2.发酵床垫料制作
根据惰性强、透气性好、吸水性能强和无毒害等原则选择垫料原料，锯木屑是发酵床垫料首选，同时结合当地资源情况，选择稻壳、花生壳、玉米芯和干稻草粉进行适当比例的替换。垫料成分比例为：锯木屑50%~60%、稻壳(或粉碎的玉米秸秆、玉米芯和花生壳等)40%~50%、米糠1%。按每立方米垫料添加固体生物发酵剂0.1~0.2公斤，发酵剂主要成分为乳酸菌、酵母菌、地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌等，有效活菌含量大于100亿个/克，添加前用水搅匀稀释发酵剂预先复活和扩繁。将发酵菌种均匀喷洒在发酵床垫料上，混合过程中要边搅拌边喷水，使含水量控制在35%~40%之间(以手握紧垫料能成团不滴水，松手能散开为宜)。混合好后的发酵床垫料需通过堆积发酵熟化，堆积高度为1~1.5米，每堆体积至少10立方米，铺上草毡或麻布袋。2~3天后，在垫料快速升温时翻堆，以使其发酵完全，垫料层温度达到35℃以上即说明发酵床已形成。发酵成熟时间一般是夏天4~6天、冬天7~9天，气温越低所需时间越长。采用分层法铺设发酵床，先将未粉碎的稻谷壳、花生壳、棉籽壳或粉碎的玉米秸秆、玉米芯等铺在发酵床最底层，厚度为5~8厘米，再由内往外翻耙平整发酵成熟的垫料，然后在垫料表面铺设10厘米左右现配的未经发酵的垫料原料，经过24小时后即可进鸭。发酵床垫料厚度以40厘米左右为宜，不得低于30厘米。
3.发酵床日常维护
使用发酵床育雏，要提前12小时预先升温。如果不在发酵床中育雏，则进鸭后的前10天为观察期，防止垫料表面扬尘。若垫料太干，有扬尘出现，应根据其干燥程度向垫料表层喷洒清水。每周根据垫料湿度和发酵情况翻垫料2~3次，随肉鸭日龄和群体密度的增大应适当提高频率，可采用人工或小型翻耙机翻料。一般8~15日龄每3~4天翻料1次，16~42日龄每2~3天翻料1次。每批肉鸭出栏后，在垫料中掺入适量的菌种，重新堆积发酵，待下批肉鸭进场。
4.肉鸭饲养管理
发酵床养鸭和常规饲养方式在饲料配制、温度、湿度、光照等日常管理方面类似，但在育雏期管理、密度控制、通风管理等方面存在一定的差异。
①育雏期管理。发酵床饲养肉鸭可采用雏鸭在专用育雏舍、生长育肥期转至发酵床饲养的两阶段饲养模式，也可采用育雏至出栏全部于发酵床饲养的模式。前一种模式在专门的育雏舍育雏；后一种模式则在较小的育雏区内进行，在育雏区内育雏时，周围用塑料薄膜与外界分隔开。随着肉鸭的生长，育雏区逐步扩大，直至布满整个发酵床鸭舍。
②饲养密度。发酵床养鸭密度相比传统饲养方式略小一些。一般发酵床饲养肉鸭每平方米密度为：1周龄30~35只、2周龄10~12只、3~5周龄6~8只、成年中鸭6~7只、成年大型肉鸭4~6只。
③通风管理。对半封闭鸭舍通风的目的在于调节舍内温度与湿度，而对于全封闭鸭舍则还有排出舍内污浊的空气，流通新鲜空气的作用。相比传统饲养方式，因发酵床自身产热，对鸭舍通风的要求更高。
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
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[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.
蘑菇培养料发酵技术是蘑菇生产的核心技术之一，历来是蘑菇生产的科研攻关课题之一。培养料的发酵技术经不断更新和发展，已由最初的简单堆肥发酵技术发展到今天的免加温发酵技术，并在蘑菇生产上逐渐推广。福鼎市是全国双孢蘑菇生产主要基地之一，每年蘑菇的产销量占福建省产销量的30%左右。在从事30多年的蘑菇生产实践经验和培养料发酵技术研究、应用的基础上，笔者对蘑菇培养料主要发酵技术的基础理论和应用粗浅论述如下。
1一次发酵技术
1.1基础理论
蘑菇培养料的一次发酵技术，亦称常规的传统发酵技术，根据辛登—豪泽短期堆制的原理发展而成。通过采用物理调控，为自然存在的有益微生物创造一个良好的生态环境，满足其生长繁殖，经生化作用后积蓄了蘑菇生产所需的营养物质。
1.2应用
20世纪90年代初，我国蘑菇培养料发酵基本上采用这项技术，其技术流程：草料预湿——建堆（加入配料）——一次翻堆——二次翻堆……最后翻堆——上料铺床，共要翻6次堆；发酵程式（天数）分别是7d、6d、5d、4d、3d，总计28d。若用早稻草作为培养料则需25d。一次发酵技术工艺简单，容易操作，但如果人工操作要领掌握不好，极易影响发酵质量。在实际生产中，经常出现发酵质量差，不是厌气发酵的比重大（烂料多），就是冷却层比重大（生料多），很难达到预期效果。针对以上缺点，我们结合多年生产实践，采用改进的“三角架”增氧发酵法，比常规发酵在技术上有了创新，效果较好，但该法仍存在许多不足之处：一是发酵时间长，费时；二是翻堆次数多，费工；三是劳动强度大，费力；四是养分损耗大，耗料。目前，该项技术主要用于我市田春菇栽培上。
2二次发酵技术
2.1基础理论
1934年，美国科学家兰伯特分别用厌氧发酵区、好氧发酵区、干燥冷却区的蘑菇堆料栽培蘑菇。经研究，发现用好氧发酵区的堆肥栽培蘑菇，产量最高；而其他温度区的堆料，再经过50～55℃高温，并结合适当增氧堆制再次发酵后用于栽培蘑菇，产量也相应提高。由此逐步发展形成二次发酵技术，亦称后发酵、巴氏消毒。二次发酵分为两个阶段：
（1）升温阶段，即巴氏消毒阶段。这个阶段要在57~60℃高温下维持6~8h，主要有三个方面作用：一是杀死病原菌、寄生虫以及各类害虫的卵、幼虫及成虫；二是促使嗜热性微生物大量繁殖，更加旺盛地分泌水解酶类；三是前发酵的粪草未完全分解部分在酶的作用下加速分解，形成腐殖质一类化合物供蘑菇菌丝利用。
（2）控温阶段。这个阶段要适时通风降温至48~52℃并维持4~6d，主要有两个方面作用：一是改善培养料中氧的供应状况，创造嗜热微生物群繁殖最佳生态环境。嗜热放线菌利用堆肥在发酵中残留的氨转化为氮源，嗜热微生物群增殖，加速基质降解，产生聚糖类物质、烟酸、B族维生素及氨基酸等以利蘑菇菌丝吸收；二是继续杀死病原菌。
2.2应用
在实际应用中，经常规堆制前发酵的培养料应迅速搬进菇房进行后发酵处理，培养料应集中堆放于中间3层床架上，底层不放料。堆放时要求培养料疏松、厚薄均匀，并密闭四周薄膜，促其自热。当升温至48~52℃时，进行蒸气加热巴氏消毒（亦可采用明火加温法），使料温升至57~60℃，保持8~10h后，控制炉火，降温至50~52℃，保持此温度继续培养4~6d。视料温情况启闭地面薄膜通风1~2次，每次数分钟，待培养料氨味消失，并大量繁殖白色嗜热性放线菌后，即可结束。如培养料仍有氨味，须继续培养至氨味消失。
