《發(fā)酵工藝與設(shè)備實(shí)驗(yàn)》課程的發(fā)展與改革

吳海珍 余永強(qiáng) 周世水 吳振強(qiáng)

摘要：生物工業(yè)不斷地發(fā)展，應(yīng)用到的工藝與設(shè)備也隨著不斷改進(jìn)，高校相應(yīng)專業(yè)的實(shí)踐課程《發(fā)酵工藝與設(shè)備實(shí)驗(yàn)》的內(nèi)容、授課方法也必須與時(shí)俱進(jìn)。文中針對(duì)華南理工大學(xué)《發(fā)酵工藝與設(shè)備實(shí)驗(yàn)》課程的開(kāi)設(shè)、改革過(guò)程及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了介紹及分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵工藝與設(shè)備實(shí)驗(yàn)；實(shí)踐；改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）24-0065-02

一、前言

隨著社會(huì)的進(jìn)步、科學(xué)的發(fā)展，發(fā)酵工業(yè)已經(jīng)從過(guò)去簡(jiǎn)單的生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸和發(fā)酵面包發(fā)展到今天，成為一個(gè)包括了微生物學(xué)、化學(xué)工程、基因工程、細(xì)胞工程、機(jī)械工程和計(jì)算機(jī)軟硬件工程的多學(xué)科工程[1]。現(xiàn)代發(fā)酵工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，《發(fā)酵工藝與設(shè)備》是生物工程、食品科學(xué)工程等工科專業(yè)的主干課程，隨著技術(shù)及科學(xué)的發(fā)展，課程也必須緊隨時(shí)代的步伐，不斷地改進(jìn)。實(shí)踐教學(xué)體系是工科教學(xué)的重要組成部分，也是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐活動(dòng)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才的重要環(huán)節(jié)[2]。因此對(duì)應(yīng)于科學(xué)及技術(shù)的發(fā)展，多方位培養(yǎng)人才的需求，從2012年開(kāi)始，我院整合了以前的發(fā)酵工藝實(shí)驗(yàn)、生物工程設(shè)備實(shí)驗(yàn)，增加了新的內(nèi)容，為生物工程的大三學(xué)生開(kāi)設(shè)了2個(gè)學(xué)分，連續(xù)2周的《發(fā)酵工藝與設(shè)備實(shí)驗(yàn)》本科實(shí)踐課程。

二、課程的歷史及發(fā)展

發(fā)酵工程的基本內(nèi)容和目標(biāo)是借助于微生物進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)或環(huán)境改造，解決的是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的關(guān)鍵問(wèn)題，涉及解決人類所面臨的食品與營(yíng)養(yǎng)、健康與環(huán)境、資源與能源等重大問(wèn)題，為人類社會(huì)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)，被譽(yù)為工業(yè)生物技術(shù)的核心，發(fā)酵工程涉及的生產(chǎn)部門有食品工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工、酒精及飲料酒工業(yè)、氨基酸工業(yè)、有機(jī)酸工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、工農(nóng)業(yè)廢物、廢水的處理及增值[1]。我校的發(fā)酵工程專業(yè)辦學(xué)歷史較長(zhǎng)，有著良好的底蘊(yùn)，但隨著社會(huì)的發(fā)展，專業(yè)的拓展，不斷賦予其新的內(nèi)容，如何建設(shè)符合我國(guó)發(fā)酵工業(yè)發(fā)展的專業(yè)人才培養(yǎng)一直是各高等院校普遍關(guān)注的問(wèn)題。作為工科專業(yè)，工程素質(zhì)教育一直是該專業(yè)的重點(diǎn)，發(fā)酵工藝及設(shè)備課程作為該專業(yè)工程素質(zhì)培養(yǎng)核心課程已得到廣泛共識(shí)[3]。我院在生物工程專業(yè)的本科生培養(yǎng)上一直跟隨時(shí)代的發(fā)展不斷進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)發(fā)酵工程所用到的工藝及設(shè)備，在80年代到90年代，我們分別開(kāi)設(shè)了發(fā)酵工藝、發(fā)酵設(shè)備兩門課程，并同時(shí)開(kāi)設(shè)了實(shí)驗(yàn)課。隨著社會(huì)發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步及設(shè)備的更替，發(fā)酵工業(yè)所涉及行業(yè)越來(lái)越廣泛，人才培養(yǎng)既需要素質(zhì)培養(yǎng)也需要因材施教的個(gè)性培養(yǎng)，從2012年開(kāi)始，我們把兩門課的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合及改進(jìn)，開(kāi)設(shè)了設(shè)計(jì)性的、綜合性的實(shí)踐課程《發(fā)酵工藝與設(shè)備實(shí)驗(yàn)》。

