適合白酒釀造工程專業的微生物學課程體系建設探索

趙亮 鄒長亮 王新葉 羅貞標 江璐 吳福勇 李宏河 甘廣東

摘? 要：微生物學相關知識體系是白酒釀造工程專業人才應掌握的核心理論體系，同時也是提出、分析并解決生產實際問題的先決條件。目前現有的微生物學課程體系及教學內容無法適應本專業人才的培養目標和要求，需要對此做適當改革和重建。該文基于白酒企業在生產工藝和工程問題方面的解決與創新，合理定位與此銜接的理論背景，確定相關理論所在的課程及內容，進而構建出以微生物學為核心，3門強化基礎課程和3門拔高創新課程為輔助的微生物相關課程體系，并通過與此相適應的教學方法和手段達到培養本專業人才的目的。在國內全面開展工科課程體系改革背景下，期望文中的課程體系及構建思路對國內其他開設釀酒類專業高校有所參考。

關鍵詞：課程模塊；輔助課程；理論背景；白酒釀造工程；微生物學課程

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）09-0076-05

Abstract： The microbiology related knowledge is a core theoretical system which should be grasped by the talent expert in Chinese baijiu brewing engineer， and also is an essential prerequisite for them to raise， analyze， and resolve the practical problems of production. However， the content of courses available could not be appropriated for the talent cultivation. Therefore， innovation and rebuilding to the current curriculum system should be performed. In this paper， we first extracted the theorical points potentially explaining the engineering problems， and then content of courses covering the points were selected. Finally， the new curriculum system was rebuilt from the selected courses and the available teaching methods and means. The new curriculum system was consisted of two parts， one was Microbiology as the core course， the other was co-curriculum covering six courses that aims to enhance foundation and promote innovation of the students. Under the background that innovating engineering curriculum system has been full carried out in domestic universities， it is expected that the exploration of Microbiology curriculum system and the course content reform of the Chinese baijiu brewing engineering major in the paper will have reference value for the construction of related majors in domestic universities.

Keywords： curriculum module; co-curriculum; theoretical background; Chinese baijiu brewing engineer; Microbiology course

中國酒業協會發布的《中國酒業“十四五”發展指導意見》指出，到2025年，白酒行業計劃產量800萬千升，比“十三五”末增長8.0%，年均遞增1.6%；銷售收入達到9 500億元，同比增長62.8%，年均遞增10.2%；實現利潤2 700億元，同比增長70.3%，年均遞增11.2%[1]。白酒產業增長方式的改變，需要釀造類專業人才的有力支撐。

中國貴州茅臺酒廠（集團）有限責任公司為助力釀酒產業人才培養的發展，于2012年籌建茅臺學院，并于2017年由教育部批準招收第一批釀酒工程專業本科生，是我國第一所圍繞釀酒產業鏈培養應用型人才的非營利性全日制普通本科高校。釀酒工程專業是一個新興的專業（2011年四川理工學院首設）[2]，在近10年才初步建立起一套較為完善的釀酒工程專業培養體系[3-4]。其中，白酒釀造方向人才培養歸屬于釀酒工程專業，而白酒釀造與釀酒工程專業建設又存在本質差異。如固態制曲和固態發酵、多菌種群體微生物發酵，以及獨立解決企業的生產技術問題屬于白酒釀造工程專業重點培養方向。基于此，茅臺學院釀酒工程系于2019年針對白酒釀造工程專業應用型人才培養初步建成一套核心課程體系及培養方式，并初顯成效。但是，在一些專業基礎課的設計和構架上仍需要完善。

微生物是高校生命科學以及醫、藥、農、林、食品等專業需要掌握的一種基礎學科，是現代高新生物技術重要的理論和技術基礎，實際應用性強，且對后續課程有重要的作用[5]。微生物是白酒釀造領域的骨架，它為菌種資源的利用、發酵技術的掌握，以及生產問題的發現與解決提供知識背景和理論保障。目前，開設釀酒工程專業的各類院校，相繼建設有一套符合本專業培養需求的微生物相關課程體系及教學改革措施，并在人才培養上具有一定成效[4，6-9]。但是，白酒釀造工程專業的培養目標只服務于白酒釀造行業，在微生物相關課程的設置和教學內容上需有別于釀酒工程專業。此外，白酒釀造的自然、開放性發酵特點，在微生物菌群及其環境方面要比其他各類酒的發酵生產復雜得多，以至在微生物教學內容和培養方式上，白酒釀造工程專業要比釀酒工程專業的覆蓋面更加集中、知識要求更加深入。因此，需要建設一套針對白酒釀造工程專業的微生物課程體系及教學模式，為培養高質量的白酒釀造工程專業人才夯實基礎。

