关键词:课程设计;生物化学，启发
1教材分析
1．1教学内容在教材中的地位
生物化学教材内容多且学时少，学生普遍感到生物化学难学，但也有学好这门课程的愿望。本课程所用教材是杨丽萍主编的《生物化学》第四版，绪论是第一课，是对本课程的高度概括，是学习生物化学的前导。讲好绪论，对激发学生的学习兴趣起着非常重要的作用。
1．2学情分析
授课对象为生物技术专业本科的学生，之前已经学习过无机化学和有机化学，化学基础相对较好，学习主动性、积极性、理解分析能力较强。所以在教学过程中要将绪论讲的新鲜有趣，就可以激发学生对生物化学的学习兴趣，产生求知欲。有了这种求知欲，将为后续深入学习生物化学课程打下良好的基础［1］。
1．3教学目标
知识目标:(1)掌握生物化学研究的内容与范围;(2)熟悉生物化学发展的历史;(3)掌握生物化学的知识框架，熟悉生物化学的学习方法。能力目标:培养学生掌握正确的学习方法和生物化学的知识框架。
2教法和学法指导
2．1教法
(1)层层递进提问法:提问贯穿于本次课程教学过程，其目的是学生可以带着疑问去思考。不仅激发学生的求知欲，还能课程内容逐步深入、前后贯通。(2)直观教学法:利用多媒体课件和合理的板书设计，加深学生了对绪论知识目标的理解掌握，从而为后续深入学习生物化学课程打下良好的基础。(3)启发对比法:这种方法变学生被动性学习为主动学习，培养了学生分析、归纳总结问题的能力。(4)列举实例法:学生自己探究问题，分析问题，提高了运用所学生物化学知识点分析、解决实际问题的能力。上述的四种传统教学方法的综合运用，结合了教师的主导作用和学生的主体作用，培养了学生分析、归纳总结问题的能力，提高了学生的综合能力。
2．2学法
(1)学生应课前做好预习;(2)课上注意听讲、记好笔记;(3)课后做好复习。老师应介绍怎样预习、如何记笔记、及时复习和回顾已学的知识点等。把学生引导到生物化学知识的范围中来，同时教导学生学会用生物化学的理论去思考问题，提高学生分析、总结生物化学问题的能力［2］。
3教学程序设计
3．1引入课题(10min)
由生物界的各种现象引出生物化学的概念—是研究生物体的化学。在学生理解后设置问题:自然界中生物体的化学现象多种多样且复杂多变应如何分析?此处设此问题以调动学生的求知欲。如果学生回答不准确或不能回答，则继续问:怎样揭示生物化学现象的内在规律?启发学生回答:要研究生物界这个复杂结构体系的物质组成及其变化规律的基本原理，基于生物组成及变化规律的一致性建立生命现象基本原理整体框架。进一步设置问题:如何研究?再启发学生举例回答，从而进入下一环节－－生物化学发展简史［3］。
3．2讲授生物化学发展简史(15min)
3．2．1生物化学研究的启蒙阶段在中华民族的历史中很早就出现了酿酒、制酱、做醋等应用;在唐代药王孙思邈的《千金翼方》中就有“治脚气常做谷白皮粥防之”，即使用含大量维生素B1的食物对脚气病进行治疗。同时还用猪肝治疗雀目(夜盲症)。讲到此处时用多媒体课件展示相关图片提高学生的学习兴趣;也可使老师的文字叙述变得更感性。3．2．2生物化学研究的初始阶段生物化学自18世纪中后期作为一个独立学科出现后，涌现出很多卓越的科学家。讲到此处，用多媒体课件详细解读相关研究。原因有三:(1)吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣;(2)为后续内容如糖酵解、三羧酸循环和脂质代谢等的生理现象的讲解做铺垫;(3)为之后知识拓展埋下伏笔。3．2．3生物化学研究的快速发展时期生物化学研究中诺贝尔奖获得者也不乏其人，对生物化学的发展起着深远的影响。讲到此处可与3．2．2的内容做对比，有利于学生对知识点的理解和记忆。然后设置过渡问题:从这些研究中可以总结出生物化学研究的什么规律?
