第二章发酵工业中常见的菌种

微生物：个体微小，结构简单；肉眼难见，必须借助显微镜才能看见的微小生物。具有体积小，比表面积大；生长旺，繁殖快；适应性强，易变异；种类多，分布广特点。目前发酵工业常用菌种主要有细菌、放线菌、酵母菌和霉菌。

细菌是一大类群结构简单、种类繁多，主要以二分裂方式繁殖的原核微生物；形态多种多样，球形为主、杆状次之，以μm度量单位，50%有致病性；其特征性细胞壁的特征性化学组成为肽聚糖；芽孢是某些细菌生长发育后期形成的一种休眠体，是自然界中抗逆性最强的生物组织。主要用于生产醇、酮、酸等有机化工产品（初级代谢产物）。初级代谢产物：微生物产生的对自身生长和繁殖必需的物质(四大生物分子的合成与分解代谢的中间和终产物）。次级代谢产物：微生物产生的对自身生长和繁殖基本无影响的物质（四大生物分子的合成与分解代谢过程中产生的副产物）。

放线菌是单细胞腐生，丝状生长的原核微生物，形成菌丝体，可产生色素，以无性分生孢子繁殖为主。主要用于次级代谢产物抗生素的发酵生产。

酵母菌是腐生单细胞真核微生物，其形态多种多样，以球形、卵圆形为主，比细菌大几倍到十几倍。以无性芽殖为主，有性形式为子囊孢子。主要用于生产醇、酮、酸等有机化工产品（初级代谢产物）。

霉菌是丝状生长、多细胞真核微生物，形成菌丝体，菌丝有隔多核，可产生较大量的色素，繁殖方式多样以孢子方式为主。主要用于次级代谢产物抗生素的发酵生产。

发酵工业菌种的来源主要是购买和自主筛选，但常达不到生产要求，菌种优化目标是遗传（性状）稳定、高活性，产率高，发酵过程易控制，开发新产物。常用的育种方法是常规育种（诱变育种），准性生殖育种（用于霉菌）。准性生殖：某些丝状真菌形成异核后，不经过减数分裂就能导致染色体单元化和基因重组，达到与有性生殖同样的基因重组结果。诱变育种：采用合适的诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，在引起多数细胞死亡的同时，使存活细胞中基因突变频率大幅提高，从中选出性能优良菌株的过程。

菌种保存的目的主要是保证菌种不死、不衰和不乱；菌种退化的本质是基因突变。常用的保存方法有斜面保存法，石蜡油封保存法，载体保存法，冷冻干燥保存法和液氮超低温保存法。

第三章发酵动力学

培养基：适宜微生物生长繁殖或累积代谢产物所需的营养物质。

          ①原料:微生物生长的基本物质，原料成本较低

          ②过程:较快的生长速度，较高的生产能力

基本要求  ③产品:方便产物分离纯化

          ④环境:减少产生三废物质

种子：将保存的处于休眠状态的工业菌种活化后，逐级培养获得一定数量和质量的纯培养物。

种龄：种子的培养时间。

接种龄：移入下一级种子罐或发酵罐的时间。

接种量：接种的种子液体积和接种后培养液体积比。

发酵过程即为生产用菌生长繁殖的过程，故种子应具备活性强、性状稳定和无污染。生产用菌生长发育所需培养基的组份主要有碳源、氮源、生长因子、无机元素和水；其中主要影响微生物生长发育的成分为关键组份，也称为限制性底物。发酵反应过程具有多相、多组分、非线性，反应种类多、过程复杂，个体差异的群体活动。发酵反应的类型主要有分批发酵，连续发酵和分批补料发酵。分批发酵：一次性投料、接种直到发酵结束。连续发酵：发酵工过程中添加培养基并放出等量发酵液。分批补料发酵：发酵工过程中只添加培养基不放出培养液。其中间歇发酵具有生产设备利用率低，能耗大，产率低等缺点，连续发酵具有菌种退化和染菌的缺点。发酵工业的培养基主要采用湿热灭菌，以消灭芽孢为标准，空气主要采用过滤除菌。反应器最常用通用式发酵罐（机械搅拌通气）。发酵动力学包括细胞生长动力学，底物消耗动力学和产物合成动力学。分批发酵过程中发酵过程中细胞生长遵循              ，， Ks意义为确定关键组份——限制性底物；确定关键组份量；        了解细胞活力。通过动力学参数可以进一步优化配料比，控制发酵生产过程。底物消耗动力学方程

