素及其控制措施，菌种保藏的目的与原理及方法，菌种的复壮方法。
2、难点：影响种子质量的因素及其控制措施。
第六章发酵过程中的供氧
（一）学习目标
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；掌握溶解氧、摄氧率和液相体积氧传递系数的测定。
（二）知识点及要求
第一节 发酵过程中氧的需求
1、了解微生物对氧的需求；
2、了解氧在液体中的溶解特性；
3、掌握影响微生物需氧量的因素。
第二节 氧在溶液中的传递
1、了解氧传递的过程与阻力；
2、掌握氧在溶液中的传递理论。
第三节 影响供氧的因素
1、掌握影响氧传递推动力的因素；
2、影响液相体积氧传递系数的因素。
第四节溶解氧、摄氧率和KLa的测定
1、掌握溶解氧浓度的测定；
2、掌握摄氧率的测定；
3、掌握液相体积氧传递系数KLa的测定。
（三）重点与难点
1、重点：氧在溶液中的传递理论，影响氧传递的因素及其控制方法。
2、难点：影响氧传递的因素及其控制方法。
第七章发酵过程的控制
（一）学习目标
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、二氧化碳、基质浓度和泡沫对发酵的影响及其控制方法；了解发酵终点的控制。
（二）知识点及要求
第一节概述
1、了解发酵过程控制的意义；
2、了解发酵过程控制的模式。
第二节微生物的发酵类型
熟悉不同分类依据下微生物的发酵类型。
第三节 发酵过程的工艺参数控制
了解发酵过程的主要控制参数。
第四节 发酵过程中的代谢变化
了解初级代谢、次级代谢的变化规律；
第五节 菌体浓度的影响及其控制
1、了解影响菌体浓度的因素；
2、掌握菌体浓度对发酵产量的影响；
3、掌握最适菌体浓度的确定与控制。
第六节 营养基质的影响及其控制
1、掌握碳源的影响与控制；
2、掌握氮源的影响与控制；
3、掌握磷酸盐的影响与控制。
第七节 温度的影响及其控制
1、理解温度对发酵的影响；
2、掌握影响发酵温度变化的因素、最适温度的选择。
第八节 pH值对发酵的影响及其控制
1、理解pH值对发酵的影响；
2、掌握发酵过程中pH值的变化规律；
3、掌握最适pH值及其选择；
4、了解pH值调节方法。
第九节 溶解氧浓度对发酵的影响及其控制
1、了解溶解氧变化的规律；
2、了解溶解氧在发酵过程控制中的重要作用；
3、理解溶解氧控制对发酵的影响。
第十节 发酵过程的补料控制
1、理解并掌握补料的作用；
2、了解补料控制的内容；
3、掌握补料控制的方式。
第十一节 泡沫对发酵的影响与控制
1、了解泡沫产生的原因；
2、理解泡沫导致的不良后果；
3、熟悉发酵过程中泡沫的消长规律；
4、掌握泡沫的控制；
5、熟悉常用的消沫剂；
6、了解消沫剂的增效措施。
第十二节 发酵终点的控制
了解发酵终点的控制。
（三）重点与难点
1、重点：温度、pH值、泡沫和溶解氧浓度对发酵的影响及其控制方法。
2、难点：温度、pH值、泡沫和溶解氧浓度对发酵的影响及其控制方法。
第八章次级代谢产物的生物合成
（一）学习目标
通过本章学习，要求学生了解初级代谢产物及其特点；理解次级代谢产物及其特点；理解并掌握初级代谢产物与次级代谢产物的关系；了解次级代谢产物的构建单位与合成途径；了解次级代谢产物构建单位的合成、连接与产物合成后的修饰。
（二）知识点及要求
第一节微生物的代谢产物
1、了解初级代谢产物及其特点；
2、了解次级代谢产物及其特点；
3、理解并掌握初级代谢产物与次级代谢产物的关系。
第二节次级代谢产物的构建单位与合成途径
了解次级代谢产物的构建单位与合成途径。
第三节 次级代谢产物的生物合成过程
了解次级代谢产物构建单位的合成、连接与产物合成后的修饰。
（三）重点与难点
1、重点：次级代谢产物及其特点，初级代谢产物与次级代谢产物的关系。
2、难点：初级代谢产物与次级代谢产物的关系。
第九章次级代谢产物生物合成的调控
（一）学习目标
理解并掌握诱导调节的机制；理解并掌握反馈调节的机制；掌握碳分解产物的调节机制；掌握氮分解产物的调节机制；掌握磷酸盐的调节机制；了解菌体生长速率与化学调节因子的调节机制。
（二）知识点及要求
第一节 诱导调节与反馈调节
1、理解并掌握诱导调节的机制；
2、理解并掌握反馈调节的机制。
第二节 营养物质对生物合成的调节
1、掌握碳分解产物的调节机制；
2、掌握氮分解产物的调节机制；
3、掌握磷酸盐的调节机制。
第三节 菌体生长速率与化学调节因子的调节
了解菌体生长速率与化学调节因子的调节机制。
（三）重点与难点
1、重点：诱导调节的机制；反馈调节的机制；碳分解产物的调节机制；氮分解产物的调节机制；磷酸盐的调节机制。
2、难点：诱导调节的机制；反馈调节的机制
三、导读基本要求
1.学生自学笔记要求：菌种选育理论与技术、生产菌种的制备、发酵过程的控制、次级代谢产物生物的合成与调控五章内容是重点，请写出自学笔记，包括基本公式及基本概念及应用的典型计算题，字数要求达到5000字。
