湖北省高等教育自學(xué)考試課程考試大綱

  課程名稱：生化工程 課程代碼：06710

  第一部分 課程性質(zhì)與目標(biāo)

  一、課程性質(zhì)與特點

  生化工程是運(yùn)用化學(xué)工程的原理與方法，將生物技術(shù)的實驗室成果進(jìn)行工業(yè)開發(fā)的一門學(xué)科，簡言之，生化工程是為生物技術(shù)服務(wù)的化學(xué)工程。主要研究內(nèi)容：培養(yǎng)基滅菌，空氣除菌，通氣攪拌，生化反應(yīng)器比擬放大，生化反應(yīng)動力學(xué)等。因此，生化工程是一門涉及到化工原理、物理化學(xué)、微生物學(xué)、發(fā)酵工程、酶工程、生物工程設(shè)備、生化反應(yīng)過程自動控制等多門學(xué)科相互滲透的綜合性科學(xué)。生化工程是生物工程學(xué)科專業(yè)的必修課程之一，是一門重要的專業(yè)理論課。

  二、課程目標(biāo)與基本要求

  通過學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握以下基本知識點：

  1. 生化工程概論

  2. 培養(yǎng)基滅菌和空氣除菌

  3. 氧的供需

  4. 機(jī)械攪拌軸功率計算

  5. 生物反應(yīng)器的比擬放大

  6. 細(xì)胞反應(yīng)動力學(xué)

  7. 連續(xù)培養(yǎng)動力學(xué)

  本課程屬于工科類，因此要求學(xué)生對生化工程學(xué)科的基本概念、基本原理和基本公式識記并理解，并能解決生化反應(yīng)過程中所涉及到的工程學(xué)基礎(chǔ)問題，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程奠定良好的基礎(chǔ)。

  三、與本專業(yè)其他課程的關(guān)系

  生化工程為生物工程專業(yè)自考生的學(xué)位課。先修課程主要為微生物學(xué)、化工原理和物理化學(xué)。與之相關(guān)的后修課程有發(fā)酵工程、酶工程、生物工程設(shè)備、生物工程下游技術(shù)等多門學(xué)科。

  第二部分 考核內(nèi)容與考核目標(biāo)

  第一章 引言

  一、學(xué)習(xí)目的與要求

  要求學(xué)生識記生化工程的定義、研究內(nèi)容及學(xué)科的發(fā)展歷程。

  二、考核知識點與考核目標(biāo)

  1、重點

  1.1 生化工程的定義（識記）

  1.2 生化工程的研究內(nèi)容（識記）

  2、次重點

  生化工程的發(fā)展歷程（識記）

  第二章 培養(yǎng)基滅菌

  一、學(xué)習(xí)目的與要求

  要求學(xué)生掌握培養(yǎng)基分批滅菌和連續(xù)滅菌的原理和工藝流程設(shè)計，以及空氣除菌方法、典型空氣除菌流程、空氣過濾設(shè)計。

  二、考核知識點與考核目標(biāo)

  1、重點

  （1）濕熱滅菌原理（應(yīng)用）

  （2）間歇滅菌（應(yīng)用）

  2、次重點

  （1）間歇滅菌的設(shè)計（應(yīng)用）

  （2）連續(xù)滅菌反應(yīng)器的流體流動模型（理解）

  （3）連續(xù)滅菌設(shè)計計算（應(yīng)用）

  3 、一般

  （1）微生物菌體熱死滅動力學(xué)（理解）

  （2）影響滅菌的其他因素（識記）

  第三章 空氣除菌

  一、學(xué)習(xí)目的與要求

  要求學(xué)生掌握空氣除菌方法、典型空氣除菌流程、空氣過濾設(shè)計。

  二、考核知識點與考核目標(biāo)

  1、重點

  （1）空氣除菌方法（應(yīng)用）

  （2）空氣過濾設(shè)計（應(yīng)用）

  2、次重點

  （1）空氣過濾除菌的預(yù)處理（應(yīng)用）

  （2）通風(fēng)培養(yǎng)對無菌空氣的要求（理解）

  3 、一般

  （1）空氣過濾除菌機(jī)理57（理解）

  （2）空氣過濾器設(shè)計（識記）

  第四章 通氣和攪拌

  一、學(xué)習(xí)目的與要求

  要求學(xué)生掌握細(xì)胞對氧的需求，培養(yǎng)過程中的氧傳遞，影響供氧的因素，溶解氧、攝氧率和kLa的測定方法。了解液體通氣攪拌反應(yīng)器的攪拌槳葉類型，掌握攪拌器軸功率計算方法（包括通氣狀態(tài)和不通氣狀態(tài)），以及熟悉非牛頓流體的攪拌器軸功率的計算。

  二、考核知識點與考核目標(biāo)