我市近20多年来一直采用二次发酵技术，生产中要注意：①在后发酵期间，测温时，人不能进入菇房，只能将温度计置于竹竿内前端，由菇房外插入料中测温；②发酵结束，进入菇房前必须打开四周薄膜通风换气，以防缺氧和一氧化碳中毒。
3免加温发酵技术
3.1基础理论
免加温发酵技术是以现代微生物学理论为指导，采用微生物调控技术，在强势复苏型有益微生物群体增殖活动的主导作用下，迫使其他微生物顺从，进而使培养料进行有
价值地发酵。由于有益的微生物群体活动，原来不能共生的菌类，通过相互交换食饵和生成条件，达到共同生存、发展的目的。例如：光合细菌是厌氧菌，可将来自太阳热能作为能源，合成抗氧化物质、氨基酸、糖类等各种有利的物质；固氮菌是好气菌，可将大气中的氮变成蘑菇能够吸收利用的物质，固氮菌以有机质为食饵，它的排泄物是光合细菌喜食的食饵，而光合细菌排泄物是固氮菌的食饵。这种食饵交换循环建立以后，一旦固氮菌过分繁殖则处于缺氧状态，通过光合菌的作用，就能够共存。总的来说，通过有益微生物群体活动，使培养料在发酵中增加抗氧化物质，集结能量抑制，消减有害的活性氧化成分，大大改善蘑菇培养料的生态环境条件，促进蘑菇菌丝的健康生长，从而达到提高蘑菇产量和质量的目的。
3.2应用
免加温发酵技术工艺流程：稻草预温——建堆（加肥、加发酵剂）——一翻——二翻——三翻（加石灰和石膏）——四翻——上料铺床，发酵程式（天数）分别为5d、4d、4d、3d，总计20～22d。在生产实践中需注意以下几方面：
（1）堆料不宜过高，最好是80cm左右为宜。若冬天堆料可适当加高一些，但也不宜超过100cm，宽、长不限，可根据地形而定；由于增温催熟剂的加入，高活性有益微生物群体繁殖非常迅速，温度上升的非常快，若按传统方法堆料过高，则很容易因中部温度过高而造成营养损耗；同时由于过高的料堆也因物料的软化导致物料间空隙度缩小而减少供氧量，从而造成局部厌氧发酵。
近年来，发酵技术越来越广泛的应用到中药研究中来，逐渐形成一种新型的研究技术。该方法主要是在一定的条件下，对中药材进行发酵从而得到目标产物或达到改善药效等目的。传统的发酵过程，一般由三种物质组成，即菌体、基质及代谢产物，从前我们只考虑发酵过程中菌体和代谢产物的变化，故而通过传统发酵得到的是微生物菌丝体、代谢酶制剂和初级、次级代谢产物［1］，随着发酵技术与中药研发技术的联合运用，人们渐渐的开始关注基质的变化［2］，从而衍生出微生物发酵转化技术，它具有改变毒性、提高药效、加速吸收［3］、改善口味［4］等优点，现就得到不同发酵产物的发酵方法在中药研究中应用进行了简略的分析。
1 菌丝体发酵
菌丝体的发酵是一种通过固态发酵来获取微生物菌丝体的方式，其主要目的是获取菌丝体。由于药用真菌可于菌丝体等内产生具有药理活性物质，为扩大药源，改进真菌类药物的生产方法，或者寻找与昂贵中药相同药效的代用品［5］，故而近年来常采用菌丝体发酵。如裂褶菌具有多种生物活性，被广泛应用于防治各种疾病，但其来源较为有限从而限制了它的开发，李雪［6］采用了深层发酵获得了该种大型真菌的菌丝体，并对其进行了药理研究，实验证明它有抗肿瘤等活性。
2 微生物酶发酵
微生物发酵技术是通过发酵方式来从微生物细胞中获取人们所需要的酶制剂，该方法具有繁殖快、周期短、产量高、方法简单等优点。由于人们对酶制剂的需求量日益增加，故对微生物酶发酵的研究也日益深入，一般地，微生物酶发酵技术的生产方法包括传统固体发酵、液体深层发酵和固定化细胞发酵，可通过控制发酵条件、添加诱导物、降低阻遏物浓度、添加表面活性剂和酶促进剂等方式来提高酶的产量。
微生物酶发酵技术的应用之一是常被用来制作药曲，它是由曲类中药在一定条件下由霉菌和酶的分解作用使药物发泡、生衣制成的［7］，是人们日常生活中发散解表、健脾开胃的必备良药。
3 微生物代谢产物的发酵
该方法是通过发酵方式获取微生物的代谢产物，包括初级和次级代谢产物，是微生物发酵的主要类型，也是早期发酵技术的主要方向。因经发酵提取的蛋白质、多糖、生物碱、抗生素等具有很强的药理作用和保健功能，得到了广泛的应用。好氧发酵的能量代谢产物基本上都是有机酸，而厌氧型发酵会得到一些特殊的代谢产物，如乳酸的发酵、丙酮/丁醇的发酵等。
由于该方法起步早，故发展较为成熟，近年来已有原来单纯的培养方法和提取代谢产物的方法研究转变到了结合新技术分析鉴定代谢产物［8］和对发酵过程中的代谢调控［1］。
4 微生物转化发酵
该方法是一种新兴的发酵技术，近年来在中药领域被广泛的研究。它是以微生物作为一种天然的反应器，通过发酵手段对天然产物的结构进行修饰及转化从而达到改善药效等目的。将发酵技术运用于中药研发中，可将中药大分子转化为人体易吸收的小分子，还可增加某些有效成分的含量，从而增加药效。
薛慧玲［9］曾做过微生物发酵转化黄芩的研究，实验表明在酶的作用下，增加了黄岑苷的水溶性，从而提高了有效成分的溶出率，使得发酵品同等剂量时其药效明显优于传统药效；而王辉［10］则通过微生物转化法用米曲霉将虎杖中白藜芦醇苷转化为白藜芦醇，与细胞壁上的纤维素被部分水解，得到较高的转化率，加速了产物的溶出，从而解决了白藜芦醇的含量偏低的问题。除了对单味中药的微生物转化外，该方法对复方制剂也有较好的改善作用，如臧建伟［11］曾用光合细菌对六味地黄汤进行微生物转化，结果表明发酵后的处方在治疗肾阴虚、抗衰老等方面的作用增强，效果优于传统的六味地黄汤。目前，在微生物转化发酵领域研究较为前沿的方法是发酵菌株和中药的双向发酵技术，通过对不同条件下的药效研究实验，从而选择更优化的转化发酵条件，该方法更有益提高基质中的药用成分，充分发挥其优势［2］。
5 结论
根据发酵产物的性质可将发酵方法分为菌丝体发酵、微生物酶发酵、微生物代谢产物的发酵以及微生物转化发酵，其中前三种是传统的发酵技术，微生物转化发酵将是未来中药研究的新方向，它不仅可以改变某些中药的毒性、提高药效、加速吸收、改善口味等，还可通过发酵对中药中的成分进行结构修饰，从而改变药性，甚至得到新的有效成分，扩大药物的应用范围。
参考文献
［1］ 贾景明.中药生物技术.化学工业出版社,2008.
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［4］ 陆俊,刘佳佳,徐刚标,等.微生物发酵对大蒜风味及活性成分的影响.食品工业科技,2008,29(8):150-152.
［5］ 姜文侠,孙武岳,等.蝙蝠蛾拟青霉菌丝体发酵的研究.微生物学通报,1999,26(3):192-194.
［6］ 李雪.裂褶菌液体发酵条件及发酵产物的药理活性研究.吉林农业大学硕士学位论文,2008.
［7］ 徐志刚.常用曲类中药及临床应用.浙江中西医结合杂志,2008,18(12):777.
［8］ 那淑敏,贾士芳,等.嗜酸乳杆菌发酵代谢产物分析.中国微生态学杂志,1999,11(5):266-268.
