发酵工程讲义单元操作

发酵⼯程实验讲义发酵⼯程实验（适合发酵⼯程原理与技术）张建国⽤前沿发酵⼯程（Fermentation Engineering）属于⽣物技术的范畴，⽣物技术⼜称⽣物⼯艺学现代⽣物技术作为⼀门新兴的⾼科技术产业，它的⽣命⼒在于他对社会经济和发展的各个⽅⾯都带来了极⼤冲击和影响。

发酵⼯程是指在最适发酵条件下，发酵罐中⼤量培养细胞和⽣产代谢产物的技术。

发酵⼯程由于涉及到⽣物催化剂，因⽽与化学反应有关。

由于⽣物技术的最终⽬标是建⽴⼯业⽣产过程为社会服务，因⽽该⽣产过程可称为⽣物反应过程（亦称为⽣化反应过程）。

在发酵技术中⼀般包括微⽣物细胞或动植物细胞的悬浮培养，或利⽤固定化酶，固定化细胞所做的反应器加⼯底物（即有⽣化催化剂参加），以及培养加⼯后产物⼤规模的分离提取等⼯艺。

主要是在⽣物反应过程中提供各种所需的最适环境条件。

如酸碱度、湿度、底物浓度、通⽓量以及保证⽆菌状态等研究内容。

⽣物技术产品具有多样性，各个学校的教学资源和课时不同，所进⾏的实验种类不同。

本实验内容根据本校的具体条件进⾏安排。

安排的思路是以最简洁有效的⽅式针对发酵过程的重要要素进⾏实验，便于学⽣对教学内容有个较好的认识，理顺学习思路，为进⾏社会科学实践打下良好基础。

第⼀篇野⽣型菌株的筛选经典的发酵产物来⾃微⽣物，⼟壤是微⽣物的⼤本营。

⽣产菌株的选育源头都来⾃于⾃然界。

如何从⾃然界中筛选⽬的微⽣物，可以根据⽬的微⽣物和产物的特性作为筛选条件，进⾏筛选提⾼筛选效率，从⽽有效的解决菌株从⽆到有的问题。

实验⼀产淀粉酶菌株的筛选（4学时）⼀．实验⽬的筛选⼀株能够合成分解淀粉的微⽣物。

⼆．原理⾃然界微⽣物种类繁多，有些微⽣物能够以淀粉作为碳源进⾏⽣长繁殖是因为它们能够合成分泌淀粉酶，因此我们能够从⾃然界中定向分离出合成淀粉酶的微⽣物。

当能合成淀粉酶的微⽣物在固体培养基中⽣长时，会将淀粉酶分泌到菌体周围，将菌落周围的淀粉⽔解成为⼩分量的糊精、聚糖和单糖。

发酵工程大单元教学设计
一、单元概述
发酵工程是生物工程的重要组成部分，涉及到微生物的分离、培养、发酵、提取和精制等多个环节。

本单元旨在通过系统的理论学习和实践操作，使学生掌握发酵工程的基本原理、技术和应用，为后续的课程学习和实际工作打下坚实的基础。

二、学习目标
掌握发酵工程的基本原理和技术；
了解发酵工程在工业生产和生活中的应用；
培养学生的实验操作能力、团队协作精神和创新意识。

三、教学内容与安排
发酵工程原理（4学时）
发酵的定义与分类
发酵微生物的种类与特点
发酵过程的基本组成与操作方式
发酵设备与操作（6学时）
发酵设备的类型与结构
发酵设备的操作与维护
发酵设备的安全与环保要求
发酵工艺优化（4学时）
发酵条件的控制与优化
菌种选育与改良技术
代谢产物的形成与调控
实际应用与案例分析（4学时）
工业发酵生产流程与技术要点
生物制药与酶制剂的生产与应用
食品发酵与酿造技术
实验与实践（6学时）
实验操作技能培训
发酵实验设计与实施
参观企业生产现场，了解实际操作流程
四、教学方法与要求
采用多媒体教学、案例分析、实验操作等多种教学方法；
加强实验教学与实践操作，培养学生的实际操作能力和创新思维；
注重课堂互动，鼓励学生提问和讨论，提高学生的学习积极性和主动性；
对学生的实验报告和课堂表现进行综合评价，建立完善的考核机制。

