釀酒工程專業(yè)微生物工程工藝原理課程教學(xué)改革

鄒偉 張楷正 邊名鴻 羅惠波

摘要 針對(duì)目前該課程教學(xué)內(nèi)容過(guò)于寬泛，不能體現(xiàn)釀酒工程的專業(yè)特色等問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)，增加專業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容，引入文獻(xiàn)案例教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)資源教學(xué)等一系列教學(xué)改革研究，加深了學(xué)生對(duì)釀酒工程相關(guān)工藝原理、工藝過(guò)程的理解和認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞 釀酒工程；微生物工程工藝原理；教學(xué)改革

中圖分類號(hào) S-01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）04-0257-02

Study on the Teaching Reform of Microbial Engineering Process Principle of Brewing Engineering

ZOU Wei，ZHANG Kai-zheng，BIAN Ming-hong et al （College of Bioengineering，Sichuan University of Science & Engineering，Zigong，Sichuan 643000）

Abstract At present，the teaching content of microbial engineering process principle is too broad to reflecting the specialty characteristics of brewing engineering.In this study，four approaches including adjustment of teaching emphasis，addition of new professional teaching content，introduction of paper case teaching and network teaching have been carried out.And the understanding of brewing engineering principles and technological process of students has been enhanced.

Key words Brewing engineering；Microbial engineering process principle；Teaching reform

釀酒產(chǎn)業(yè)是我國(guó)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，也是我國(guó)食品工業(yè)的重要組成部分。2015 年全國(guó)釀酒行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)完成釀酒總產(chǎn)量7.4×106萬(wàn)L，其中飲料酒產(chǎn)量6.4×106萬(wàn)L，發(fā)酵酒精產(chǎn)量1.0×106萬(wàn)L。規(guī)模以上企業(yè)累計(jì)完成產(chǎn)品銷售收入9 229.17 億元，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)總額1 018.07 億元，上繳稅金853.15 億元，與2014年同期相比增長(zhǎng)2.06%[1]。當(dāng)前，我國(guó)釀酒工業(yè)面臨基礎(chǔ)理論研究滯后、釀造技術(shù)傳統(tǒng)、機(jī)械自動(dòng)化、信息化、智能化水平低、酒類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不完善、國(guó)際認(rèn)知度低、人才缺乏及結(jié)構(gòu)不合理等一系列問(wèn)題。解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵是需要培養(yǎng)既能開(kāi)展釀酒生產(chǎn)基礎(chǔ)理論研究又能解決釀酒生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的高級(jí)應(yīng)用型人才，這也是我國(guó)釀酒產(chǎn)業(yè)走科學(xué)發(fā)展之路的首要工作和核心保障。《中國(guó)釀酒產(chǎn)業(yè)十二五（2011—2015）發(fā)展規(guī)劃》中明確提出了釀酒產(chǎn)業(yè)人才建設(shè)目標(biāo)：要加快專業(yè)技術(shù)人才隊(duì)伍建設(shè)，努力建設(shè)一支滿足釀酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的、具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的、高素質(zhì)的專業(yè)技術(shù)人員隊(duì)伍。通過(guò)實(shí)施人才戰(zhàn)略，培養(yǎng)造就大批優(yōu)秀人才，充分發(fā)揮人才在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的巨大推動(dòng)作用，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)創(chuàng)新型釀酒產(chǎn)業(yè)提供人才保障[2]。

1 釀酒工程專業(yè)及其核心課程建設(shè)

釀酒工程是以化學(xué)、生物學(xué)和工程學(xué)為基礎(chǔ)，研究酒類發(fā)酵機(jī)理、生產(chǎn)工藝、工程設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制的綜合性學(xué)科。該專業(yè)的基本任務(wù)是使用釀酒原料，利用現(xiàn)代生物工程的理論和技術(shù)，開(kāi)發(fā)具有特定文化內(nèi)涵和典型感官質(zhì)量的系列酒類產(chǎn)品，引導(dǎo)酒類釀造企業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展，并將先進(jìn)的營(yíng)銷理念和高雅的鑒賞藝術(shù)有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)飲料酒的健康消費(fèi)。