1 概述
传统的发酵工程过程为了快速提高发酵生产率与发酵水平，发酵过程更侧重于菌种的筛选和改造上。随着生物科学技术的发展，基因工程与代谢工程研究领域都出现了长足的进步与发展，利用基因重组与诱发等技术可以实现高产菌株普遍生产。但只有通过发酵过程的优化控制，才能实现产品质量最高、生产力最大、成本消耗最低的生产过程，因此对微生物发酵过程的优化控制成为发酵工程中研究人员日益关注的焦点。
微生物发酵过程的优化控制可以分为过程模型和控制策略。发酵过程建模如机理分析建模、黑箱建模和混合建模近年来都得到了快速的发展，而优化控制策略方面的研究内容与成果有：基于线性化近似的经典优化控制、基于非线性系统理论的优化控制以及基于人工智能技术的优化控制等。
2 微生物发酵过程建模
2.1 基于过程机理分析的建模
发酵过程机理分析建模是利用各种生物方程以及基因尺度层面的模型，主要是根据回归的方法确定模型参数。张嗣良等[1]从基因与细胞特性等方面进行了发酵过程优化的研究，对模型过程与本质有了新的认识，并得到发酵工程的限制条件；研究人员对毕赤酵母[3]的代谢过程进行了研究，建立了相关结构模型，为描述蛋白质生成提供了有效途径；还有相关的微生物发酵过程研究中，对赖氨酸进行了动态模型的建立与数据处理，实现了发酵过程仿真。机理建模仅仅包含了生物量与产物等状态变量[2]，但由于发酵过程的复杂性，机理建模不能充分表达微生物发酵过程，还具有很大的局限性。
2.2 黑箱建模
黑箱建模是以最小二乘为基础的回归辨识为基础建立的发酵过程模型，适应性较高。以最小二乘回归获取[4]的过程建模，吸纳了经典控制方法的优点，技术简单易操作，具有诊断功能。非线性函数研究广泛应用于过程建模，主要有人工神经网络（ANN）和支持向量机技术（SVM）。
2.2.1 基于人工神经网络技术建模
ANN技术基于风险最小化研究被引入发酵过程，广泛应用于发酵过程建模。ANN在线校正能力强、适用于多变量非线性问题的处理。L-色氨酸的发酵过程建模中，用标准神经网络BP算法[5]模拟菌体的发酵产酸，但需要大量的实验数据反馈，因此改进神经网络是提高ANN建模质量的有效途径。径向基神经网络与BP网络相比，可以达到最佳建模精度。自组织神经网络、级联再生神经网络等方法也成功用于发酵过程建模。利用优化算法可以实现神经网络系数优化，避免网络学习算法反馈慢，局限性小的缺点。
2.2.2 基于支持向量机技术的建模
SVM方法的特点是结构风险最小化，有效地解决了非线性以及局部极小等问题。研究机构对SVM方法的应用越来越普及，SVM方法也广泛应用于图像处[6]和生物学等方面。SVM方法相比ANN方法对发酵过程的预测相对误差降低，因此SVM具有稳定性与安全性。张本法等对青霉素发酵过程进行基于SVM的建模，保证了建模的精度，还很大程度地节约了时间。SVM对样本没有较高的依赖性，它由向量决定的拓扑结构使模型结构更加简单。
基于实验数据的黑箱建模方法很容易受数据量和建模原理的影响，对于复杂的发酵过程在模型表达能力上有很大的制约。黑箱建模方法对于物理过程方程不够重视，导致其不能表达发酵过程的物理意义。
2.3 混合建模
近年来，基于辨识方法估计参数的混合模型得到了发展，将机理建模与ANN建模结合起来，利用算法实现了对模型的修正与简化，很大程度提高了模型精度。实验表明，混合模型比黑箱模型和神经网络模型的预测性能更好，也具有更高的泛化能力，但混合建模属于机理参数模型，描述发酵过程的功能仍不够完善。
3 微生物发酵过程的优化控制策略
3.1 基于线性化近似的经典优化控制
基于“极大值原理”经典的优化控制方法在早期发酵过程优化控制中应用较为广泛。在发酵过程状态空间描述中利用极大值原理以及迭代法可以实现发酵的最优实施效果。极大值原理方法适用于比较复杂的发酵过程控制对象，但极大值原理只能得到开环控制，当发酵过程中的计算量较大时，仅能对少数过程制定出优化曲线，忽视了环境因素对系统的干扰。相关研究人员后来将极大值原方法融入理变量方法，得到最佳的变量优化曲线，控制效果较好，但是还没有达到理想的实验精度与简便性；发酵过程的建模质量对经典优化控制的发展产生了很大程度的影响。
3.2 基于非线性系统理论的优化控制
20世纪60年代微分几何方法的提出使非线性系统理论的研究进入了一个新阶段，基于非线性优化控制器的设计稳定性，它在发酵领域的应用日趋广泛与普及。相关研究人员建立了非线性发酵空间模型，利用微分方法设计出来的控制器在发酵过程中展现出优良的控制效应，实现了非线性系统与线性系统的转换，对控制器的结构进行了优化，提高了发酵控制过程的动态性。但数学几何方法对系统的精度要求较高，由于发酵过程的复杂性，该方法不利于保证发酵控制系统的稳定性。
3.3 基于人工智能技术的优化控制
利用计算机科学技术结合人工智能理论对发酵过程进行优化控制成为近几年的发酵过程研究的热点，人工智能技术能突破很多复杂的系统问题，主要包括专家控制、神经网络控制等。利用智能方法对发酵过程进行优化控制，在研究与仿真中呈现出优良的效果。研究人员建立了基于乙醇生产的专家系统，实现了乙醇发酵过程的发酵单元的检测，系统的误差非常小，系统的稳定性也得到了提高。但智能控制方法在模拟活动时仍存在局限性，神经网络控制对于网格结构的确定具有不可控性，因此智能方法交叉成为目前急需研究的发酵控制的技术问题。
4 结束语
发酵过程机理较为复杂，由于没有对发酵过程的先验知识进行全面的认识，“黑箱”模型不能很好的描述及表达整个发酵过程，利用辨识方法对参数的估计也没有起到全面描述的作用；单目标优化的发酵过程优化控制也无法满足发酵过程最优化。我们应充分考虑模型辨识，利用智能理论完善各种机理的混合模型，研究出多目标动态性的优化策略，真正解决微生物发酵过程的优化控制。
参考文献
[1]张嗣良.发酵过程多水平问题及其生物反应器装置技术研究――基于过程参数相关的发酵过程优化与放大技术[J].中国工程科学，2001，8（3）：37-44.
[2]张学工.关于统计学习理论与支持向量机[J].自动化学报，2000，26（1）：32-42.