 

连续发酵稀释度：单位时间内连续流入发酵罐中的新鲜培养基与发酵罐内的培养基总体积的比值。稳态时

连续发酵设备利用率高，产品质量稳定，产率高；主要存在菌种退化和杂菌污染的问题。

分批补料发酵主要应用于具有底物抑制作用的发酵；产品为次级代谢产物；                  高浓度细胞培养。

第四章发酵工业无菌技术

灭菌：用物理或化学方法杀灭或清除设备及物料中所有微生物的技术。

消毒：用物理或化学方法杀灭或清除物品表面微生物的技术。

防腐：防止或抑制微生物生长的方法。

HIST灭菌法：温度升高时，微生物死亡速率常数远远大于营养成分分解速率常数，因而可以采用在较高温度下缩短灭菌时间而减少营养成分的损失。

发酵工业培养基的无菌技术主要用湿热灭菌，以消灭芽孢为准（121℃、0.15Mpa、20 min），空气主要用过滤除菌。

第五章发酵过程控制

发酵过程主要通过控制温度，pH和溶解氧实现。

pH对发酵的影响主要通过影响微生物的生长，影响微生物代谢方向，影响代谢产物的合成实现。pH的调控主要通过配制合适的具有缓冲能力培养基，发酵过程中加入酸碱调节剂，通过补料、代谢调节实现。

临界氧浓度：微生物生长或产物合成所需的最低溶解氧浓度。

影响溶解氧因素主要有搅拌速度、发酵液黏度、限制性底物浓度、温度和                通气气体组成。

第六章发酵罐的设计与放大

作业

第七章氨基酸发酵生产

目前我国至少有组氨酸、精氨酸、亮氨酸、丝氨酸、胱氨酸和酪氨酸6种氨基酸需用提取法生产。

将淀粉水解为低聚糖的过程为液化；将低聚糖水解为葡萄糖的过程为糖化,制得的葡萄糖溶液叫淀粉水解糖。淀粉水解糖的制备方法有酸解法、双酶水解法（淀粉酶、糖化酶）和酸酶结合法。

谷氨酸产生菌具有的共同特征为不分解淀粉、纤维素等，可利用葡萄糖；均为需氧微生物，中温菌，最适温度34-37℃，pH 7.0-7.2；生物素缺陷型；泄漏谷氨酸,不分解并能耐受其高浓度。生物素控制细胞生长，控制谷氨酸的产生和谷氨酸的分泌，指导培养基配制及发酵过程控制，了解谷氨酸发酵生产工艺。谷氨酸——初级代谢产物，与微生物生长相关主要采用分批发酵法生产；产物的分离提纯主要采用低温等电点法。

第八章抗生素的发酵生产

抗生素：微生物在生命活动过程中产生的，在低浓度下就能抑制它种微生物的生长和活动，甚至杀死它种微生物的化学物质。主要通过生物化学方式抑制微生物的生长，其定量单位为效价单位。单位体积（mL)或单位质量（mg)制剂中所含某种抗生素的有效成分的多少称之为抗生素的效价单位。效价单位是衡量抗生素有效成分的尺度，也是衡量其抗菌性能的标志。

菌体的生长与产物的形成不平行——次级代谢产物

             理论产量难以用物料平衡来计算 

             生产稳定性差

抗生素生产特点  染菌问题突出

             抗生素稳定性和质量问题突出

             动力消耗大

             原料转化率低

溶媒萃取法：用一种溶媒将抗生素自另一种溶媒(发酵液)中提取出来。

溶媒应具备：不能混溶或部分混溶，以能形成两相而便于分离，对抗生素应有较大的溶解性和选择性。

青霉素不稳定，半衰期18 min，低温、pH 5以下较稳定

为霉菌的次级代谢产物，主要采用分批补料发发酵生产，产物常采用溶媒萃取分离提取；并需要进行精制（除热源和除菌）。

热源：在发酵过程中菌种所产生的代谢产物（毒素），是一种不挥发性的大分子有机物质。它能溶于水，120℃加热2h能破坏90％，250℃加热30min可以彻底破坏；能通过一般过滤器；注射后人体恶寒高热，严重的甚至引起休克。