一? 微生物相關課程體系設計

（一）? 課程體系構建

基于目前白酒企業在生產工藝和工程問題方面的解決與創新，我們首先找到與此類問題相對應的理論背景，再基于這些理論背景，從現有課程中抽取7門課用于構建微生物相關課程體系。在選出的7門課當中，再以精準定位、貼合實際、強化基礎、拔高創新為目標導向，設計符合專業培養需求的教學內容來規劃章節。構建出的課程體系如圖1所示，體系內分兩大課程模塊，微生物生態學、生物化學、微生物學實驗為強化基礎模塊，主要為學生打造扎實的工程理論基礎，使學生從宏觀的微生態過程，到具體的微生物代謝機理，再到探究功能微生物的實驗操作，全方位掌握白酒生產過程與微生物相關的理論知識和實操技能，進而使學生具備分析生產問題的能力，且能提出解決方案。酶工程、基因工程、發酵工程原理為拔高創新模塊，學生在具備分析解決生產問題的基礎上，使之兼具基礎理論探索、工藝改良、產物提取深加工的思維能力。兩個模塊的課程均以微生物學為核心，在微生物學各教學章的基礎上，向外擴展，建立各模塊課程的教學章節。因微生物學是其他各類課程的設計基礎，同時微生物學目前還沒有符合白酒釀造工程專業的針對性教材，故需要在現有教材《微生物學教程（第4版）》（周德慶主編）的基礎上對大綱做適當修改。即（如圖1、表1）：包括緒論共分9個章節，緒論章節只針對微生物的定義和五大共性做講解，1個學時授完。第一章和第二章為微生物形態結構和功能部分，各分配6個學時，重點講解白酒釀造中細菌、霉菌和酵母菌三類微生物形態構造，特別是芽孢桿菌、乳酸菌、醋酸菌、放線菌、釀酒酵母、畢赤酵母、裂殖酵母、曲霉、根霉、木霉和青霉等常見菌種作重點講解。第三章病毒只講解噬菌體的形態特征和繁殖方式，使學生了解噬菌體感染對釀酒產生的影響，3個學時授完。第四章主要講解微生物的營養需求和培養基配置，旨在讓學生掌握微生物的營養結構，懂得通過合理科學的培養基配置，了解發酵體系中目標菌種的生長狀況，并從中獲得目標菌種，分配6個學時。第五章重點講解微生物能量代謝，使學生分清楚發酵、有氧呼吸和無氧呼吸的區別，掌握有氧呼吸和發酵的詳細機理及路線，為學生從產物積累角度診斷生產問題奠定基礎。此章難度相對較大，內容繁雜，需分配8個學時。第六章講授微生物生長規律、影響微生物生長的因素，以及消毒和滅菌的原理及手段。通過本章6個學時的學習，學生可對發酵過程中微生物的生長趨勢有一個整體把控，并能從影響微生物生長的各因素中初步判斷評價發酵正常與否的理化指標。此外，懂得微生物操作時必要的雜菌避免手段。第七章分配6個學時，重點講解教材中第2、3、5節內容，使學生掌握微生物遺傳變異的途徑和方式，并學會功能菌種的保藏和防衰退。在分析生產實際問題時，可從微生物菌株遺傳變異角度切入思考；此外，若從發酵體系中獲得功能性菌株，可對其保藏利用或改良升級。總之，本章的學習可為學生從釀酒菌種的種質方面提供思路和依據。第八章重點講解菌種的命名和分類鑒定。此章內容為所有微生物領域必須掌握的共性理論，它是微生物分析和研究的基礎知識，需要分配6個學時用于講授。基于上述微生物學教學章的合理分配，其他兩個模塊課程均以微生物學各章節內容為出發設計教學章，旨在對微生物學各章節內容做延展、深化，以達到強化學生理論基礎，拔高學生思維水平，引導學生創新意識的目的。