  1、重點

  （1）概念：比耗氧速率，攝氧率，臨界氧濃度，氧的傳遞通量，雙膜理論，體積溶氧速率，體積溶氧系數(shù)，軸功率、功率準(zhǔn)數(shù)Np、通氣準(zhǔn)數(shù)Na（識記）

  （2）影響細(xì)胞需氧量的因素（理解）

  （3）液體培養(yǎng)過程中氧傳遞及速率

  （4）體積溶氧系數(shù)KLa的測定方法（理解）

  （5）攪拌器軸功率的計算（理解）

  2、次重點

  （1）培養(yǎng)過程中的氧傳遞（識記）

  （2）影響KLa的因素

  （3）軸功率、功率準(zhǔn)數(shù)Np、通氣準(zhǔn)數(shù)Na

  3、一般：

  （1）溶解氧對細(xì)胞生長的影響（識記）

  （2）溶解氧對發(fā)酵代謝產(chǎn)物生成的影響（識記）

  （3）通氣攪拌反應(yīng)器的攪拌槳葉類型（識記）

  第五章 培養(yǎng)技術(shù)與理論

  一、學(xué)習(xí)目的與要求

  要求學(xué)生掌握細(xì)胞微生物反應(yīng)過程的特征、計量關(guān)系，微生物培養(yǎng)及動力學(xué)、微生物培養(yǎng)速率與底物濃度關(guān)系。

  二、考核知識點與考核目標(biāo)

  1、重點

  （1）微生物反應(yīng)過程的主要特征（識記）

  （2）微生物反應(yīng)過程的計量關(guān)系（應(yīng)用）

  （3）微生物反應(yīng)動力學(xué)的描述方法（應(yīng)用）

  （4）微生物生長速率與底物濃度的關(guān)系（識記）

  （5）微生物連續(xù)培養(yǎng)及動力學(xué)（識記）

  2、次重點

  （1）多級連續(xù)培養(yǎng)（理解）

  （2）連續(xù)培養(yǎng)的應(yīng)用（理解）

  3、一般：

  （1）恒速流加（應(yīng)用）

  （2）指數(shù)流加（應(yīng)用）

  第六章 生物反應(yīng)器

  一、學(xué)習(xí)目的與要求

  要求學(xué)生了解生物反應(yīng)器設(shè)計的目標(biāo)和原則，掌握以不同類別的生物反應(yīng)器參數(shù)的設(shè)計計算。

  二、考核知識點與考核目標(biāo)

  1、重點：

  （1）機(jī)械攪拌通風(fēng)罐式反應(yīng)器（應(yīng)用）

  （2）機(jī)械攪拌自吸式反應(yīng)器（應(yīng)用）

  （3）氣升環(huán)流式反應(yīng)器（應(yīng)用）

  （4）鼓泡塔反應(yīng)器（應(yīng)用）

  2、次重點

  （1）通風(fēng)固體發(fā)酵設(shè)備（應(yīng)用）

  （2）乙醇發(fā)酵設(shè)備(標(biāo)識)

  3、一般：

  啤酒發(fā)酵設(shè)備（應(yīng)用）

  第七章 生物反應(yīng)器的比擬放大

  一、學(xué)習(xí)目的與要求

  要求學(xué)生了解生物反應(yīng)器比擬放大基準(zhǔn)和放大方法，掌握以不同方法進(jìn)行放大時生物反應(yīng)器參數(shù)的計算。

  二、考核知識點與考核目標(biāo)

  1、重點：

  （1）相似的放大方法（應(yīng)用）

  （2）（量綱分析法應(yīng)用）

  （3）數(shù)學(xué)模型法（應(yīng)用）

  （4）機(jī)械攪拌式反應(yīng)器的幾何尺寸的放大（應(yīng)用）

  （5）機(jī)械攪拌式反應(yīng)器的空氣流量的放大（應(yīng)用）

  （6）攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌軸功率的放大

  2、次重點

  （1）經(jīng)驗準(zhǔn)則放大（應(yīng)用）

  （2）攪拌液流速度壓頭H、攪拌液流循環(huán)流量(標(biāo)識)

  （3）影響氣升式生物反應(yīng)器性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)(標(biāo)識)

  （4）管式反應(yīng)器的多管串聯(lián)放大(標(biāo)識)

  3、一般：

  （1）管式反應(yīng)器的幾何相似放大（應(yīng)用）

  （2）管式反應(yīng)器的恒壓降放大（應(yīng)用）

  （3）生物反應(yīng)器的比擬縮小（應(yīng)用）

  第八章 章固定化酶(細(xì)胞)反應(yīng)原理與技術(shù)

  一、學(xué)習(xí)目的與要求

  要求掌握酶(細(xì)胞)的固定化，固定化酶(細(xì)胞)的性質(zhì)，固定化酶(細(xì)胞)的應(yīng)用，固定化酶(細(xì)胞)反應(yīng)動力學(xué)，固定化酶(細(xì)胞)反應(yīng)器。