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
1 教材分析
“源远流长的发酵技术”是苏教版生物学教材八年级下册第九单元第二十三章“日常生活中的生物技术”的第一节，是学生学习现代生物技术的基础，对理解现代生物技术以及利用现代生物技术解决人类所面临的健康、资源、环境等问题非常重要。本节的知识并不复杂，而且与日常生活联系密切，易激发学生的学习兴趣，促进学生有意义的学习。通过利用发酵技术制作食品，学生锻炼各种能力，并能充分体会科学与技术在人类生活中的应用。
2 教学目标
2.1 知识目标
说出发酵现象产生的原因；尝试利用发酵技术制作食品；举例说出发酵技术在日常生活中的应用。
2.2 能力目标
通过尝试制作酒酿、酸奶等食品的活动，提高动手实践能力；通过小组收集资料、讨论交流，提高收集资料的能力、合作学习能力和语言表述能力。
2.3 情感、态度与价值观目标
通过小组活动，形成实事求是的科学态度和互助合作的精神；通过了解发酵技术在日常生活中的应用，体会到生物技术的价值。
3 教学过程
3.1 实物展示，引入新课
教师展示酒酿、酸奶、泡菜、果酒、醋、馒头、面包等食品，并提出问题：人们的日常生活离不开各种利用生物技术做的食品或用品。你们知道这些常见食品的生产与哪种生物技术有关吗？
教师在学生回答的基础上引入本节的课题，并指出早在4000多年前，我国古代劳动人民就利用发酵技术酿酒，后来又会制醋、制酱等。
设计意图：看到平时生活中常见食品，学生的学习兴趣和积极性立刻被调动起来，争着回答问题。学生初步感受到发酵技术与人们的日常生活息息相关。教师顺利引入新课。向学生介绍我国发酵技术的生产史是对学生进行爱国主义情感教育的良好契机。
3.2 回忆旧知，理解新知
教师出示酵母菌图片，联系学生已经学过的内容，提出问题：酵母菌属于哪类生物？并由此推测发酵现象由哪种生物引起？之后，教师让学生尝试描述什么是发酵现象和发酵技术。教师在学生讲述的基础上给予评价，并明确发酵现象和发酵技术的概念。然后引导学生了解酒酿的制作、水果放久有酒味、果酒暴露在空气中变酸以及酸奶的制作分别与哪种微生物的发酵有关。接着提出问题：“你们想知道甜美的酒酿是怎样制作出来的吗？想不想自己也来尝试做一份呢？”这样过渡到下一环节的教学。
设计意图：酵母菌是学生较为熟悉的一种微生物，学生曾经学习过酵母菌结构和生殖方面的知识。教师以酵母菌作为学习发酵现象产生原因的切入点，再去引导理解发酵现象和发酵技术的定义，从而促进学生的理解。
3.3 自学互动，实践操作
关于尝试利用发酵技术制作食品的教学，笔者先让学生自学阅读课本上“酿制酒酿”的实验器材和指导，思考有关问题。然后以6人为1个学习小组，通过组员间的讨论先尝试设计该实验。之后，各小组派代表汇报交流本组讨论的问题和讨论结果，以及尚未得出结果的问题，进行组间讨论交流。在生生互动的基础上，教师进行补充讲解，并与学生一起归纳酿制酒酿的操作要点。教师需使学生清楚以下几点事项：
① 什么是酒曲？（通过出示文字资料让学生弄清酒曲中灰霉菌和酵母菌两种微生物的作用）
② 酿制酒酿的条件：要有好的酒曲；因为酒酿要在25～30℃发酵，所以制作酒酿要选择适宜的季节或冬天的暖气房、恒温室。
③ 操作要点：
将糯米蒸熟的目的：杀死微生物。
用冷开水冲洗糯米的目的：降温，减少杂菌混入。
将酒曲碾碎，均匀搅拌在糯米中的目的：让酒曲和米饭混合均匀。
在糯米中间挖一个小洞的目的：与空气充分接触。
各种器具在使用前必须认真清洗干净的目的：防止污染。
酿制酒酿的温度应保持在25～30℃的目的：最适合酵母菌生长繁殖。
在弄清上述要点后，学生利用提供的器材制作酒酿：① 以小组为单位，组员间分工合作；② 认真按照步骤操作，特别注意操作要点。
2 d后，各组交流实验结果，在确认酒酿制作成功的情况下，品尝自制的酒酿，并利用显微镜观察在酿制酒酿过程中发挥作用的微生物，思考这些微生物在酿制酒酿过程中发挥的作用。若酒酿制作失败，教师需引导学生分析失败的原因。
设计意图：学生通过自学、独立思考、组内交流，提出自己的观点，再进行生生之间的探讨。这样能激活学生的思维，使学生积极成为学习的参与者。再通过师生互动，学生能深刻领悟酒酿制作的要点。明确了操作要点后，学生再动手实践，避免盲目性，从而达到较好的实验效果。
3.4 搜集资料，汇报交流
各小组以精练的语言汇报课前搜集的有关“现酵技术及产品”的资料（图文资料以课件形式展示）。这样可以使学生深刻认识到发酵技术和人们日常生活是息息相关。教师引导学生构建现酵技术的概念以及对各种发酵产品进行归类：
化工产品：酒精、柠檬酸、乳酸、香料等。
医药产品：抗生素（青霉素、红霉素等）、维生素、乙肝疫苗等。
食品和饮料：酱制品、酒类、饮料等。
然后教师结合实例（如青霉素或乙肝疫苗的生产），让学生了解发酵技术的新进展，即能够利用改造过的微生物新品种来生产人类需要的发酵产品。
设计意图：通过课前查阅资料，学生可以了解课本以外的知识，丰富知识面，同时还能培养自己收集、整理资料的能力。课上的交流汇报则有助于锻炼学生的语言表述能力。
3.5 知识梳理、构建框架
请学生谈一谈本节课的收获，然后教师结合板书引导学生回顾并梳理本节课主要的学习内容，引导学生主动建构出自己的知识框架。
3.6 课外延伸、继续探究
① 学生阅读课外探究中的内容，了解酸奶制作相关的事项。
② 美味可口的泡菜是家庭中常见的食品，泡菜又是如何制作出来的？建议学生向会做泡菜的人询问、或通过网络、书籍等渠道查询，了解泡菜制作的相关事项，探究泡菜的制作方法。
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0027-03
生物技术的迅速发展使得生物技术产业已成为新经济的主要推动力，它对生物技术人才提出了全面扎实、复合创新以及开拓应用型的培养要求。[1]发酵工程（狭义上又称微生物工程）是现代生物技术的重要组成部分，它作为生物技术和生物工程专业学生的主干课程，具有很强的应用性和实践性，是实现细胞工程、基因工程、蛋白质工程和酶工程等其他现代生物技术的最终手段和方法，在工业生物技术中扮演着产业化的关键角色。[2-4]发酵工程实验是以操作为主的技能课程，是训练学生实验操作技能和应用技术的重要平台，是一种全面实施发酵工程素质教育的最有效的教学形式，在培养学生创新思维和实践能力方面具有举足轻重的作用。[5]但在传统的实验教学过程中，由于受到实验课时短、实验设备有限等条件的限制，开设的课程内容孤立、不系统、不连贯，多为验证性实验。[6，7]因此，学生在实验中多为“被实验”，完全跟着教师的思路走，在模仿照搬的基础上完成实验，未能发挥在实验教学中的主体作用，难以达到很好的教学效果。这种教学模式必然使学生的专业兴趣不高，积极主动性不强，严重束缚了学生的思维和视野，不利于培养学生的创新意识和动手能力，很难适应培养应用型、创新型人才的需求。[8]根据《教育部财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》，“十二五”期间将引导高校主动适应国家战略和地方经济社会发展需求，优化专业结构，加强专业内涵建设，创新人才培养模式，大力提升人才培养水平。因此，为满足社会对应用型、技能型产业化人才的需求，发酵工程实验教学内容向基础研究型、综合设计型、应用创新型发展势在必行。
一、构建科学合理的多层次实验教学体系
实验课程作为发酵工程教学的重要部分，必然是课程建设的重点，实验内容可以形成操作单元实验、综合设计实验、创新/创业实训三个层次。
1.操作单元实验。操作单元实验的目的是使学生掌握基本实验技能，教学重点在于仪器的使用、基本操作的规范化方面和对基本实验现象的理解。[9]主要教学内容有常见仪器设备的使用、培养基的配制、接种技术、菌种活化、菌体染色及形态观察、菌落计数、菌种选育及保藏等。