1? 強化基礎，增強分析解決生產實際問題能力

強化基礎課程模塊安排2門理論課，1門實驗課，各32個學時，安排在第3學期（大二上半學期）開展教學。微生物生態學主要讓學生了解和白酒釀造有關的各類環境中的微生物類型和分布，微生物學研究目前使用的主流和前沿技術手段及原理；同時，針對白酒釀造，講解各個釀造過程微生物群落變化特征以及它們與酒醅內源環境間的聯系。此外，白酒發酵環境可視為一個小型極端環境，各類極端環境下的微生物類型及生命適應機理在涵蓋在教學內容當中。生物化學主要包括糖、蛋白質化學和其代謝過程，使學生認識白酒發酵中酸、醇、酯以及其他各類風味物質產生的基本原理。此外，酶化學為酶及其催化功能的基本原理，一方面為酶工程的學習打開突破口，另一方面使學生初步掌握發酵體系中酶功能及其作用原理。維生素、水和礦物質平衡的內容重點講解這三大類營養要素對微生物的重要性，可與微生物學第四章和發酵工程原理第二章內容構建關聯。第五章和第八章內容分別講解微生物能量代謝過程機理和如何基于微生物代謝機理對發酵體系進行控制，這兩章為糖和蛋白質化學及其代謝知識的綜合貫穿，從專業針對性考慮，為本門課核心章節，需要結合特定案例做重點講解。此外，與微生物學第五章內容相互鞏固，也為發酵工程原理第五章內容奠定學習基礎。微生物學實驗的課程安排，根據生產一線技術分析的常規思路和流程，設計綜合性實驗，并將整個實驗內容分配到7次實驗課中，即圖1中第一至七的實驗科目，每個科目4個學時。實驗基本思路是從生產用料（酒醅或大曲）中分離、純化功能菌，包括酵母菌、霉菌和芽孢桿菌，并基于菌落、細胞形態對其進行初步鑒定，然后通過分子鑒定手段（16S rDNA和ITS）確定所獲菌株的分類情況，并基于固定化技術驗證其解淀粉（芽孢桿菌和霉菌）和酒精發酵（酵母菌）能力。整套實驗完成后，學生一方面可掌握如滅菌、消毒、平板菌落計數、分離純化、保藏、鏡檢、染色和分類鑒定等基本微生物學操作技能；另一方面了解并熟悉生產技術分析的基本操作環節和實驗流程。綜上所述，以微生物學為核心，結合上述3門課程的輔助強化，可為學生對專業內微生物學相關知識的掌握打下堅實的理論基礎。

2? 拔高創新，培養學生對生產的創新和升級改造能力

拔高創新課程模塊共設計3門理論課，酶工程和基因工程各32個學時，發酵工程原理48個學時，安排在第4學期（大二下半學期）開展教學。基于微生物學的章節導向，以及基礎模塊課程相關章節的入門強化，設置本課程模塊的教學章節。酶工程包括緒論共7章內容，第一章分配6個學時，重點使學生了解生產中各類關鍵酶的微生物類型，以及這些酶是如何在細胞內被調控合成的，引導學生可利用某些途徑，如固定化微生物細胞發酵的方法大量獲取釀酒中的關鍵酶系。第二章至第四章共分配14個學時，講解酶的提取、分離純化，修飾及固定化技術，引導學生如何基于這些技術，對生產中的重要酶進行大量獲取及升級改造，并加以利用。第五章針對固態發酵特點，講解酶在非水環境中的催化特性，使學生厘清固態發酵中酶催化相對于液態發酵中的差別。第六章利用3個學時，使學生了解酶在食品和輕化工領域的應用，引導學生可以對酒糟中的各類酶進行提取深加工，并合理地應用到食品和輕化工等其他領域當中。發酵工程原理目前現有的參考教材主要針對液態發酵體系構建章節知識點，并沒有針對白酒釀造這類開放式固態發酵體系的成熟教材，因此，需從現有教材中抽取部分原理和機制與白酒釀造共通的章節作為本門課的教學內容。本門課設定48個學時，包括緒論共6個教學章。第一、二、三、五章分別對應微生物學課程的第七、四、六、五章，是基于實際生產對微生物學中相應基礎章節的理論擴充與拔高，為本門課重點教學章，分別設定10、9、9、10個教學學時。此外，針對大曲和醬香型白酒堆積發酵工藝中供氧關鍵問題，設置第四章內容，共分配8個學時，旨在使學生掌握白酒發酵過程微生物供氧機理，便于以后從溶氧角度分析解決生產實際問題。基因工程是現代生物技術中最主要的一門技術，同時與其他工程技術相輔相成。本門課32個學時，分5個教學章，其內容主要銜接微生物學第七章和第八章內容，使學生了解目前基因工程手段，掌握菌種分子鑒定技術原理與實驗方法；形成應用前沿生物技術手段，馴化、改良并升級功能菌種，為產業領域提供新型微生物種質資源的創新思維。