3．3生物化学的知识框架和学习方法(20min)
首先设置问题如“生物体的化学组成是什么?”，引导学生思考。此处讲授人体每天都和环境进行物质的交换，即新陈代谢。新陈代谢中酶催化了绝大部分生化反应，与此同时生物体具有精密的自我调控方法。这点从几个层面为学生理清思路，进行下一步学习奠定基础。为了使学生能更深层次地理解和掌握这一知识重点，可适当举例说明。从“种瓜得瓜”推导出遗传的概念，结合本学科的最新研究进展介绍遗传的相关知识点［4］。授课过程中引导学生讨论能激发学生探究问题的活跃气氛，应提倡学生积极参与回答问题。用多媒体课件展示相关知识点，同时穿插知识点覆盖的实例。
4课堂小结
在绪论的教学过程中应不拘泥于教科书，不能生搬硬套、平铺直叙、枯燥乏味的讲解是扼杀积极性的。绪论课最重要的目的是让学生形成主动学习的意愿。因此可介绍一些目前在基因诊断及其基因治疗方面的成功事例，让学生明白生物化学是和我们生活健康密切相关的，从而激发学习的积极性和主动性。与此同时，绪论最有价值的知识是关于方法的知识。生物化学是一门记忆与理解并重的学科，在记忆的基础上理解并融会贯通才能牢固记忆［5］。
5课堂效果分析
通过四种教学方法的综合运用，激发了学生学习生物化学的兴趣，不仅让学生学习相关知识，同时学生也在分析、理解及融会贯通中建立了科学的思维方式［6］。
作者:朱会霞 孙金旭 单位:衡水学院
参考文献
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［2］张艳芳，张煜，单琳琳，等．医学生物化学绪论教学的探讨［J］．山西医科大学学报(基础医学教育版)，2010(6):582－584．
［3］张璟，尹战海，李霞，等．浅谈生物化学绪论课教学［J］．西北医学教育，2008(3):608－609．
［4］冯晓帆，柳春，王艳杰，等．生物化学绪论教学中激发学生学习兴趣的实践［J］．基础医学教育，2015(7):587－588．
1.1改革实验教学形式
改革后的发酵工程实验将传统两周一次课的频率改为每周一次课，将全学期实验压缩到半学期进行，同时采用“一条龙”式实验教学形式，即在规定8周教学时间内，学生根据课程要求和微生物培养需要，系统且连续地安排实验时间，实验环环相扣、同学分工协作，共同完成实验方案的任务。这种教学形式改变以往只遵循上课周期而不顾微生物培养特点的弊端，培养学生合作意识和团队精神，增强学生实验积极性和主动性，增强实验教学效果。
1.2优化实验教学体系
以往发酵工程实验开设的项目主要针对发酵工程基本操作及菌种筛选等，实验内容相对孤立，学生对发酵过程的整体认知不够全面。改革后结合我校特点，采用“一条龙”式实验体系（自然界中产酶微生物的选育、发酵条件优化、发酵产酶及酶的提取、酶学性质研究及改性、酶的应用等），在此实验中，涉及微生物、发酵工程、生化分离工程、酶工程等实验方法和技术，形成连续而系统的实验，实现从验证性实验到综合性、设计性实验的转变。系统化的实验教学体系有利于培养学生发酵工程研究基本思路和方法，使学生全面了解某一发酵产品生产和应用的特点与关键环节，整体掌握发酵工程的系统实验知识。
1.3整合实验教学内容
按照我校生物工程和生物技术专业的培养方案，改革后我们在教学内容的选择上力求具有系统性、科学性、实用性和先进性，结合生产实际，以学生熟悉的典型发酵产品、酶制剂产品生产为主，将发酵实验设为发酵产酶模块、红曲米固态发酵模块和自酿自饮（风味酸乳及糯米甜酒的酿制）模块，共八个实验项目，包含液态发酵和固体发酵、好氧发酵和厌氧发酵，按照基础、综合、设计三个层次编制实验内容，将整个发酵实验内容，优化后的实验教学内容更为丰富，更有利于培养动手能力、综合运用知识的能力和创新能力。
2.结语
1选取合适的教材
发酵工程优秀教材很多，像《微生物工程工艺原理》、《微生物工程》、《发酵工艺原理与技术》、《生物工艺学》、《现代工业发酵调控学》、《发酵工艺学》等，我们在前些年的教学过程中也选用了多个版本的《微生物工程》，结合我校生物技术专业学生的知识体系和培养方向，目前我们选用全国高等学校发酵工程专用教材、教育部普通高等教育“十一五”部级规划教材华南理工大学姚汝华教授编写的《微生物工程工艺原理》，此书按照发酵工艺操作单元的先后顺序排布各章，脉络清晰，系统性好，该书在难易程度上很适合我们的学生，但是该书侧重于发酵机制的讲授，发酵工艺和设备没有涉及。因此，在前期教学积累的基础上，我们授课团队正在努力编写一本适合于我们自己的教材，增添发酵工艺及设备，以及基因工程产品的发酵工艺。同时为提高学习的广度和深度，为学生推荐了《发酵工艺原理》、《发酵设备》、《发酵工程实验技术》等参考书。