第二篇：生物化学课程总结

生命科学系 现代生物学教研室

一、课程的基本概况

生物化学是生命科学系生物科学和生物技术专业所开设的必修课程之一，是生理学、遗传学、微生物学、分子生物学等专业课程的基础。

教学内容是依据学院制定的学生培养目标、生命科学系的教学计划以及目前科学发展对本课程的要求而确定。

该门课程在学时、内容上曾经历了几次调整，1986~20xx年理论学时由108—90—72，实验学时36。1999~20xx年作为专科化学教育专业开设的选修课，学时为60。20xx年至今是本科生物科学、生物技术两个专业共同开设的专业基础必修课。其中生物科学本科专业理论学时为90学时，实验为48学时。生物技术专业理论学时为72学时，实验学时为30学时。同时还作为化学本科专业的选修课。

在几任教师的不懈努力下，随着办学层次的提高，教学条件的不断改善，使该门课程逐渐走向成熟。教师的职称结构、年龄结构、学缘结构合理，构建了比较完善的理论教学和实验教学体系，实验条件和科研条件得到了很好的改善，实验开出率不仅在学时上得到保证，而在质量上也发生了很大的飞跃。实验条件和科研条件的改善，为教师、学生的科研，为培养高质量的本科生提供了很好的平台。

二、教学内容

整个内容体系由理论知识和实验技能两部分组成。理论课程包括静态生物化学、动态生物化学和机能生物化学。全课程是以生物为研究对象，研究生物体物质的化学组成、结构、性质；物质在生物体内变化、变化规律及变化过程中能量的变化；生物体的物质结构、代谢和生物功能及复杂的生命现象之间的关系及基因组的表达调控等问题。

实验教学主要是通过生物技术手段验证生物大分子的结构和性质。学习分离、鉴定、制备、定量测定蛋白质、核酸、糖、维生素等物质的原理和方法；了解研究中间代谢的基本方法。学习常用的生物化学实验技术和常用仪器的操作方法。通过基础性，综合性和研究性（设计性）实验的设计，达到实验所规划的目的。

三、教学实践与教学特色

（一）遵循教育规律，打破传统教育思想束缚，更新观念，在对课程科学定

位的基础上，确立明确的课程目标。

该课程设置的目的是使学生从分子水平了解生命现象的化学本质，了解生物体的组成、结构、性质、功能及代谢。通过本课程学习，使学生掌握生物化学的基本理论、基本知识和基本方法，为从事生物科学研究奠定良好的理论基础。

通过实验，培养学生科学研究的正确态度和严谨的思维方式。加深对基本理论的理解与运用，培养学生动手操作的能力。掌握生物化学实验的一些基本技术，如电泳技术、层析技术、分光光度计的使用和离心技术，学习根据基本理论和工作需要设计实验，使学生初步具备从事科学研究的能力。

（二）在目标指导下，积极开展教学研究，构建完整的教学体系。

1、选定知识载体，以线带面，实现知识的辐射。

在教材的选用上我们坚持以下4个原则：第一，教材编写的系统性强、结构完整、难易度、深浅度适宜。第二，近年出版或印刷次数多，权威出版社出版，同类高校选用率高。第三，在内容体系上与专业的培养目标比较一致。第四，能吸纳该领域的前沿知识。基于上述四点考虑我们从20xx级本科生开始至今理论课一直使用高教出版社出版、聂剑初等主编的《简明生物化学教程》（第三版），实验教学使用高教出版社出版，王秀奇等主编的《基础生物化学实验》（第二版20xx年第10次印刷）。在教学中以教学大纲为依据，以教材的内容为主线，分析教材，合理的运用和处理教材，在能驾驭教材的基础上，参考其它一些生物化学教材和最新资料，编写出生物化学理论教学讲义和生物化学实验教学讲义，使教学内容既源于教材，又高于教材。

为引导学生自主的学习，丰富教学内容，扩展学生的知识领域，通过为学生提供学习参考书目、提供资料获取的途径、引导学生学会使用学习参考书等措施，使学生扩充了学习和获取知识的本领。

2、建设精湛、业务水平高、有责任心，教学能力强的教师队伍

教师是教学体系中十分重要的构成因素。经过几年的努力，教师队伍的学历结构、职称比例、年龄结构比较合理，形成了比较稳定的梯队。学缘结构复杂，搭建了立体交叉式的知识结构网。使教学有了人员保证。

