“食品無損檢測技術(shù)”課程教學(xué)方法的探討

歐陽琴，陳全勝，趙杰文

（江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013）

“食品無損檢測技術(shù)”課程教學(xué)方法的探討

歐陽琴，陳全勝，趙杰文

（江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013）

“食品無損檢測技術(shù)”課程是食品專業(yè)的專業(yè)課之一。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，食品無損檢測技術(shù)發(fā)展十分迅速，在食品品質(zhì)安全檢測中的應(yīng)用越來越廣泛。為了使學(xué)生更好地了解和掌握食品無損檢測技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，提高學(xué)生對課程的興趣及學(xué)習(xí)效率，從“食品無損檢測技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了探討。

無損檢測；教學(xué)方法；教學(xué)內(nèi)容

食品無損檢測技術(shù)是在不破壞檢測對象的情況下，利用多種技術(shù)手段和數(shù)據(jù)處理方法，對食品的品質(zhì)進(jìn)行快速檢測和評判，具有客觀、快速、無損傷等優(yōu)勢，是延長產(chǎn)業(yè)鏈、增加農(nóng)產(chǎn)品附加值的重要技術(shù)手段。食品無損檢測技術(shù)是當(dāng)前科學(xué)研究的熱點，在食品的加工原料、生產(chǎn)過程及最終產(chǎn)品品質(zhì)評判中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

江蘇大學(xué)在國內(nèi)最早開展食品品質(zhì)無損檢測研究，并始終處于該領(lǐng)域的前沿。近年來，著力開展食品、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測前沿新技術(shù)和新裝備研究。江蘇大學(xué)的“食品無損檢測技術(shù)”課程最早在研究生課程中開設(shè)，為了使本科生更早、更好地了解食品無損檢測技術(shù)，近年來在本科生課程中增加了“食品無損檢測技術(shù)”專業(yè)選修課程。很多高校的食品類專業(yè)也逐步開設(shè)“食品無損檢測技術(shù)”課程［1］，為今后有志于從事食品生產(chǎn)監(jiān)控、質(zhì)量檢測等崗位，以及選擇食品無損檢測技術(shù)研究方向的學(xué)生提供幫助。該課程主要講述一些食品無損檢測技術(shù)的基本方法、原理、應(yīng)用情況等。食品無損檢測技術(shù)是給檢測對象輸入光、聲、電等信息，由于不同的光、聲、電、力學(xué)特性，就有一系列相應(yīng)響應(yīng)信號，響應(yīng)信號中含有大量檢測對象內(nèi)外品質(zhì)的信息，結(jié)合數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)對食品品種的綜合評判。食品無損檢測技術(shù)主要有近紅外光譜技術(shù)、計算機(jī)圖像處理技術(shù)、電子鼻技術(shù)、電子舌技術(shù)，還有近年來研究較熱的光譜成像技術(shù)、生物傳感器技術(shù)等?！笆称窡o損檢測技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新，對學(xué)生更好地了解和掌握食品無損檢測技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，提高學(xué)生對課程的興趣及學(xué)習(xí)效率，都有著重要意思。

1 “食品無損檢測技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容的探討

1.1 食品無損檢測傳統(tǒng)技術(shù)

