发酵工程论文精选(九篇)

第1篇：发酵工程论文范文

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

第2篇：发酵工程论文范文

【关键词】 发酵工艺学;课程考核;模式改革;设想

《发酵工艺学》是高校食品科学与工程专业的一门专业主干课程，是利用微生物细胞的特定形状，通过现代过程化技术，生产食品或保健品的一种技术。[1]该课程具有知识面广、专业性强等特点，如何使学生真正掌握发酵工艺的整个过程，如何使学生全面掌握理论知识和实践技术，真正做到发酵企业等相关单位对该门课程岗位能力的要求是教师面临的最大挑战。

课程考核是教学的重要组成部分，体现着检查测评功能，导向与激励功能，教学效果反馈功能，[2]通过多种形式的课程考核方式，以考促教，以考促学，能够提高教学质量，提升教学效果。以往的考核与评价体系方式、方法单一，缺乏灵活性，考核一般分为考试和考察，百分制。无论哪种形式，总成绩一般由学校规定比例的平时成绩和期末成绩组成，考试的平时成绩所占比例较少，考察的平时成绩比例较大（一般可达50%）。这种考核与评价体系所有专业、所有课程没有差异，不符合大学教育的目标，直接影响学生职业生涯的发展。为了达到预期的教学目标，必须配备完善的课程考核和评价体系，否则无法激起学生的学习兴趣，教学效果会大打折扣。本文就如何提高学生运用知识解决实际问题的能力，训练科学思维培养产品研发实践技能，结合教学实践从理论课和实验实践教学两方面，就《发酵工艺学》课程考核改革进行了探讨。

一、阶段性测验试卷的设计

《发酵工艺学》内容包括菌种选育，菌种保藏与复壮，原料前处理及培养基制备发酵工艺控制，酿造酒工艺学实例等。课程内容较多，而且与前期专业基础课知识联系紧密，学生学习过程中感觉内容庞杂，以前学过的知识容易遗忘，知识点分散，未建立起交叉和联系。另外，以往的考核方式以单一交论文的形式完成，不参加闭卷考试，学生容易产生懈怠心理，对理论知识的学习不重视，学习的态度和动机，是学习活动的最佳原动力。[3]为了杜绝这种情况的发生，导论就告诉同学，理论我们采取闭卷考试，从而让学生重视学习的过程，把注意力放在课程教学的每一个项目、任务、单元和章节上，从而提高教学效果。在阶段性测验的过程中，如何在较短的时间内，考查学生对专业基础知识的掌握，是考核工作的难点之一，也对试卷的设计提出了较高的要求。阶段性测验分四次进行， 分别安排在菌种选育、菌种保藏、发酵工艺控制、酒类发酵工艺原理的课堂教学内容结束后进行。测验形式为闭卷考试，主要考察学生对发酵工艺的基本概念辨析和基础知识的掌握程度，题型包括选择、判断、填空、简答。

二、加强文献阅读、读书笔记及讨论学习

在《发酵工艺学》学习的过程中要求每个学生完成读书笔记，由教师选择高质量的外文文献，学生分组对文献翻译，以小组为单位对该文献制作幻灯进行讲述，提高学生的自主学习能力，分析解决实际问题的能力，提高综合素质和创新能力。

三、应用论文撰写

由学生自主选择感兴趣的主题进行海量阅读文献，精读部分文献，归纳、分析、总结文献内容，并形成自己的观点，形成文章，修改文章，严格按照正规论文格式。自命题论文，可以写发酵工艺的发展历程，可以偏向技术某个发酵产品的生产工艺对比，发酵因素控制，也可以结合新疆特色资源设计一种或多种产品的发酵工艺，目的是提高学生归纳总结撰写论文的能力。论文作业的布置时间为课程中期，题目学生自拟。要求学生要内容突出发酵产品的新技术、新方法，特别是新疆特色果蔬在发酵的新应用。论文的成绩从以下几个方面来划分为不同的档次： 科技论文的写作格式、内容的完整性、逻辑性、新颖性。

四、实验环节

《发酵工艺学》是一门实践性非常强的学科，实际操作技能的熟悉程度、创新能力是考核非常重要的环节。设置实验环节试题库，对每个学生进行抽签考核，从菌种保藏、活化、培养、放大、葡萄酒发酵等工艺过程对微生物的操作练习在实验室完成。实验操作采用5人一组，每人负责不同的内容，相互合作完成实验项目。吸引学生自主根据资源设计发酵方案，进行科技创新实验。

五、教学效果的评估

向学生发放调查问卷，了解学生是否接受改革后的考核形式以及新的考核方式对其学习效果是否产生积极的影响。评估教学效果。《发酵工艺学》课程学时分解及考核比例分配，如：学时分配中，总学时为42，课堂学时30，实验学时8，测验学时2，讨论交流2;考核比例中，阶段测验占30%，实验考试占30%，论文写作占40%。

六、总结

根据《发酵工艺学》课程本身的特点，大胆的提出了对考核和评价体系的改革，注重学生综合素质的培养，体现现代本科教学一体化教育理念。当然，考核和评价体系的改革不是一蹴而就的，是需要不断积累、与时俱进，所以任重道远，需要我们不断的摸索。

【参考文献】

[1] 何国庆.食品发酵与酿造工艺学（第二版）[M].北京：中国农业出版社，2011.

[2] 管旭.《船舶电工工艺》课程考核与评价体系改革探索[J].教学实践研究2014.200-201.

[3] 姜小平.教学中激发学生学习兴趣的有效路径[J].教育与职业2010（29）148-149.

[4] 李云.食品发酵工艺学教学改革探索与实践[J].科技信息，2012（16）.

第3篇：发酵工程论文范文

摘 要：随着时代的不断发展，我国微生物科技的研究技术也在不断进步，逐渐进入到了世界前列，而在微生物学领域中，发酵工程占有举足轻重的地位，发酵工程顾名思义，是通过人为的控制，利用人们肉眼所看不到的微生物或者动植物细胞等微小细胞进行生产，生产人们所需要的日常物质。发酵工程作为生物工程科技中的核心工程，在基因工程，细胞工程中都起到了基础性的作用。该文主要探讨学校发酵工程的教学改革问题。

关键词：发酵工程 课程教学 课程改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）08（c）-0120-02

随着我国技术的不断发展和完善，生物工程技术越来越受到重视，发酵工程的课程改革刻不容缓。发酵工程中的生产原理和生产技术对于基因工程等生物科技都具有至关重要的作用。所以，重视发酵工程的教学改革，对于学习生物学专业的学生有着不同一般的意义。下面先来看一下什么叫做发酵工程以及对于发酵工程进行教学改革的意义有哪些。

1 发酵工程课程教学改革

发酵工程作为生物学中一门丰富的学科，在生物学课程中占有着重要地位，其在课程中起到了承上启下的作用，对于学生其他学科的学习也有一定影响。下面该文将讨论什么是发酵工程。

1.1 发酵工程

发酵工程，也被称为微生物工程，顾名思义，其工作原理就是采用现代先进的工程技术手段，合理利用微生物的某一些特定功能，来生产一些人类所需的产品或者直接将微生物应用到工业生产中的一种全新技术。发酵工程的内容包括对菌种的选择、培育、接种，对产品的发酵和提纯等操作。

1.2 发酵工程教学改革意义

对于学校来说，好的教学模式和教学内容能够让学生对知识的理解能力达到事半功倍的效果，但不合理的教学方式会造成学生对知识的理解不透彻，不严谨，大大降低学生的学习效率。对于发酵工程学亦是如此，选择合适的教学模式能够激发学生对知识的兴趣，提高学生学习的积极性。其次，教师对教学进行合理的优化和改革，在教学过程中添加一些有乐趣的游戏等，对于学生增加知识面有重要作用。因此，对于发酵工程进行合理的教学改革不仅仅能够优化课堂氛围，还能提高学生对知识的领悟能力，提高学生学习知识的积极性。

