2021年湖北自考06710 生化工程教材大纲

  湖北省高等教育自学考试课程考试大纲

  课程名称：生化工程 课程代码：06710

  第一部分 课程性质与目标

  一、课程性质与特点

  生化工程是运用化学工程的原理与方法，将生物技术的实验室成果进行工业开发的一门学科，简言之，生化工程是为生物技术服务的化学工程。主要研究内容：培养基灭菌，空气除菌，通气搅拌，生化反应器比拟放大，生化反应动力学等。因此，生化工程是一门涉及到化工原理、物理化学、微生物学、发酵工程、酶工程、生物工程设备、生化反应过程自动控制等多门学科相互渗透的综合性科学。生化工程是生物工程学科专业的必修课程之一，是一门重要的专业理论课。

  二、课程目标与基本要求

  通过学习，应掌握以下基本知识点：

  1. 生化工程概论

  2. 培养基灭菌和空气除菌

  3. 氧的供需

  4. 机械搅拌轴功率计算

  5. 生物反应器的比拟放大

  6. 细胞反应动力学

  7. 连续培养动力学

  本课程属于工科类，因此要求学生对生化工程学科的基本概念、基本原理和基本公式识记并理解，并能解决生化反应过程中所涉及到的工程学基础问题，为进一步学习有关专业课程奠定良好的基础。

  三、与本专业其他课程的关系

  生化工程为生物工程专业自考生的学位课。先修课程主要为微生物学、化工原理和物理化学。与之相关的后修课程有发酵工程、酶工程、生物工程设备、生物工程下游技术等多门学科。

  第二部分 考核内容与考核目标

  第一章 引言

  一、学习目的与要求

  要求学生识记生化工程的定义、研究内容及学科的发展历程。

  二、考核知识点与考核目标

  1、重点

  1.1 生化工程的定义（识记）

  1.2 生化工程的研究内容（识记）

  2、次重点

  生化工程的发展历程（识记）

  第二章 培养基灭菌

  一、学习目的与要求

  要求学生掌握培养基分批灭菌和连续灭菌的原理和工艺流程设计，以及空气除菌方法、典型空气除菌流程、空气过滤设计。

  二、考核知识点与考核目标

  1、重点

  （1）湿热灭菌原理（应用）

  （2）间歇灭菌（应用）

  2、次重点

  （1）间歇灭菌的设计（应用）

  （2）连续灭菌反应器的流体流动模型（理解）

  （3）连续灭菌设计计算（应用）

  3 、一般

  （1）微生物菌体热死灭动力学（理解）

  （2）影响灭菌的其他因素（识记）

  第三章 空气除菌

  一、学习目的与要求

  要求学生掌握空气除菌方法、典型空气除菌流程、空气过滤设计。

  二、考核知识点与考核目标

  1、重点

  （1）空气除菌方法（应用）

  （2）空气过滤设计（应用）

  2、次重点

  （1）空气过滤除菌的预处理（应用）

  （2）通风培养对无菌空气的要求（理解）

  3 、一般

  （1）空气过滤除菌机理57（理解）

  （2）空气过滤器设计（识记）

  第四章 通气和搅拌

  一、学习目的与要求

  要求学生掌握细胞对氧的需求，培养过程中的氧传递，影响供氧的因素，溶解氧、摄氧率和kLa的测定方法。了解液体通气搅拌反应器的搅拌桨叶类型，掌握搅拌器轴功率计算方法（包括通气状态和不通气状态），以及熟悉非牛顿流体的搅拌器轴功率的计算。

  二、考核知识点与考核目标

  1、重点

  （1）概念：比耗氧速率，摄氧率，临界氧浓度，氧的传递通量，双膜理论，体积溶氧速率，体积溶氧系数，轴功率、功率准数Np、通气准数Na（识记）

  （2）影响细胞需氧量的因素（理解）

  （3）液体培养过程中氧传递及速率

  （4）体积溶氧系数KLa的测定方法（理解）

  （5）搅拌器轴功率的计算（理解）

  2、次重点

  （1）培养过程中的氧传递（识记）

  （2）影响KLa的因素

  （3）轴功率、功率准数Np、通气准数Na

  3、一般：

  （1）溶解氧对细胞生长的影响（识记）

  （2）溶解氧对发酵代谢产物生成的影响（识记）

  （3）通气搅拌反应器的搅拌桨叶类型（识记）

  第五章 培养技术与理论

  一、学习目的与要求

  要求学生掌握细胞微生物反应过程的特征、计量关系，微生物培养及动力学、微生物培养速率与底物浓度关系。

  二、考核知识点与考核目标

  1、重点

  （1）微生物反应过程的主要特征（识记）

  （2）微生物反应过程的计量关系（应用）

  （3）微生物反应动力学的描述方法（应用）

  （4）微生物生长速率与底物浓度的关系（识记）

  （5）微生物连续培养及动力学（识记）

  2、次重点

  （1）多级连续培养（理解）

  （2）连续培养的应用（理解）

  3、一般：

  （1）恒速流加（应用）

  （2）指数流加（应用）

  第六章 生物反应器

  一、学习目的与要求

  要求学生了解生物反应器设计的目标和原则，掌握以不同类别的生物反应器参数的设计计算。

  二、考核知识点与考核目标

  1、重点：

  （1）机械搅拌通风罐式反应器（应用）

  （2）机械搅拌自吸式反应器（应用）

  （3）气升环流式反应器（应用）

  （4）鼓泡塔反应器（应用）

  2、次重点

  （1）通风固体发酵设备（应用）

  （2）乙醇发酵设备(标识)