三、課程的主要內(nèi)容及安排

我們最初開(kāi)設(shè)的發(fā)酵工藝實(shí)驗(yàn)是氨基酸發(fā)酵及分離提取，發(fā)酵設(shè)備實(shí)驗(yàn)主要是發(fā)酵罐的基本操作及參數(shù)測(cè)定的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)課程進(jìn)行了整合后，開(kāi)設(shè)了2個(gè)學(xué)分的連續(xù)2周的《發(fā)酵工藝與設(shè)備實(shí)驗(yàn)》課程。該實(shí)驗(yàn)課程一共由4位老師任課，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及面廣，實(shí)驗(yàn)過(guò)程綜合利用了老師的科研平臺(tái)、本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心平臺(tái)的場(chǎng)地及設(shè)備。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要分三大部分：

第一部分，發(fā)酵罐的基本操作及熟悉，包括：（1）過(guò)濾系統(tǒng)過(guò)濾效率的了解及測(cè)定；（2）恒溫循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能調(diào)節(jié)；（3）好氧發(fā)酵罐的溶氧特性測(cè)定。

第二部分，生物產(chǎn)品的發(fā)酵，包括：（1）酒類發(fā)酵：果酒發(fā)酵、黃酒發(fā)酵及米酒發(fā)酵；（3）酒精的連續(xù)發(fā)酵；（4）酵母的高密度培養(yǎng)；（5）紅曲的固體發(fā)酵及液體發(fā)酵。

第三部分，產(chǎn)物分析、下游分離提取部分，包括：（1）離子交換與結(jié)晶；（2）塔氏精餾；（3）噴霧干燥；（3）旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮；（4）柱層析分離提取；（4）氣相色譜分析產(chǎn)物；（5）液相色譜分析產(chǎn)物；（5）冷凍干燥等。

課程第一部分是發(fā)酵罐基本部件的操作及熟悉，是每一個(gè)學(xué)生都必須操作及熟悉的內(nèi)容。第二部分的生物產(chǎn)品發(fā)酵，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛(ài)好選取實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)自己選取的實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在老師的指導(dǎo)下完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。第三部分的產(chǎn)物分析及分離提取，是學(xué)生根據(jù)自己所做的實(shí)驗(yàn)，選取合適的分析方法及分析儀器、合適的分離提取設(shè)備。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，任課老師全程指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)設(shè)計(jì)、指導(dǎo)學(xué)生對(duì)設(shè)備的正確實(shí)用，規(guī)范學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程及行為。

通過(guò)上述三大部分的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生親自操作了發(fā)酵罐，對(duì)發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)及性能有了實(shí)操的認(rèn)知；參與了發(fā)酵工藝過(guò)程的參數(shù)檢測(cè)及控制、發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取，在學(xué)習(xí)中實(shí)踐，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，過(guò)程中理論及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Χ嫉玫教嵘Ｔ撜n程，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選做實(shí)驗(yàn)，在實(shí)踐中設(shè)計(jì)出自己的實(shí)驗(yàn)方案，并親自動(dòng)手去驗(yàn)證自己的實(shí)驗(yàn)假設(shè)，將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。發(fā)展了學(xué)生的獨(dú)立思考和獨(dú)立判斷的能力，提高了學(xué)生的實(shí)際操作能力，加深了對(duì)所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論的理解，培養(yǎng)了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

四、結(jié)語(yǔ)

在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，如何緊隨本學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，保證教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性、前沿性和科學(xué)性，是高等教育所要面對(duì)及解決的共性問(wèn)題。在培養(yǎng)人才方面，既要扎實(shí)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，又要緊跟先進(jìn)的技術(shù)及設(shè)備，并且兼顧學(xué)生的興趣愛(ài)好，各展所長(zhǎng)。因而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，通過(guò)完善綜合型課程培養(yǎng)體系，開(kāi)設(shè)綜合性、個(gè)性化實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)與培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新，全面提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出更多既具有雄厚專業(yè)理論基礎(chǔ)，又具有較強(qiáng)專業(yè)技能和高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。

參考文獻(xiàn)：

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[2]孫美玲，黃朝湯，劉齊，劉靜.《發(fā)酵工藝與設(shè)備》課程教學(xué)改革模式的探討與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2018，（20）：134-135.

[3]張梁，丁重陽(yáng)，石貴陽(yáng).發(fā)酵工藝及設(shè)備課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，9（4）：83-84.