2 发酵工程课程教学改革措施

前面该文已经对发酵工程的原理和内容进行了一定的解释，可以看出发酵工程在生物领域有着举足轻重的地位。该文讨论了发酵工程学课程的课程改革所产生的有利影响，可以看出，对老师来说能有效减轻课堂压力，对于学生来说能有效提高学生理解知识的能力和对知识的吸收效果，从根本上提升我国的竞争实力。下面来看一下具体的对发酵工程课程进行改革的措施。

2.1 对教学内容的合理改革

教学内容作为学校传授给学生知识的第一落脚点，在教学改革的过程中占有非常重要的地位，作为新世纪人才对于知识框架的改革既需要有传统的系统性，又要保证一定的创新性。在理论课程上需要扎实的理论基础，而在实验课程上则保证一定的实践性。因此，对于发酵工程的课程改革就需要既有系统性、创新性，又要有理论性和实践性。应当重点对发酵工程的教学大纲和内容进行改革。在传统的发酵工程课程中，我国大多数院校都存在的一个问题是，课程中知识点冗余，过于繁琐。基于此，大多数院校对课程内容进行详细的剖析，最终确定了以《发酵工程原理与技术应用》作为课程学习的主要学习教材。在教学层次上也进行了相应的改革，对教学层次进行由浅到深的划分，将主要学科内容分为三个层次，第一个层次也是最简单的层次为生产单元工艺，这个阶段学校主要是对社会中一些大中型生物科技公司中菌类的培养等操作进行讲解，例如在工厂生产过程中在什么环境中应当选用什么种类的菌种，对于在发酵工程过程中所生产的废物应当采取什么措施进行清洁等。第二个层次则是理论模型阶段，这个阶段偏向于理论，学生在经过了第一阶段对发酵工程有了一个较为基础的理解之后，加深学习内容，对发酵工程的学习加深层次，在这个阶段中，学生会对发酵工程中的发酵动力学模型等一系列实验模型有一定的了解和掌握。经过了前两个阶段的理解和学习，最后一个阶段就是对发酵设备的理解，在对发酵的菌种和发酵过程都有了详细的了解后，需要对发酵设备有一个简单的了解，通过这样的教学阶段的分配，学生对学习内容有了一个大致的构架，对于系统化的掌握知识具有很大的帮助。

2.2 对课堂教学模式的合理改变

我国作为教育大国，向来都奉行以“老师授课，学生听讲”的教学方式进行课程的传授，在这样的教学方式中，学生对于知识的掌握只是简单意义上的理解，很难做到深入地了解，只有通过后续的题海战术才能加深对知识的掌握，这在一定程度上造成了学生学习效率的低下，而且这样的教学方式所存在的最大问题就是学生往往会在学习过程中产生对学习的厌恶心里，有时老师讲的内容自己都会，教师却讲好几节课，有时学生对知识不能很快的掌握，教师却一带而过，造成了知识上的空缺。因此，改变这种传统的“教师授课，老师听讲”的教学方式对发酵工程课程改革具有重要意义，不仅仅可以提高课堂效率，而且还能改善课堂气氛，提高学生活跃性。

在当前的课堂教学模式中，最为有效的教学方式就是交互式教学模式，这种教学模式相比于传统的教学模式有了一个质的改变，它不会束缚学生的思维，学生在课堂中不会只是单纯意义上的听课，在课堂学习过程中，学生和老师的角色可以互换，不仅教师可以向学生发问，学生也可以向教师发问，有不懂的问题或者对老师的答案或解析有不同的看法都可以向老师进行提问。而在课堂之外，老师给学生布置新课程的预习工作，学生在课下时间对新课程进行简单的预习和学习，对于在预习过程中所产生的疑惑可以通过相关专业性的网站或书籍进行查阅，依然没有头绪的情况下，可以在课堂上向老师寻求帮助。这种交互式教学方式大大提高了学生的思维学习能力，提高了学生的自学能力，而且在一定程度上也拓宽了学生的学习面，对于教师来说，在课堂上适当地与学生进行交流以及布置课下的预习功课能够有效减轻上课压力，提高课堂效率。

2.3 在课程学习中激发学生的学习兴趣

众所周知，在学习过程中，如果学生对课程的学习具有一定的兴趣，即使在没有老师和家长监督的情况下，学生也会对课程进行刻苦钻研，这对于学校提高教学质量有重要的作用。而在实际的专业学习的情况下，大部分学生对于发酵工程中的生物学理论都能较为全面地掌握，而对于实际生产过程中的工业生产、产业化以及我国发酵工程的生产前景都无法很好地掌握，学生只是简单地认为此类知识过于枯燥无味，因此就没有花费时间去学习和钻研。而对这种现状，教师应当对课程进行适当的修改，多查阅书籍或通过专业性网站搜集一些比较有趣味性的事例和知识来激发出学生的求知欲以及对学习的积极性。在课程的讲解过程中，为了避免课堂上出现的尴尬场景，应当对课程环节进行合理的优化，保证课堂能够有效高效地进行。

3 结语

通过上面对发酵工程的解释以及发酵工程课程改革优化的优势我们可以看出，当前的发酵工程课程亟需改革，这种传统的教学方式已经无法满足新世纪人才对知识的渴求和掌握，因此该文主要从课程内容和课堂模式进行分析得出改革的有效措施。最后对学生自身来说，提高对专业课程的兴趣对于课程的学习有着至关重要的作用。

参考文献

[1] 葛立军，朱振洪，刘文洪，等.基于PBL教学理念的发酵工程课程教学改革与创新探讨[J].中国校外教育（下旬刊），2014（2）：68.

第4篇：发酵工程论文范文

关键词：生物发酵 BP神经网络 算法研究

1 概述

现代意义上的微生物发酵工程是指在一定条件下使微生物增殖，从而产生对人类有价值的生物成份的过程[1]。发酵过程是一个基于微生物生长繁殖和控制的生物化学反应过程，和普通意义上的上的工业控制不同，具有非线性、时变性和时滞性等特点，内部机理非常复杂。因此对于发酵过程的控制一直都是发酵工业生产中的难点。随着科技进步，新的非线性控制技术的发展为控制发酵过程提供了有力的工具。

当前对于发酵过程的控制，其基本原理是将发酵过程中的主要控制因素采用一定的人工手段进行干预，以发酵过程中所产生的发酵液温度、PH值等关键因素为控制指标，并将其进行动态监测，从而将发酵过程控制在人们所期望的的范围内。由于发酵过程具有实时性，因此对于发酵过程的控制按时间特性可分为离线控制和在线控制两大类[2]。随着研究的深入，在线控制已经成为研究的重点。在线控制是一种基于反馈信息的过程控制方法。其原理是实时监测发酵系统的输出值期望值之间的误差，按照一定的过程控制算法进行调整，将发酵过程中关键的发酵指标控制在期望范围之内。本文将就发酵过程的在线控制方法和实践展开讨论。

2 发酵过程控制的硬件系统简介

对发酵过程的控制是建立在必要的硬件条件基础上的。发酵系统的组成主要由两部分构成：即发酵装置和控制器。对于发酵过程的控制关键是控制温度、溶氧、pH值等。这些因素都可以通过实时监测发酵装置传感器信息来实现。

本文中以大肠杆菌发酵产生类人胶原蛋白为例，需要监测的主要内容有四项：pH值、温度、溶氧量和尾气。监测设备分别为：pH电极、铂电极、溶氧电极和尾气分析仪。

对于发酵过程的智能控制，重点是实现对控制器的智能化，在下一节中将进行具体的讨论。在本文中所涉及的控制器软件的智能化设计基于silicoulab公司的片上系统芯片（SoC），发酵装置型号为NLF22机械搅拌式发酵罐，发酵罐罐体上装配有监测温度、溶氧、pH值等参数的传感器和尾气分析仪。这类实时数据的监测和控制在LabVIEW图形化编程软件设计的人机交互界面上进行。