釀酒工程專業(yè)以生物工程、食品科學(xué)與工程為主干學(xué)科，相近專業(yè)包括食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全等。雖然釀酒是一個(gè)古老的行業(yè)，但是釀酒工程專業(yè)是一個(gè)新興的專業(yè)（2011年起開(kāi)設(shè)），很多專業(yè)核心課程的構(gòu)建尚未完善。四川理工學(xué)院早在20世紀(jì)80年代就確定了運(yùn)用現(xiàn)代生物技術(shù)改造提升傳統(tǒng)釀造產(chǎn)業(yè)的學(xué)科方向，辦學(xué)30年來(lái)，在專業(yè)和學(xué)科建設(shè)方面形成了鮮明的特色。釀酒工程是四川理工學(xué)院具有鮮明特色的專業(yè)，在西南地區(qū)甚至全國(guó)具有較高的影響力。2011年四川理工學(xué)院成為教育部首批設(shè)立釀酒工程專業(yè)的高校并開(kāi)始招生，經(jīng)過(guò)4年的專業(yè)建設(shè)，進(jìn)行了一系列教育教學(xué)理論研究與改革，建立起一套較為完善的釀酒工程專業(yè)培養(yǎng)體系[3-4]。特別是在專業(yè)核心課程設(shè)置方面，圍繞釀酒產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)：釀酒原料的生產(chǎn)加工（釀酒原料學(xué)）→釀酒工藝→釀酒設(shè)備→酒類檢測(cè)與勾兌→釀酒工廠設(shè)計(jì)→釀酒廢物處理，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的專業(yè)培養(yǎng)課程以及對(duì)應(yīng)的實(shí)踐課程，構(gòu)建了較為完善的釀酒知識(shí)體系[5]。

2 微生物工程工藝原理在釀酒工程專業(yè)教學(xué)中的作用

微生物工程是應(yīng)用微生物為工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)服務(wù)的一門(mén)工程技術(shù)。微生物工程工藝原理是生物工程專業(yè)和發(fā)酵工程專業(yè)的核心專業(yè)課，它是從微生物工程的范疇闡明嫌氣性發(fā)酵和好氧發(fā)酵的有關(guān)發(fā)酵過(guò)程、發(fā)酵機(jī)制、產(chǎn)物提純等工藝原理的課程[6]。微生物工程工藝原理是銜接微生物學(xué)、生物化學(xué)等基礎(chǔ)理論課程和釀酒工程設(shè)備、釀酒工廠設(shè)計(jì)概論、酒類釀造學(xué)等應(yīng)用理論課程的關(guān)鍵，在生物工程專業(yè)、發(fā)酵工程專業(yè)研究生招生中通常是復(fù)試考試科目。在釀酒工程專業(yè)設(shè)置過(guò)程中，微生物工程工藝原理作為必修的專業(yè)核心課程，所用教材為姚汝華主編的《微生物工程工藝原理》，共包括5篇內(nèi)容，即微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基、發(fā)酵機(jī)制、發(fā)酵工藝過(guò)程的控制、發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制、微生物工程相關(guān)的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)學(xué)，講解內(nèi)容共12章、45個(gè)學(xué)時(shí)。目前，釀酒工程專業(yè)的微生物工程工藝與原理課程大綱、課件、參考書(shū)均與生物工程專業(yè)相同，沒(méi)有體現(xiàn)釀酒工程的專業(yè)特色，在部分領(lǐng)域介紹過(guò)于寬泛。例如在原有課程中對(duì)于無(wú)菌空氣的制備部分在釀酒工程領(lǐng)域應(yīng)用很少。同時(shí)，現(xiàn)有課程教學(xué)對(duì)涉及釀酒工業(yè)相關(guān)的工藝原理與生產(chǎn)技術(shù)方面的針對(duì)性不強(qiáng)。為了能保證釀酒工程專業(yè)本科教育質(zhì)量，需要對(duì)微生物工程工藝原理的課程進(jìn)行一定改革。