2.辅导答疑安排：第9-14周的每周四第9～10节课。
四、作业题（不少于60大题）
1、发酵的概念；
2、什么是初级代谢产物；
3、什么是次级代谢产物；
4、微生物转化的内容及主要产品类型；
5、什么是生物细胞发酵？
6、简述发酵工业简史及主要人物对发酵工业的重要贡献；
7、培养基的概念及主要类型；
8、简述设计培养基必须坚持的基本原则；
9、简述孢子培养基、种子培养基、发酵培养基的主要特点；
10、什么是生长因子；
11、什么是前体，有何作用？
12、什么是产物促进剂和抑制剂？有何作用？
13、简述菌种保藏的基本原理和菌种保藏方法。
14、什么是呼吸强度，有何意义？
15、影响微生物需氧的因素有哪些？如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平？
16、什么是补料分批培养，有什么特点？
17、泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？
18、与分批发酵相比，连续培养有何优缺点？
19、什么是发酵热，如何进行控制？
20、发酵过程温度的选择有什么依据？
21、发酵中泡沫形成的原因是什么？常用的消泡剂有哪几类？：
22、发酵操作方式可分为分批、流加和连续三种，试述三种方法的优缺点。
23、什么是染菌，如何进行控制？
24、什么是溶液溶解氧的饱和浓度？
25、简述发酵工业对菌种的要求。
26、发酵过程为什么要补料？补料过多或过少对发酵有什么影响？
27、生长偶联型发酵有什么特点？菌体生长、原料消耗、产物合成三者之间有什么关系？
28、什么是呼吸临界氧浓度？
29、简述从自然界中选育菌种的主要步骤。
30、发酵过程中pH变化有哪些规律？
31、非生长偶联型发酵有什么特点？菌体生长、原料消耗、产物合成三者之间有什么关系？
32、有一发酵罐内装40m3培养基，在121℃下进行实罐灭菌。原污染程度为每毫升培养基中含有耐热细菌2.0×105个，已知121℃时灭菌速度常数为k=1.8min-1，试求灭菌时间。若对培养基改为连续灭菌，灭菌温度为131℃，k=15min-1，求灭菌时间。
33、某发酵工厂现有保藏在沙土管中的休眠孢子，试论述如何将其制备为发酵种子。
34、不同时间染菌对发酵有什么影响，染菌如何控制？
35、有一发酵罐内装40m3培养基，在131℃下进行连续灭菌。经测定每毫升培养基中含有耐热的芽孢菌数为2.0×107个，131℃时灭菌速率常数为12min-1，求灭菌时间。若对培养基改为实罐灭菌，灭菌温度为121℃，k=1.5min-1，求灭菌时间。
36、发酵工业对种子进行扩大培养的目的和要求是什么？试论述如何达到这些目的和要求？
37、控制发酵温度是微生物发酵生产的重要条件之一。试论述如何选择最适发酵温度？
38、请简述工业化生产对菌种的要求有哪些？
40、请简述工业生产对发酵培养基的要求。
41、请解释在发酵培养基中添加产物促进剂为什么能够提高产量？
42、请简述培养基设计的步骤。
43、请简述实验室种子制备阶段培养物选择的原则。
44、请简述生产车间种子制备阶段培养基选择的原则。
45、某菌株的比生长速率为0.15h-1，试求该微生物的倍增时间。
46、设计一个筛选某一产酶菌株的实验方案。
47、有一100m3培养基，在131℃下进行连续灭菌。设每毫升培养基中含有耐热菌的芽孢数为1.0×107个，131℃时灭菌速率常数为0.25s-1。试求灭菌失败概率为0.001时所需的灭菌时间。
48、氧从气相传递到细胞内要克服哪些阻力？
49、简述对数残留定律的主要内容。
50、简述工业发酵染菌的危害。
51、空气除菌的主要方法有哪些？
52、请简述补料分批发酵的优点有哪些？
53、作为理想消泡剂应具有哪些条件？
54、有一发酵罐内装40m3培养基，在121℃温度下进行实罐灭菌。原污染程度为每1mL有2*105个耐热细菌芽孢，121度时灭菌速度常数为1.8min-1。求灭菌失败机率为0.001时所需要的灭菌时间。
55、按物理性质可将培养基分为哪几类？各有何用途？
56、.细菌群体从开始生长到死亡分为哪四个时期？
57、简述菌种保藏的原理。
58、常用的碳源有哪些？各自有何特点？
59、什么是生理性酸性物质？什么是生理性碱性物质？
60、种子扩大培养的一般步骤？
61、种子扩大培养的目的是什么？
62、发酵过程糖代谢、氮代谢有什么规律，为什么？
63、发酵过程为什么要补料？补些什么？
64、试论述污染噬菌体对发酵的影响及其产生的原因。
65、试论述发酵工业上噬菌体污染的防治措施。
66、什么是反馈抑制？如何克服反馈抑制？
67、在某菌种发酵生产中，最近发现发酵过程中糖氮的消耗减慢了，发酵周期延长了，产品得率下降，试分析可能的原因，并进一步验证和提出解决的办法。
68、什么是实罐灭菌？有何特点？
69、简述次级代谢产物的生物合成过程。
70、简述碳分解产物的调节机制。