第一章发酵工程—2022-2023学年高二生物学人教版（2019）选择性必修三大单元复习第一步：单元学习目标整合第二步：单元思维导图回顾知识第三步：单元重难知识易混易错（一）传统发酵技术1.发酵：利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程2.实例：腐乳制作（1）参与微生物：毛霉、酵母、曲霉等（2）原理：豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收3.传统发酵技术（1）概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术（2）形式：以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通过是家庭式或作坊式的（3）产物：腐乳、酱油、醋、泡菜、豆豉、酱等（二）尝试制作传统发酵食品1.泡菜制作的原理（1）菌种：乳酸菌。

a.分布：广泛分布在空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道等处。

b.代谢类型：异养厌氧型。

c.常见种类：乳酸链球菌和乳酸杆菌。

其中乳酸杆菌常用于生产酸奶。

（2）发酵原理：乳酸菌在无氧条件下，将葡萄糖分解为乳酸。

2.泡菜制作的实验设计a.制作流程b.准备材料①选择泡菜坛：选用火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。

①选择原料：质地鲜嫩，肉丰富，无虫咬，无烂痕，无斑点。

c.制作过程①原料处理：将鲜菜修整、清洗、阳光下晾晒到菜表皮萎蔫时收起，切成条状或片状。

①配制盐水：按照清水与盐的质量比为4①1的比例配制盐水，并将盐水煮沸冷却。

①装坛：将经过预处理的新鲜蔬菜混合均匀，装入泡菜坛中，装至半坛时放入香辛料，继续装到八成满，再徐徐注入配制好的盐水，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖。

①封坛发酵：向坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境。

要注意经常补充水槽中的水。

①成品：将封好的坛子，放在室温环境中约15天，便可制成清脆爽口的泡菜。

d.腌制条件在腌制过程中，要控制腌制的时间、温度和食盐的用量。

《发酵工程技术与操作》课程单元教学设计1.1黄色短杆菌常规分离、鉴定、选育、保藏一、教案头黄色短杆菌常规分离、鉴定、选育、保藏课前准备二、教学设计环节一微生物旳纯种分离培养环节二显微镜旳使用和微生物测微技术环节三菌种旳保藏技术环节四细菌旳简朴染色和革兰氏染色环节五紫外线诱变选育谷氨酸高产菌株1.2黄色短杆菌培养基旳制备、灭菌和优化一、教案头黄色短杆菌培养基旳制备、灭菌和优化课前准备二、教学设计环节一黄色短杆菌培养基旳制备与灭菌环节二最佳黄色短杆菌培养基确实定1.3谷氨酸发酵工艺过程控制一、教案头谷氨酸发酵工艺过程控制课前准备二、教学设计环节一种子旳制备和扩大培养环节二微生物细胞数旳计数和菌浓旳测定环节三发酵罐旳操作维护和亚硫酸盐氧化法测定K Lɑ环节四谷氨酸发酵旳代谢曲线测定环节五噬菌体旳分离检查2.1酿酒酵母培养基旳制备、灭菌和优化一、教案头酿酒酵母培养基旳制备、灭菌和优化课前准备二、教学设计环节一麦芽汁旳糖化制备与过滤2.2啤酒发酵工艺过程控制一、教案头啤酒发酵工艺过程控制课前准备二、教学设计环节一种子旳制备和扩大培养环节二发酵罐及其有关设备旳操作维护环节三啤酒发酵及酵母发酵力旳测定环节四杂菌旳分离检查环节五计算机仿真模拟实训3青霉素发酵工艺过程控制一、教案头青霉素发酵工艺过程控制课前准备二、教学设计环节一种子旳制备和扩大培养环节二发酵罐旳操作维护环节三青霉素发酵旳工艺过程控制4发酵企业顶岗实训一、教案头发酵企业顶岗实训课前准备二、教学设计环节一学生先到车间参观，教师和技术员现场讲解环节二再分组由工人师傅指导实际操作环节三最终总结收获。