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1、西北师范大学 生命科学学院,xx,微生物工程,1,2023/3/14,教学情况及说课,2,感谢你的观看,2019年8月29,3,感谢你的观看,2019年8月29,1.个人教学工作情况介绍,姓名：张爱梅学位：博士职称：副教授学院：生命科学学院,4,感谢你的观看,2019年8月29,主讲专业课：微生物学，微生物工程，微生物及微生物工程实验主讲综合教育类选修课：食品与生活，饮料加工,5,感谢你的观看,2019年8月29,建立和谐的师生关系,1.认真踏实地备课2.热情饱满地上课3.客观合理地考核,Text 2,Text 3,2.对教学工作的理解,1.端正学习态度，增强学习主动性2.正确的学习方法提高学
2、习效率3.利用丰富的学习资源，拓展思维,6,感谢你的观看,2019年8月29,7,感谢你的观看,2019年8月29,说教学的重难点,说教学内容,说教材,说学法,说教学评价方法,说教学目标,说教法,说学生,8,感谢你的观看,2019年8月29,微生物工程使用的教材是由曹军卫主编的，由“科学出版社”出版的21世纪高等院校教材（第二版）。,1说教材,9,感谢你的观看,2019年8月29,微生物工程原理微生物工程下游加工工程微生物工程生产设备微生物工程生产工艺和产品举例,2说教学内容,10,感谢你的观看,2019年8月29,一条主线：菌种培养基发酵过程控制产品,两个基础：生物学基础；工程学基础,三大模
3、块：微生物工程原理；微生物工程生产设备；生产工艺和产品举例,四大内容：菌种（来源、选育、保藏、代谢调节）；培养基（成分、配制、用途、灭菌）；发酵（工艺控制、参数检测、动力学）；发酵相关设备（培养基灭菌设备、发酵设备、空气 除菌设备、产品纯化设备）,11,感谢你的观看,2019年8月29,教学重点：微生物工程原理和微生物工程生产设备。,教学难点：微生物工程生产设备。,3说教学的重难点,12,感谢你的观看,2019年8月29,2010级生物技术专业学生已修微生物学已修高等数学已修物理化学,4说学生,13,感谢你的观看,2019年8月29,5说教法,直观演示法,举例说明法,14,感谢你的观看,201
4、9年8月29,6说教学目标,熟悉微生物工程的基本原理及常用术语 了解发酵工业控制的特性及共性 深入理解发酵工程的过程优化与生产放大,15,感谢你的观看,2019年8月29,7说学法,课前简要预习,课中分析归纳,16,感谢你的观看,2019年8月29,8说教学评价方法,对学生，平时考查与期末考试相结合。,对教师，听取意见和建议，完善教学。,17,感谢你的观看,2019年8月29,教学演示,18,西北师大生科院,2006-8,第八章 微生物反应动力学,19,2006-8,P（产物）,S（底物）,X（菌体）,动力学,F（发酵）,20,2006-8,第一节 工业化发酵的类型 第二节 分批培养的动力学第
5、三节 连续培养的动力学,本章内容,一.工业化发酵的类型常见分类方式按工艺流程分类按动力学类型分类二.分批培养的动力学微生物生长的动力学营养物质消耗的动力学产物合成的动力学,本节课内容,23,（一）常见分类方式 按发酵原料分为：淀粉类物质发酵、废水发酵等 按发酵形式分为：固体发酵、液体深层发酵等 按氧气需求分为：需氧发酵、厌氧发酵等 按发酵产物分为：氨基酸发酵、抗生素发酵等,一.工业化发酵的类型,23,2006-8,24,（二）按工艺流程分类,分批发酵：一次投料，一次接种，一次收获。,连续发酵：新鲜培养基连续加入，含产品的发酵液以相同流速排出。,流加发酵：,需要中途进行补料。,24,2006-8