3 BP人工神经网络控制原理

发酵过程具有高度的非线性特点，因此在本文中采用适合于给类问题的基于BP神经网络控制算法。该算法不依赖精确数学模型，具有非线性的映射能力，可以从大量实时监测数据中寻找输入和输出之间的非线性关系，计算出最优的控制量，从而实现对发酵过程的有效控制。

人工神经网络控制算法是建立在现代神经生物学和仿生学对人类大脑活动的认识模式研究的基础上，通过构造人工神经元形成的网络来模拟神经活动，是当前人工智能研究的热点和智能化控制的研究方向。

人工神经元是神经网络算法的基本信息处理单元，其输入输出关系可由式（1）和式（2）来描述：

Ii=■wijxj-θi （1）

yi=f(Ii) （2）

上式中，xj为来自于其他与本神经元相连接的神经元所传递的输入信息，wij为神经元I，j之间的信息权重；θi为阈值；函数f称为作用函数或转移函数。

目前在人工神经网络研究中已经有很多种网络模型，本文中所采用的是前馈式神经网络模型。BP算法（(Error Back Propagation)即属于这类前馈式网络模型，该模型以神经网络的误差平方和为目标函数，以某种优化算法（如梯度法）计算使得目标函数最小的控制值[3]。其拓扑结构可参考相关文献。

4 BP神经网络的应用

本文中以大肠杆菌发酵生产类人胶原蛋白过程为例，简介BP神经网络智能控制在其发酵过程控制中的应用。

4.1 输入层和输出层节点数分析 依据工神经网络运行的基本原理，输入层的节点数是由训练样本数据的维数来决定，输出层的节点数则取决于控制者的实际控制目标。在本文算例中，发酵过程的关键控制因素主要有4个，即酸碱度（pH值）、温度、溶氧度、搅拌速度和时间。这五类数据通过传感器数据可以方便的得到，因此将其作为训练样本，并得到样本数据的维数为5，输入层的单列节点数为4。对输出层而言，依据生产经验，在胶原蛋白的发酵过程中的关键因素为溶氧量，因此将其作为关键控制因素和最终控制目标，由此可得到输出层的节点数为1个。

4.2 隐含层层数和隐含层节点数分析 本文中设定隐含层的层数为1（原因可参照单隐含层对非线性函数的逼近特性[4]）。隐含层的节点数可由式（3）进行计算：

m=■+■ （3）

其中，m为隐含层的节点数，N表示输入层的节点数，L表示输出层的节点数，P表示新样本数据，α为1-10之间的常数。依据实测数据（此处从略），可计算得到隐含层的节点数为18。

4.3 程序实现 本文中采用Matlab编程实现上述BP神经网络控制，其基本步骤概述如下。

首先利用newff()函数来生成上述指定结构的神经网络，其参数设定如式（4）所示：

NET=newff(minmax(p)，[4]，18，1）{‘tansig'，'purelin'，}，'traingd

m) （4）

其次设定基于上述网络NET的训练参数，该步骤涉及到的函数的参数设定结果为：NET.trainParam.epochs=500、NET.train Param.goal=0.02、NET.trainParam.show=25、NET.trainParam.Ir=0.05。

最后采用命令[NET，tr]=train(NET，Fd，T) 训练上述神经网络。

5 结果分析

表1中对比了采用BP神经网络控制前后的利用大肠杆菌发酵产生类人胶原蛋白的产物湿重产量（g）。有表1可见，通过对发酵过程的BP神经网络控制后，胶原蛋白的产物湿重总体有明显的提高，表明该方法在这类发酵过程控制中是有效的。

6 结语

生物发酵过程是一个复杂的过程，具有高度非线性和难于用精确数学模型描述的特点。本文利用BP神经网络控制方法来综合控制发酵过程中的关键因素，以氧容量作为控制要点，经过网络训练后可提高对发酵过程中关键因素的控制效果，实践表明可大幅度的提高类人教员蛋白的产物湿重产量。上述结果表明利用智能算法控制这类高度非线性的生物发酵过程较之于传统方法具有明显的优势，是今后生物发酵过程控制中重要的研究方向。

参考文献：

[1]陶兴无.生物工程概论[M].北京:化学工业出版社，2011.

[2]谢玉龙.FF现场总线在泰乐霉素发酵控制系统中的应用[D].济南:山东大学，2009.

第5篇：发酵工程论文范文

【关键词】发酵工程实验；教学改革；教学效率

生物技术制药是新药研发的重要组成，其产品的实现一般需要发酵工程的参与，因而发酵工程是生物药物工业化生产的核心。现酵过程中不断涌现新技术和新方法，因此实践性和应用性强[1]。在工业发酵生产进行的数十年中所积累的丰富经验，结合生物科技的发展，已经上升为理论性的知识，并不断继续扩展。这些知识在发酵工程教学中非常关键，也是发酵理论知识的重要补充[2,3]。通过发酵工程实验教学，学生可以直观的面对理论教学中出现的各种现象和过程，更好地理解和掌握发酵工程的原理和方法，认识发酵相关设备与学习基本操作技能。从而达到培养学生结合理论知识分析实验现象和解决问题的能力，掌握基本的实验操作技能的目的。在实验学习中，综合提高学生的发现问题、分析问题和尝试解决问题的能力。以发酵中出现的问题为出发点，引导学生主动从理论知识出发，结合实验现象，寻找和解决问题，实现学习方式的转变。

1与制药相关发酵工程实验课开设现状

发酵工程作为武汉大学药学院生物制药的主干课程已有14年，成立生物技术制药专业后发酵工程实验课程作为必修课程开设了3年。按照我校生物技术制药专业的人才培养目标，相关课程如生物技术制药实验和生物化学实验，其教学内容与发酵工程实验课又很大的关联与分工。在武汉大学药学院的具体教学工作中，通过各授课教师的协调，做到在这三门课程的理论教学与实验教学中均不存在内容重复，并且具有一定的连贯性。虽然发酵工程实验课程由相对独立的实验构成，但是存在多是相对比较基础的微生物实验内容，不能兼顾发酵各环节和不同发酵类型的不同情况，因此有必要对其实验内容进行重新设计与整合优化。

2发酵工程实验课的教学改革实施方式

2.1提高教学效率

重新设计之前由于实验内容偏向基础的微生物实验，采用比较松散的每周一次课。在新的设计中，每周上两次课，因此过去全学期的实验课程现在半学期就可以完成。但是每次上课都需要至少8个小时，在各次上课之间的时间，也根据实验内容穿插安排取样、观察、制样等过程，保证教学内容可以完成。而且开课时间也相应稍晚于理论课进程，基本在发酵工艺讲解后开始实验课。目的是使学生在对整个发酵工程的内容开始有一定认识后再进入实验课，避免过于陌生而出现盲目的按照实验步骤操作而不理解的情况出现。与部分院校开设“一条龙”式实验教学不同，武汉大学药学院开设发酵工程实验课是分段式的。其原因：第一是学生的教学安排还有其它课程，很难实现连续数天的时间单独进行实验教学；第二“一条龙”式实验教学要求前后连贯衔接，如果中间某步实验不能达到实验目的，那么下一步实验就不能按计划进行，会严重干扰教学进程[4]。而采用的分段式实验安排，虽然不是前后相连的实验，但是在内容上比较全面的涉及了发酵工程的主要操作内容，可以使学生系统的学习和了解该课程的学习要点。而各实验分别在上课前进行准备工作，可以保证课程的顺利进行。另外，在实验进程中，由于微生物生长需要时间，因此将不同实验内容穿行。这样可以避免“一条龙”式实验模式中必须等待上步实验结果出来才能进行下部操作的问题，节约了时间，提高了实验室的利用率。降低了与其它课程的时间冲突，同时也方便了课程以及教室安排和学生选课。