2开展发酵工程实验，提高学生综合素质
发酵工程是利用工业微生物的特定性状和功能，通过发酵过程来生产目的产物或将生物直接用于工业化生产的技术体系，是建立在发酵工业基础上，与化学工程紧密结合的一门学科，它是连接生命科学研究与应用的桥梁[7]。在基因工程和细胞工程的应用中，要想把定向改造的物种转化成产品，也需用到发酵工程技术。发酵工程实验开展的场所是发酵罐，这是发酵工业独有的特点，同时有一套严密的工艺流程让发酵原料通过菌种吸收转化成我们所需要的发酵产品，发酵周期长，步骤繁多。通过发酵工程实验课程的学习，培养学生实际动手操作能力，让学生亲自动手操作发酵罐，开展发酵罐空消和实消操作，以及常规发酵产品如酒精、柠檬酸、青霉素的发酵，使学生真正的达到学以致用，同时又锻炼了学生的自主性、创作性和责任心。师范院校的理科学生，普遍缺乏工艺概念，但他们又非常渴望了解真正的生产过程。我们针对发酵工程的主要内容，组织学生到啤酒厂、白酒厂、制药企业开展生产实习，使学生亲自到白酒、啤酒和药物的生产线上了解工艺流程，切切实实的把课堂上学到的理论知识与生产工艺联系起来，学生反映收获很大。总之，发酵工程实验集成度较高，牵涉到生物化学、微生物学、分析化学、有机化学、发酵工艺学、化学原理等学科的实验内容，有别于普通实验课程的是工厂生产实习，真正做到理论实践相结合，最终达到学以致用的培养目的。
3改进教学方法，切实提高学生创新能力
教学方法的改革，首先取决于教师本身的学术水平和综合素质的提高，教学方法改革服从人才素质培养，以大面积提高教学质量为目标，和教学内容的改革密不可分。生动、丰富的教材，有价值的有说服力的理论，以培养学生学习和实践的态度、思维以及能力的开放式教学，无疑会激发学生的学习兴趣。从某种意义上说教学的目的是教会学生“学会学习”，“授人以鱼，不如授人以渔”。
3.1案例教学
发酵工程是一门实验实践极强的学科，知识的归纳和总结是建立于具体的发酵机制和工艺案例的基础上。在授课过程中，典型的案例不仅使课堂生动形象，而且使学生容易理解和记忆，触类旁通，达到知识迁移的目的。例如在讲青霉素的发酵这部分内容时，通过详细讲解青霉素的发现，引出伟大的科学家弗莱明，进而讲解青霉素发酵的发酵机制、过程控制、提取及纯化相关内容，学生被激起兴趣，学起来也容易接受。学习之后，可以引导学生进行讨论，如抗生素的种类、我们生小病的时候用到了哪些抗生素、抗生素对能治疗那些疾病、滥用抗生素有何危害等等问题，使学生从思想上真正理解“抗生素是一把双刃剑”，从而在以后的生活中学以致用，进而影响身边的人及下一代合理利用抗生素，为社会进步做出贡献。
3.2启发、讨论式教学
讲课的过程中首先讲授难点、重点，善于提出问题，让学生跟着老师的思路走，随着一个又一个的问题启发学生思考、归纳、总结。比如在讲授发酵过程的控制这部分内容开始时，引入酸奶的发酵。酸奶在生活中很普遍，同学们也不陌生，有的同学家做过酸奶，因此对酸奶的发酵还有一点常识，接受起来更容易一些。首先提出问题，酸奶发酵的原料和菌种从哪里来？酸奶发酵是好氧发酵还是厌氧发酵？发酵多长时间合适，夏天和冬天发酵时间一样吗？通过这些问题，启发学生思考讨论，最终引出酸奶的发酵工艺及注意事项，随后在实验课时让每位同学亲自动手做一款自己喜欢的酸奶，巩固和吸收理论学习。
3.3比较归纳教学法
比较式教学法通过对不同知识点的对比分析，找到其相同和不同处，在比较的过程中对知识点归纳概括，有助于从本质上理解和记忆知识。比如在讲授培养基的制备过程中，让学生比较种子培养基与发酵培养基的相同点和不同点，说出两种培养基C/N比有何不同及不同的原因是什么。又比如在讲培养基的灭菌时，在讲述了分批灭菌和三种常见的连续灭菌流程连消塔——喷淋冷却流程、喷射加热——真空冷却流程、薄板热交换器连续灭菌流程之后，让学生对分批灭菌和连续灭菌进行对比总结，学生就容易理清楚，弄懂复杂的内容。
