微生物工程课程教学大纲.doc

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：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：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: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
教学手段：多媒体教学
教学方法：讨论与讲授结合法
作业：
2．pH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
2．Glu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：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: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
4
6
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
8
3
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
12
3
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
2

2
2
发酵工业菌种
4
4

8
3
微生物代谢理论及应用
4

4
4
微生物发酵动力学
4
8

12
5
发酵培养基及原料精制
4

4
6
发酵过程的工艺控制
4
12

16
7
氨基酸发酵
4

4
8
核苷与核苷酸发酵
4

4
9
有机酸发酵
4

4

习题课

2

2
合计

34
24

2

60
七、课程考核方法及要求
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
7
7