2.2实验教学体系整合优化

以前开展的发酵工程实验中，内容以发酵工程基本操作及菌种筛选等为主，比较简单枯燥。改革后结合武汉大学药学院生物制药专业的特点，与发酵工程设计的相关课程相互协调，避免开设雷同的实验内容，但是又与微生物、微生物制药、制药工程等相互关联或前后衔接，形成连续而有机体系，彻底从验证性实验向综合性实验转变[5]。这种综合性的实验教学设计将促进学生从发酵的整体目标出发进行思考，全面分析某一发酵过程出现的现象，确定关键的操作点，从全局的角度出发来思考和学习发酵工程知识[6]。

2.3实验教学内容的重新设计与调整

根据我院生物技术制药专业的培养目标，我们选择实验课程兼顾系统性、科学性和实用性，安排学生从基本到相对复杂的操作上手，以典型的发酵过程和产品生产为主干知识，将实验教学内容安排为7个实验项目，分别是：优化液态发酵条件、机械罐操作及动力学研究、菌种诱变、培养基优化、固态发酵制作米酒、淀粉原料处理、固定化发酵。按照循序渐进、由易到难的方式安排。重新设计的实验教学内容更加丰富，有利于学生综合运用知识和创新能力的培养。

3结语

进行课程改革的目的是帮助学生更好地学习发酵工程实验技术，如果一味追求漂亮的实验流程和实验结果，可能给学生的学习过程带来一定的不便。我们的改革从强化学习要点出发，通过快速和鲜明的实验过程帮助学生提高学习效率。在未来的实验教学中，我们将继续本着这个目标不断改进，进一步探索和完善适合生物制药专业的发酵工程的实验教学方式，达到培养全面合格的创新型生物制药人才的目标。

参考文献

[1]赵辉.高校发酵工程类课程实验教学探索[J].安徽农业科学,2017,3:245-246.

[2]胡仙妹,邵化,马科,等.生物技术专业《发酵工艺学》教学改革探索与实践[J].轻工科技,2016,12:188-189.

[3]贺气志,唐亮,夏俊,等.医学院校生物技术专业发酵工程实验体系的构建[J].长沙医学院学报,2016,3:1-6.

[4]崔艳,付荣霞,樊秀花.生物工程专业创新性实验项目的探索[J].大学教育,2016,9:162-163.

[5]生书晶,佘婷婷,孙婷琪,等.发酵工程课程教学改革探索与实践[J].高教学刊,2016,13:69-70.

第6篇：发酵工程论文范文

关键词：高职；发酵；教改；创新

发酵工程是现代生物技术体系的中心，处在承上（游技术）启下（游技术）的重要位置，是生物产品商业化生产的必由之路；发酵技术课程一直以来也是生物（制药）技术类专业的主干课程之一，绝大多数生物、食品类专业都开设有该课程。从高职院校到应用型本科院校，关于发酵技术类课程的教改研究已经有很多［1-2］，主要从教学内容的遴选、教学方法的改进、多媒体教学手段的运用等方面着手［3-4］，对课程考核和实践教学的改革提出了很多好的意见和建议。

本文拟从高职生物制药技术专业发酵技术课程的教学实践出发，就高职发酵技术课程的教学设计提出几点看法。

一、课程定位

1.发酵技术应处于课程体系中的核心位置

近年来，由于基因工程、疫苗、诊断试剂、生物检验检疫的热点效应，发酵技术等传统课程多少有点被“冷落”。发酵是一门既古老又年轻的工程技术，上可追溯到几千年前的酿造，近可到上世纪的抗生素产业，乃至日益成熟的基因工程菌高密度发酵和动、植物细胞培养。如果将发酵工程中的育种和产物回收与精制环节加以适当的拓展，现酵技术领域几乎可以涵盖绝大多数现代生物技术产品生产全程。因此，确立发酵技术在课程体系中的中心位置，并以此为出发点，才能做好发酵技术课程的教学与改革工作。

2.面向发酵职业岗位，实施“课证融通”

发酵工程制药工（职业编码6-14-02-02）属于国家人保部颁布的医药特有工种，其职业描述为从事菌种培育及控制发酵过程生产发酵工程药品的人员，各地均有相应的职业资格鉴定。高职教育培养的是高素质技能型人才，将高职专业课程与职业岗位和职业资格证书相结合，以考证成绩作为课程的期末成绩，不失为一种简单有效的“双赢”手段。

二、教学设计思路

1.要求快速上岗，强调工程思维

谈学校和企业的“零距离对接”更像是一种理想化的愿望，比较实际的目标应该是培养学生快速上岗的能力。快速上岗能力除了包括理论基础知识和基本操作技能之外，还包括一定的社会能力和方法能力，比如：能遵循指导，接受工艺规程和劳动纪律的约束，注重安全生产，承担职责；能接受权威，并具备良好的分享沟通、情感表达和团队合作的能力；能自我反省、自我激励、自我约束，克服负面情绪，适应变化；能收集、整理、分析相关资料，并能合理规划、组织和实践工作；具备系统化思考的能力，并能独立解决问题等等。从某种意义来看，这些能力在生产实践中甚至比专业技术知识更加重要。因此，在学生的小组实训过程中要有意识地加以引导和强化训练。

工程思维是指在工作中综合考虑适用性、最优性、经济性、合理性、效率、产率等因素，以获得最优效果，这是在商业化生产中所无法回避的核心价值观。在高职专业课教学中，必须要引导学生具备一定的“工程思维”方法，能自觉地改进生产、提高效率、优化工作，以适应生产实践的需要。

2.结合发酵工艺原料药的GMP要求，将SOP引入到实践教学

在药品生产的大背景下，任何不符合、违反、背离药品法、药典和GMP等药事法规的技术行为都是严令禁止的；所有的生产行为都必须在相关药事法规的指导下进行。2010版GMP附录中对发酵工艺原料药等的生产有专门规定。因此，学习发酵技术的同时必须要熟悉GMP的相关规定和要求，掌握GMP体系下的发酵工程药品生产组织的方式和方法，理解发酵生产各环节的标准作业程序（SOP）的内涵和意义，理解生产既是物料的生产过程、又是文件记录的传递过程，并以此为指导完成实训项目。也只有这样，才能称得上是真正意义上的职业教育教学。

3.强调工艺试验和工艺验证，培养适应生产一线的创新能力

高职教育一直强调的是面向生产一线、培养高素质技能型人才。我们的学生可能很少成为科学家，但却是潜在的工程师；具备适应一线生产要求的创新能力应该是我们专业课教学的培养目标之一。不断追求最优化的“工程思维”是创新的推动力，而具备一定的工艺试验和工艺验证的能力和技巧则是实践创新的基础。此外，工作效率最佳化的统筹方法训练也要体现在实训教学环节之中。

三、教学活动设计

1.按岗位工种划分教学模块，突出特定岗位下的技能运用

传统的发酵技术课程一般是按照发酵通用单元操作来划分并组织教学的，再辅以典型的发酵生产工艺案例；这种方法被实践证明是较为有效的。可以在此基础上，更加突出几个主要的岗位工种，并以此来划分教学模块。教学模块不宜太多，可设置3个，即：菌种培育员岗位模块、发酵工艺员岗位模块和发酵操作工岗位模块，并在此基础上设置一个晋升的高级岗位（职位）模块“发酵工程师”为最终的学习目标。