4优化考试模式，重在平时学习的思考与探讨
在发酵工程实验及理论教学考核方法中，一是包括到课情况。在开课之前详细向学生讲述发酵工程课程在生物技术专业的应用及其重要性，课程的讲授和考核方式，通过到课率来约束学生学习及实验的自觉性。二是考核内容和考核方式多样化，加强课堂考核、作业考核，平时考核与期末考核成绩的比例由原来的3∶7加大到6∶4，综合反映发酵工程课程实践性强的特色。三是实践教学实施“以考促训，以赛促练”，强化技能培养，规定技能考试不过关，不允许参加理论考试。四是在教学中注重因材施教和个性化培养。
5小结
1.1材料及仪器原材料：红糁、汾酒大曲、FJ-5酵母菌（生香酵母）。仪器设备：Agilent7890N气相色谱仪，美国Agilent公司；UV-5200紫外分光光度计，上海精密仪器有限公司；ENLOG-TMEX-T自动温度记录钮扣系统；傅立叶近红外光谱仪InfraxactLab。
1.2酵母菌培养基活化培养基：黄豆芽10g、葡萄糖5g、水100mL、琼脂1.8g、自然pH值。富集培养基：黄豆芽10g、葡萄糖5g、水100mL、自然pH值。
1.3分析方法总酯测定：按GB/T10345—2007方法进行。乙酸乙酯测定：利用Agilent7890N气相色谱仪进行检测。色谱条件：进样口温度230℃，载气He（99.999%）；恒流1.0mL/min，分流比50:1，进样量1uL；程序升温，初始温度60℃，保持1min，以5℃/min升至155℃，再以3℃/min升至180℃，保持10min。感官品评：按照标准感官分析方法GB10345-2007进行。
1.4实验步骤在公司同一个实验班组上进行，以保证实验过程当中工艺操作的一致性。实验分4组实验进行，以正常大生产为对照。实验组间除了FJ-5菌液（OD值为1.6～1.8,620nm处测定）用量不同外，其它因素全部相同。各组实验配料、堆积时间、堆积规格等参数结果见表1。每个实验组分别连续重复实验5d，其他未涉及工艺参数参照汾酒传统工艺执行。
2结果与分析
2.1发酵品温变化规律白酒酿造过程酒醅品温变化规律或是紊乱能够直接反映材料发酵情况是否正常。而发酵材料当中酵母菌、细菌等功能微生物有序代谢、有序放热正是酒醅品温有规律变化的一种内在驱动。从图1中各实验组品温的变化来看，堆积过程中，实验4组的最高品温变化可达到36℃，超过了酵母菌最适宜的生长温度。而实验1、实验2、实验3三组在堆积过程当中的最高品温并未超过33℃。而且实验3组的最高堆积品温要比实验1和实验2组高出2℃～3℃。分析可能实验3的酵母菌强化剂量与材料堆积规格的匹配对于提供酵母菌适宜的生长代谢温度较其他3个实验组更加合理所致。发酵进入地缸以后，除实验4组明显没有遵循汾酒发酵“前缓、中挺、后缓落”的品温变化规律外，其它实验组均与正常大生产酒醅表现出相似的品温变化趋势。而且由于实验组材料有前期堆积富集微生物的过程，所以整体上来说实验组特别是实验1和实验3组材料的顶火时间要比正常大生产要长2～3d。
2.2堆积发酵过程中酵母菌数量分析材料堆积过程中一方面可以提供酒醅本身携带的酵母菌一个有氧环境，使其进行数量的大量繁殖；另一方面，通过堆积，也可网罗一部分空气当中的酵母菌[9]。通过微生物平板培养计数，结果如图2所示。图2结果表明，实验4组由于堆积过程当中堆积温度超出了酵母菌最适宜的生长温度，导致在堆积过程当中，其酵母菌数量最高仅达4.15×106cfu/g，远远低于实验1、实验2、实验3组中酵母菌的数量。其中，实验3组当中酵母菌富集效果最好，达到了3.72×108cfu/g，结合图1中的品温情况，说明要保证后期发酵材料的较高的顶火温度和较长的顶火时间，前期的堆积过程必须控制好堆积温度，堆积温度最好不要超过酵母菌等微生物的最适生长温度。
