微生物工程教案 李正鹏 安徽科技学院生物技术教研室 2011年9月 课程介绍
微生物工程教案 李 正 鹏 安徽科技学院生物技术教研室 2011 年 9 月 课 程 介 绍
微生物工程为生物技术专业的专业必修课，作为微生物学、 生物化学、物理化学、化工原理和生化技术等课程的后续课程， 它是应用微生物为工业大规模生产服务的一门综合性工程技术， 对传统产业的改造和新兴产业的形成将发挥重要作用，并对人类 社会产生深远的影响。 本课程采用科学出版社出版、曹军卫主编的“21世纪高等院 校教材”《微生物学工程》，代表了国内微生物教材的最高水平， 充分体现了学科发展的最新成果，结构紧凑、条理性强 参考文献目录 教材 《微生物学工程》21世纪高等院校教材，曹军卫马辉文主编，科学出版 社，2007 参考书 1、《微生物工程》吴松刚主编，科学出版社；20042、《微生物工程工 艺原理》姚汝华主编，华南理工大学出版社，2002 3、《新编生物工艺学》（上、下册)俞俊棠、唐孝宣主编，化工工业 出版社，2004 4、《生物工艺原理》贺小贤主编，化学工业出版社，2003 5、《微生物工程》焦瑞身主编，化学工业出版社，2003 6、《发酵设备》高孔荣主编，中国轻工业出版社，1991 微生物工程理论教学内容时数分配表
微生物工程为生物技术专业的专业必修课，作为微生物学、 生物化学、物理化学、化工原理和生化技术等课程的后续课程， 它是应用微生物为工业大规模生产服务的一门综合性工程技术， 对传统产业的改造和新兴产业的形成将发挥重要作用，并对人类 社会产生深远的影响。 本课程采用科学出版社出版、曹军卫主编的“21 世纪高等院 校教材”《微生物学工程》，代表了国内微生物教材的最高水平， 充分体现了学科发展的最新成果，结构紧凑、条理性强 参考文献目录 教 材 《微生物学工程》 21 世纪高等院校教材，曹军卫 马辉文主编，科学出版 社，2007 参考书 1、《微生物工程》 吴松刚主编，科学出版社；20042、《微生物工程工 艺原理》 姚汝华主编，华南理工大学出版社，2002 3、《新编生物工艺学》（上、下册） 俞俊棠、唐孝宣主编，化工工业 出版社，2004 4、《生物工艺原理》贺小贤主编，化学工业出版社，2003 5、《微生物工程》 焦瑞身主编，化学工业出版社，2003 6、《发酵设备》 高孔荣主编，中国轻工业出版社，1991 微生物工程理论教学内容时数分配表
章节 讲课内容 学时 第一章绪 1 第二章菌种与扩大培养 5 第三章微生物的代谢调控与代谢工程 4 第四章发酵原料与培养基制备 2 第五章发酵工艺控制 4 第六章发酵过程参数检测 第七章微生物工程下游概论 6 第八章微生物工程生产设备 4 第九章发酵实例 6
章 节 讲 课 内 容 学 时 第一章 绪 论 1 第二章 菌种与扩大培养 5 第三章 微生物的代谢调控与代谢工程 4 第四章 发酵原料与培养基制备 2 第五章 发酵工艺控制 4 第六章 发酵过程参数检测 2 第七章 微生物工程下游概论 6 第八章 微生物工程生产设备 4 第九章 发酵实例 6
第一章绪论 一、目的要求 要求学生掌握微生物工程的概念及国民经济中的作用。 二、基本内容 1.微生物工程的概念 2微生物工程的地位位及作用 3.微生物反应过程的特点 4.微生物工程的发展简史 5.微生物的应用及面临的挑战 三、重点内容 微生物工程的发展历程，地位与作用，微生物反应特点。 四、教学方法 应用多媒体讲授 一、微生物工程的概念 利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于 工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代DA重组、细胞融合、分子修饰和改造 等新技术结合并发展起来的现代发酵技术。 二、微生物工程的地位与作用 生物技术(biotechnology)是21世纪高新技术革命的核心内容，生物技术产业将 是21世纪的支柱产业：生物技术在迎接人口、资源、能源、食物、环境等五大危机的 挑战中将大显身手。许多国家都将生物技术确定为增强国力和经济发展的关键技术之 一。4大支柱：微生物工程、细胞工程、基因工程、酶工程 微生物工程是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结合起来，广泛而深入地揭示了发酵 过程的本质。 三、微生物反应过程的特点 一)优点： 与化学工程相比，微生物反应过程有以下特点： 常温常压下进行，操作条件温和，不需考虑防爆问题，一种设备具有多种用途。 原料以碳水化合物为主，不含有毒物质 3、生产过程是以生命体的自动调节方式进行的，因此多个反应就象一个反应一样，可 在单一设备（发酵罐）中进行
第一章 绪 论 一、目的要求 要求学生掌握微生物工程的概念及国民经济中的作用。 二、基本内容 1．微生物工程的概念 2．微生物工程的地位位及作用 3．微生物反应过程的特点 4．微生物工程的发展简史 5．微生物的应用及面临的挑战 三、重点内容 微生物工程的发展历程，地位与作用，微生物反应特点。 四、教学方法 应用多媒体讲授 一、微生物工程的概念 利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于 工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代 DNA 重组、细胞融合、分子修饰和改造 等新技术结合并发展起来的现代发酵技术。 二、微生物工程的地位与作用 生物技术 (biotechnology)是 21 世纪高新技术革命的核心内容，生物技术产业将 是 21 世纪的支柱产业；生物技术在迎接人口、资源、能源、食物、环境等五大危机的 挑战中将大显身手。许多国家都将生物技术确定为增强国力和经济发展的关键技术之 一。4 大支柱：微生物工程、细胞工程、基因工程、酶工程 微生物工程是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结合起来，广泛而深入地揭示了发酵 过程的本质。 三、微生物反应过程的特点 一）优点： 与化学工程相比，微生物反应过程有以下特点： 常温常压下进行，操作条件温和，不需考虑防爆问题，一种设备具有多种用途。 原料以碳水化合物为主，不含有毒物质。 3、生产过程是以生命体的自动调节方式进行的，因此多个反应就象一个反应一样，可 在单一设备（发酵罐）中进行