  3、一般：

  啤酒发酵设备（应用）

  第七章 生物反应器的比拟放大

  一、学习目的与要求

  要求学生了解生物反应器比拟放大基准和放大方法，掌握以不同方法进行放大时生物反应器参数的计算。

  二、考核知识点与考核目标

  1、重点：

  （1）相似的放大方法（应用）

  （2）（量纲分析法应用）

  （3）数学模型法（应用）

  （4）机械搅拌式反应器的几何尺寸的放大（应用）

  （5）机械搅拌式反应器的空气流量的放大（应用）

  （6）搅拌转速和搅拌轴功率的放大

  2、次重点

  （1）经验准则放大（应用）

  （2）搅拌液流速度压头H、搅拌液流循环流量(标识)

  （3）影响气升式生物反应器性能的结构参数(标识)

  （4）管式反应器的多管串联放大(标识)

  3、一般：

  （1）管式反应器的几何相似放大（应用）

  （2）管式反应器的恒压降放大（应用）

  （3）生物反应器的比拟缩小（应用）

  第八章 章固定化酶(细胞)反应原理与技术

  一、学习目的与要求

  要求掌握酶(细胞)的固定化，固定化酶(细胞)的性质，固定化酶(细胞)的应用，固定化酶(细胞)反应动力学，固定化酶(细胞)反应器。

  二、考核知识点与考核目标

  1、重点

  （1）概念：固定化酶，固定化技术（识记）

  （2）固定化酶(细胞)的优缺点（识记）

  （4）固定化酶(细胞)的方法（理解）

  （5）固定化酶(细胞)的活力（理解）

  （6）固定化酶(细胞)的稳定性（理解）

  （7）固定化酶的催化特性（理解）

  （8）固定化酶(细胞) 反应器（应用）

  2、次重点

  （1）氨基酸的生产（理解）

  （2）生产乙醇和啤酒（理解）

  （3）固定化酶(细胞)反应动力学（理解）

  3、一般

  （1）果葡糖浆的生产（识记）

  （2）抗体和抗原的提纯（识记）

  第九章 生物反应过程的质量和能量衡算

  一、学习目的与要求

  要求学生掌握质量和能量衡算的意义，生物反应过程的元素衡算方程及还原度，生物反应过程中的质量衡算和生物反应过程中的能量衡算。

  二、考核知识点与考核目标

  1、重点

  （1）生物反应过程的元素衡算方程及还原度（识记）

  （2）生物反应过程中的碳源和氮源衡算（应用）

  （3）生物反应过程中的氧衡算（理解）

  2、次重点：

  生物反应过程中的ATP衡算（应用）

  3、一般:

  生物反应过程中的能量衡算（识记）

  第三部分 教材及主要教学参考书

  一、指定教材：伦世仪 主编，生化工程，北京：中国轻工业出版社，2017

  参考教材：贾士儒 主编，生化反应工程原理，天津：南开大学出版社，1996年

  俞俊棠主编，生物工艺学（上下册），上海：华东化工学院出版社，

  1991年（上册）和1992年（下册）

  戚以政 主编，生化反应动力学与反应器，北京：化工出版社，1999年

  梅乐和主编，生化生产工艺学，北京：科学出版社，2003

  二、助学学时：本课程共4学分，建议总课时72学时，其中助学课时分配如下：

  三、关于命题考试的若干规定

  (包括能力层次比例、难易度比例、内容程度比例、题型、考试方法和考试时间等)

  1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。

  2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是："识记"为20 %、"理解"为30 ％、"应用"为50 ％。

  3、试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为2：3：3：2。

  4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占65%，次重点占25%，一般占10%。

  5、试题类型一般分为：单向选择题、多项选择题、名词解释题、简答题、论述题和计算题六种题型。

  6、考试采用闭卷笔试，考试时间150分钟，采用百分制评分，60分合格。

  说明：

  四、题型示例（样题）

  单项选择题1．搅拌转速升高，流体的黏度变小。则该流体为

  A．牛顿流体 B． 涨塑性流体

  C．拟塑性流体 D．彬汉塑性流体

  多项选择题1．空气除菌方法包括：

  A.巴氏消毒 B.辐射灭菌

  C.化学灭菌 D.静电除尘

  E.介质过滤

  三、名词解释题

  1．临界氧浓度

  四、简答题

  1、简要回答用动态法测定培养体系kLa的原理。

  五、论述题

  1．经验表明，易退化的高产诱变菌株不适合连续发酵操作模式，试分析原因，并证明之。

  六、计算题

  1．罐直径1.8m，高径比1；装配单只圆盘六弯叶涡轮，直径0.60m；罐内装四块挡板，搅拌器转速168r/min，通气流量Q＝1.42m3/min (已换算为罐内状态的流量)，醪液粘度μ=1.96×10-3N.s/m2，醪液密度ρ=1020kg/m3。请根据Michel修正式，计算Pg。