菌种培育员岗位模块以菌种选育和菌种管理（保藏）为主要职能，以诱变育种和工作细胞库的建立为典型工作任务；发酵工艺员岗位模块以工艺试验和工艺保障为主要职能，以培养条件优化和生产工艺的变更申请为典型工作任务；发酵操作工岗位模块以发酵生产操作和过程监（检）控为主要职能，以发酵（中试）生产工艺验证为典型工作任务。将优秀的发酵工程师作为最终目标则是高职教育人才培养要求的体现，也符合学生的职业生涯发展需要。

2.以典型发酵生产工艺实训贯穿，开展理实一体项目化教学

由于发酵生产的过程耗时较长，而课堂教学时间有限，发酵技术课程实践教学环节的组织一直是一个难题。理实一体的项目化教学模式似乎是一种解决之道。选择一个可以在校内实训基地完成的发酵生产项目（例如，发酵蛹虫草多糖的生产），并以此为实践教学的主线，模拟生产线上的各个岗位，并将各个生产环节细分为一系列较小的、适合在课堂上完成的子项目，逐一展开教学。在实训的同时讲解相关的理论知识，其它的理论知识可以通过习题和考试（考证）来引导学生自学，这也符合高职课程理论“够用、实用、适用”的原则。

3.引入大学生试验工场训练计划，鼓励自主性模拟生产实训

还可以在发酵技术课程内引入大学生试验工场训练计划（student pilot plant training，SPPT），即依托校内生产型实训基地发酵中试车间而开设的生产研究性训练计划。中试车间需配备基本的发酵设备、提取分离设备，以及必要的分析仪器，能够进行一般的发酵工艺试验和验证，以及小规模发酵生产的生产研究性训练。

学生以小组为单位（3～5人），推举负责人（组长），选定指导教师，提出申请，获得批准后可参加SPPT计划。训练项目可自行选题也可由指导教师指定；选题限定为：①菌种培育；②工艺试验（优化）；③工艺（中试）验证；④（小规模）生产实践。通过SPPT训练计划，可以较大地激发学生的学习积极性，并将大学生创新教育的平台延伸到专业课程教学之中。

此外，需要强调的一点是，并不是只有动手操作才是实践教学，编写各项生产文件同样也是极其重要的实训内容，而这一点往往被忽视。在SPPT训练中，只有部分准备充分、可行性较强的项目才能最终得以获批实施；但在申报过程中编写工艺试验方案、工艺验证方案、生产工艺规程（批生产记录）、标准作业程序（SOP）等生产文件，实际上已经使参与的学生获得了极大的锻炼。这一点也正是SPPT训练计划的优势所在。

四、考核方案

1.考证成绩与平时成绩各占50%

职业资格证书考试的要求是依据国家人保部制定的职业标准，其内容也应同样适用于高职专业课程的考核要求；以职业资格证书的考核成绩作为高职专业课程的期末成绩是合理有效的，也符合教育部关于“双证书”教育的要求。从实际出发，发酵技术课程期末考试要求通过发酵工程制药工（中级工）的鉴定考试，考证成绩与平时成绩各占总评成绩的50%。

2.结果评价指标可量化，过程评价以“仿生产记录”文件为主，减少主观评价

越复杂的评价体系其可行性越差；主观评价过多则结果往往无法体现客观公正。鉴于此，可将课程考核分为结果评价和过程评价。结果评价主要依据可以量化的指标，例如，职业资格考证的分数、发酵计算机仿真系统考核的分数，以及工作绩效（包括产量、事故率、染菌率及其它指标）等。过程评价以规划、记录（含影像记录）等客观材料为主，其它主观评价为辅。规划和记录要求简洁、全面、具体，能较详实地反映工作（训练）过程全貌，可参照GMP体系下的生产文件编写。主观评价包括指导教师及其他组员反馈的工作态度，以及指导教师依据过程材料和日常指导对其工作方法作出的评判，所占权重不宜过大。

综上所述，高职生物制药技术专业的发酵技术课程可定位在发酵工程制药工职业领域，针对高职学生的特点和就业出路，兼顾初次就业和职务晋升的职业能力培养；教学设计不应局限于专业学科领域，而是应与整个职业领域水融；学生掌握的不应仅是操作的方法，而更应是工作的方法。

教学设计时，主要依据职业领域岗位设置来划分学习情景，以典型工作任务引导专业知识和职业技能的学习和训练，强调专业技能训练和GMP实务相结合、专业课程教学与创新能力培养相结合，将发酵工程制药工职业领域所需要的专业能力、社会能力和方法能力贯穿于该课程的学习与训练之中。

参考文献：

［1］ 杨英歌.《发酵工程》理实一体教学模式的探索［J］.考试周刊，2010，（46）：221-222.

［2］ 廖威.发酵工程教学改革的实践与思考［J］.中山大学学报，2003，1（23）：155-157.

第7篇：发酵工程论文范文

[关键词]微生物；发酵工艺；工艺优化；培养基；培养条件

中图分类号：Q939.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）22-0336-01

1 微生物发酵概述

生物发酵工程的概念较多，现代意义上关于生物发酵工程的理解为：在合适的pH酸碱度值、阳光照射度、培养基等条件上，利用微生物的一些特点，并借助一些现代工程技术对微生物进行生产，从而培育出一些能够满足人类进行生产活动的物质，或是将微生物用于现代工业生产的一种技术体系。

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。微生物发酵过程控制技术的优化决定着发酵工程的质量与效益。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。

2 存在的现状

现阶段，微生物发酵工程面临的一大问题是自动化控制问题。为了顺利解决该难题，首先应对微生物的不同特点有充足的了解。在科学技术快速发展的背景下，人们了解微生物的方式已经发生了改变，已经由原来的借助微生物形态进行表面认识，转变为对复杂生物学与细胞调节等方面。然而，微生物细胞较复杂，这使得生物发酵工程也变成了一类重复性差、高度非线性、慢性变、复杂的生化过程。因此，在研究过程中，不可仅从表面对生物发酵过程进行分析，而根据检测得到的过程参数对生化发酵过程进行详细分析。一般来说，检测的过程参数主要包括物理参数、生物参数与化学参数这几类。

3 生物发酵过程的在线检测与控制技术进展分析

微生物发酵过程属于一种生化反应过程，主要是为了促进最终产物利用率的提升，确保微生物生长环境的舒适度。在舒适、适宜的环境中，有利于微生物进行有效的生长代谢，并能实现对微生物发酵过程的在线检测与控制，从而提升微生物发酵产品的利用率，发挥其最大作用。具体来说，主要包括以下几个方面。

（1）电机搅拌热、冷却水温度、微生物发酵热等因素，均可能影响发酵的温度。此外，发酵罐体积大小，也会在一定程度上影响发酵温度的控制。如果发酵罐的体积较大，往往会采用冷却水或发酵温度为主回路的串级控制方式；如果是体积较小的发酵罐，多采用冷却水流量、发酵温度为主的简单回路控制方式。

（2）在微生物发酵过程中，生物发酵也会受溶解氧浓度的控制情况影响。然而，现阶段国内对该方面的研究较少，仅限于了解到哪些因素会对溶解氧浓度产生影响。目前，影响溶解氧浓度的因素主要有：供给的空气量、发酵罐本身的压力、搅拌桨的转速及形状。

（3）在微生物发酵过程，pH酸碱度值也是影响在线检测与控制的一个重要因素[4]。若pH酸碱度值过高或过低，微生物的生成及代谢过程都会发生变化，故必须保证酸碱度值得合适。若发酵液的酸碱度为强酸性，可通过加氧水的方法弱化其酸性；若发酵液浓度为强碱性，可通过加糖的方式弱化其碱性，调节发酵液的酸碱度，直至合适。

（4）消泡控制也是影响生物发酵工程的一个重要因素。发酵前，微生物的生长往往较旺盛，而此时若加满液料，并将搅拌桨马达最大速度启动，空气通入量也加到最大，很容易导致发酵液上浮的现象，最终发生逃液现象。若发生该类情况，一般会采用双位式控制方法进行处理，可取得较好的效果。