2.3在制品（15对时）酒度、出酒数量对比清香型白酒酿造过程当中，7~15对时这个阶段，是酒精发酵的主要阶段，15对时之后，随着酒醅中酒度、酸度的积累，对大多数酵母菌生长代谢造成负面影响，一般酒醅中酒精含量变化不是很大。所以15对时的酒精度可代表酒醅发酵过程当中整体酒精生成量的多寡。图3中数据可以看到，实验组15对时酒精度均低于正常大生产。通过t检验显著性分析，其中实验1、实验2、实验3组分别与正常大生产15对时酒度在0.05水平下p值（0.23、0.45、0.28）均＞0.05,差异性不显著。而实验4组酒醅15对时酒度与正常大生产显著性分析p值（0.03）＜0.05,差异性显著。分析实验1、实验2、实验3组酒醅15对时酒精度略低于正常大生产的原因在于实验组在堆积过程中散失了部分水分有直接关系。而实验4组酒醅产酒精量较少可能是由堆积过程中过高的堆积温度杀死了一部分产醇酵母菌所引起的[10]。出酒数量方面，各实验组最终出酒数量多寡基本与15对时酒精度的对比情况一致，结果见图4。
2.4原酒总酯、乙酯/乳酯比值及感官品评结果
2.4.1原酒总酯、乙酯/乳酯比值结果分析原酒中总酯含量的高低在很大程度上决定了酒液放香特点是否良好，此外，汾酒中乙酯与乳酯的比例对于保证清香风格有重要作用。目前清香白酒的生产实践表明，适当提高乙酯与乳酯的比例对于酒体品质的改善有十分积极的作用。从图5中数据可以看到，4个实验组中实验3组所产原酒总酯含量最高，可达8.3g/L，比正常大生产的4.7g/L高出76.6%。而实验1和实验2组总酯含量相当，分别是7.3g/L和7.5g/L。其中，实验4组在四个实验组中总酯含量最低，但比正常大生产也高出19.1%。这说明堆积发酵结合生物工程技术强化生香酵母的方法是一种切实可行的提高汾酒总酯含量的方法。从图6中各实验组及对照组乙酯/乳酯的比值数据可以看到，通过实验组乙酯与乳酯的比值均有不同程度的提高，其中实验3所产乙酯/乳酯比例提高最多，高达1.5。
2.4.2实验组感官品评分析根据1.3方法对各实验酒样进行品评，结果见表7。结合表7描述，可以看到实验原酒普遍较正常大生产原酒表现出更明显的苹果香，清香风格典型。而且实验3所产原酒经品评放香、口感均比较理想。
3结论
3.1经中试实验可知，采用将3‰的FJ-5酵母菌液强化到正常汾酒配料当中，堆积发酵2d之后再进行入缸发酵的方法可较大程度地提高汾酒的总酯含量，提高幅度高达76.6%，能够很好地保证和提升汾酒品质。
3.2通过堆积发酵结合生物工程技术强化发酵体系中生香酵母数量的方法可在一定程度上提高汾酒中乙酯/乳酯的比值，最高可提高至1.5，在提高总酯的同时，实现了“增乙降乳”的目的，可大大地提升了汾酒的放香和口感。
3.3通过实验发现，由于大多数生香酵母具有好氧繁殖、厌氧代谢的特点，通过人工强化结合堆积自然网罗微生物的方法大大地丰富了汾酒发酵体系当中生香酵母的数量，进而为发酵后期提高汾酒总酯含量和产品品质打下基础。
3.4该研究在堆积时间的选择上没有进行梯度实验，堆积时间长短对于汾酒总酯含量的影响还有待进一步研究。
每一个典型工作任务中我们都设置了知识内容和技能内容，如微生物药物的产生菌，其知识内容和教学要求为掌握新药产生菌的分离、选育方法；药物产生菌的保藏方法。其技能内容和教学要求为会进行菌种分离、保藏操作。这样不但强化了学生学习时的理论与实践相结合的意识，也保证了理论教学与实践教学良好衔接，保证了教学效果。
二、教学方法和手段
教学方法和手段是保证教学效果的重要途径。目前我们的《抗生素发酵工艺》教学是采用理实一体的教学方式。企业实习和仿真软件的使用使得学生对抗生素发酵和生产更加直观化，教学中图片、视频等的应用丰富了教师的教学手段。这些方法和手段的使用在很大程度上提高了《抗生素发酵工艺》的教学水平。在理论教学上，我们一方面十分注重基本原理、概念的讲解，另一方面这些原理、概念等的讲解不是纯粹的理论教学，二是融入于实践教学中去的。与此同时为了提高学生的感官认识，我们还会安排学生到抗生素生产企业进行认识实习，使学生与企业生产实现零距离的接触，真正将在课堂上学习到的知识与企业生产实际结合起来，进而可以进行更有针对性的学习。
三、师资队伍建设
《抗生素发酵工艺》作为一门专业核心课程，其理论内容涉及的面较为广泛，涉及到的实验技能要求较高，因此为了提高教学质量，我们组建了一支由专业教师加企业技术骨干组成的教学队伍。在实验教学中，教师能对学生存在的问题及时进行纠正，保证学生操作的规范性。企业人员将企业抗生素生产的相关知识以及管理、控制等融入到教学中来，实现了“从书本中来，到书本中去”。此外，教学团队的教师还经常利用下企业锻炼和到企业实习的机会，不断学习抗生素发酵和生产的新技术，还时常参加学术活动，开阔了自己的眼界，也提高了团队的整体水平，保证了《抗生素发酵工艺》课程改革的不断深入。