  二、考核知識點與考核目標(biāo)

  1、重點

  （1）概念：固定化酶，固定化技術(shù)（識記）

  （2）固定化酶(細(xì)胞)的優(yōu)缺點（識記）

  （4）固定化酶(細(xì)胞)的方法（理解）

  （5）固定化酶(細(xì)胞)的活力（理解）

  （6）固定化酶(細(xì)胞)的穩(wěn)定性（理解）

  （7）固定化酶的催化特性（理解）

  （8）固定化酶(細(xì)胞) 反應(yīng)器（應(yīng)用）

  2、次重點

  （1）氨基酸的生產(chǎn)（理解）

  （2）生產(chǎn)乙醇和啤酒（理解）

  （3）固定化酶(細(xì)胞)反應(yīng)動力學(xué)（理解）

  3、一般

  （1）果葡糖漿的生產(chǎn)（識記）

  （2）抗體和抗原的提純（識記）

  第九章 生物反應(yīng)過程的質(zhì)量和能量衡算

  一、學(xué)習(xí)目的與要求

  要求學(xué)生掌握質(zhì)量和能量衡算的意義，生物反應(yīng)過程的元素衡算方程及還原度，生物反應(yīng)過程中的質(zhì)量衡算和生物反應(yīng)過程中的能量衡算。

  二、考核知識點與考核目標(biāo)

  1、重點

  （1）生物反應(yīng)過程的元素衡算方程及還原度（識記）

  （2）生物反應(yīng)過程中的碳源和氮源衡算（應(yīng)用）

  （3）生物反應(yīng)過程中的氧衡算（理解）

  2、次重點：

  生物反應(yīng)過程中的ATP衡算（應(yīng)用）

  3、一般:

  生物反應(yīng)過程中的能量衡算（識記）

  第三部分 教材及主要教學(xué)參考書

  一、指定教材：倫世儀 主編，生化工程，北京：中國輕工業(yè)出版社，2017

  參考教材：賈士儒 主編，生化反應(yīng)工程原理，天津：南開大學(xué)出版社，1996年

  俞俊棠主編，生物工藝學(xué)（上下冊），上海：華東化工學(xué)院出版社，

  1991年（上冊）和1992年（下冊）

  戚以政 主編，生化反應(yīng)動力學(xué)與反應(yīng)器，北京：化工出版社，1999年

  梅樂和主編，生化生產(chǎn)工藝學(xué)，北京：科學(xué)出版社，2003

  二、助學(xué)學(xué)時：本課程共4學(xué)分，建議總課時72學(xué)時，其中助學(xué)課時分配如下：

  三、關(guān)于命題考試的若干規(guī)定

  (包括能力層次比例、難易度比例、內(nèi)容程度比例、題型、考試方法和考試時間等)

  1、本大綱各章所提到的內(nèi)容和考核目標(biāo)都是考試內(nèi)容。試題覆蓋到章，適當(dāng)突出重點。

  2、試卷中對不同能力層次的試題比例大致是："識記"為20 %、"理解"為30 ％、"應(yīng)用"為50 ％。

  3、試題難易程度應(yīng)合理：易、較易、較難、難比例為2：3：3：2。

  4、每份試卷中，各類考核點所占比例約為：重點占65%，次重點占25%，一般占10%。

  5、試題類型一般分為：單向選擇題、多項選擇題、名詞解釋題、簡答題、論述題和計算題六種題型。

  6、考試采用閉卷筆試，考試時間150分鐘，采用百分制評分，60分合格。

  說明：

  四、題型示例（樣題）

  單項選擇題1．?dāng)嚢柁D(zhuǎn)速升高，流體的黏度變小。則該流體為

  A．牛頓流體 B． 漲塑性流體

  C．?dāng)M塑性流體 D．彬漢塑性流體

  多項選擇題1．空氣除菌方法包括：

  A.巴氏消毒 B.輻射滅菌

  C.化學(xué)滅菌 D.靜電除塵

  E.介質(zhì)過濾

  三、名詞解釋題

  1．臨界氧濃度

  四、簡答題

  1、簡要回答用動態(tài)法測定培養(yǎng)體系kLa的原理。

  五、論述題

  1．經(jīng)驗表明，易退化的高產(chǎn)誘變菌株不適合連續(xù)發(fā)酵操作模式，試分析原因，并證明之。

  六、計算題

  1．罐直徑1.8m，高徑比1；裝配單只圓盤六彎葉渦輪，直徑0.60m；罐內(nèi)裝四塊擋板，攪拌器轉(zhuǎn)速168r/min，通氣流量Q＝1.42m3/min (已換算為罐內(nèi)狀態(tài)的流量)，醪液粘度μ=1.96×10-3N.s/m2，醪液密度ρ=1020kg/m3。請根據(jù)Michel修正式，計算Pg。