18113605-生物反应工程-生工2018版.docxVIP

《生物反应工程》课程教学大纲

课程编号课程名称

生物反应工程

考试/考查

考试

总学时

32

实验/上机学时

0

学分

2

课程性质

专业课程（必修）

适用专业

生物工程

承担单位

生物科学与工程学院

先修课程

化工原理、生物化学、发酵工程、生物工程设备

生物反应工程是一门以生物学、化学、工程学等多学科为基础的交叉学科，它以生物反应动力学为基础，将传递过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学工程学方法与生物反应过程的反应特性方面的知识相结合，进行生物反应过程分析与开发，以及生物反应器的设计、操作和控制等。生物反应工程主要研究生物反应过程中带有共性的工程技术问题，其在生物工业中起着举足轻重的作用。

一、课程目标

1．掌握生物反应过程动力学基本规律，各种生物反应过程中的动力学分析以及生物反应过程中的代谢分析。

2.掌握生物反应器的基本概念，生物反应器分析和设计的基本原理和基本方法，并能应用这些原理和方法进行反应器的基本设计和对简单反应过程进行定性分析，进行其操作的优化。

3.能够针对生物反应工程中的特定要求，设计生物反应工程中的上、中、下游各单元操作和工艺流程的解决方案；

4.掌握生物反应器操作和控制的基本技能。

表1课程目标支撑的毕业要求/指标点

毕业要求

指标点

支撑

强度

1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和生物工程的专业知识用于解决生物工程中的复杂工程问题

1.2能够用相关基础自然科学和生物工程的专业知识解决生物制造与技术服务中复杂工程问题的生物物质与能量变化问题；

课程

目标4

M

3.设计/开发解决方案：能够设计针对生物工程复杂问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

3.2能够针对生物工程中的特定需求，设计生物制造中的上、中、下游各单元操作和工艺流程的解决方案，熟悉专业工厂或车间设计的规范要求；

课程目标3

H

4.研究：能够基于自然科学、生物工程科学原理并采用科学方法对生物工程过程中复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

4.2应用生物工程专业知识，设计适宜的技术路线，并能够选用化工实验装置和生物工程设备与仪器，采用科学的实验方法，安全地进行实验；

课程

目标1，2

H

二、课程教学设计

表2课程主要教学内容及教学设计

课程目标

课程主要教学内容

教学（环节）组织

课堂教学

作业

讨论课

上机/

实验

项目设计

课程

目标1

（1）酶促反应动力学

（2）微生物反应动力学

（3）细胞代谢的计量关系

（4）细胞生长动力学

＋

＋

课程

目标2

（1）通用式发酵罐；酶反应器；嫌气发酵设备

（2）生物反应器选型与设计要点

＋

＋

课程

目标3

（1）生物反应器中的传质过程

（2）生物反应器的比拟放大与实例

＋

＋

课程

目标4

（1）微生物反应器操作

（2）单级连续培养数学模型

（3）代谢工程、代谢组学、系统生物学和合成生物学

＋

＋

三、课程单元及学时建议

（一）课程学时计划建议

表3课程单元学时分配表

序号

内容

授课时数

实验时数

对应的课程目标

1

绪论

2

0

目标1

2

酶促反应动力学

6

0

目标1

3

微生物反应动力学

6

0

目标1，2

4

微生物反应器操作

6

0

目标2，4

5

生物反应器中的传质过程

6

0

目标3

6

生物反应器及其工程放大

4

0

目标3

7

生物反应工程进展

2

0

目标4

合计

32

0

（二）课堂教学内容

第一章：绪论

教学目的和要求：了解生物反应工程的学科定义、特点和历史沿革；明确学习生物反应工程课程的目的与关键点；认知生物反应工程的主要内容与学习方法。掌握与生物反应工程相关的工程化思维的基本概念，如效率、速率、因次、物料与热量衡算、经济最优化等，熟知化学工程单元操作原理，提高工程思维能力。

本章基本内容：本课程研究内容、及学科的形成与发展，提高工程思维能力的方法或途径，本课程的学习方法。

重点：本课程的研究内容及工程基础。

难点：如何理解共性的工程技术问题；如何理解或掌握工程思维能力或方法。

第二章酶促反应动力学

教学目的和要求：掌握与生物反应工程相关的酶的基本概念；了解酶促反应与一般化学反应的区别与特点；掌握零级、一级和米氏酶促反应动力学及其应用原理；了解存在抑制时的酶促反应动力学的特征；具备固定化酶反应中的过程分析能力和内外不同阶段的固定化酶动力学的应用能力；熟悉酶的失活动力学与反应过程中酶失活动力学行为；了解多底物酶促反应动力学和非水介质中的酶促反应的特征。

本章基本内容：酶与酶的应用特点；固定化酶的特性；米氏方程；操作参数（温度与pH）对酶促反应的影响