本科生課程大綱課程名稱發(fā)酵工程（FermentationEngineering）課程代碼081703101331課程屬性專業(yè)知識(shí)課時(shí)/學(xué)分48/3課程性質(zhì)必修實(shí)踐學(xué)時(shí)0責(zé)任教師課外學(xué)時(shí)0一、課程介紹1.課程描述本課程為食品科學(xué)與工程學(xué)院生物工程專業(yè)必修課，依托食品科學(xué)與工程學(xué)院研究背景，以發(fā)酵過(guò)程的基本原理為基礎(chǔ)，以發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用為特色進(jìn)行教學(xué)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們掌握工業(yè)發(fā)酵調(diào)控的基礎(chǔ)理論與方法，能夠運(yùn)用本課程知識(shí)闡述微生物的代謝調(diào)節(jié)與發(fā)酵規(guī)律，解釋影響發(fā)酵過(guò)程的各種因素，理論聯(lián)系實(shí)際去分析和解決與發(fā)酵工程有關(guān)的具體問題，提高科學(xué)研究和創(chuàng)新實(shí)踐的能力。2.設(shè)計(jì)思路 本課程以發(fā)酵過(guò)程為主線，以發(fā)酵過(guò)程的各主要組成部分為教學(xué)模塊，通過(guò)理論講解、實(shí)例介紹和文獻(xiàn)閱讀的結(jié)合，使同學(xué)們?cè)谏钊肜斫獍l(fā)酵工程理論知識(shí)的同時(shí)，對(duì)發(fā)酵工程的實(shí)際應(yīng)用也有相應(yīng)的認(rèn)識(shí)，讓同學(xué)們掌握作為發(fā)酵工程師的基本方法和技能，為將來(lái)從事發(fā)酵相關(guān)的科學(xué)研究或工業(yè)生產(chǎn)提供良好的知識(shí)儲(chǔ)備和理論基礎(chǔ)。課程內(nèi)容包括六個(gè)模塊：發(fā)酵菌種的制備與保藏、發(fā)酵培養(yǎng)基與無(wú)菌空氣的制備、發(fā)酵種子的制備與發(fā)酵工藝調(diào)控、發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與控制、厭氧發(fā)酵與固態(tài)發(fā)酵、發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用。（1）發(fā)酵菌種的制備與保藏 學(xué)習(xí)發(fā)酵常用的菌種、發(fā)酵菌種的篩選方法、發(fā)酵菌種的育種方法（隨機(jī)誘變育種、原生質(zhì)體融合育種、基因工程育種）、發(fā)酵菌種的保藏原理與方法、微生物的代謝調(diào)節(jié)方式及代謝調(diào)控方法等內(nèi)容，使同學(xué)們能夠掌握菌種制備和保藏技術(shù)，同時(shí)理解菌種的代謝特性，為發(fā)酵過(guò)程的調(diào)控打下基礎(chǔ)。（2）發(fā)酵培養(yǎng)基及無(wú)菌空氣的制備 學(xué)習(xí)發(fā)酵培養(yǎng)基的組成成分、各種培養(yǎng)基成分的確定、淀粉糖與纖維素糖的制備、發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌原理與滅菌方法、無(wú)菌空氣的制備原理與制備方法、無(wú)菌空氣的制備設(shè)備等內(nèi)容，使同學(xué)們能夠根據(jù)發(fā)酵要求進(jìn)行培養(yǎng)基的配制與滅菌，同時(shí)掌握無(wú)菌空氣的制備原理與方法，以保證后續(xù)發(fā)酵過(guò)程的順利進(jìn)行。（3）發(fā)酵種子的制備與發(fā)酵工藝調(diào)控 學(xué)習(xí)發(fā)酵種子的活化與擴(kuò)大培養(yǎng)技術(shù)、發(fā)酵過(guò)程的分類和特點(diǎn)、重要發(fā)酵參數(shù)（溫度、pH、溶氧）對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響、發(fā)酵過(guò)程中氧的供需、發(fā)酵過(guò)程泡沫的控制、發(fā)酵過(guò)程染菌的防治、基因工程菌的發(fā)酵技術(shù)、發(fā)酵過(guò)程的動(dòng)力學(xué)特征等內(nèi)容，使同學(xué)們?nèi)嬲莆瞻l(fā)酵過(guò)程的特點(diǎn)和調(diào)控方法，對(duì)以后的研究和生產(chǎn)起到重要的指導(dǎo)作用。（4）發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與控制 學(xué)習(xí)參數(shù)的分類和測(cè)定方法、多尺度參數(shù)監(jiān)測(cè)的原理與方法、參數(shù)耦合相關(guān)的規(guī)律、參數(shù)變化與發(fā)酵過(guò)程的相關(guān)特性、多尺度參數(shù)監(jiān)測(cè)與控制的實(shí)際應(yīng)用等內(nèi)容，使同學(xué)們?cè)谙到y(tǒng)掌握整個(gè)發(fā)酵過(guò)程的同時(shí)，熟練運(yùn)用各種發(fā)酵參數(shù)監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程的相應(yīng)變化，通過(guò)表象的參數(shù)分析本質(zhì)上的發(fā)酵規(guī)律，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)定向高效的發(fā)酵調(diào)控打下基礎(chǔ)。