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国家重点基础研究发展计划（973计划）课题年度总结报告项目编号：2007CB714300项目名称：工业生物技术的过程科学基础研究项目负责人：谭天伟课题编号：2007CB714303课题名称：生化反应过程放大原理与方法课题承担单位：华东理工大学课题负责人：庄英萍中华人民共和国科学技术部制2008 年 12 月 6 日填写说明1、统一用A4复印纸；2、封面用白色厚纸，请勿用塑料封皮；3、内容要双面印刷；4、按照给定格式编写，文字叙述部分用小4号仿宋字；5、各项内容要实事求是、认真填写，文字叙述简明扼要、层次分明，一页不够可续页；6、请认真阅读格式后面的编写说明，按规定编写；7、要注意相关数据的一致性和平衡关系。
（限5000字左右）一、研究工作的主要进展（计划任务完成情况、预期目标是否实现、所取得的突出进展等）本课题研究的目标是建立适合生物过程的新型放大方法和模型，即利用生物学和工程学的原理，对生化反应过程开展科学问题研究，形成反映生物反应特性和反应器传递特性的直接放大理论，最终用于指导主要工业生物技术产品如有机醇、有机酸等大规模发酵过程，突破传统“实验室－小试－中试－工业”逐级放大的思路与方法，实现工业发酵过程的定量设计与直接放大。
课题组根据原定目标开展了下述研究，达到了原定的阶段性目标，并取得了一些突出进展。
课题组根据原定的科学问题研究思路，突破了原有仅从生理调控等单一机制进行工业生物过程研究的局限性，建立了生物反应器的生物学与工程学研究相结合的理论与方法，也即提出了在工业生物反应过程中存在着由细胞基因、代谢尺度所决定的细胞生理代谢特性和由反应器多相流混合系统所决定的环境特性，而本课题在生物学方面则是通过多尺度参数相关分析方法实现了细胞生理代谢特性的研究，在工程学方面通过利用计算流体力学方法实现了反应器流场特性的研究，最终使生物和工程实现了有机结合，即工程操作满足了细胞代谢的需求，实现了跨尺度动态观察与分析，实现了工业生物过程的优化与放大。
第1节 传统发酵技术的应用 教学目标 教学重点 1.微生物发酵的基本原理。
2.制作泡菜、果酒和果醋。
教学难点制作泡菜、果酒和果醋。
知识点01 发酵和传统发酵技术1.发酵：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体及各种不同代谢产物的过程。
2.传统发酵技术：指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。
知识点02 泡菜的制作一、乳酸菌：1. 概念：乳酸菌是发酵糖类主要产物为乳酸的一类细菌的总称。
2. 地位：原核生物3. 种类：乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌4. 分布：在自然界分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内部都有课程标准目标解读 发酵工程利用微生物的特定功能规模化生产对人类有用的产品。
1. 举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。
知识精讲目标导航5.繁殖：以二分裂方式进行繁殖6.代谢类型：异养厌氧型7.泡菜制作原理：乳酸发酵：在无氧条件下，将葡萄糖分解成乳酸8.适宜温度：2830℃二、探究实践－－泡菜的制作（1）材料①各种新鲜蔬菜均可，一般用白菜、洋白菜、黄瓜、柿子椒、胡萝卜、白萝卜等。
原则：蔬菜以质地鲜嫩，肉厚，无虫咬、无烂痕、无斑点者为佳显色反应中，应选白色或浅色的蔬菜，避免植物中的色素对显色反应造成颜色干扰。
选择新鲜蔬菜的原因：亚硝酸盐含量低②添加的调味品，如花椒、八角等。
香辛料可增香、除异去腥、防腐杀菌③白酒、糖和盐。
（2）操作步骤①各种菜修整、洗涤、晾晒并切分成条状或块状。
②将泡菜坛洗净，并用热水洗坛内壁两次，或白酒擦拭菜坛。
③将各种蔬菜装入坛内至半坛，放入蒜、姜及其它香辛料至八成，再注入配制好的盐水并没入全部菜料，盖好坛盖。
如果希望发酵快些，可将蔬菜在开水中浸1分钟后入坛，再加上一些白酒。
盐水配制：按清水和盐的质量百分比为5%20%的盐水，并煮沸冷却。
除去水中的氧气，杀灭盐水中的杂菌；高温影响乳酸菌的生存没过的目的：为乳酸菌菌种提供厌氧环境。