3 微生物工程工藝原理教學(xué)改革

3.1 教學(xué)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移 原有生物工程專業(yè)的教學(xué)重點(diǎn)存在一定的偏差，主要體現(xiàn)在原有課程涵蓋整個(gè)微生物工業(yè)范圍，產(chǎn)品種類較多，發(fā)酵方式和產(chǎn)物后處理方式多樣?；卺劸乒こ虒I(yè)特色，對(duì)原有課程大綱中的教學(xué)重點(diǎn)做出相應(yīng)修改：①微生物工業(yè)菌種部分重點(diǎn)介紹與釀酒相關(guān)的微生物：包括糖化過(guò)程的各種霉菌、芽孢桿菌等，酒精發(fā)酵過(guò)程中的釀酒酵母和其他類型酵母、后發(fā)酵過(guò)程的乳酸菌。而其他發(fā)酵產(chǎn)品相關(guān)的菌種簡(jiǎn)略介紹，這部分課時(shí)數(shù)不變。②發(fā)酵機(jī)制部分重點(diǎn)闡述釀酒過(guò)程發(fā)生的關(guān)鍵代謝機(jī)制：糖化過(guò)程、與酒精及其各種副產(chǎn)物生產(chǎn)的代謝機(jī)制，除去檸檬酸代謝、氨基酸代謝、核苷酸代謝和抗生素代謝機(jī)制部分。③因?yàn)榫祁愥勗鞂儆趨捬醢l(fā)酵，所以原有發(fā)酵供氧和無(wú)菌空氣制備的章節(jié)便不再作為重點(diǎn)講解，課時(shí)數(shù)從4課時(shí)減為1課時(shí)。④發(fā)酵工藝控制部分的側(cè)重點(diǎn)放在對(duì)釀酒生產(chǎn)影響較大的因素（溫度和pH）的相關(guān)控制部分，其他控制因素，如發(fā)酵泡沫、補(bǔ)料等講解相應(yīng)減少，總課時(shí)數(shù)由原來(lái)的10課時(shí)減少為7課時(shí)。

3.2 新教學(xué)內(nèi)容的添加 由于目前沒(méi)有針對(duì)釀酒工程專業(yè)的《微生物工程工藝原理》教材，因此需要根據(jù)釀酒工程專業(yè)教育需要增加新的教學(xué)內(nèi)容：①在培養(yǎng)基的制備與滅菌章節(jié)，引入釀酒工程原料及其預(yù)處理部分內(nèi)容：主要包括白酒釀造原料、啤酒釀造原料、果酒釀造原料，以及這些原料在釀酒工業(yè)中相應(yīng)的預(yù)處理技術(shù)；②原有教材并未包含固態(tài)發(fā)酵章節(jié)，但固態(tài)發(fā)酵是白酒釀造的主要形式。將固態(tài)發(fā)酵相關(guān)知識(shí)作為新的章節(jié)引入本課程教學(xué)：主要包括固態(tài)釀造的定義與特點(diǎn)、固態(tài)發(fā)酵的分類、影響固態(tài)發(fā)酵過(guò)程的主要參數(shù)與控制、固態(tài)發(fā)酵的應(yīng)用4個(gè)部分，共6課時(shí)；③在發(fā)酵產(chǎn)品的分離提取章節(jié)，有針對(duì)性地將配制酒生產(chǎn)過(guò)程中的天然植物活性成分提取、動(dòng)物活性成分提取部分知識(shí)引入課程；④在廢水的生物處理章節(jié)，引入釀酒工業(yè)的廢物處理與利用相關(guān)知識(shí)，如酒糟、葡萄皮渣的后處理與資源化利用。