（二）? 教學方法與手段

本課程體系采用以課堂講授為主，輔以電化、實驗教學手段。在課堂講授中遵循五大原則即科學性（基本概念正確性）、邏輯性（條理清楚、循序漸進、突出重點、講清難點）、直觀性（輔以投影片、錄像片）、趣味性（聯系生產實踐和本學科最新研究成果、擴大知識信息量）、思政性（從專業知識中提取與之關聯的價值觀和世界觀，使學生思想品德得到正確的啟迪和引導）。科學性是五大原則的基礎，需要授課教師在掌握本門課程專業知識體系的前提下，熟悉課程體系內其他課程的專業知識，分清不同課程間相似或相同的概念表述和原理背景，在教學環節精準地將本門課牽涉的理論概念傳遞給學生，并讓學生厘清對應概念在本門課領域與其他課程領域中的區別。邏輯性為教學過程的線索和主干，它需要將教學過程中各項內容如串糖葫蘆般有機地串聯起來，形成完整的故事教授給學生。同時，趣味性作為各教學內容的引導，將上一個內容巧妙引入到下一個內容當中，并啟發學生思考。趣味性在五大原則中是本課程體系的教學手段核心，其教學素材需要課程體系的授課教師在日常工作中頻繁進入生產車間調研收集，甚至通過頂崗在車間參與勞動實習，旨在從一線生產中獲取各工藝環節最新、最亟待解決的工程技術問題，并結合學術知識和理論分析對這些問題整合重構，不斷形成新的教學素材，反哺到教學環節當中，啟發學生思考，引導學生對理論知識的渴求。此外，隨時搜閱行業內科學研究論文，將新成果和新理論與課程內容相融合，在開闊學生視野的同時，激發學生創造性思維，為學生參加各類創新、創想型比賽提供思想素材。此外，對于需要直觀感受的教學內容，除了PPT展示，網絡搜集相關影像素材外，根據教學需求，隨時制作、拍攝素材影像。特別是跟生產工藝緊密相關的內容，可借助茅臺學院緊靠生產企業的優勢，從中獲取拍攝素材，應用到教學環節中去。針對課程體系，全面考慮立德樹人宗旨，與馬克思教育學院共同攜手，共同挖掘課程中天然蘊含的思政元素，并有機地植入到教學章節，進而實現所有課程思政元素融入，覆蓋教學全過程。落實“全課程，大思政”教育內容，做到專業課程思政與思政課程同向同行，培養學生科學思維、工匠精神和家國情懷[10]。

教學方法上采用啟發式教學，在課堂講授中按邏輯思維的基本規律（質疑→思考→推理→判斷）引導學生開展思維活動，提高課堂教學效果。對于強化基礎的課程，每一章結束后，圍繞本章教學內容，布置1～2個生產問題案例，要求學生針對案例提出自己的分析思路和解決方案，并以小組形式對個人提議做歸納總結。以此激發學生課后積極思考、自主學習的能動性。同時，安排1～2個學時，針對先前布置的案例展開模擬生產技術分析會，各小組間做匯報研討，老師再對小組匯報情況做分析和評判，使教學結果最終回歸到解決生產實際問題。對拔高創新的課程，關聯度較高的幾個章節內容結束后，圍繞教學內容，以工藝問題為導向，從科研文獻中抽提2～3個討論點，要求學生課后廣泛閱讀、查閱資料，同樣以小組形式收集成員意見，并在接下來的2～3個學時課程中，以模擬科學研討會的形式匯報各小組研究思路，老師對小組的思路做評價和剖析，在培養學生創新能力的同時，也為學生在校期間各類科創比賽及畢業課題設計孵育創新點。

二? 結束語

微生物學是白酒釀造工程專業人才必須掌握的一門基礎學科，同時也是本專業人才分析、解決生產實際問題，并結合生產提出創新理念的前提。然而，微生物學相關知識體系龐大，涉及領域廣、涵蓋面寬，現有教材難以適應白酒釀造工程專業人才的培養。因此，需要在現有教學資源的基礎上，重構微生物學課程體系，以滿足本專業人才的培養要求。本文基于目前白酒企業在生產工藝和工程問題方面的解決與創新需求，從現有教學資源出發，找到適合本專業培養需求的課程及章節，使其重新構架成一個適應白酒釀造工程專業人才培養的課程體系。此外，采用配套的教學方法和手段，使學生通過本課程體系的學習，在具備分析解決生產實際問題能力的同時，能夠基于科學原理并采用科學方法對白酒釀造工程領域中的復雜工程問題進行研究，且具有創新改造的初步技能。

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