2.综合设计实验。综合设计实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程的知识的实验，教学目标是使学生能够灵活运用所学的基本理论和专业知识，结合基本实验技能来进行简单的设计和制作，从而培养学生正确的设计方法和良好的操作习惯，并且能综合运用各方面的知识来实现自己的设计。[10]综合设计实验分为厌氧发酵、好氧发酵和固态发酵三大模块，可分别列出2～3个实验方向供学生选择，主要实验内容包括发酵培养基设计及制备、菌种活化、扩大培养、发酵过程控制、发酵产物的分离纯化等等。通过综合设计实验，让学生掌握在实验室条件下的整个发酵生产过程，包括培养基设计、生产工艺设计、发酵过程的控制以及发酵产物的分离纯化等，锻炼和培养学生综合运用知识的能力与团队协作的精神。
3.创新/创业实训。创新/创业实训可分为创新实验和创业实训两种形式，分别进行科研创新的实验设计和创业实践的生产实训，由学生根据自身的发展意愿进行选择，培养高素质的应用型、技能型、创新型人才。创新实验强调对独立设计能力的训练，目标是培养学生独立运用专业知识进行设计和解决实际问题的能力，使其具备一定的创新意识、创新精神与创新能力，[11]其特征主要体现为学生参与的自主性、实验内容的探索性、以及实验方法的多样性。[12]这类实验主要由专业教师根据科研情况提出课题，以科研促进实验教学，学生根据兴趣选题，可以2～5人组成小组，通过查阅文献，制定实验方案并实施，实验以科技论文的形式完成，最后组织学生就实验成果进行学术汇报和交流讨论。这类实验能培养学生的专业兴趣和科研素养，提高创新意识和创新能力。
创业实训是以创业形式，组织啤酒、甜酒、葡萄酒、风味酸奶、泡菜和腐乳等常见的实用发酵产品的生产、销售、分析检测、财务核算等类似企业的管理和运营。通过创业实训，能提高学生对发酵工程实验的学习兴趣，增强大学生职前的专业技能素养，提高就业竞争能力，培养大学生的创业意识、创业思维和创业观念，强化学生动手操作能力、组织协调能力、心理承受能力、团队合作精神和社会适应能力。
二、实行灵活多样的开放式实验教学
为实现创新型、应用型人才的培养，科学合理的多层次实验教学体系和相应的教学方法保障缺一不可。在实验教学方法中，教师主要发挥其主导作用，点拨学生思维，启发促进学生思考，从而突出学生的主体地位，最终实现通过实验达到提高学生专业技能和创新能力，培养出适应社会需要人才的目的。实验教学应当强调在教师的引导下给学生以尽可能多的独立操作机会、乃至独立设计实验的机会。考虑到学生个体的学习基础和动手能力的差异，以及实验课程学时数的有限，在计划内实验教学时间内，要达到全面提高学生动手能力和创新能力的目的显然是不现实的，因此实行灵活多样的开放式实验教学将是计划内实验教学的一种有效的补充和延伸。实验室以灵活多样的方式对学生开放，一方面能最大限度地利用实验室资源，另一方面也为学生提供了专业技能实践锻炼和自主个性发展的空间，有利于激发学生的创新观念和意识，全面培养学生的专业技能、科学素养、创新思维和创业实践能力。[13]
1.学生自主设计实验与教师指导相结合。对综合设计实验和创新实验，让学生自行组成课题小组，对指导教师给出实验课题或自身提出的科学小问题，根据所学专业理论知识并结合基本实验技能，充分发挥学生在实验中的主体地位，自主设计实验内容，以培养学生组织能力和自主设计实验能力。如酒精发酵工艺设计实验，包括从原料及设备的选择、试剂准备、培养基设计、培养条件优化、发酵过程控制、产物提取分离方法等全部由学生通过查阅资料自主设计并完成整个实验过程，教师仅仅进行指导和关键技术的把关。通过这种形式的实验教学，不仅使学生初步掌握一个完整的发酵产品的生产过程，还可以提高学生独立分析问题、解决问题的能力，对发酵工程实验也能形成一个系统的设计思路，让学生知道为什么要做这个实验，知道这个实验从头到尾怎么做，知道怎么对实验结果的成败原因进行分析讨论，从而培养学生的良好的科学素养和较强的专业实践技能。
2.探究性、创新性实验与论文相结合。在实验过程中，有些学生具有浓厚的探索兴趣和学习积极性、主动性，可以引导这些学生开展一些探究性、创新性的课题或实验，与科研相结合，引入科研的思路和方法，并将其与“大学生挑战杯”、“大学生创新项目”、毕业设计以及科技论文等结合起来，促进其在干中学、学中干，从而提升其自身的专业实践能力和科技创新素质，增强学生的科研意识和创新能力。实践证明，在专业实验中，对动手能力强、善于思考的学生进行适当的引导，则这些学生在应用、创新能力方面会得到更大的提高。
3.应用性实验与大学生创业相结合。一些常见的实用发酵产品如啤酒、甜酒、葡萄酒、风味酸奶、泡菜和腐乳等极易激发学生对发酵工程这门课程的兴趣，可以利用这些产品的生产实验对学生进行创业技能的训练。具体做法是：①为学生提供创业条件，包括技术指导教师、生产场地及其所需仪器设备、项目启动时所需的资金等。②由2～5名学生组成创业团队，选定创业项目，提交创业计划书，由学院组织进行评审，遴选出优秀的创业计划。③遴选出的创业团队按计划书组建“企业”，成了企业的组织机构，进行人员分工和培训，在教师的指导下，组织企业的产品生产、销售、财务核算等运营和管理。④对创业团队的创业过程进行考核与评价。
三、改革实验考核评价方式
作为一门实验课程，考核是必不可少的教学环节。实验课程重在平时的实验技能培养，考核中为减少或避免“高分低能”的现象，可以采用平时成绩、面试成绩、实验论文相结合的方式来取代传统的笔试。
1.平时成绩。平时成绩包括自评、组内互评、实验设计、实验结果、数据分析等内容。
2.面试成绩。面试成绩包括实验口述、规定实验操作等内容。其中，口述内容主要涉及原理、实验设计、步骤、实验现象、注意事项等内容。
3.实验论文。对于综合设计性以及探究创新性实验，指导学生查阅文献，分析归纳实验数据，用科技论文的形式取代传统的实验报告。在对实验数据的处理、分析和讨论的过程中，学生逐渐培养了用全面、辩证的思路分析实验结果的能力，有利于提高学生的科研素养。
由于学生实验数据的缺乏一定的严密性和科学性，这些实验数据尚不能为正式科技论文所用，但是，众多学生做实验得到的大量数据所反应出的规律性东西却可以对教师的科研思路有相当大的启发和帮助，教学和科研可以互相促进。实验论文成绩包括论文格式和论文内容。格式由实验老师个人评定，内容以报告会形式进行总结答辩。答辩过程是一个师生、生生互动的环节，不仅有利于调动学生的主观积极性，还能巩固发酵工程实验课程的相关知识和技能、训练学生运用专业知识进行科研交流的能力，促进全面扎实的创新型、应用型专业人才的培养。
参考文献：
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[12]楚希杰，赵丽红.浅谈实验教学中增加设计性实验的实践[J].广西轻工业，2010，2（2）：108～109.
前言
发酵工艺学是建立在牢固掌握生物化学、微生物学、食品工程原理等专业基础课的理论知识和专业技能基础上的课程，它还涉及发酵设备、发酵工厂设计、发酵分析等内容。主要讲授发酵工业上微生物菌种的培养基保藏，发酵工业培养基及原料处理，发酵条件的影响及控制，发酵产物的提取及精制，工业微生物的生长、物质代谢，产物的生物合成及微生物的代谢调控机制以及发酵工程中的先进技术在食品行业中的应用。通过本门课程的学习，要求学生掌握发酵工业微生物菌种的分离纯化、保藏与复壮方法，掌握发酵工业培养基的主要原料及处理方法，了解微生物发酵工艺及设备，了解影响发酵的因素，并掌握相应的控制方法，掌握发酵产物的提取与精制方法，掌握工业微生物生物合成的机制，了解其物质代谢及发酵机制，掌握代谢的调控机制以及发酵工程中的先进技术的原理和在食品行业中的应用。
一、教学方法与改革方案
