微生物工程

天津市高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：微生物工程 课程代码：0777第一部分 课程性质与目标一、 课程性质与特点微生物工程是现代生物技术的重要组成和基础，是生物技术产业化的重要环节。

它将微生物学、生物化学和化学工程的基本原理有机地结合起来，广泛而深刻地揭示了发酵过程的本质，其生命力在于在促进产业化发展的基础上不断实行技术改造、更新、创新，使其向高度自动化控制和高效合成代谢的发酵生产转移，在较短时间内获得更多高质量的产品。

由于它是渗透有工程学的微生物学，是发酵技术工程化的发展，所以又称"发酵工程"。

本课程是高等教育自学考试应用生物技术专业本科所设专业课之一，它是一门理论联系实际、应用性较强的课程。

本课主要介绍微生物工程的基本内容、原理和各单元操作的工艺及设备等。

二、课程设置的目的和要求微生物工程是应用生物技术专业的主要课程之一，是微生物学和工程技术相交叉的学科。

微生物产品的研究开发及生产过程需要本学科为支撑条件，应用生物技术专业的学生应该了解和掌握微生物工程的基本原理、工艺操作及设备，尤其是有关微生物产品产业化的基础知识和关键技术。

三、与本专业其它课程的关系微生物工程是生物技术专业大学本科学生必修的专业技术基础课程，它涉及到微生物学、生物化学、遗传学及分子生物学等多种学科。

该专业的学生应在学好上述基础课程的基础上学习本课程。

第二部分 课程内容与考核目标第一章 绪论一、学习目的与要求本章是该课程的概述。

要求学生在领会基本概念的基础上，重点掌握微生物工程的主要内容、特点及发展方向。

二、考核知识点与考核目标（一）微生物工程的基本概念（重点） 识记：微生物工程、发酵、发酵方式、发酵产品类型（二）微生物反应过程的特点（重点） 理解：微生物反应的特点及其与化工反应的区别。

应用：与化工生产相比，叙述微生物工程的优缺点。

（三）微生物工程所涉及的主要内容及应用领域（次重点） 理解：微生物工程的重点内容及应用领域。

（四）微生物工程的进展及发展方向（一般） 理解：微生物工程的发展历史及发展趋势。

第二章 生产菌种的选育一、学习目的与要求通过本章学习，了解并掌握生产菌种选育的基础知识与一般方法；掌握菌种保藏的基本原理和常用方法；了解菌种退化的原因与复壮方法。

二、考核知识点与考核目标（一）菌种的分离筛选（重点） 理解：分离与筛选的工作程序、设计要求及一般分离方法 应用：如何从自然界获得野生型菌种（二）自然选育（次重点） 识记：自然选育的含义、优缺点及一般程序。