3、实验仪器设备基本能满足目前所开设实验项目的需要。

4、根据课程内容采用不同的教学方法，优化使用现代教学手段

在理论教学中能够打破传统的教学模式，根据教学内容设计不同的教学方法，采取不同的教学手段。通过启发式、提问式、讨论式、师生互动式等多种教学方法进行教学，使学生

变被动学习为主动学习，极大的调动了学生的学习兴趣和积极性。活跃思维，学会学习，为获取更多知识奠定了基础。

在实验教学中按照预习、讨论、实验操作、实验结果检查、实验报告填写、教师批阅总结的教学模式进行教学。

预习：在预习中要求学生把握四个环节：1、钻研实验教材，阅读其它参考资料的相关内容，弄懂实验原理，明确做好实验的关键及有关实验操作的要领和仪器用法；2、合理安排好实验。如，哪个实验反应时间长或需用干燥的器皿应先做，哪些实验先后顺序可以调动，从而避免等候使用公用仪器而浪费时间等，要做到心中有数。3、写出预习报告。内容包括：每次实验的标题，所用的反应式、流程图等，表明实验步骤，留出合适的位置记录实验数据和实验现象或设计一个记录实验数据和实验现象的表格等。4、切忌照抄实验教材。

实验课堂讨论围绕两个方面进行：1.实验前教师以提问的形式指出实验的关键，由学生回答。以加深对实验内容的理解，检查预习情况。还对上次的实验进行总结和评述。2.教师或学生进行操作示范及讲评。

实验操作： 实验时要求学生集中注意力，认真正确地操作，仔细观察和积极思考，及时和如实地记录。（1.）记录实验数据： 最好用表格的形式记录数据，要实事求是，绝不能拼凑或伪造数据，也不能掺杂主观因素。如果记录数据后发现读错或测错，应将错误数据圈去重写(不要涂改或抹掉)，简要注明理由，便于找出原因。重复测定时，如果数据完全相同，也要记录下来，因为这是表示另一次操作的结果。（2.）观察实验现象： 实验中物质的状态和颜色、沉淀的生成和溶解、气体的产生、反应前后温度的变化等都是实验现象。对现象观察是积极思维的过程，善于透过现象看本质是科学工作者必须具备的素质。（1）要学会观察和分析变化中的现象，观察时要善于识别假象。（2）及时和如实地记录实验现象，学会正确描述。 如果实验现象与理论不符时，应首先尊重实验事实。不要忽视实验中的异常想象，更不要因实验的失败而灰心，而应仔细分析其原因，做些有针对性的对照实验(即用蒸馏水或已知物代替试液，用同样的方法，在相同条件下进行实验)，以查清现象的来源，检查所用的试剂是否失效，反应条件是否控制得当等。这都提高自己科学思维能力和实验技能的重要手段。

.实验报告：做完实验后，要求学生及时填写实验报告，将感性认识上升为理性认识。实验报告要求文字精练内容确切、书写整洁，有自己看法和体会。实验报告内容包括以下几部分: 1.预习部分实验前完成，包括 实验目的、简明原理、步骤(尽量用简图、反应式、表格等表示)、装置示意图。2.记录部分实验时完成包括 测得的数据、观察到的实验现象。3.结

论实验后完成 包括实验数据的处理，实验现象的分析与解释，实验结果的归纳与讨论，对实验的改进意见等。

通过学生的动手操作，对实验现象的仔细观察记录及对实验结果的分析，使学生独立观察、思考、分析、综合的能力大大提高，与此同时学生的创新意识增强。获得了良好的实验效果。

通过介绍重要的生物化学期刊、网站，扩展学习的途径，深刻领会科学研究的方法和分析问题的方式，使学生学会如何查询、收集、分析和综合资料。

通过多媒体课件优化使用的探讨，使现代化教学手段运用的效果明显提高。

重视现代教育技术的应用与开发。在教学过程中较好地应用了网络和计算机辅助教学等现代教育技术手段。学习资料包括教学大纲、教案、课件、实验指导、习题集等教学资料学生可通过网上的学习信箱获取，通过教学资源在网上的发布，完善和补充了课堂教学的不足。加强了学生和教师间的联系和反馈。