作者多年致力于发酵工艺学课程的教学和科研工作，积累了相对于该课程的相关教学方法和经验，发表了工业发酵方面的多篇科研性文章，经过多年的教学实践和探索，进行了发酵工艺学这门课程的教学方法与改革方案研究工作，具体介绍如下。
1. 教材选择及学习方式改善
现用教材为“面向二十一世纪教材”――《食品发酵与酿造工艺学》，该书将总论与工艺结合得比较连贯，发酵和酿造也有精当的比较，适于该课程使用。教材是教师教和学生学的重要资源。对学习素材感兴趣，产生主动学习的愿望，是学生主动探索、合作交流的重要前提。
在传统的教学模式下，学生围着书本与教师转，由教师牢牢地控制着。现在，要尊重学生的主动精神，培养学生自主探究的意识和能力。在教学活动中，许多学生已经适应被动式的接受知识，回答问题机械化、模式化，遇到需要综合运用所学知识分析解答的问题，许多学生宁可等待教师公布“标准答案”，能够主动质疑的学生更是少得可怜……学生被动的学习方式，必然导致其学习能力的退化。改善学习方式就是要改变这种被动的学习状态，充分发挥学生的主动性和独立性。改善学习方式，是尊重每一个学生的需要，是提升学生学习品质的需要。
新时期的教育越来越重视学生学习方式的改善，要求教师对教材中不同教学内容的特点、难易程度与学生的认知基础、情感体验都能通盘考虑。这样，才能利于学生的发展。实践证明，教师应积极转变教育观念，创造性地使用教材，这样，才能使生动的教材变成生动的课堂，有效地改善学生的学习方式。所以，要从根本上改变学生原有的、单一被动的学习方式，促进和帮助学生形成旨在充分调动、发挥自身主体性的学习方式，使学生在教师的指导下主动而富有个性地学习。
2. 增设与该课程相配套的实验课
实验在自编教材基础上，增开了菌种保藏（3种）及学生感兴趣的纳豆发酵（细菌型）、丹贝发酵（霉菌型）、啤酒发酵(酵母)以及大型综合发酵实验―柠檬酸发酵等内容。在实验内容的安排和设计中，为避开与基础课验证性实验可能产生的重复，同时为避免学生实验陷入简单作坊工艺操作，实验安排以原料产品为主线，将微生物原理、工艺调控、产品分析、相关的测试和计算融入整个实验中，确保学生通过一个产品的发酵工艺技术掌握较为通用的实验设计和操作技能以及分析问题和解决问题的能力，并鼓励学生进行相关科研论文的撰写和尝试性发表，为迅速发展的食品生物技术领域和发酵食品行业输送基础理论扎实、实践能力强、研发潜力大的专业人才。
3. 参观实习基地建设
学生课内参观实习的发酵工厂不得少于3家，每个点均设1~2名带队指导老师（由公司技术及质量主管担任）向学生介绍工艺流程及调控技术等，这一环节大大增强了这门课程的直观性，并给予了学生接触企业、了解企业需求、寻求行业生长点的机会。
4. 教学方法与手段改革
制作大量的彩色投影胶片，并复印装订成册，存放于资料室，便于学生翻阅；利用多媒体教学手段增加部分发酵工厂、工艺布局等内容及一些演示性实验，给予学生更直观的印象。为进一步加强实践环节，购入酿造工艺学等专业录像供学生观看。涉及到产品生产工艺调控的专题环节，还聘请了发酵企业的车间主任或技术主管作专题介绍。
5. 教与学的效果评价
主要考核方式为笔试，期中考试结合课程论文对学生的学习方法及总论部分的掌握程度进行考察，从论文中发现学生的学习个性和特长。并鼓励学生将所撰写的课程论文（主要是综述）尝试性地进行投稿，以促进学生对所学知识领域的了解和探索。
6. 注意收集毕业生、企业的反馈意见
该门课程教学的目标即是直接应用于生产实践，因此毕业生及企业的反馈意见将有助于及时弥补教学中疏漏的重点，以利学生学以致用。与在发酵企业工作的往届毕业生保持密切联系，关注企业需求的新动向，及时进行相关知识点的强化。经常走访用人单位，了解单位对毕业生的相关评价，更加了解我们所培养学生的长处和不足，从而在以后的教学过程中要进行扬长避短式的教学，以长促短，弥补不足之处，培养出更适合用人单位需求的学生。
7. 科研反哺教学
教研人员要致力于发酵食品相关领域的科研工作，积累丰富的科研经验，然后丰满教学内容，赋予课堂讲授过程的生动性、真实性、趣味性和技巧性，让学生学到许多书本以外的经验和技巧。
二、教学效果
按照上述介绍的教学方法和教改方案进行发酵工艺学课程的教学开展，取得了较为显著的效果，主要体现在以下几个方面：
1. 充分利用前期课程食品微生物学及发酵工程概论等的知识结构，使学生获得了连贯的发酵与酿造的系统知识，学生自学能力明显提高。
2． 利用多媒体教学手段增加了部分内容及进行一些演示性实验，增强了教学内容的动感和趣味性，丰富了学生的想象空间。
3． 学生毕业设计乐于选择微生物发酵方向的课题，并在完成过程中表现了较高的专业技能。
由于该课程为专业课，其后续内容基本体现在毕业论文的完成过程中，课程教学的成功点在于：大批学生自选进入发酵类实验室完成论文；论文设计思路较新；能较准确地解释实验中发现的现象，解决实验中遇到的障碍；在工艺性论文中能考虑生产实际需要，如成本、规模化的可行性、整体效益、环保等；论文写作用语精确，书写规范。论文指导老师也反映学生整体发酵方面的专业素质较高。
4． 学生善于提问，研讨愿望强烈，有创新意识。
5． 建立了合理的教学效果评估方式。
以课程论文的形式于期中进行教学效果考察，并在课程论文完成过程中引导学生把握学科前沿及重点，挖掘生长点。
小结
食品发酵技术的迅猛发展将要求高等院校输送一批具备食品基础理论、精于发酵技术的高能力、高素质专门人才，因此，目前的教学体系仍要进一步完善，以便进一步激发学生学习兴趣和创新激情。
由于行业间技术保密，给实践教学带来了一定难度，进入工厂进行的实践环节时间越来越短，内容越来越少。为保证这一环节，要以多种形式与更多的企业联系。
另外，要注重实验教学的设计和投入。实验教学在该课程的学习中应该占有很重的份量。加强发酵工艺学课程实验教学，不但能激发学生学习该门课程的兴趣，培养学生观察、实验操作思维能力，并且能加深学生对知识的理解，大面积提高发酵工艺学课程教学水平。因此，在教学中积极创设实验环境，想方设法多做实验。除了教材应做的实验外，还要根据教学内容合理的增设一些触手可及的就地取材的实验。
传统教学过程中，主要靠教师的讲解和演示实验，由于实验器材的限制，学生大多只能被动地听、被动地看，老师成了课堂教学的主体。应该加大实验仪器设备的投入，很多实验内容可由学生随堂动手做，变被动听为主动学，这样教学中的主体由教师转向学生，在学生的学习生活中，教师首先是一个平等的参与者，其次才是一个引导者，为学生提供探索的平台，引导学生把探索学习进行到底。
关键词 高职；生物制药专业；发酵技术；课程改革
中图分类号：G633.8 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）11-0094-02
1 高职生物制药专业发酵技术课程改革的必要性
随着振兴东北老工业基地产业政策的进步和黑龙江省医药工业的迅速崛起，生物产业已经成为黑龙江省经济发展的支柱产业。伴随产业的迅猛发展，造成相关专业的技能型人才缺口较大，尤其是能够适应企业生产一线需要的高素质、高技能的发酵技术人才更为紧缺。
目前，高职高专院校生物制药类专业普遍开设了发酵技术课程，部分兄弟院校的教师在教学过程中也进行了不少探索，并取得一定的效果。但是总体而言，目前高职院校在该类课程的教学上还存在不少问题。
首先是理论与实践教学的比例问题。传统的教学过程以理论为主、实践为辅，教师通过讲解来“描述”技术，常常会使学生难以领会，无法深入头脑中。
其次是教学内容的问题。通常的生物发酵类实验课是为了配合理论课而设置，这些实验课彼此之间缺乏连续性，更谈不上与企业实际接轨，学生虽然学了一些基本的技能操作，但不能将知识与技能形成一个整体运用到实际中。