理解：自然突变及其原因；定向培育。

应用：在生产活动中用自然选育法获得高产菌株。

（三）诱变育种（重点） 识记：诱变育种的含义及其优缺点；诱变、复合诱变及诱变剂的种类。

理解：诱变育种的基本原理及一般步骤；营养缺陷型的检出与鉴定。

应用：通过诱变育种筛选某种营养缺陷型高产菌株。

（四）基因重组育种（次重点）识记：基因重组、杂交育种的含义及二者关系；杂交育种的优缺点；原生质体融合及其优点；基因工程技术的核心内容。

理解：原生质体融合的一般步骤；基因工程的一般步骤。

应用：利用原生质体融合法改良生产菌种。

（五）菌种的保藏（次重点） 识记：菌种衰退及其主要原因；防止菌种衰退的方法。

理解：菌种保藏原理；主要保藏方法。

应用：对不同菌种选择适宜的保藏方法及复壮方法。

第三章 代谢产物的过量生产一、学习目的与要求了解微生物反应过程中的代谢调控理论，掌握代谢控制发酵的基本方法，在实践中实现代谢产物的过量生产。

二、考核知识点与考核目标（一）微生物的代谢调控（重点） 识记：诱导、分解代谢阻遏和反馈等调节机制；代谢控制发酵技术。

理解：实现代谢调控一般方法；克服反馈抑制和反馈阻遏的调控；克服分解代谢阻遏的调控；对诱导调节的控制。

应用：在生产中实施代谢调控手段提高产量。

（二）提高初级代谢产物产量的方法（次重点）识记：初级代谢与初级代谢产物。

理解：提高初级代谢产物产量的11种手段。

应用：在某初级代谢产物发酵生产中选择提高产量的适宜手段。

（三）提高次级代谢产物产量的方法（次重点） 识记：次级代谢产物与次级代谢的区别及二者关系。

理解：常用的提高次级代谢产物的方法。

应用：选择适宜的手段提高某次级代谢发酵产品的产量。

（四）高浓度微生物的培养（重点） 识记：高细胞浓度培养技术的原理和优点。

理解：流加培养、高细胞浓度连续培养和菌体循环利用等培养技术及其存在的问题；提高高产菌株的稳定性；改进发酵产品的品质。

应用：选用某些手段实现某产物发酵的高密度培养。

第四章 微生物反应的质能平衡一、学习目的与要求质能平衡理论可预测发酵过程各基质的需要量，从而更经济有效地使用它们，减少无效消耗。

该理论是解除发酵过程中某种基质限制或抑制，达到过程优化的重要手段。

学习并掌握本章的基本知识有利于在实践中灵活运用。

二、考核知识点与考核目标（一）微生物反应的化学计量（一般） 识记：质能平衡；化学计量。

理解：列出微生物生长化学计量式的前提；产物合成的化学计量式。

应用：写出某菌体生长或某产物合成的化学计量式。

（二）得率因数（重点） 识记：维持因数；生长得率；产物得率。

理解：含维持的微生物生长与纯生长的关系式；纯生长得率与毛生长得率；产物得率（过程得率与理论得率）。

（三）微生物反应的质能平衡（重点） 识记：质量平衡；能量平衡。

理解：元素平衡关系式；能量平衡关系式；质量平衡与能量平衡的联系。

应用：质能平衡理论在微生物工程中的应用。

第五章 微生物发酵过程一、学习目的与要求了解发酵过程的类型、一般过程和操作方式；掌握种子扩大培养、发酵培养基的特点、组成设计和优化；熟悉发酵过程的中间分析及发酵终点控制。

二、考核知识点与考核目的（一）微生物发酵的类型（重点）识记：微生物发酵的不同形式及其优缺点；发酵的一般过程及操作方式；主要技术经济指标。

理解：发酵工程发展的新趋向；分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的代谢特征。

应用：某菌在特定条件下为获得某种产品应采取的发酵类型及操作方式。

（二）种子扩大培养（重点）识记：发酵工业对生产用菌种及其培养基的基本要求。

理解：生产菌种逐级扩大培养的各个环节；种龄及其活力；种子罐级数与接种量的确定；种子质量优劣的判断及其影响因素；种子质量控制措施。

应用：设计从菌种斜面开始，逐级扩大到满足某特定发酵罐的接种量。

（三）发酵培养基（重点）识记：发酵培养基及其一般特点；发酵培养基的组成。

理解：发酵培养基设计的基本程序及原则；培养基的最优化。

应用：设计某菌发酵生产的培养基。

（四）发酵过程的中间分析（次重点）识记：发酵过程中主要的五项中间分析项目。

理解：判断发酵终点的依据；放罐前的工艺控制。

应用：某发酵过程中起码要进行的中间检测项目。

第六章 分批发酵动力学一、 学习目的与要求发酵动力学是现代发酵工业实现自动控制的理论基础。

通过学习可以认识微生物反应过程中各种物质运动的本质及规律；了解过程中菌体生长、底物消耗和产物合成等速率以及影响反应速率的因素，并尽可能地将各种因素进行归纳，从而将动力学理论应用于生产管理。

