微生物学实验室----微生物发酵工程实验

周学时

8

总学时

30

 学分

1

教学对象（本课程适合的专业和年级）：

本课程适合于生物技术专业和“国家生命科学与技术人才培养基地班”三年级本科生，同时也可以作为微生物专业硕士研究生的选修课。

预备知识

要求的预备知识：本课程前期课程为微生物学、微生物发酵工程、生物化学和细胞生物学等基础理论知识。

课程在教学计划中的地位作用

生物技术是一门迅速发展中的交叉学科，它是以生物学，特别是微生物学、遗传学、生物化学和细胞学的理论和技术为基础，结合化学工程等现代工程技术，运用分子生物学的最新成就，操纵基因，定向地改造物种，再通过合适的生物反应器，对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以生产大量的有用代谢产物或发挥它们独特生理功能的一门新兴技术。生物技术包括五个部分，即遗传工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和生物反应器工程。前二者的目的是获得工程菌或工程细胞株，后三者的目的是为工程菌或工程细胞株创造良好的生长繁殖条件，进行大规模培养，以充分发挥其内在潜力，为人们提供巨大的经济效益和社会效益。因此，遗传工程是生物工程的主导，而发酵工程是生物工程的基础。所以发酵工程是生物技术专业和“基地班”的必修课，掌握发酵工程的基本理论，熟悉发酵工程工艺流程及常用实验技术具有十分重要的意义。

课程的基本要求：

通过发酵工程实验课的学习，使同学们熟悉发酵的基本原理及操作规程，了解微生物发酵工艺的过程及其控制方法，学习发酵设备的使用方法和发酵产物的后处理过程，通过具体实验操作达到掌握发酵基本原理、熟悉基本规律、发酵控制的基本方法、产物分离常用方法的目的。

要求学生进行课前预习，课上认真听讲，独立完成实验，课后认真总结实验结果及书写实验报告。

课程内容及学时分配：

本课程涉及12个单元实验，整合为2个综合实验。按每周8课时连续进行1个月。最后一次2课时进行实验总结和成绩评定。共计30学时，1学分。

（一）综合实验1：
聚羟基脂肪酸酯（PHA）的发酵、固液分离、产物分离及其产品纯化
（野生菌发酵）
合计：18课时
实验1. PHA合成细菌的分离和纯化
掌握利用尼尔红染色技术进行PHA合成菌分离的原理；掌握
PHA合成细菌的分离与纯化操作技术。
实验2.利用微生物分类鉴定系统进行微生物的分类鉴定
掌握BIOLOG系统进行微生物分类鉴定的一般原理和方法；掌握利用该仪器对G+ 和G- 细菌进行分类鉴定的方法步骤；对实验1分离得到的PHA合成菌进行分类鉴定。
实验3. 微生物发酵罐的使用
掌握发酵罐的种类；熟悉发酵罐的原理，包括：空气压缩机和蒸汽发生器；能够独立完成机械搅拌发酵罐的操作（空消、实消、发酵控制）
实验4. 微生物发酵法制备生物降解材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)
掌握微生物合成PHA的机制，学会发酵罐的控制技术以及发酵过程中的诸影响因素变化的应对方法，包括：酸碱控制技术、溶氧控制技术等。
实验5. 发酵液中溶解氧测定、发酵液中基质葡萄糖含量的测定
掌握利用溶解氧分析仪检测发酵液中溶解氧的变化；掌握使用葡萄糖试剂盒检测基质葡萄糖含量的原理和方法。
实验6. 实验型冷冻干燥机的原理及其使用
掌握干燥的种类；掌握冷冻干燥设备的基本原理；学会使用冷冻干燥设备对样品进行干燥。
实验 7. PHA的索氏抽提法及其操作
掌握胞内物抽提技术，掌握索式抽提的基本原理；学会使用索式抽提器，对样品中的PHA进行抽提。
实验8. 抽提液浓缩及其样品纯化
掌握抽提液浓缩技术；掌握旋转蒸发仪的原理和使用方法，能够独立完成旋转蒸发仪的操作对浓缩液进行浓缩。了解溶度参数原理，掌握有机溶剂沉淀法对PHA进行浓缩和纯化。
实验9. PHA 样品沉淀、精制、减压干燥、核磁共振检测样品管的准备
掌握高分子聚合物的分离纯化方法-----有机溶剂沉淀法，掌握样品真空干燥的方法，了解核磁共振原理，掌握核磁共振检测样品管的准备方法。

（二）综合实验2：
基因工程菌的补料分批发酵和产物分离（工程菌发酵）
合计：12课时
实验10. 基因工程菌合成PHAMCL的补料分批发酵
掌握利用基因工程菌进行PHAMCL发酵生产的原理、方法和步骤；掌握基因工程菌与野生菌发酵的区别，掌握基因工程菌发酵的特点；掌握补料分批发酵的原理和方法，熟悉补料分批发酵与分批发酵的区别。
实验11. 实验型超滤装置的原理及其使用
掌握超滤装置的适用范围，掌握超滤的原理，学会使用超滤装置
进行发酵液的超滤，实现固液分离。
实验12. 亚硫酸盐法测定容积氧传递系数
实验掌握化学法?—硫酸盐氧化法测定反应器体积溶氧系数KLa的原理及测定方法。
实验总结及其成绩评定
总结发酵种类和技术、发酵控制技术、总结灭菌工程、空气净
化工程及分离工程的技术种类和要点；根据学生的实验结果和现场抽签口试结果，评定学生的实验成绩。

教

材

名称：《微生物发酵工程实验》指导讲义

作者：宋存江等

出版日期：2006年12月

出版社：生命科学学院自印

获奖情况：无

使用情况：2006年首次使用

主要参考书

《微生物学实验》杨文博主编，化工出版社2004年9月出版

《生物过程工程与设备》陈洪章 化工出版社2004年2月出版

《山东大学生物工程大实验》许平等 2005年1月(内部印刷)

《浙江大学发酵工程实验》吴根福等 2004年1月(内部印刷)

《南开大学生科院微生物催化研究室研究报告》 内部资料

本大纲的特色（在教学内容、方法、手段方面改革的情况）：

本实验课改变了传统的由若干关联性小的实验构成一门实验课的格局。通过两个综合实验将微生物的发酵、发酵条件的控制、中间产物分析、固液分离、产物纯化精制等若干小实验内容有机的组合。培养学生在实验中发现问题、解决问题的综合实验能力。

补充说明：

所列12个实验内容在实施教学过程中，可根据具体情况，置于综合实验一或综合实验二中实施均可。但要保证至少让学生进行10个单元实验。