（5）在生物发酵过程中，补料控制也是影响发酵的一个重要因素。在发酵的进行状态中，微生物生成代谢也会在半连续式发酵过程的变化情况下发生相应的改变。所以，在这过程中，应该连续不断地为生物补充营养成分，保证微生物能够按优生物轨迹生长，才能促进微生物代谢产物产量的提升。

不同于物理、化学反应，生物过程反应速度相对较慢，反应物质、产物浓度等的转化率也不高。若要解决上述问题，工业微生物学通常是从两个方面入手：（1）正确选育或改良菌种，提高发酵菌种的优良性；（2）对培养条件进行合理控制，为生产出更好的目标产物创造条件。从某种程度上看，通过控制与优化发酵过程，能够将生物过程较好地控制在一种优化的操作环境或条件下，被认为是促进生产力提升的有效措施或捷径之一，具有非常重要的意义。因此，在发酵过程中，相关人员必须重视对发酵过程的线检测与控制，力将发酵环境或操作条件控制在一个较理想的状态下，为进一步提升生产水平提供强大的技术支持。

4 微生物发酵过程的优化控制策略

4.1 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。

4.2 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。

5 结论

随着科技的不断进步以及生物技术水平的持续提升，微生物发酵技术已经得到了非常广泛的发展，除了在农业与工业方面获得了广泛的应用外，其在医药领域的应用更加值得期待。利用微生物发酵技术可以有效地解决许多正常生产不能够解决的难题。合理运用微生物发酵技术，并对发酵工艺进行持续地优化与改进，可以有效地提升生产效率，推动发酵工程技术不断前进与健康发展，从而扩大微生物发酵在各领域的应用价值。？

参考文献

[1] 张文芝，郭坚华.微生物发酵工艺优化研究进展[J].？广东农业科学，2013，（6）.

[2] 董昌健.对如何推动微生物发酵工艺优化的研究[J].？吉林农业，2013，（10）.

第8篇：发酵工程论文范文

关键词　生物工艺学　课程体系　改革

生物工艺学是一门研究将生物技术实验室成果转化的重要学科，也是多数高校生物工程专业的必修课程之一。主要目标就是培养学生理论指导实践能力、实践归纳总结能力、适应社会发展能力。对于生物工艺学课程本教研室立足现状根据实际情况针对课程体系、理论体系、实践体系改革和探索。作者着重就多年来生物工艺学课程体系改革与教学体会和大家探讨。

1　课程开设背景

生物工艺学课程是生物工程专业三年级学生学习的必修课程，已经学习了生物化学、微生物学、基因工程以及正在学习生物反应工程、生化分离工程、生物工程设备、发酵工厂设计概论等相关课程的背景下展开生物工艺学课程学习。而这些课程与生物工艺学的各个章节都有重复，有没有必要开设生物工艺学课程及如何进行生物工艺学教学活动是需要期待解决的问题。2006年通过教研组讨论决定减少生物工艺学学时数，由64学时减少至32学时。2006年至2008年试行三年后，通过对学生调查和用人单位调查，证明减少学时后，学生实践、设计、解决问题能力有所下滑而且出现了对就业的迷茫的现象。2009年教研组对生物工艺学课程体系建设进行讨论，一致认为不但有必要开设生物工艺学而且课时需要增加，并且增加了生物工艺学实践环节的种类和数量。现在理论课时为64学时，实验学时为32学时、课程实习16学时、发酵过程分析实验48学时，在三年级两个学期分别对半完成除发酵过程分析外的生物工艺学课程体系学习。

2　理论课程讲授内容重复性矛盾的解决方案

课程主要教材选用俞俊棠等编写的新编生物工艺学教材，同时结合各个章节补充或指定相关参书籍进行教学或供学生参考，有助于充分利用学生所学相关课程内容，将理论知识和应用实践相结合，从而达到良好的学习效果。坚持“学以致用”，坚持“融会贯通”　为指导思想进行理论教学活动。

2.1　架起相关课程的桥梁

生物化学、微生物学、基因工程、生物反应工程、生化分离工程、生物工程设备、发酵工厂设计概论等相关课程都是相对独立的，而生物工艺学中的工艺设计、优化等章节内容和技术方法和相关课程紧密相关，在这些课程中间可以起到穿针引线搭桥的作用。学生在单独学习相关课程时容易形成思维定势，大多数学生在学习过程中并没有把所学的相关课程深入到工艺开发中来，由于各课程的重点和学生的经历也是不可能将相关课程知识进行深入理解。因此，如何引导学生将各个知识单元利用生物工艺学原理将之联系起来就是生物工艺学的工作之重点。

2.2　优化章节侧重点

要让学生充分理解生物工艺学的定义、目的和意义，绪论部分非常关键。生物工艺学既有工程要素又有技术要素，不管是现酵技术还是传统发酵技术其本质都是一样的，各个章节是生物工艺的工程组合部分，各个工程部分需要技术来完成。各个工程组成部分的应用概况、原理及设计、目标以及到达工程目标目前的技术手段、技术原理、技术要素及边界条件是各个章节讲述的重点，所举的例子围绕工程目标、技术手段进行展开。在各个章节讲述完成后学生能够辨别和判断各个工艺的优缺点，工艺的使用边条件，具有分析工艺的节点能力和初步具有解决节点问题的方法。

2.3　不断完善教学内容

教学内容也要根据形势要求进行不断完善。（1）不断走企业充分了解企业需求，了解新进大学生在企业里缺少什么；（2）查阅文献资料，了解产业动态和新方法、新工艺；（3）多了解学生对章节的掌握程度。主要根据这三种形式不断补充和完善教学内容，积极向学生推荐参考用书。例如在讲解菌种选育过程中，给学生指定了施巧琴、吴松刚等编写的《工业微生物育种学》。

通过教学实践，学生觉得每堂课都很新鲜，也没有发现学生由于学过相关知识而感到厌学和不满情绪。实践教学本质就是引导学生如何将学到的知识加以生物工艺方面的应用，让学生思路更开阔更灵活地大胆应用相关知识。

3　实践教学环节

3.1　生物工艺学实验

生物工艺学实验就是让学生掌握最基本的操作方法、理解操作方法的原理。针对课程特点和学生实验技能开设了菌种的选育、培养条件的优化、原料的预处理、反应器溶氧传递系数的测定、菌体生长动力学的测定等实验内容。前三个实验在三年级第一学期完成，后三个实验在第二学期完成，这样一方面和教学进度相吻合，便于及时理解。

3.2　生物工艺学课程实习

课程实习第一阶段在三年级第一学期期中进入工厂进行认知实习，主要了解工厂布局、工艺流程、设备构造。虽然在课堂上学生通过幻灯片或老师的形象比喻进行认识学习，但是在学生脑海中这些知识还是很抽象的。同学们通过参观实习无不感叹工厂的工艺设计与老师讲得非常相似。工厂的实习活动让学生感觉到将来能干什么，大大增强了学生学习的兴趣和主动性，实践证明这个环节非常有必要。

第二学期，理论知识基本学习完毕、基本操作技能得到训练，然后进入第二个课程实习环节。这个环节利用实验室50L发酵罐、30L发酵罐进行进行分批发酵实验。分批发酵是最基本的发酵方法，该环节的实践训练项目是继生物工艺学实验课程中培养条件优化实验项目进行的，利用该实验项目的优化条件进行发酵放大实践活动。通过分批发酵的训练一方面，掌握种子扩大培养、培养基的配置、灭菌、接种、发酵、取样分析的基本操作；另一方面，观察了解发酵过程中溶氧、pH、菌体形态、发酵液颜色、黏度、泡沫以及底物、产物的变化等规律；再一方面，通过几个小组的实验数据进行归纳，总结出正常发酵条件下发酵的变化状态、变化规律以及变量和产物形成的关系，培养学生的归纳总结能力。