其三是教学方法的问题。传统的理论教学方法以灌输式教学为主，“教学”变成“跛脚鸭”，只见教师的教，少见学生的学；而在实践课的教学中，教师将所有的资料全部发给学生，替学生想好实验课可能出现的问题，学生缺少主观能动性和积极性，来实验室的目的只是按部就班将实验做完了事，几乎成为一个只会操作的“机器人”。
最后是学生学习效果考核的问题。发酵技术实践课经常需要几名学生一组进行训练，由于考核机制的不健全，组内缺少有效的监督管理，个人缺少有效的自我约束，教师一人又无法监管每名学生的行为，而在给学生评分的时候又会比较看重实验报告而非实验过程本身，于是组内有的学生会认真地做，有的学生则一副置身事外的样子，抄袭时有发生，整体学习风气不佳。
因此，亟待在课程教学改革方针政策的引导下，注重利用项目为教学载体，进行高职高专院校生物制药类专业发酵技术课程全方位的教学改革。
2 高职生物制药专业发酵技术课程改革的探索和实践
从职业实际出发，对岗位进行任务与职业能力分析，逐步完成能力递进式人才培养目标，打破以学科知识逻辑为主线、专业理论知识为主体的教学内容设置，重新组织和设计针对实际工作需要的教学内容。以发酵生产流程为主线，以工作任务为载体，促进学生对发酵基础知识的掌握。指导学生制订发酵生产方案，完成发酵生产操作，发现并解决生产实际问题，促进学生对发酵技术的掌握，构建融教、学、做于一体的实施方式。同时，培养具有良好的职业道德、严谨的工作作风、较强的团队意识和协作精神、一定的创新能力，适应市场需要的懂技术、会管理的高端技能型人才。
校企合作，共建课程标准 通过走访黑龙江省多家生物制药企业，如哈药集团、黑龙江珍宝岛药业有限公司等，与企业技术人员、一线工人进行座谈。与企业专家研讨确定本课程教学的支撑岗位为制药企业的发酵岗位群，根据国家职业标准同企业专家共同制定课程标准，以及通过教学项目进行学生培养的职业岗位能力目标（见表1）。
以企业生产岗位为教学项目设计的载体，贯穿教学始终。本课程的教学标准是在与多家生物制药企业专家共同探讨的基础上制定的，在能力目标、知识目标的设计上充分听取了企业的声音，以完整的生产工艺流程贯穿教学始终。该项目非常契合本课程的教学目的，其所涵盖的知识内容与技能内容基本反映了企业对于生物发酵制药方面的要求。在实际的教学过程中，项目的整体优势表现得一览无余：学生在学校实训的过程就是一个在企业中做项目的过程，每一次实训都是在为下一次实训打基础，这就要求学生自始自终认真负责地完成每次实训任务；而实际上，学生也很在意自己的实训效果，惟恐影响下阶段的工作任务和最终的产品验收，经常会主动要求重新操作。
基于岗位需求，重组教学内容 项目组对本课程的教学内容进行调整，将发酵技术各分支学科的内容尽可能地有机交融，打破传统学科型课程以学科知识逻辑为主线、专业理论知识为主体的教学内容设置。对教学内容重新进行梳理，和生物制药企业进行合作，了解企业在生产过程中的人才需求，根据企业的具体发酵流程设计教学内容，使学生始终在具体的工作过程中学习。
针对实际工作任务需要，以职业活动为主线，以培养职业能力为本位，重新组织和设计教学内容。将教学内容整合为7个教学项目12个教学任务，每个项目设计为一个学习情境，打破传统的教学设计理念，以项目导向的思路对知识点重新梳理整合，更为直观易懂，有助于激发学生的学习兴趣，迅速进入学习情境。
结合生产实际，突出教学重点 发酵技术涉及的内容很多，包括优良菌种的选育与保藏、培养基的制备、菌种的扩大培养、发酵生产过程控制等，总学时为64学时。在有限的课堂教学时间内，要完成课程教学任务，必须合理安排教学内容和教学重点。为了在短学时内对发酵技术的概况及全貌有全面清晰的认识与了解，对教学内容进行分类传授，避免重复，力求突出重点和学校的专业特色。
选择的课程教学内容具有先进性、实用性、系统性等特点，以典型产品的发酵过程为突破点，结合实际生产中遇到的问题，选择完整的发酵产品的生产工艺为主线，重点讲授发酵产品生产的共性单元工艺知识，项目的学习顺序按照工业发酵生产的操作先后顺序编排。这样有利于各个教学项目的衔接，避免不必要的重复，突出本课程的重点，使学生更清楚、更完整地认识和掌握工业发酵的一般过程及其相关知识与技能。
3 结语
通过以上的课程教学改革，使职业院校的生物制药专业和企业的需求实现完美对接，培养的学生职业能力满足企业的要求，在提升学生知识水平、岗位技能的同时加速我国生物制药企业的发展；企业在发展的同时反哺职业教育，使职业教育的教学理念更加先进，教学目标更加明确，在相互融合中共同发展。
参考文献
1 教学内容方面的改革
1.1 理实一体化
为了提高学生的实践操作能力，适应高职教育的发展趋势，教师在教学过程中着重于理论与实践的结合，理论为基石，深浅适度、已够用为度。教学内容以体现理论知识点为目的进行设计，用实践的任务来驱动理论知识的学习，通过实际使学生在操作过程中能够对理论知识有一个循序渐进的认识过程，自己领悟其中要点，从而构建自身的理论知识体系，进一步指导实践。
1.2 特色教学内容体系的建设
为实现理实一体化教学，在教学过程中应加强教学的内容的合理化和内容的优化。实践教学内容的设计尽量以生产实际为导向，以工作任务为目标。
而且，在教学过程中必须遵循“学生为主体，教师为主导”的原则，以注重培养学生的主体意识和参与能力，引导学生学会学习，即以“学生为主体”。同时，注重与其它学科领域的联系，让学生对该课程有一个充分的了解。而在教学过程中，教师起到辅助作用，利用生动、鲜明的例子引导学生们主动了解课程的主要内容，即“教师为主导”[2]。例如，在绪论的学习中，教师以是生产实例引导学生领会发酵技术在生物技术领域中的重要地位；发酵技术发展的历史、现状和发展前景，以及在经济发展中的地位；主要的工业产品、研究的热点与难点等。这样既能调动学生对该门课程的学习兴趣，也能使学生学会构建自身知识体系，更加有利于对后续内容深入理解。
1.3 保证教学内容的前沿性
随着生物技术产业不断、迅速的发展，发酵技术的新技术、新的产品也在不断出现。为了保证学生就业后对于行业的适应性，对课程内容的更新和改革是必要的。该校以赵雪梅编著的《发酵技术》教材为主，同时参考熊宗贵编著《发酵工艺原理》，陈坚等编著《发酵工程实验技术》等其他的辅助资料，对教学内容随时加以补充和更新。在讲授基本知识的同时，给学生补充发酵技术方面的最新资讯，包括发酵技术的科学动态、一些新技术和新方法等。使发酵技术授课内容跟上科技发展，同时使学生提高学习兴趣并认识到发酵技术是一门随着时代脉搏跳动的新学科。
2 教学方法和教学手段方面的创新
2.1 以多媒体教学为主的综合授课
传统的教学手段主要依靠板书，帮助学生对所学内容进行归类和总结。而对于发酵技术来讲，板书教学的优点是用时长，能够让学生紧跟教师的教学思维，在教师板书的同时给学生充分的机会去思考、领会教学内容。然而，板书教学的缺点在于信息量有限，而在有限的时间和空间下教师无法做到大量信息的呈现，且对于一些工艺流程方面的知识难以表达。
所以，教师在课堂教学实践中，以多媒体教学为主，同时综合传统教学方法的优点进行综合授课[3]。众所周知，多媒体教学的优点是信息量大，能够充分地利用图像、声音、色彩和动画等多媒体技术，使得整个教学过程图文并茂、生动形象具体。但它也有着一定的局限性，即教学节奏快，不利于学生对所学知识的消化吸收，容易造成学生课堂学习囫囵吞枣。因此，在发酵技术的教学过程中，还需要有传统教学方法相互融合，才可以进一步提高教学效果。
2.2 构建实践平台
《发酵技术》课程是一门实践性非常强的学科。因此，在教学环节中有针对性地设置一些能够为学生提供实践机会的平台是极其必要的[4]。例如，在生活中常见的面包、啤酒、酸奶等发酵产品的相关学习中，可以设置简易的设备模型，或者利用计算机系统设计出模拟的系统让学生进行实践操作。而且，在工业生产菌种筛选的这一章中，也可以实际带领学生到校园的操场上去取土样，并进行实践练习，使学生产生更直观的理解和记忆。一方面有助于提高学生的学习兴趣，一方面加剧深化理实一体化教学，进一步提升了教学效果。
