生物工艺学教学大纲

《生物工艺学》教学大纲

Biotechnology

课程代码：045024 学时：48 学分：3 理论学时：48 实验或讨论学时：0 适用专业：生物工程 课程性质：必修 撰稿人：成堃 审定人：王怀友

一、课程说明

（一）课程性质、地位与任务

本课程是生物工程专业的核心课程，其目的是通过讲授菌种分离、微生物遗传育种新技术、种子扩大培养工艺、发酵工艺监控、生物反应动力学等，使学生掌握生物技术的基本原理和技术，提高分析和解决实际生产问题的能力，为今后从事专业工作打下坚实的理论基础。 （二）课程教学的基本要求

通过本课程的学习，学生应掌握菌种的分离筛选、生产菌种的选育、发酵生产上种子的扩培、培养基的灭菌、工艺监控等内容，注意培养学生将知识融会贯通、理论联系实际的能力。

二、教学内容与学时分配

（一）课程理论教学

第一章 生物技术概论 2学时 知识点：生物技术的内涵与特性，生物技术的发展过程，微生物系统，酶系统，动物细胞系统，生物技术的进展，生物技术的应用，现代生物技术在各个领域中的应用，其他领域的生物技术。

本章小结

重点：生物技术的基础。 难点：发酵工艺的放大。

思考题：简述生物技术的发展过程。

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建议教学方法：讲授、练习相结合。

第二章 菌种来源 1学时 知识点：菌株分离应遵循的原则，放线菌的分离，放线菌分离源的选择，用于分离放线菌的预处理技术，土壤中细菌的直接分离，植物中细菌的直接分离，水生细菌的分离，真菌直接分离技术，空气中真菌的分离。

本章小结

重点：选择合适的培养基和恰当的培养条件进行菌种的分离。 难点： 菌种分离时分离方法的选择。 思考题：简述如何从土壤中分离放线菌。 教学方法：讲授、练习相结合。

第三章 新技术育种原理及其进展 3学时 第一节 遗传育种 1学时 知识点：传统诱变育种，传统诱变剂，诱变方法，诱变最佳化，诱变剂专一性，诱变对象的选择和预处理，基因工程育种，基因工程育种的原理和方法，操纵调节基因，转座子突变，原生质体融合。

第二节 突变株筛选技术 1学时 知识点：随机筛选，形态和色素突变株的筛选，营养缺陷型突变株的筛选，耐受抗代谢物突变株的筛选，抗营养阻遏突变株的筛选，渗透性突变株的筛选。

第三节 遗传学新技术 1学时 知识点：基于基因组的菌株重建，代谢工程，组学技术，大规模平行信号测序，定向进化，分子育种技术，全基因组改组，组合生物合成。

本章小结

重点：基因工程育种的原理和方法 难点：不同突变株筛选方法的选择 思考题：简述易错PCR的原理。 教学方法：讲授、练习相结合。

第四章 种子扩大培养 4学时 第一节 种子制备工艺 2学时 知识点：实验室种子制备，生产车间种子制备，种子罐级数的确定，种子对发酵的影响。

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第二节 影响种子质量的因素 2学时 知识点：原材料对种子质量的影响，培养基成分对种子质量的影响，培养条件对种子质量的影响，种子保藏对种子质量的影响，接种方法对种子质量的影响。

本章小结

重点：实验室、生产车间种子制备工艺流程。 难点：影响种子质量的因素。

思考题：简述生产车间种子制备的工艺流程。 教学方法：讲授、练习相结合

第五章 发酵工艺监控 8学时 第一节 影响发酵的因素 2学时 知识点： 温度对产物合成的影响，发酵过程中pH变化的规律，最适pH的选择，溶氧，溶氧作为发酵异常的指示，溶氧的控制，CO2对发酵的影响，呼吸商与发酵的关系，补料的策略，补料的判断和依据，比生长速率菌丝生长形式，物理因素，氧化还原电位。