（5）厭氧發(fā)酵與固態(tài)發(fā)酵 學(xué)習(xí)厭氧發(fā)酵與固態(tài)發(fā)酵的基本特點(diǎn)、發(fā)酵過(guò)程和發(fā)酵設(shè)備，使同學(xué)們?cè)谙到y(tǒng)學(xué)習(xí)液態(tài)深層好氧發(fā)酵的同時(shí)，對(duì)厭氧發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵的過(guò)程特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，為在生產(chǎn)中針對(duì)不同發(fā)酵形式靈活運(yùn)動(dòng)課程知識(shí)分析和解決問題打下理論基礎(chǔ)。（6）發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用 對(duì)重要的發(fā)酵食品工業(yè)，如發(fā)酵谷物制品、發(fā)酵果蔬制品、發(fā)酵豆制品、發(fā)酵乳制品、發(fā)酵水產(chǎn)品以及微生物源功能食品及食品添加劑進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，使同學(xué)們掌握經(jīng)典發(fā)酵食品的發(fā)酵工藝，為進(jìn)一步參與研究與進(jìn)行生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。3.課程與其他課程的關(guān)系 先修課程：化工原理，生化工程，生物化學(xué)，微生物學(xué)。本課程與這四門課程密切相關(guān)，構(gòu)成了生物工程系列課程群。發(fā)酵工程是結(jié)合了生物科學(xué)領(lǐng)域理科基礎(chǔ)理論和工科計(jì)算應(yīng)用的綜合性課程，是先修的四門課程的交叉綜合應(yīng)用，只有在完成前面四門課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，發(fā)酵工程的課程教學(xué)和學(xué)習(xí)才能達(dá)到較好的效果。二、課程目標(biāo) 本課程的目標(biāo)是使生物工程專業(yè)同學(xué)們掌握發(fā)酵工程的相關(guān)理論知識(shí)和技術(shù)，達(dá)到能靈活應(yīng)用課程知識(shí)解決發(fā)酵過(guò)程實(shí)際問題的要求，培養(yǎng)符合國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的生物類工科技術(shù)人才。 （1）通過(guò)教學(xué)使學(xué)生充分理解學(xué)習(xí)“發(fā)酵工程”的重要意義，真正體會(huì)到“發(fā)酵工程”是現(xiàn)代生物技術(shù)的基礎(chǔ)。 （2）掌握發(fā)酵工程的典型過(guò)程及其基本原理和基本技術(shù)，了解發(fā)酵工程廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域與學(xué)科的發(fā)展方向。 （3）能夠理論聯(lián)系實(shí)際去分析和解決發(fā)酵工程中的具體問題，可以勝任生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中新菌種和新工藝的開發(fā)工作。三、學(xué)習(xí)要求 要完成所有的課程任務(wù)，學(xué)生必須：（1）按時(shí)上課,上課認(rèn)真聽講，積極參與課堂討論和隨堂練習(xí)。本課程將包含較多的隨堂練習(xí)、討論、小組作業(yè)展示等課堂活動(dòng)。 （2）按時(shí)完成常規(guī)作業(yè)。這些作業(yè)要求學(xué)生按書面形式按時(shí)提交，延期提交作業(yè)需要提前得到任課教師的許可。（3）完成教師布置的一定量的閱讀文獻(xiàn)和背景資料，其中大部分內(nèi)容要求以小組合作形式完成。這些作業(yè)能加深對(duì)課程內(nèi)容的理解、促進(jìn)同學(xué)間的相互學(xué)習(xí)、并能引導(dǎo)對(duì)某些問題和理論的更深入探討。四、教學(xué)進(jìn)度序號(hào)主題計(jì)劃課時(shí)主要內(nèi)容概述1緒論2發(fā)酵工程的定義及發(fā)展史發(fā)酵工程的特點(diǎn)及其研究范疇工業(yè)發(fā)酵的類型與工藝流程也跟發(fā)酵工業(yè)的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用前景2菌種的制備與保藏42.1發(fā)酵工業(yè)菌種概述2.2發(fā)酵工業(yè)菌種的分離篩選2.3發(fā)酵工業(yè)菌種鑒定2.4發(fā)酵工業(yè)菌種改良2.5發(fā)酵工業(yè)菌種保藏3發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基設(shè)計(jì)23.1發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求3.