3 评价方法的完善
教学评价是完整的教学过程中不可或缺的环节，既能够检验教学计划的实施效果，又能够判断学生学习效果好坏。然而，传统的评价方法只是单一的以笔试成绩作为最终评分标准，过于注重理论知识，常常培养出高分低能的书呆子。因此，我们将本课程的评价方法进行了改革，主要分为理论知识和实践技能两个方面。
3.1 理论知识评价
包括过程性评价和期末考试两种方法，即包括学生出勤、课堂表现、平时作业、实验报告等的过程性评价；以及占总成绩55%的闭卷方式期末理论知识考试。
3.2 项目技能评价
（1）理论教学方面
教学方法基本上还是传统的讲授式教学，基本采用以教师为中心的灌输式和以单纯传授知识为主的教学方法。这种以教师为主体的教学，学生处于被动接受地位。一堂课下来教师很辛苦，学生也昏昏欲睡，教学效果不好。学生学习缺乏兴趣，在学习中没有积极性和主动性。
由于学科的知识、技术不断得到完善和丰富，使得课堂上需要讲授的内容不断增多，随着教学改革的不断深入，专业课的学时又不断被压缩，使教学时间不足问题日益突出。发酵工程类的专业课教学要求教师需要有渊博的知识，也应具有一定的生产应用和科研经历，这样就能深入浅出地联系生活的实际问题讲解专业课程相关知识，而目前高校教师大都缺乏生产应用经历，繁杂的纯理论教学内容难以引起学生的兴趣。
（2）实验教学方面
在实验教学过程中，由于受到课时、实验设备等条件的限制，开设的课程多为独立的验证性实验，教学过程中以教师为主体，学生在模仿照搬的基础上完成实验。这种教学模式极大地束缚了学生的思维，限制了学生的视野，不利于学生创新意识和动手能力的培养，实验教学缺乏知识深化与升华的过程。
（3）理论联系实际方面
学生对生物发酵技术在生产实际中的应用方面了解少，不能把握生物发酵技术的发展前景，认识不到发酵工程在生物产业领域所处的重要地位，由于忙于繁杂理论课程的学习，很少去工厂参观和实习的机会，所学知识很难得到相应的实践应用。
基于以上存在的种种问题，为了激发学生浓厚的学习兴趣，充分调动学生的学习积极性，提升学生发现问题和分析问题的能力，从而使学生的表达能力、组织协调能力和处理生产实际的综合能力得到提升，发酵工程的课程教学应该采取一些改进措施。
1）创新教学内容
创新教学内容不仅能提高教学效果，激励教师自觉加快自身知识更新，提高教学水平，还有助于激发学生的学习兴趣和学习热情，拓展学生的知识视野等。在课程的教学前，要设计好教学环节，同时讲授中应尽量避免单纯罗列标题和枯燥无味的叙述，在内容的组织上多下功夫，同时也应尽可能把复杂的问题通俗化，以便于学生理解与掌握。讲解理论知识时，采用基本理论和典型工艺讲授相结合，理论与生产实际密切结合，理论与学科前沿相结合，使学生能够较好地将理论知识和实际应用相结合，使学生能够深入的掌握理论知识。
（1）课前参观工厂-建立直观认识
直观认识往往不能真实地反映事物的本质特征，但可以作为理性概括的基础。在发酵工程课程开课之前，先带领学生到工厂进行参观，使学生了解发酵车间的控制操作，初步了解发酵工艺的基本流程和设备等，使学生对发酵工程课程有个直观的认识。此时学生头脑中会产生很多的问题，将这些问题带到课堂的理论学习中时，就会有一种渴求知识的愿望，有利于激发学生的学习积极性。
（2）采用“走出去和请进来”教学模式
单元操作控制是发酵工程在生产应用中的关键因素，相关企业生产一线技术人员拥有丰富的实践经验。为此，可以采用将课堂设在发酵生产车间的走出去教学方式，针对发酵控制过程中的关键控制点进行逐一实地学习，带领学生到包括葡萄酒、水果酒、果醋和啤酒等发酵生产车间实地参观，由教师和工厂技术人员现场讲授发酵工艺与控制技术。聘请经验丰富的发酵工程师作为特聘教师，进入学校课堂进行发酵控制关键技术的授课，使讲授内容更加生动和贴近生产实际。通过这种教学方式实现高校和企业的优势互补[2]。
（3）树立学生的实验主体地位
为了让学生更好地掌握发酵工程的理论知识，提高其解决产业化关键问题的能力，使学生在掌握发酵工程基本理论知识的基础上，学到更多的实践知识，提高其动手能力，调动学生的积极性、主动性和创造性，就要创新学生实验操作。在学生学习了一定的理论知识后，要在此基础上加深理解，就要选择关键性的验证实验作为实践教学的手段。如可为学生提供菌种，让其进行菌种扩大培养的实验，在发酵工艺控制中进行全自动发酵罐培养和操作，学生可直观认识各个参数的控制情况，从而将理论知识和实践教学有机结合。也可将实验中原来由教师提前准备好的有些步骤，例如材料的预处理、培养基的制备、菌种的活化和扩大培养等，让学生来完成，使学生接触更多的仪器设备，获得更多的实验技能。使学生成为实验的主体，学生根据预习情况和教师示教，在头脑中形成完整的实验架构，包括目的、原理、材料、方法以及步骤，通过操作来完成自己的设计并达到预期实验目的。
减少验证性实验数量，适当增加设计性和创新型实验。通过精心选择少量基本技能训练的实验内容，便于学生掌握。加大综合性实验和创造性实验的比重，实验之前让学生自己收集相关涉及题目的资料，再组织学生进行试验设计方案的评比，进行实验方案的论证比赛，再根据设计的方案进行创新实验。在过程中强调问题 分析与结果讨论的重要性，培养学生分析问题和解决问题的能力。学生在撰写实验报告时按照正规毕业论文的格式，培养学生专业论文的写作能力。
2）创新教学方法和手段
（1）应用“启发、讨论和非指导性”的教学方法
采用“启发式”和“讨论式”的教学模式，以及教学互动和相互转换的“自主教学”模式，使课堂从传统的单向传授转变为双向活动过程。首先讲重点、难点，难懂的问题讲深讲透，易懂的内容则指出关键，留下问题。其次要善于提出问题，让学生多思考，多反问，使学生在积极思考中接受知识。对于内容相近的只讲授其中一部分，其它部分引导学生自己学习。给学生多指定参考书和相关参考文献，鼓励学生课下自主学习，培养学生自主学习的能力[3-4]。
采用课堂讨论的方式教学，课堂讨论主要强调的是学生的自学，学生间的讨论以及教师的指导三方面的作用。针对学生在听课和学习过程中可能遇到的问题或萌生的一些新见解安排3-5次课堂讨论。将课程中较简单的章节安排学生准备，由学生自己讲解、提问和讨论，以此培养学生的综合能力。
采用非明示性和间接性的“非指导性”语言，提升指导的艺术性而促进学习，帮助学生达到更大程度的个人的统合、有效性和现实的自我鉴定。教学过程中创造一种学习环境，以利于激发、考核和评价种种新出现的知觉的过程，帮助学生理解他们自己的需要和价值，以便能有效地指导他们自己的学习决策[5-6]。
（2）采用现代化教学手段
随着科技的发展，现代化的多媒体教学在我国高校得到迅速发展和应用。教师可在有限的时间内，借助结合文字、图像、动画及声音等多媒体向学生传递丰富的教学信息，使得教学生动活泼。现代化教学手段可实现校内课程的网络教学，在校园网上构建网络教学平台，学生可以随时随地进行学习，摆脱传统的面授教育，突破时间和空间的限制，提升教学的灵活性。将发酵工程的生产工艺过程的视频穿插于课堂多媒体教学中，使整个工艺过程变得形象直观，加深学生对知识的理解，提高教学效果[6]。
（3）结合生产实际教学
将理论教学与生产实际密切结合，在教学上进行发酵过程基本原理与单元操作讲授强化的同时，结合前沿的科研动态，精选案例进行分析。例如教学中可将发酵工程设备部分，包括原料制备、发酵罐、通风设备和发酵控制设备等单独进行讲解；以典型的发酵工艺流程为主线，将发酵工程中各研究对象共性的规律提炼出来，按照发酵工艺过程的主线来教学，采用基本理论和典型工艺讲授相结合，典型到一般再到应用，使各个章节相互紧密衔接，使学生更清楚、更完整地掌握发酵工艺的全过程。使学生在掌握生物学基本原理的基础上能对发酵过程中的工程问题进行全面的认识。