四、结语
关键词:生物技术;基因工程;细胞工程
现代生物技术的迅猛发展,成就非凡,推动着科学的进步,促进着经济的发展,改变着人类的生活与思维,影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容,具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测,到2010～2020年,生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景,本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用。
一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用
基因工程技术是现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。
发酵工业的关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种。
(一)改良面包酵母菌的性能
面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。
(二)改良酿酒酵母菌的性能
利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株,用以改进传统的酿酒工艺,并使之多样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,革新啤酒生产工艺。目前,已成功地选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。
(三)改良乳酸菌发酵剂的性能
乳酸菌是一类能代谢产生乳酸,降低发酵产品pH值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型,其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、pH诱导系统和噬菌体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言,德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏,但是已经发现质粒pN42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子,第二种方法是依赖于克隆的基因组DN断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能,产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。
二、细胞工程技术在食品发酵生产中的应用
细胞工程是生物工程主要组成之一,出现于20世纪70年代末至80年代初,是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下,使两个或两个以上的异源(种、属间)细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。细胞融合技术是一种改良微生物发酵菌种的有效方法,主要用于改良微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等。与基因工程技术结合,使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性。例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交,获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交,分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功。目前,微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间,不断培育出用于各种领域的新菌种。
三、酶工程技术在食品发酵生产中的应用
酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分,酶工程又称酶反应技术,是在一定的生物反应器内,利用生物酶作为催化剂,使某些物质定向转化的工艺技术,包括酶的研制与生产,酶和细胞或细胞器的固定化技术,酶分子的修饰改造,以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面,一是用酶技术处理发酵原料,有利于发酵过程的进行。如啤酒酿制过程,主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时,会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白质降解不足,从而减慢发酵速度,影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂,可补充麦芽中酶活力不足的缺陷,提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组分,缩短糖化时间,减少麦皮中色素、单宁等不良杂质在糖化过程中浸出,从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物,缩短发酵过程,促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素,是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阈值时,就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母繁殖时生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的,一般在啤酒发酵后期还原双乙酰需要约5～10d的时间。崔进梅等报道,发酵罐中加入α-乙酰乳酸脱羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可缩短发酵周期,减少双乙酰含量。
四、小结
在食品发酵生产中应用生物技术可以提高发酵剂的性能,缩短发酵周期,丰富发酵制品的种类。不仅提高了产品档次和附加值,生产出符合不同消费者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工业的发展。随着生化技术的日益发展,相信会开发出更多物美价廉的发酵制品,使生物加工技术在食品发酵工业中的应用更加广泛。
参考文献
[1]赵志华,岳田利等.现代生物技术在乳品工业中的应用研究[J].生物技术通报.2006,04:78-80.
[2]王春荣,王兴国等.现代生物技术与食品工业[J].山东食品科技.2004,07:31.
[3]徐成勇,郭本恒等.酸奶发酵剂和乳酸菌生物技术育种[J].中国生物工程杂志.2004,(7):27.
关键词：发酵工程 教学 改革与实践
“发酵工程”是“轻工技术与工程”一级学科下的二级学科，在很多轻工类、生物工程类、农业类院校甚至综合性院校中设立。作为学科平台课和专业核心课，《发酵工程》是发酵工程、生物工程、微生物学、生物制药、生物化工等多专业的必修课，具有重要的地位。江南大学的发酵工程学科是国家重点学科，具有部级精品课程《发酵工程》。本课程在江南大学一线老师一代又一代的努力下，从教学内容、教学方法、实践教学等不同方面作了大量的改革与探索，取得了非常突出的成绩，积累了丰富经验。下面就谈一谈这方面的情况。[1]
一、精选教学内容