第二节 发酵过程的监控 2学时 知识点：过程监控方式，泡沫的产生与影响，泡沫的控制，发酵终点的判断与自溶的监测，发酵染菌的防治及处理。

第三节 发酵过程的综合控制与优化 2学时 知识点：补料的优化，补料分批培养中生产经济上的优化。

第四节 发酵工程实时控制技术进展 2学时 知识点：发酵过程的非线性系统控制策略，发酵过程参数的相关分析，计算机在发酵监控方面的应用。

本章小结

重点：影响发酵的因素。 难点：对工业发酵过程的监控。 思考题：简述 CO2对发酵的影响。 教学方法：讲授、练习相结合

第六章 培养基灭菌与空气除菌 4学时 第一节 过滤法培养基灭菌 2学时 知识点：过滤除菌的原理，微滤膜的选择与使用。

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第二节 加热法灭菌 2学时 知识点：分批灭菌，分批灭菌的操作，分批灭菌的计算，连续灭菌，连续灭菌的工艺流程。

本章小结

重点：过滤除菌的原理。 难点：连续灭菌的工艺流程。 思考题：简述连续灭菌的工艺流程。 教学方法：讲授、练习相结合。

第七章 生物反应动力学 8学时 第一节 微生物生长动力学 2学时 知识点：生长速率，生长的非结构模型，基质消耗动力学，代谢产物的生成动力学。

第二节 酶促反应动力学 2学时 知识点：单底物酶促反应动力学，多底物酶促反应动力学，酶的失活动力学。 第三节 分批发酵动力学 2学时 知识点：反应速率，生长动力学，延滞期，指数生长期和Monod方程，设计发酵过程的原则。

第四节 连续培养动力学 2学时 知识点：单级连续培养，细胞回流时的单级连续培养，二级连续培养，多级CSTR串联。

本章小结

重点：分批发酵动力学、连续培养动力学中公式的推导。 难点：利用反应动力学公式求解参数。 思考题：Monod模型的假设条件有哪些？ 教学方法：讲授、练习相结合。

第八章 培养装置 6学时 知识点：机械搅拌反应器，通用式发酵罐，塔式反应器，环流反应器，反应器设计与分析，混合特性与参数，氧传递特性参数，热量传递特性。

本章小结

重点：典型的通用式发酵罐的结构与尺寸。

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难点：反应器的设计与分析。

思考题： 简述设计生物反应器的基本要求 教学方法：讲授、练习相结合。

第九章 氨基酸 4学时 第一节 谷氨酸的生产工艺 2学时 知识点：谷氨酸发酵生产的工艺流程，谷氨酸发酵的原料预处理，谷氨酸发酵培养基的配制，谷氨酸发酵生产的工艺条件及其控制，谷氨酸的分离、提取和味精制造。

第二节 赖氨酸的生产工艺 2学时 知识点：种子的扩大培养，发酵培养基，赖氨酸发酵工艺条件，赖氨酸的提取和精制。

本章小结

重点：谷氨酸、赖氨酸的生产工艺流程。 难点： 氨基酸发酵的工艺条件。

思考题： 简述赖氨酸发酵生产时，种子的扩大培养工艺。 教学方法：讲授、练习相结合。

第十章 基因工程菌高密度培养技术 6学时 知识点：大肠杆菌表达系统常用表达载体，表达宿主菌，培养基，培养基设计原则，碳氮比优化，培养条件控制，高密度培养减少副产物形成策略，高密度培养策略。

本章小结

重点：高密度培养策略。

难点：高密度培养减少副产物形成策略。 思考题：简述培养基设计的原则。 教学方法：讲授、练习相结合。

三、考核方式及成绩评定

平时成绩：习题作业/课堂提问/课堂讨论； 结课后考试：闭卷；

总成绩评定办法：平时30%/考试70%。

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附：教学参考资料 1.选用的教材：

储炬，李友荣，现代生物工艺学，华东理工大学出版社，2008年3月，第1版。 2.主要参考书：

[1]施巧琴，吴松刚，工业微生物育种学，科学出版社，2009年3月，第3版。 [2]贾士儒，生物反应工程原理，科学出版社，2015年8月，第4版。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7adt.html