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源3.3微生物的培養(yǎng)基類型3.4培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原理與優(yōu)化方法4發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)24.1發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌處理4.2發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略4.3發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)4.4發(fā)酵培養(yǎng)基及設(shè)備管道滅菌4.5空氣除菌5發(fā)酵工業(yè)的種子制備25.1種子制備原理與技術(shù)5.2影響種子質(zhì)量的因素5.3種子質(zhì)量的控制措施5.4種子制備的放大原理與技術(shù)6發(fā)酵動(dòng)力學(xué)26.1分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)6.2連續(xù)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)6.3分批補(bǔ)料發(fā)酵及其動(dòng)力學(xué)7發(fā)酵過(guò)程控制67.1發(fā)酵過(guò)程控制概述7.2溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制7.3pH對(duì)發(fā)酵的影響及其控制7.4溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及其控制7.5二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響及其控制7.6基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制7.7通氣攪拌對(duì)發(fā)酵的影響及其控制7.8泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及其控制7.9高密度發(fā)酵及過(guò)程控制7.10發(fā)酵終點(diǎn)的檢測(cè)與控制8發(fā)酵工業(yè)中氧的供需28.1微生物對(duì)氧的需求8.2發(fā)酵過(guò)程中氧的傳遞8.3發(fā)酵過(guò)程好樣與供氧的動(dòng)態(tài)關(guān)系8.4影響氧傳遞的因素8.5發(fā)酵過(guò)程中的氧傳遞效率8.6溶解氧、攝氧率和KLa的測(cè)定9發(fā)酵過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)與控制49.1發(fā)酵過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)的意義和方法9.2發(fā)酵過(guò)程參數(shù)耦合的意義9.3通過(guò)參數(shù)分析發(fā)酵過(guò)程的特征10厭氧發(fā)酵610.1厭氧發(fā)酵的工藝特點(diǎn)10.2厭氧發(fā)酵的影響因素10.3厭氧發(fā)酵的過(guò)程調(diào)控10.4厭氧發(fā)酵反應(yīng)器11固態(tài)發(fā)酵811.1固態(tài)發(fā)酵的分類和特性11.2固態(tài)發(fā)酵的影響因素11.3固態(tài)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)11.4固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器12發(fā)酵食品1012.1發(fā)酵谷物及果蔬制品12.2發(fā)酵豆制品12.3發(fā)酵乳制品12.4發(fā)酵水產(chǎn)品12.5發(fā)酵功能性食品五、參考教材與主要參考書[1]余江龍.發(fā)酵過(guò)程原理與技術(shù)應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2006.6(ISBN:978-7-5025-8037-7)[2]徐瑩.發(fā)酵食品學(xué).鄭州:鄭州大學(xué)出版社.2011.8(ISBN:978-7-5645-0452-6)[3]張嗣良.多尺度微生物過(guò)程優(yōu)化.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2003.7(ISBN:7-5025-4595-6)六、成績(jī)?cè)u(píng)定（一）考核方式A.閉卷考試，E其他：A.閉卷考試B.開卷考試C.論文D.考查E.其他（二）成績(jī)綜合評(píng)分體系：成績(jī)綜合評(píng)分體系比例%期末考試70ppt展示15綜合作業(yè)1