3.3　发酵过程分析实验

生物工艺生产过程经济最大化是目标，菌种是保障，工艺优化控制是关键。工艺优化控制对最大发挥优良菌种的潜能和下游提取都有着非常大的影响，对发酵成本有着重要的影响。培养基原料、种子质量、灭菌质量、温度、pH、搅拌转速、溶氧、培养基配方、罐压、补料的时机、培养条件的转换及转换时机等等很多因素都会影响发酵结果。让学生在实践中尽可能地体会工艺控制的重要性和技术要点是本实验的目的。本实验开设采用大实验的形式，根据发酵过程控制参数进行分组。例如实验项目为%^-聚赖氨酸的补料分批发酵，pH、溶氧、温度在线监测。其中一组根据溶氧变化进行反馈补糖，同时离线测定发酵液中残糖浓度、残氮浓度、菌丝球的形态、菌体浓度的变化等等指标，考察不同补料情况对进行pH调控发酵中产物%^-聚赖氨酸的影响。然后各组将发酵过程数据予以共享共同分析，找出影响发酵的节点，提出解决的方案，最后讨论形成报告。

通过实践环节由简到繁地开展，让学生逐步掌握和理解工艺各个环节和控制节点及其解决方法。一方面，在实践环节中学生才能切身体验到发酵过程各个工艺环节的关系，各个指标在发酵过程中控制方法；第二方面，学生通过实践环节反复应用理论知识加深了对理论的理解；第三方面，通过实践环节有效训练了学生提出问题和解决问题的能力，归纳问题的能力，大大提高了学生的创新能力。

4　加强知识消化

知识的消化如同食物的消化，过饱过多产生厌食，同样知识一次讲授过多，学生会产生厌学，为了考试学生只有死记硬背，出了考场知识又还给了老师。为了在技术上解决这个问题将生物工艺学课程体系中相关理论、实践环节教学任务肢解，分为两个学期完成，大大提高学生的理解和接受能力。这种安排教学任务也可以用　“茅塞顿开”一成语进行解释，随着时间的推移、经验的积累，学生逐步地学会自觉消化知识。

通过几年来的生物工艺学课程体系建立探索，逐步形成了较为完善的生物工艺学课程体系框架，提高了学生的理论水平、实践能力、发现问题、解决问题以及创新能力，充分体现了以“学生为本”的精神和实事求是的精神。

5　期待进一步解决的问题

（1）服务教学的同时兼顾教师的科研任务。众所周知，各个高校一线教师都有科研的任务，可是任课教师科研项目不一定与教学内容吻合，即使吻合，教学计划与科研计划并不一定同步。一些教改文献中提出与教师科研联系起来，那只是一种权宜之计不是长久之计。如何服务教学的同时兼顾教师科研是需要进一步探索问题，能够让任课教师更多精力放在教学上。

（2）课程开设时间的调整。大三学生在学习生物工艺学的同时还要学习其他课程，而课程实习第二环节和发酵过程分析实验课程需要进行发酵工程训练，整个训练过程需要连续几天时间，势必影响其他课程的教学。若开设在大学三年级第二学期和大四第一学时间上可以较好满足教学需求，但是也存在大四学生找工作、考研等压力，虽然学生出勤容易解决但是学生“身在曹营心在汉”问题就不易解决。总之那种效果更好需要进一步实践证明。

（3）教学水平提高。教学水平提高是一个相对过程，关于提高教学效率、提高教学质量的探索是永无止境的，要不断加强和学生联系，进一步和企业、科研院校等相关单位联系，为提高教学质量提供平台。

参考文献

[1]　吴克.生物工程专业学生创新能力培养模式探索[J].合肥联合大学学报，2001.11（2）：86-89.

[2]　曾柏全，徐刚标，姚跃飞，王卫.生物制药工艺学实验教学体系改革研究[J].中南林业科技大学学报（社会科学版），2010.4（4）：144-145.

[3]　廖庆敏，秦刚年，李勉媛.科研融入实验教学提高学生创新能力与综合素质[J].实验室研究与探索，2009.28（3）：15-181.

第9篇：发酵工程论文范文

关键词：发酵；炮制；传统中药；本草考证

我国远在四千多年以前就懂得利用微生物发酵来酿酒，其后又相继用微生物发酵来生产酱、醋、豆豉和臭豆腐等食品。早在千余年前，我国已开始将微生物发酵应用于中药炮制，成为世界上最早利用微生物对天然药物进行生物转化的国家之一。中药是中华民族的瑰宝，而中药炮制是其中一颗璀璨的明珠。中药炮制是根据中医药理论，依照辨证施治用药的需要和药物自身的性质，以及调剂、制剂的不同要求，所采取的一项制药技术。本文对传统中药发酵炮制的作用机理、炮制工艺和发酵炮制中药的本草考证进行了论述。

1传统中药的发酵炮制概述

古代医药典籍将中药炮制又称为“炮炙”、“修治”、“修制”、“修事”。经净制或处理后的药物，在一定的温度和湿度条件下，由于霉菌和酶的催化分解作用，使药物发泡、生衣的方法称为发酵法。中药通过微生物的发酵达到增强中药药效、改变药性、降低毒副作用等目的。

1.1传统中药发酵炮制的作用机理

传统中药发酵炮制的作用机理较为复杂，主要是依靠微生物的生物转化来实现。酶是一类具有高度催化效率的生物催化剂，它可以使复杂的生物化学反应在常温常压下迅速完成。微生物在生长代谢过程中产生纤维素酶、木质素酶、淀粉酶、蛋白酶、脂酶等多种胞内和胞外酶类。微生物有着非常强大的分解转化物质的能力，并能产生丰富的次生代谢产物。不同种类的微生物具有不同的代谢方式，能分解各式各样的有机物质。通过微生物的新陈代谢和生长繁殖来炮制中药，可以比一般的物理或化学的炮制手段更大幅度地增强和调整药性，提高疗效，降低毒副作用，扩大适应症［1］。

1.2传统中药发酵炮制工艺的探讨

传统中药经发酵炮制后其质量的高低与许多因素都密切相关，如发酵菌种，培养基成分，培养条件（温度、湿度、氧气、pH值等）等因素。因此，应通过对传统中药发酵炮制影响因素的研究，从而确定其最佳的发酵炮制工艺。

在长期传统中药发酵炮制的生产实践活动中，中药炮制人员对影响中药发酵炮制的质量因素积累了较为丰富的实践经验。一般而言，发酵最佳温度以30～37℃为宜，相对湿度控制在70%～80%为宜。在此培养条件下，适合大多数霉菌、酵母菌和细菌等的生长繁殖。但限于当时的科学技术发展水平，温度和湿度的控制只能凭经验，例如，混和发酵时以“握之成团，指间可见水迹，放下轻击则碎”为宜。因此，在传统中药的发酵炮制过程存在较大的主观性，影响了其质量的稳定性。

培养基成分对传统中药发酵炮制后其质量的高低也有较大的影响，因此对组成培养基的药材质量和相互间的比例都有较严格的要求。不同的培养基经同样的微生物处理后会产生药性的差异，可利用此来生产不同适应证的中药。例如，发酵淡豆豉时，以桑叶、青蒿发酵者，药性偏于寒凉，多用于风热感冒或热病胸中烦闷之证；以麻黄、紫苏发酵者，药性偏于辛温，多用于风寒感冒头痛之证。

1.3传统中药发酵炮制工艺和现代中药发酵炮制工艺的比较中药的发酵炮制经过一千多年的发展，现已成为中药炮制中一种常用和重要的炮制方法。特别是近几十年来发酵工程等现代生物技术用于传统中药的研究开发，从现代科学的角度探讨了发酵炮制的作用机理和炮制工艺，极大地丰富和发展了中药的炮制理论。

