《微生物发酵工程实验》教学大纲

课程代码：

课程中文名称: 微生物发酵工程实验

课程英文名称：Fermentation Engineering experiment

课程类别：必修

课程学分数：1.5

课程学时数：36

授课对象：生物工程专业本、专科

本课程的前导课程：微生物学、生物化学、微生物发酵工程

微生物发酵工程实验是生物工程专业中一门综合性的应用实验课程。发酵工程是发酵工业的支撑学科，也是生物技术产业化的关键。作为一门实验科学，发酵工程学科所取得的每一个进步，都与实验技术的发展密切相关。这就要求从事发酵工程研究的人员，不仅要掌本学科坚实的基础理论知识，更应掌握娴熟的实验操作技能，从而从实验中获得正确可靠的数据，发现并解决研究中出现的问题，进而指导新理论的建立或加速新产品的开发。因此，实验课的开设对于学生学习、理解及应用发酵工程的理论知识举足轻重。通过本课程的学习，使学生掌握一定的发酵工程方面的实验基本原理、方法与技能，加深学生对发酵工程理论知识的理解，并培养学生将理论与实践相结合，提高学生解决实际问题的能力。

二、          教学要求

掌握发酵工程方面的实验基本原理、方法与技能，熟悉微生物发酵罐的基本结构，掌握机械搅拌发酵罐的安装与使用，重点掌握发酵液参数的控制及检测方法。

   实验一 微生物菌体量和生长速率的测定

【目的和要求】

了解测定菌体量的原理，掌握比浊法和血球计数法测定液态培养过程中菌体量的实验技术。

【实验内容】

利用比浊法和血球计数法测定发酵液中的菌体量。

【重难点】

血球计数板的使用方法。

【注意事项】

1.        用血球计数板计数时，应先在低倍镜下寻找大方格的位置，找到计数室后将其移至视野中央，再换高倍镜观察和计数。

2.        比浊测定时，以未接种的牛肉膏蛋白胨培养基做空白对照；对浓度大的样品，用未接种的牛肉膏蛋白胨培养基适当稀释后测定，其光密度值应控制在1.00以内。

实验二 微生物菌体密度的测定

【目的和要求】

了解测定菌体密度的原理，掌握测定菌体密度的实验技术及其密度瓶的使用方法。

【实验内容】

菌种活化后制备成菌悬液，用密度瓶测定缓冲液、菌悬液的密度ρ和ρ_w。

【重难点】

1. 测定菌体密度的实验技术

2.   密度瓶的使用方法。

【注意事项】

1. 密度瓶使用前应恒重；应检查瓶盖与瓶是否配套；
2. 装满液体时不能留有气泡；
3. 恒浴时要注意及时用小滤纸条吸去溢出的液体，不能让液体溢出到瓶壁上。
4. 要小心从水浴中取出，不能用手握瓶体，以免人体温度使液体溢出。

5. 擦干时小心吸干，不能用力擦，以免温度上升。.

实验三 发酵液粘度的测定

【目的和要求】

掌握毛细管黏度计测量黏度的方法，了解不同发酵液的流变学性质。

【实验内容】

掌握菌种活化培养后，利用毛细管黏度计测定菌液的粘度及毛细管黏度计算方法。

【重难点】

1.奥式黏度计的使用方法。

【注意事项】

1.     温度波动直接影响溶液黏度的测定，一般波动控制在±0.5℃。

2.     实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温后才能测量。

3.     粘度计要垂直放置，实验过程中不要振动粘度计，否则影响结果的准确性。

4.     黏度计一定要洗干净，以备下组使用。

 实验四 酵母的藻酸钙固定化

【目的和要求】

学习细胞固定化的原理，通过海藻酸钠包埋固定啤酒酵母，掌握菌体包埋固定的基本方法，了解固定化细胞在实际中的应用。

【实验内容】

以海藻酸钠为载体，以CaCl₂为交联剂，进行固定化酵母细胞。

【重难点】

酵母细胞菌悬液与海藻酸钠溶液混合的比例。

1.酵母细胞的活化。在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5～1 h，需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的

容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。

2.加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，一定要按照要求进行操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。

3.刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的

实验五 机械搅拌生物反应器的使用方法

【目的和要求】

弄清生物反应器的原理，学习机械搅拌生物反应器的安装和使用。

【实验内容】

机械搅拌生物反应器的安装及空罐灭菌、实罐灭菌。

【重难点】

机械搅拌生物反应器在线灭菌的操作方法。

【注意事项】

1. 机械搅拌生物反应器在线灭菌的安全操作。

2. 对罐体安装，拆卸和灭菌时要特别小心pH电极和罐体的易损又昂贵部件

3. 在空消、实消结束后冷却过程中，严禁发酵罐内产生负压，以免造成污染，甚至损坏设备。

实验六 机械搅拌罐培养大肠杆菌参数的测定（一）

【目的和要求】

掌握发酵过程参数的控制及测定。

【实验内容】

1. 接种大肠杆菌发酵

2.取样分析

（1）取样菌体量的分析：于 A_620nm处菌液浊度与细胞菌数；

（2）葡萄糖浓度的测定：3，5二硝基水杨酸测糖法。

【重难点】

接种方法与取样方法。

【注意事项】

机械搅拌罐培养大肠杆菌接种和取样过程中应注意免造成污染和正确使用设备。

实验七 机械搅拌罐培养大肠杆菌参数的测定（二）

【目的和要求】

学会发酵参数的设置，掌握发酵液参数的测定方法。

【实验内容】

发酵过程中取样测定发酵液的浊度与pH值，发酵完成后菌液的处理。

【重难点】

测定前离心，防止菌体的存在引起的测定误差。

【注意事项】

1. 注意正确使用离心机并注意安全。

2. 酸度计的正确使用。

四、课程内容与学时分配表
   

教  材：《微生物发酵工程实验（讲义）》，自主编写。

参考书：[1] 《微生物工程》（第二版），科学出版社，曹军卫等，2004

[2] 《生物工程专业实验》，中国轻工业出版社，贾士儒主编，2004.

本课程的实验考核采取平时实验操作与平时预习报告、实验报告完成情况相结合方式，按百分制综合评定成绩。实验操作成绩占70%，实验报告完成情况20%，预习报告10%。