二、 考核知识点与考核目标（一）关于数学模型（一般） 识记：建立数学模型的一般原则。

理解：微生物反应动力学模型的分类；数学模拟的难点。

（二）微生物的生长速率（重点）识记：菌体细胞的生长；同步培养；均衡生长与非均衡生长；生长速率与比生长速率；Monod生长动力学模型。

理解：Monod方程中各变量的含义及它们之间的相互关系；Monod方程是典型的均相非结构模型，它基于三个假设条件而建立；推广的Monod方程的几个主要形式；细胞死亡动力学方程。

应用：将Monod方程推广应用到某特定微生物生长过程；比生长速率的计算。

（三）底物消耗速率（重点） 识记：底物消耗速率与比底物消耗速率的概念及方程。

理解：含维持代谢的底物消耗速率模型；氮源的消耗及C/N比；氧消耗速率。

（四）代谢产物生长速率（重点） 识记：代谢产物生成速率与比速率；产物合成动力学类型。

理解：三种合成动力学类型的方程式；推广的几种合成动力学模型及其条件。

应用：产物合成速率及比速率的计算。

（五）发酵工程模拟与优化（一般）理解：生长模型的选择；优化生长过程的一般原理；产物合成模拟方法的选择。

第六章 分批发酵和补料分批技术一、学习目的与要求分批发酵和补料分批技术是现代发酵工业的主要操作方法，深入了解它们的操作方法、规律及在发酵过程中各变量之间的关系有助于提高生产效率。

二、考核知识点与考核目标（一）分批发酵（次重点） 识记：分批操作工艺及主要特征；分批发酵的生产率。

理解：分批操作过程中菌体生长规律、代谢变化及其过程的最优化。

应用：利用发酵过程最优化理论，优化处理某产品分批发酵过程。

（二）补料分批技术（重点） 识记：补料分批技术的含义、优点及其类型和适用范围。

理解：流加物料的方式及其控制；补料分批发酵动力学及微机控制。

应用：设计某发酵过程流加物料的方式及控制手段。

第八章 连续发酵一、学习目的与要求连续发酵是发酵工业重要操作技术之一，深入了解连续发酵方法、特点、动力学原理以及发酵系统中各参数之间的关系，有助于研究和设计特定微生物连续发酵流程。

二、考核知识点与考核目标（一）连续发酵的方法和特点（次重点） 识记：连续发酵的优点及存在问题；连续发酵对设备的要求。

理解：连续发酵的各种方法及其动力学理论基础。

（二）罐式连续发酵（重点） 识记：单罐连续发酵流程；稀释速率；临界稀释度。

理解：稀释速率与菌体比生长速率的关系；稀释速率对菌体和限制性基质浓度的影响。

应用：若要连续发酵平稳进行，需使D=μ,如果D不等于μ，则会出现不同后果。

（三）多罐串联连续发酵（重点） 识记：多罐连续发酵的优点及其串联方式。

理解：二级连续培养系统中各罐中的变量及其关系式；产物连续形成的动力学。

应用：在二级连续培养系统中，第一罐与第二罐的本质区别。

（四）连续发酵的实际应用（次重点）识记：连续发酵的研究趋势；分批培养的细胞生产率PCB与连续培养的细胞生产率PCC的比较。

理解：连续发酵的时间和理论罐数的确定；连续发酵在工业中的应用。

应用：设计某特定菌的连续培养流程。

第九章 发酵工艺控制一、学习目的与要求微生物产品的发酵生产是由微生物的生化活动和环境条件相互作用来完成的。

工艺条件的控制就是要为生产菌创造一个最适环境，使目的产物得以充分表达。

了解发酵工艺控制对发酵生产的重要性及各种环境因素对发酵的影响，学习有关发酵调控的基本知识，为生产菌创造一个最适环境，达到最优控制目的。

二、考核知识点与考核目标（一）温度对发酵的影响及其控制（重点） 识记：温度与发酵的关系及其对发酵的影响；活化能；发酵热；最适温度。

理解：发酵热的测定；最适温度的选择与控制。