（三）严格要求，通过不同方式强化和巩固知识，追求最佳教学效果

在理论教学中，教师在完成课堂教学任务的基础上，通过课前提问、复习、作业、章节练习、答疑、在网上发布学习信息等形式，引导和督促学生理解和消化所学的知识，显示了较好的教学效果。三届学生的结业成绩：04级上学期平均成绩为71.14，90分以上为2人，占总人数的4.9%，不及格5人,占总人数的12.19%；05级上学期平均成绩为75.88，其中90分以上为3人，占总人数的9.09%，不及格1人占总人数的3.03%；下学期平均成绩分为74.35，其中90 分以上6人，占总人数的21.42%。不及格1人占总人数的3.6%;20xx级上学期平均成绩为75.88，其中90分以上为3人，占总人数的6.52%。学生学习的整体水平相差不是很大。

确定和完善生物化学实验的考核形式、方法和标准，使实验的评价体系趋于客观、合理、操作性强。

与此同时也促进了教师自身水平的提高。在学校和系组织的课堂教学质量评估中，以课程量化评估体系为依据，通过系教学质量考评小组、教师、学生三方面综合评价的量化显示，课程组老师的课堂教学效果达到了优良，其中1名主讲教师在连续两届（四个学期）课堂教学质量评估中被评为课堂教学质量优秀，由此获得优秀教师称号。

（四）教学特色与创新

1、教学体系完善。其主要体现：（1）教师队伍的学历结构、职称比例、年龄结构比较合理，形成了比较稳定的梯队。学缘结构复杂，搭建了立体交叉式的知识结构网。（2）形成

了课堂教学、实验教学环节支撑的教学内容体系。（3）教学文件和教学的辅助材料齐全，教学规范。

2、注重教学改革与教学研究。表现在：（1）强化学生的主体作用，教师的主导作用。

（2）积极进行课堂教学与实验教学的探讨，正确把握理论教学与实验教学的关系，理论教学教师在承担了知识传授的同时，注重教会学生会学习、引领学生学习，使学生终生受益。教师在实验教学中把着眼点放在对学生基本操作、分析问题和解决问题能力的培养上，更注重培养学生的科研态度和科研精神。

3、在实验内容设计上：精选验证性实验，加强综合性实验，增加设计性实验。使学生所学的基本理论与实验技术相结合，提高学生运用知识、驾驭知识的能力。

4、在实验环节上，充分发挥学生的主体作用，教师的指导作用。通过预习的检查、课前的讨论、实验全程的辅导，实验结果的检查、实验报告的评定、总结等环节，教会学生怎样进行实验，如何做好实验，为什么做实验，使学生开展实验的积极性、主动性增强。动手能力逐渐提高。

5、优化的使用多媒体课件，激发学生学习的兴趣，开阔学生视野，扩充知识容量，确保教学质量。

四、存在的问题

1、生物化学实验及研究的结果直接受实验手段和实验技术的影响，因此还需进一步补充和完善实验仪器和设备。进一步寻求更加有效的教学方法，提高实验的整体水平。

2、实验室的开放由于受一些客观条件的限制，目前还不能达到全部的开放。

3、资料室建设力度还需加大。目前用于生物化学教学和研究的专业资料还很匮乏，已有的部分资料已经过于陈旧，需要及时予以更新和补充。

五、建设规划

1、从21世纪人才培养和学分制教学的需要出发，以选用高水平的教材为基础，补充和完善教学大纲和实验指导、设计教学内容，以多媒体课件建设为突破口，根据各部分的教学内容设计教学方法和教学手段，建立一整套符合培养目标和教学要求的教学与考核体系，总体达到国内同类院校该课程建设的先进水平。

2、努力将该课程逐步建设成为省级精品课程，并以此带动其它课程的建设和发展。

3、通过该课程的建设，培养和造就一支结构合理、业务素质较高、团结协作的教学队伍。

4、逐步改善和提高实验的硬件建设和软件建设，拓宽实验教学思路，合理的构建实验

的模块。

5、充分利用现代教育技术手段、网络技术，实现教学与管理的网络化，使各种教学资料上网开放。

1-2年内本课程组教师的教案和课件全部上网，2-3年内一套完整的教学录象上网，建设成适合学生查阅、自学的网络课程，做到网上适时交互式教学。建设成校内一流、力争全区一流的精品课程。

赤峰学院生命科学系现代生物教研室

生物化学课程组

20xx面5月x日