6、,25,依菌体生长，碳源利用和产物生成的变化，Gaden将微生物发酵过程分为三种类型：,（三）按动力学类型分类,第I类型（生长相关型）第II类型（生长部分相关型）第III类型（生长不相关型）,25,2006-8,26,第I类型：生长相关型 产物直接来源于产能的初级代谢，菌体生长与产物形成不分开。菌体生长类型：终产物就是菌体本身。例如：酵母，蘑菇菌丝代谢产物类型：产物的积累与菌体增长平行。例如：酒精，葡萄糖酸的发酵,菌体比生长速率,碳源利用比速率,产物形成比速率,时间/h,26,2006-8,第II类型:生长部分相关型 发酵第一时期，菌体迅速增长；第二时期，产物高速形成。生长出现两个峰，碳源利用
7、在两个时期都很高。例如：柠檬酸发酵,时间/h,菌体比生长速率,碳源利用比速率,产物形成比速率,27,2006-8,28,第III类型:生长不相关型 产物是在基质消耗和菌体生长达到稳定期，菌体利用中间代谢反应来形成的，即产物的形成和初级代谢是分开的。例如：抗生素发酵。,时间/h,菌体比生长速率,碳源利用比速率,产物形成比速率,28,2006-8,29,二.分批培养动力学,分批培养-整个过程处于不稳定状态（细胞浓度、基质浓度、产物浓度）,29,2006-8,30,1.微生物生长动力学,微生物在一个密闭系统中的生长情况：,:比生长速率（s-1）X：细胞干重浓度（kg/m3）t：时间（s）,d X/d
8、 t=X,30,2006-8,31,时间,菌体浓度对数,延迟期,对数生长期,减速期,稳定期,衰亡期,延迟期：,对数生长期:,倍增时间：td,减速期:,稳定期：;,衰亡期:,31,2006-8,32,微生物的生长速度：f(S，M，T，pH，DO),在一定条件下(限制性基质)：f(S),32,2006-8,33,Monod研究了基质浓度与生长速度的关系Monod方程,米氏方程:,m/2,m,33,2006-8,34,：比生长速率（s-1)S：限制性基质浓度(mol/m3)Ks：饱和常数(mol/m3)max:最大比生长速率（s-1),34,2006-8,35,Monod方程的参数求解,将Monod
9、方程取倒数可得：,(双倒数法),S,35,2006-8,36,例：在一定条件下培养大肠杆菌，得如下数据：,求在该培养条件下，大肠杆菌的max，Ks和td?,解：将数据整理,36,2006-8,37,max1.11(h-1);Ks97.6 mg/L,tdln2/max0.64 h,37,2006-8,38,基质包括细胞生长与代谢所需的各种营养成分，其消耗分为三个方面：合成新细胞；细胞维持生命；合成代谢产物。,2.基质消耗动力学,38,2006-8,39,YX/S：生长得率系数 YP/S：产物得率系数 m：维持系数,39,2006-8,40,m：维持系数 单位质量干菌体在单位时间内因维持代谢消耗的
10、基质量，是微生物的一种特性值(mol/g h)。,40,2006-8,41,3.产物合成动力学,产物包括三大类：菌体酶制剂代谢产物,41,2006-8,42,以产物生产率作为菌体生长率和菌体量的函数（Luedeking和Piret模型）,K1：与菌体生长关联的细胞生产能力 K2：非生长关联比生长速率,42,2006-8,43,按k1，k2常数分 k10，k2=0，生长相关型 k10，k20，生长部分相关型 k1=0，k20，生长不相关型,43,2006-8,44,分批培养过程反应速度的描述,小结：,发酵类型,44,2006-8,培养基原料,培养基配料罐,主发 酵罐,去菌体分离及后处理,pH调节
11、液,种子罐,空气过滤器,无菌空气,无菌空气,空气压缩机,锅炉,蒸 汽,琼脂斜面,摇瓶,连消装置,分批培养示意图,45,2006-8,F,S,X,P,F,S0,X0,流入速度=流出速度=F,连续培养示意图,46,2006-8,47,倍增时间 细胞浓度增加一倍所需的时间。,lnXt-lnX0（t t0),d X/d t=X,积分,47,2006-8,48,生长得率系数：YX/S=-dX/dS 或 X/S,YX/S：生长得率系数（以消耗的基质为基准的细胞得率系数）X：干细胞的生长量 S：基质的消耗量,48,2006-8,产物得率系数：YP/S=-dP/dS 或 P/S,YP/S：产物得率系数（相当于基质消耗的实际产物得率）P：产物生成量,49,2006-8,50,2006-8,