传统中药的发酵炮制是多菌种混合自然发酵，参加发酵的菌种种类和数量都存在一定的波动；同时传统中药的发酵炮制采用的是传统的固体发酵，整个发酵炮制的过程都是凭主观经验来控制。因此，传统中药发酵炮制后其质量的稳定性难于保证。

现代中药的发酵炮制根据微生物生长所用培养基状态的不同可分为固体发酵炮制和液体发酵炮制。现代中药的固体发酵炮制采用了现代生物技术，在整个发酵炮制过程中可以较好地控制参与发酵的菌种的种类和数量，同时对温度、湿度、酸碱度、通气等也能较好地实现动态控制，因而通过现代固体发酵炮制的中药其质量的稳定性得以较大的提高。在抗生素工业发展起来后，逐渐将液体发酵应用到中药的发酵炮制中，开启了对液体发酵炮制中药的研究。由于液体发酵较固体发酵具有更高的物质传递效率，也易于实现发酵炮制工艺的自动化控制，从而保证发酵炮制后中药质量的稳定性，所以此项工艺未来发展空间巨大。

2发酵炮制中药的本草考证

传统中药的发酵炮制因品种不同而采用不同的方法进行加工处理后，再置温度、湿度适宜的环境下进行微生物发酵。根据所采用方法的不同，可将传统中药的发酵炮制分为两大类［2］。一类为药料与面粉混合发酵，如六神曲、建神曲、半夏曲、沉香曲等；另一类为直接用药料进行发酵，如淡豆豉、百药煎等。

2.1神曲

神曲一名始载于《药性论》，又有六神曲（《本草便读》）的异名。明代李时珍在《本草纲目》中记述了神曲得名的由来［3］，“盖取诸神聚会之日造之，故得神名。”我国制造神曲始于北魏，贾思勰在《齐民要术》中叙述了神曲的制法。神曲为辣蓼、青蒿、杏仁等药加入面粉或麸皮混合后，经发酵制成曲剂，含酵母菌、淀粉酶、复合维生素B等成分，有消食化积、健脾和胃等功效。

神曲还可炮制加工成炒神曲、麸炒神曲、焦神曲。生神曲健脾开胃，并有发散作用；麸炒后以醒脾和胃为主，用于食积不化、脘腹胀满、不思饮食、肠鸣泄泻等；炒焦后消食化积力强，以治食积泄泻为主。

2.2建神曲

建神曲一名载于《纲目拾遗》，又有百草曲（《纲目拾遗》）、泉州神曲（《药性考》）、范志曲、老范志神曲等异名。建神曲主产于福建泉州，为麦粉、麸皮、紫苏、荆芥、防风、厚朴、白术、木香、枳实、青皮等数十种药物经发酵专制而成。建曲性味苦微温，消食化积功效与神曲相似，并能理气化湿、健脾和中。2.3半夏曲

半夏曲一名载于《韩氏医通》。半夏曲为半夏加面粉、姜汁等制成的曲剂。《本草纲目》中叙述了半夏曲的制法［4］，云：“半夏研末，以姜汁、白矾汤和作饼，楮叶包置篮中，待生黄衣，晒干用，谓之半夏曲。”半夏曲有化痰湿，消食滞的功效。而未发酵的半夏则性味温辛，有毒，有燥湿化痰、降逆止呕、消痞散结等功效。《饮片新参》载：“内热烦渴者慎服。”

2.4采云曲

采云曲是以六曲为基础，再加桔梗、白术、紫苏、陈皮等二十多种药品加工制成的，性味作用与建曲相似，对于夏秋暑热伤中引起的食滞消化不良作用较好。

2.5沉香曲

沉香曲一名载于《饮片新参》。沉香曲为沉香等多种药末和以神曲糊制成的曲剂。用沉香、木香、檀香、砂仁、蔻仁等20多种药材研成粉再加1／4的面粉，搅和压制而成。《饮片新参》称沉香曲有“理脾胃气，止痛泻，消胀满”的功用。

2.6红曲

红曲一名载于元代《饮膳正要》，又有丹曲（《天工开物》）、赤曲（《摘元方》）等异名。李时珍在《本草纲目》中记述了红曲的制法［5］，云：“红曲，本草不载，法出近世，亦奇术也。其法：白粳米……入曲母……其米……鲜红可爱。未过心者不甚佳。入药以陈久者良。”从李时珍叙述中的“法出近世”，可推测出红曲的制造大约始于元代。红曲为曲霉科真菌红曲霉的菌丝体寄生在粳米上而成的红曲米，有健脾消食、活血化瘀的功效。《本草纲目》中称：“治女人血气痛，及产后恶血不尽，擂酒饮之，良。”《本草经疏》中称：“红曲，消食健脾胃与神曲相同，而活血和伤，惟红曲为能，故治血痢尤为要药。”2.7淡豆豉

淡豆豉一名载于《本草汇言》，《伤寒论》中称为香豉，《名医别录》中称为豉，《本草纲目》中称为淡豉和大豆豉。淡豆豉的制造历史悠久，在《伤寒论》中即有记载。《本草纲目》还详细叙述了其制作方法［6］。淡豆豉为豆科植物大豆黑色的成熟种子经蒸罨发酵等加工而成，有解肌发表、宣郁除烦的功效。《本草汇言》称：“淡豆豉，治天行时疾，疫疠瘟瘴之药也。”《药性论》载：“治时疾热病发汗；熬末，能止盗汗，除烦；生捣为丸服，治寒热风，胸中生疮；煮服，治血痢腹痛。”

2.8百药煎

百药煎一名载于《本草蒙筌》。百药煎为五倍子同茶叶等经发酵制成的块状物。李时珍在《本草纲目》中记述了百药煎的制法［7］，云：“用五倍子为初末。每一斤，以真茶一两煎浓汁，入酵糟四两。擂烂拌和，器盛置糠缸中之，待发起如发面状即成矣。捏作饼丸，晒干用。”百药煎有润肺化痰、止血止泻、解热生津的功效。《本草纲目》论述：“百药煎，功与五倍子不异。但经酿造，其体轻虚，其性浮收，且味带余甘，治上焦心肺、咳嗽痰饮、热渴诸病，含噙尤为相宜。”

2.9片仔癀

明代宫廷神药片仔癀距今已有四百多年的历史。相传为明嘉靖年间，一御医逃离宫廷后流落到漳州璞山岩削发为僧。他多方采集药材，按秘方精制成锭，并将药锭切成片状，既可吞服，亦可外用。片仔癀由麝香、牛黄、蛇胆、三七等组成配方，其中的主要成分是中药三七的微生物发酵物。片仔癀具有清热解毒、消肿止痛的功效。片仔癀的配方及工艺至今秘而不宣，现已成为国家一级中药保护品种。

3结语

从上述举要品种可见，我国早在北魏时期就已应用微生物发酵炮制中药，实现了增强中药药效、改变药性的目的。我国传统发酵中药值得我们进一步深入地发掘，并应用现代生物工程技术进行二次开发，为中药的新药研究开发拓展新空间。

【参考文献】

［1］王兴红,李祺德,曹秋娥.微生物发酵中药应成为中药研究的新内容［J］.中草药,2001,32(3):267-268.

［2］国家中药管理局科技教育司.中药方剂学［M］.北京:中国中医药出版社,1997：229.

［3］李时珍.本草纲目金陵初刻本校注［M］.合肥:安徽科学技术出版社,2001：913-914.

［4］李时珍.本草纲目金陵初刻本校注［M］.合肥:安徽科学技术出版社,2001：720.

［5］李时珍.本草纲目金陵初刻本校注［M］.合肥:安徽科学技术出版社,2001：914.