目前国内同行应用较多的是2006年李艳主编的《发酵工程原理与技术》和2003年姚汝华主编的《微生物工程工艺原理》，这些教材面世时间较长，未能吸收发酵工程领域的最近前沿进展。针对这一情况，江南大学组织专家学者陆续编写了普通高等教育“十一五”部级规划教材《发酵工程》（徐岩编，2011年出版），“十二五”部级规划教材《发酵工程原理与技术》（陈坚、堵国成主编，2012年出版）和案例版生物工程系列规划教材《发酵工程》（许赣荣、胡鹏刚主编，2013年出版）。这些教材结合了发酵工程学科的最新研究进展，辅以大量生动案例、图文并茂，能够深入浅出的讲解发酵工程的原理和技术应用。江南大学在生物技术、生物工程、酿酒工程等多个本科专业中开设了《发酵工程》的课程，教务部门要求各一线教师选用最新的精品教材。因此，上述教材的出版为本校教师在教学上提供了关键的蓝本。[2]
《发酵工程》课程内容涉及到微生物的生理活动等知识，以及对微生物进行的理性和非理性改造等理论，同时牵涉到到化工分离单元操作等理论，这些理论在本课程讲授过程中不会非常详细的展开，因此需要学生具备微生物学、生物化学、分子生物学的基本理论知识。因此本校在课程日程上将《发酵工程》安排在上述课程之后，将不同课程相关知识点进行关联，并突出本课程的重点，增强了知识的延续性和交叉性，保证了学生学习效果。
在教学大纲制定上，以发酵过程的微生物学原理为主线，以发酵过程操作为顺序，制定教学计划和进度。在章节安排上，按照这样的顺序进行讲解：发酵过程的生物学和生物化学基础，原料预处理及无菌培养基制备，无菌空气制备，发酵过程控制和优化（包括发酵参数的影响和监测、发酵动力学和把发酵过程建模和优化、分阶段优化等控制技术）以及染菌防治，下游分离提取工艺，同时将固定化细胞发酵、基因工程菌发酵、固态发酵、动植物细胞培养和发酵经济学放在课程最后作为单独专题讲解。这样的讲解程序既讲清了发酵过程的原理和技术，又在顺序上与发酵过程操作程序很匹配，逻辑性很强;同时增加的专题是对前述发酵过程原理和技术的强化，又能引入生动的案例分析，趣味性较强。
二、优化教学方法和教学手段
随着计算机技术的发展，利用多媒体技术与网络教学资源进行课堂教学成为主流教学形式。首先在教学材料上，尽量减少文字，多采用图示、照片、音频和视频的素材，使教学ppt图文并茂、有声有色。与传统板书相比，一方面多媒体教学能减少写字、画图的时间从而提高效率，增加教学内容，特别是对发酵工程这样一门分量较重知识点较多的课程显得尤为重要;另一方面，发酵工程上的很多知识点如发酵设备无法通过文字和语言表达讲解清楚，因此照片甚至视频的出现就能很好解决这个问题;另外，通过不同感官刺激能显著增加学生的学习兴趣和学习效果。
在教学形式上，除了教师讲解以外，还应该增强学生自主学习。根据教学进度定期安排学生进行seminar。形式如下：将班级成员分成多个小组，每个小组由四五人组成，设立组长一名。每个小组根据课堂教师讲解的知识点自由选择案例准备材料，由组长安排分工合作，并上台讲解展示，在此过程中其他组别对其进行提问打分。通过这样一种形式，能够增强学生自主学习能力，学生为了准备材料会查阅很多资料，是对知识点的再次复习过程，同时也是理论结合实际，增强了学习效果。[3]
三、强化实践教学
实践教学是运用所学理论知识到实践过程的一种教学方式，是一种比较直观的教学形式，能强化理论教学效果，对培养学生的创新精神与实践能力有着特殊作用，因此要将实践教学和理论教学结合起来。一是在进行理论教学的同时进行现场参观并讲解等教学形式。江南大学拥有粮食发酵与工艺国家工程实验室、食品科学与技术国家重点实验室等平台，不仅具有发酵领域的各种先进设备和仪器，同时还拥有发酵过程中试车间。在学习理论知识的同时，现场参观、讲解这些设备的操作和实用，能显著增强学生学习效果。二是将实验环节和理论教学环节结合起来。通过精心设计实验内容，将经典的发酵案例和理论教学结合起来，使学生在实验过程中能明白发酵过程的生物学原理，并能熟练掌握发酵操作过程的关键技术。三是实习环节。江南大学和国内外众多发酵型企业保持良好合作关系，如茅台、五粮液、青岛啤酒、中粮等企业，可以安排学生利用暑期实践去工厂进行两个月的实训，熟悉发酵操作过程，巩固了课堂所学的理论知识。[4]
参考文献：
[1]徐岩.发酵工程[M].北京：高等教育出版社，2011
[2]陈坚，堵国成.发酵工程[M].北京：化学工业出版社，2012
