微生物發酵工程課程教學探索與實踐

燕衛東

（赤峰學院生命科學學院，內蒙古赤峰024000）

微生物發酵工程課程教學探索與實踐

燕衛東

（赤峰學院生命科學學院，內蒙古赤峰024000）

根據赤峰學院轉型發展的戰略方針，結合生產實踐對微生物發酵工程教材內容進行調整和處理，對教學策略、教學方法、教學手段、成績評定辦法等進行多方位改革嘗試，現在對探索和實踐做出總結與大家交流.

微生物發酵工程；課程改革；內容調整

1 微生物發酵課程的自然信息與改革背景

微生物發酵工程是利用微生物的生長繁殖和代謝活動，來大量生產人們所需產品過程的理論和工程技術體系，又稱發酵工程.是生物技術專業必修課程，也是生物科學專業選修課程，學時數為36學時.微生物發酵工程是生物技術主要內容之一（生物技術包括：基因工程、細胞工程、發酵工程、酶工程、蛋白質工程等領域）.該課程開設的目的是為學生將來就業或深造構建比較全面的知識體系.微生物發酵工程本世紀剛剛在我國開始進入研究領域，陸續在一些生物技術或生物工程專業開設該課程，但到目前還沒有形成完善的理論體系，也沒有一套權威的教材，并且，市面上相應的書籍也很少.因此，本人根據赤峰學院轉型發展的戰略，培養“應用型、創新型、復合型”人才的培養目標，結合生產實踐對教材內容進行調整和處理，對教學策略、教學方法、教學手段、成績評定辦法等方面進行大膽改革嘗試，現在對探究做出總結與大家交流.

2 微生物發酵工程課程內容調整和要求

微生物發酵工程教材目前出版的種類不多，只有5種，本人通過分析對比，認為高等教育出版社出版的李艷所著《發酵工程原理與技術》、科技出版社出版的曹軍衛所著《微生物工程》、化學工業出版社出版的余龍江所著《發酵工程原理與技術應用》，其無論在內容上還是在知識體系上比較全面完整.但是，李艷所著《發酵工程原理與技術》內容雜而多，里面很多章節是微生物學和生物化學的內容，在教學上是一種重復；曹軍衛所著《微生物工程》內容雜而亂，缺乏條理和系統；而余龍江所著《發酵工程原理與技術應用》內容簡明調理性強，而且知識系統.因此，本人最終選擇了余龍江所著《發酵工程原理與技術應用》一書作為教學參考教材，其余作為輔助資料，由表及里，去粗取精，按照發酵工業的流程和特點進行優化內容，最終確定下列十一章作為教學重點知識體系講解.

第一章概論

要求學生掌握發酵工程概念，發酵工程的特點；理解發酵工程的一般流程；了解微生物發酵工程的主要內容、微生物發酵工程的發展簡史和現狀、微生物工業的特點及其范圍、國內外微生物工業概況及其發展趨向.

第二章發酵工業菌種

要求學生掌握發酵工業菌種的類型、應具備的特點，菌種分離的步驟、選擇性培養的概念和原理、菌種選育的原理和方法、菌種保藏的原理.理解菌種、菌株、菌種衰退的概念.了解工業發酵菌種的類型和菌種改良的進展.具有從自然界分離菌種和保藏菌種的能力.

第三章發酵工業培養基

要求學生掌握培養基、生長因子、前體、理論轉化率、實際轉化率的概念，掌握培養基的原材料、淀粉水解糖的制備，工業發酵培養基配置原則；理解工業發酵培養基配置原則（要求），斜面培養基、種子培養基和發酵培養基的特點，培養基設計的一般步驟；了解常見天然原料和國內外培養基設計進展.培育設計發酵培養基的能力.

第四章發酵工業種子的制備

要求學生掌握種子擴大培養的概念、一般步驟、種子罐級數、接種量、影響種子質量的因素及措施、發酵劑;理解種子具備的條件、種齡、發酵劑的特點；了解種子制備的過程、影響種子質量的因素、質量控制措施，了解發酵劑的特點.具備種子擴大培養的能力.

第五章發酵工業的無菌技術

要求學生掌握滅菌、消毒、除菌概念，發酵工業的無菌技術；理解培養基的分批滅菌法及連續滅菌法，空氣除菌；了解對數殘留定律、過濾器的除菌機理及深層通風發酵法常采用的過濾除菌法了解滅菌技術的新進展.培育無菌操作能力.