4、能容易地生产复杂的高分子化合物，如酶、光学活性体等。 5、能高度选择性地进行复杂化合物在特定部位反应，如氧化、还原、官能团导入等。 6、生产产品的生物体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质；除特 殊情况外，培养液一般不会对人和动物造成危害。 7、生产过程中需要注意防止杂菌污染，尤其是噬菌体的侵入，以免造成很大的危害 8、通过微生物菌种改良，能够利用原有设备使生产飞跃上升。 发酵过程的这些特性决定了微生物工程的种种优点，使得微生物工程成为生物技 术的核心之一而受到广泛重视。 二)发酵过程中尚存在的问题： 1、底物不能完全转化成目的产物，副产物的产生不可避免，因而造成提取和精制困难， 这是目前发酵行业下游操作落后的原因之一。 2、微生物反应是活细胞的反应，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞内因素的 影响，且菌体易发生变异。3、原料是农副产品，虽然价廉，但质量波动较大。 4、生产前准备工作量大，花费高，相对化学反应而言，反应器效率低。 5、通常底物浓度不能过高，且要在无杂菌污染情况下进行。 6、发酵废水常具有较高的BO0和C00,需处理后排放。 四、微生物工程发展简史 1、传统的微生物发酵技术 一天然发酵 几千年；酒（古埃及 公元前4000-3000年；龙山文化4200年)、啤酒、 黄酒、酱油、泡菜等 2、第一代微生物发酵技术一 一纯培养技术 Louis Pasteur 微生物引起发酵；酒精发酵由酵母引起 Eduard Buchner 酒化晦 Robert Koch 发明了固体培养基；建立了纯培养技术 人为控制发酵过程：O酒精、丙酮、丁醇、有机酸等（主厌氧发酵；初级代谢产 物) 3、第二代（近代）微生物发酵技术 一深层培养技术 出现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志：青霉素的发现与大量需求 表面培养法(surface cultures))效价40U/mL,纯度20%，收率30% 深层培养技术(submerged fermentation) 机械搅拌通气发酵 链需素、气霜素、金霜素、十霜素、四环素等 抗生素工业的发展促进了其他发酵产品的出现，如氨基酸发酵工业好氧发酵，初 级，次级代谢产物 4、第三代发酵技术一 一微生物工程 DNA重组技术、原生质体融合技术等应用 1982,第一个基因工程产品一利用工程菌生产的人胰岛素问世 现有许多种类的产品
4、能容易地生产复杂的高分子化合物，如酶、光学活性体等。 5、能高度选择性地进行复杂化合物在特定部位反应，如氧化、还原、官能团导入等。 6、生产产品的生物体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质；除特 殊情况外，培养液一般不会对人和动物造成危害。 7、生产过程中需要注意防止杂菌污染，尤其是噬菌体的侵入，以免造成很大的危害。 8、通过微生物菌种改良，能够利用原有设备使生产飞跃上升。 发酵过程的这些特性决定了微生物工程的种种优点，使得微生物工程成为生物技 术的核心之一而受到广泛重视。 二）发酵过程中尚存在的问题： 1、底物不能完全转化成目的产物，副产物的产生不可避免，因而造成提取和精制困难， 这是目前发酵行业下游操作落后的原因之一。 2、微生物反应是活细胞的反应，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞内因素的 影响，且菌体易发生变异。3、原料是农副产品，虽然价廉，但质量波动较大。 4、生产前准备工作量大，花费高，相对化学反应而言，反应器效率低。 5、通常底物浓度不能过高，且要在无杂菌污染情况下进行。 6、发酵废水常具有较高的 BOD 和 COD，需处理后排放。 四、微生物工程发展简史 1、传统的微生物发酵技术——天然发酵 几千年； 酒（古埃及 公元前 4000 – 3000 年； 龙山文化 4200 年）、啤酒、 黄酒、酱油、泡菜等 2、第一代微生物发酵技术 ——纯培养技术 Louis Pasteur 微生物引起发酵；酒精发酵由酵母引起 Eduard Buchner 酒化酶 Robert Koch 发明了固体培养基；建立了纯培养技术 人为控制发酵过程：Ø 酒精、丙酮、丁醇、有机酸等（主厌氧发酵；初级代谢产 物） 3、第二代（近代）微生物发酵技术——深层培养技术 出现于 20 世纪 40 年代，以抗生素的生产为标志：青霉素的发现与大量需求 表面培养法(surface cultures) 效价 40U/mL，纯度 20%，收率 30% 深层培养技术（submerged fermentation) ——机械搅拌通气发酵 链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等 抗生素工业的发展促进了其他发酵产品的出现，如氨基酸发酵工业好氧发酵，初 级、次级代谢产物 4、第三代发酵技术——微生物工程 DNA 重组技术、原生质体融合技术等应用 1982，第一个基因工程产品——利用工程菌生产的人胰岛素问世 现有许多种类的产品