3.3 文獻(xiàn)案例教學(xué)的引入 為了提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，課程教學(xué)目標(biāo)為：使學(xué)生能夠掌握微生物工程領(lǐng)域中文科技期刊論文的檢索和閱讀能力。在教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)某些章節(jié)的內(nèi)容，設(shè)定特定關(guān)鍵詞，以小綜述作為課后作業(yè)布置給學(xué)生，要求按照正規(guī)學(xué)術(shù)論文格式（《生物工程學(xué)報(bào)》投稿格式）進(jìn)行撰寫(xiě)。作業(yè)可以獨(dú)立完成或2人合作完成。2人合作完成需注明每個(gè)人的工作內(nèi)容，作為考評(píng)依據(jù)。這種方式不僅可以鍛煉學(xué)生的文獻(xiàn)查閱能力，也可以磨練其寫(xiě)作能力。此外，在課程教學(xué)中，引入相關(guān)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)優(yōu)秀期刊論文作為教學(xué)輔助，增加教學(xué)的時(shí)效性和趣味性。在此過(guò)程中，向?qū)W生講解期刊論文的格式，研究?jī)?nèi)容與方法和課堂相應(yīng)章節(jié)的關(guān)聯(lián)，以及科技數(shù)據(jù)、圖表的分析方法與規(guī)范性，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，也調(diào)動(dòng)了其學(xué)習(xí)的積極性。

3.4 網(wǎng)絡(luò)資源教學(xué)的引入 當(dāng)前，生物學(xué)已經(jīng)進(jìn)入后基因組學(xué)時(shí)代，大量不同層次的生物元件信息儲(chǔ)存在各種公共數(shù)據(jù)庫(kù)中[7]。而課本中講解的代謝途徑大多屬于模式微生物，如大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、谷氨酸棒桿菌、黑曲霉、釀酒酵母等。釀造過(guò)程中的微生物大多不屬于常見(jiàn)的模式微生物，從課本中不能找到其相應(yīng)的發(fā)酵機(jī)制。基于該問(wèn)題，在課程發(fā)酵機(jī)制章節(jié)的講解中，引入代謝網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的介紹以及相關(guān)使用方法，讓學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)常見(jiàn)公共代謝網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)、功能、生物信息的相關(guān)分析軟件，能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)查找特定微生物的特定代謝途徑，從而認(rèn)識(shí)其發(fā)酵機(jī)制。主要講解的數(shù)據(jù)庫(kù)是NCBI（National Center for Biotechnology Information，網(wǎng)址：https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）、KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，網(wǎng)址：http：//www.kegg.jp/）。同時(shí)，再布置相應(yīng)課后作業(yè)，要求學(xué)生尋找釀酒工業(yè)常見(jiàn)的微生物的特定代謝途徑。經(jīng)過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生基本掌握了利用數(shù)據(jù)庫(kù)查找特定代謝途徑的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)釀酒行業(yè)的科技創(chuàng)新能力明顯不均衡，啤酒、葡萄酒自主研發(fā)和自主創(chuàng)新能力尚有不足；白酒、黃酒行業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化、信息化水平的需求[1]?？茖W(xué)建立行業(yè)創(chuàng)新機(jī)制，加大力度提高自主研發(fā)能力，培養(yǎng)專業(yè)釀酒人才是我國(guó)釀酒行業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵。專業(yè)課程體系建設(shè)是培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才的理論保障。微生物工程工藝原理是構(gòu)成釀酒工程核心專業(yè)課程的主干之一，是釀酒工程技術(shù)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)部分。通過(guò)課程教學(xué)改革，整個(gè)教學(xué)過(guò)程更加有利于學(xué)生理解和認(rèn)識(shí)酒類釀造原理和工藝生產(chǎn)路線，對(duì)將來(lái)改進(jìn)釀造工藝、實(shí)現(xiàn)釀造技術(shù)升級(jí)具有一定的積極意義。

參考文獻(xiàn)

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