第六章發酵設備

要求學生掌握通用式發酵罐的基本結構及發酵罐的部分部件功能；理解發酵罐的類型及特點；了解自吸式發酵罐、氣升式發酵罐的特點，了解發酵罐設計的基本原則.

第七章發酵動力學

企業引入財務管理標準化的理念，結合各業務部門工作制定財務管理流程。各企業可以根據本單位的業務實際進行指標分解，結合各部門的工作特點及費用指標的預算情況制定財務報銷的業務流程，設計標準統一的單據及傳遞程序。標準統一了、報銷流程設計好了，再借助于“互聯網+”的思維和技術，財務部門在處理業務的時候可以做到邏輯上集中，物理上分散。需報銷的員工即使在不同的地區工作，也可以利用互聯網等通信工具完成財務報銷，達到了即時交流的目的。

要求學生掌握現代發酵的主要方式，分批發酵、補料分批發酵、連續發酵的特點，主要動力學參數和Monod方程要點.理解有關動力學模型；了解連續發酵的動力學.

第八章發酵過程控制

要求學生掌握微生物需氧與溶氧的控制；掌握發酵過程中的溫度、PH值、二氧化碳、泡沫和補料等因素對發酵過程中的影響及其控制方法；理解影響氧傳遞速度的主要因素；了解傳質理論、溶氧系數的測定方法和溶解氧的測定和控制方法，了解發酵終點監測與控制，了解發酵過程的自動控制技術.培育發酵過程各種參數的控制操作能力.

第九章發酵污染及其防治

要求學生掌握無菌技術的方法、染菌的危害、染菌的異常現象、染菌的原因和分析、染菌的檢查方法、防治染菌的措施；理解染菌對發酵影響；了解染菌的挽救與處理.具備染菌檢查和分析的能力，具有查找染菌原因的能力.

第十章發酵產物的提取與精制

要求學生掌握細胞破碎、萃取、結晶的原理和方法；理解發酵產物的提取、精制及發酵醪液的預處理方法；理解沉淀法、細胞破碎方法、吸附法、濃縮法、膜分離、萃取法、色譜法、結晶法、干燥法和蒸餾法提取與精制發酵產物；了解離子交換法的原理和方法.

第十一章發酵產品生產舉例（酸奶、葡萄酒、氣泡酒、乙醇、啤酒、味精、檸檬酸、青霉素、維生素C的發酵生產）

要求學生熟悉谷氨酸（味精）、乙醇、檸檬酸、酸乳、葡萄酒、氣泡酒、啤酒、青霉素等產品的發酵過程；了解醬油和醬制品的發酵過程，了解食醋的發酵過程.

這十一章內容完全滿足發酵工業生產實踐所需要的知識體系，而且具有通用性、實用性、系統性，第十一章發酵產品生產舉例在幾種教材中是沒有的，一般是食品發酵專業所開的獨立專業課程內容.本人考慮到在學生學完微生物發酵工程的知識后，應該應用于生產實踐中進行消化，酸奶、葡萄酒、氣泡酒、乙醇、啤酒、味精、檸檬酸、青霉素、維生素C等產品，目前是內蒙古地區大型發酵企業的主要發酵產品，可以為學生到這些企業工作奠定基礎.

3 教學方法改革，加強實踐性教學

本課程開展傳統教學、多媒體教學、實物教學等多方位教學方式有機結合，根據課程具體教學內容特點，選擇與之相匹配的、并得到學生普遍認可的最佳教學方法與手段.在當今生物學知識不斷更新、教學內容增加，而分配的課時數不斷減少的情況下，對課堂教學影響很大，在有限時間內，既要完成教學任務，還要收到一定的效果，對教師壓力很大，對教師的要求較高，要求教師在壓縮教學內容和課時數的同時，更多的考慮講授的內容和質量.因此，要將原來多而雜的內容，整理成少而精的知識，在有限時間內，高質量的完成教學計劃內容.本人認真大量研讀、整理歸納，不斷提高和創新改進，形成了一個體系完整、結構簡明、重點突出、內容先進、形象化、具體化多媒體軟件腳本.教師教學更加形象、生動、直觀、簡潔，啟迪學生的多方思維，激發學生的學習興趣，提高課堂的教學效果，再結合課堂上老師的指點，使學生對感性知識加深了理性認識.同時，使微生物發酵工程的課堂教學充滿生機和活力.

本課程利用多媒體作為輔助手段，教學中精選內容，突出重點、難點，著重講清基本概念、基本原理和基本方法.通過多媒體選取發酵實例，理論緊密聯系發酵生產實踐，有助于學生理解和掌握所講授內容.在講授方式上，摒棄“滿堂灌”的作法，方法上通過啟發式、探究式、討論式、互動式培養學生創新精神和調動學生積極思維，并加深對所學知識的理解和記憶.針對一些問題采用專題的形式讓學生展開討論或撰寫小論文，增強學生自學和查閱參考資料的意識.

本課程沒有開設實驗課，因此，本人增加實踐性教學的內容，如菌種篩選，以淀粉酶產生菌的篩選全部過程講解；菌種改良，以紫外線誘變育種、基因工程改良加以授課；培養基圍繞內蒙古乃至赤峰地區的原料進行設計.產品提取，以赤峰制藥廠生產土霉素提取過程為例，氨基酸提取，以內蒙古生物科技公司發酵生產味精（谷氨酸）提取過程為例介紹.選用的圖片大多是微生物發酵工程在食品、輕工、農業、醫藥、保健、畜牧業、紡織、能源、石油開采、環保等眾多方面的應用密切相關.使學生充分認識到，微生物發酵工程的發展已滲透到人們生活的各個方面，從衣、食、住、行到醫療保健，無不與之息息相關.多媒體課件的制作上做到圖文并茂，動畫顯示，重點的內容標注關鍵詞或用紅字顯示，這樣有利于學生學習和對內容的把握.課堂上看到學生乏味時，本人通過講小笑話，或表演小魔術來吸引學生和活躍氣氛；在課程進行到中間時，帶領學生到赤峰制藥廠抗生素發酵生產車間現場考察參觀學習等，學生客觀上對發酵生產各個環節有了比較真實的認識.

4 課程考核方法改革

考核是考察教學效果的主要方法，是樹立良好的學風，保證教學質量的重要手段.微生物發酵工程課程的考核改革做了以下幾個方面嘗試：（1）科學確定考試內容.按照培養目標的要求,試題所涉面寬，主觀性試題與客觀性試題相結合為主.（2）考核方式多樣化.考核方法除了期末閉卷考試外，還結合作業、出勤、學習態度等綜合考核，此外，課堂小測驗、筆試與綜合考試相結合.（3）建立科學評分制.采用綜合的、靈活的、相對的評分辦法，使成績評定綜合化，把期末考試、平時測驗、學習紀律、課堂提問成績按一定比例綜合記入學生成績.這些措施普遍為學生所接受，對促進學習取得良好效果.（4）撰寫小論文.如：以氨基酸代謝為例，說明為什么有些突變菌株對末端代謝產物的結構類似物具有抗性；舉例說明如可實現使微生物合成比自身需求多的多的產物；設計一個從自然界中篩選高溫淀粉酶產生菌的實驗方案；如果纖維素酶的合成是受反饋阻遏作用的控制，根據這一調控機制設計纖維素酶高產菌的選育方案等等為題，讓學生完成一篇小論文.學生在寫作過程中，通過資料查找、內容整理、總結概括等環節，可以扎實的把握有關知識，同時也加深了對某一主題的理解.

5 課程目前存在的不足

本課程需要有實驗課作為補充，沒有條件開設綜合性和設計性實驗.教學設備還需進一步補充和更新.目前補充和更新計劃已經完成，待學校資金到位后即可解決.實驗室開放力度需進一步加大，管理水平有待進一步提高.資料室建設差距較大.目前用于微生物發酵工程教學和研究的專業資料還很匱乏.需要聘請有實踐經驗的生物工程技術人員指導教學.

6 課程的建設目標

從我校人才培養戰略和學分制教學的需要出發，以選用高水平的教材為基礎，補充和完善教學大綱和實驗指導、設計教學內容，以多媒體課件建設為突破口，根據各部分的教學內容設計教學方法和教學手段，建立一整套符合培養目標和教學要求的教學與考核體系，總體達到國內同類院校該課程建設的先進水平.努力將該課程逐步建設成為校級精品課程.通過該課程的建設，培養和造就一支結構合理、業務素質較高、團結協作的教學隊伍.開設實驗，建立和完善實踐性教學環節的內外部環境，逐步改善和提高實驗的硬件建設和軟件建設，拓寬實踐性教學環節思路，開設設計性、綜合性及研究性實驗，加強實踐性教學環節體系的建設.充分利用現代教育技術手段、網絡技術，實現教學與管理的網絡化，使各種教學資料上網開放.

G642.0

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1673-260X（2013）11-0194-03