“食品無損檢測技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容主要涉及力學(xué)特性檢測技術(shù)、電學(xué)特性檢測技術(shù)、光學(xué)特性檢測技術(shù)、計算機(jī)圖像處理檢測技術(shù)等［2］。力學(xué)特性的檢測技術(shù)是利用食品的力學(xué)特性（如振動頻率、振動的吸收、硬度、彈性等特性） 進(jìn)行檢測的方法。例如，通過敲擊雞蛋獲取聲頻信號，判斷雞蛋是否屬于裂紋蛋［3］。電學(xué)特性檢測技術(shù)是利用食品的組織、成分、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)等和它們的電特性有著密切的關(guān)系，并據(jù)此對食品進(jìn)行分類、分級。例如，雞蛋的生物電現(xiàn)象是這一生命單元在不同時期生命活動的表現(xiàn)。研究表明，種蛋的生物電與其受精與否、雞胚雌雄性別以及蛋品新鮮度之間的存在較大的相關(guān)性，可以成為鑒別和剔除無精蛋、弱精蛋和死胚蛋的一種技術(shù)和方法［2］。光學(xué)特性檢測技術(shù)是利用紫外、可見、紅外等光線和物體的相互作用而產(chǎn)生的透射、反射和吸收等現(xiàn)象進(jìn)行檢測的方法。例如，利用紫外光作激發(fā)光源照射食品表面獲得熒光輻射，根據(jù)熒光的強(qiáng)度可以判別食品中附著的微生物代謝物（主要是霉菌）；利用近紅外光譜技術(shù)可以預(yù)測食品的內(nèi)部組分含量或?qū)ζ涞燃夁M(jìn)行評判等［4］。計算機(jī)圖像處理檢測技術(shù)主要通過圖像采集裝置獲取待檢測食品的圖像，通過計算機(jī)結(jié)合圖像處理算法自動獲取食品顏色、形狀、紋理、外觀缺陷等參數(shù)，實現(xiàn)食品品質(zhì)的快速檢測與評判［5］。高光譜圖像技術(shù)結(jié)合了光譜和圖像技術(shù)的優(yōu)勢，可實現(xiàn)對食品內(nèi)外品質(zhì)的同時快速檢測，在檢測精度具有明顯的優(yōu)勢［6］。1.2 食品無損檢測新技術(shù)

近年來，食品快速檢測技術(shù)發(fā)展迅速，如生物傳感器技術(shù)、表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)等，還有食品智能評價中一些新的理論（如多傳感器信息融合），引起了研究者的廣泛關(guān)注。生物傳感器技術(shù)是一種對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行檢測的技術(shù)［7］，用于食品成分、食品添加劑、有害毒物及食品鮮度等的測定分析，特別適合用于食品中致病菌、殘留農(nóng)藥、抗生素和生物毒素等食品安全問題的評價與分析。表面增強(qiáng)拉曼散射技術(shù)是指在特殊制備的一些金屬良導(dǎo)體表面、溶膠，或者其他一些納米增強(qiáng)劑中，在激發(fā)區(qū)域內(nèi)，由于樣品表面或近表面的電磁場的增強(qiáng)或化學(xué)增強(qiáng)導(dǎo)致吸附分子的拉曼散射信號比普通拉曼散射信號大大增強(qiáng)，從而提高檢測的靈敏度，在食品安全問題的檢測中越來越受關(guān)注［8］。在授課過程中，可以將這些新的理論知識引入到課程中，這一部分內(nèi)容可以安排4個學(xué)時左右，并且課件內(nèi)容要根據(jù)最新研究進(jìn)展進(jìn)行更新。這樣，學(xué)生在了解傳統(tǒng)食品無損檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步了解食品無損檢測技術(shù)的發(fā)展動向，對學(xué)生開拓思維、就業(yè)和繼續(xù)深造，都有著至關(guān)重要的作用。

2 “食品無損檢測技術(shù)”課程教學(xué)方法的探討

2.1 授課過程教學(xué)方法

“食品無損檢測技術(shù)”課程內(nèi)容涉及到電學(xué)、信息學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科內(nèi)容，是一門多學(xué)科交叉、內(nèi)容豐富的課程。因此，授課教師要清楚地知道各項技術(shù)的原理、系統(tǒng)構(gòu)成，以及如何從數(shù)字信息中得到一系列的食品屬性特征。在授課過程中，教師要做到將復(fù)雜的技術(shù)原理用簡單的例子、特別是與生活密切相關(guān)的例子來進(jìn)行說明。這樣學(xué)生更能理解該項技術(shù)的原理，并對之產(chǎn)生深刻的印象。同時，在引入一門技術(shù)的時候，可以讓大家想想，生活中有沒有這樣的儀器。例如，在介紹電子鼻的技術(shù)的時候，可以讓大家想想，生活中有沒有“電子鼻”，引起大家的思考。其實，測酒駕用的酒精測試儀，就是一個簡單的電子鼻，它實際上是由酒精氣體傳感器（相當(dāng)于隨酒精氣體濃度變化的變阻器）與一個定值電阻及一個電壓表或電流表組成，酒精氣體傳感器的電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小，如果駕駛員呼出的酒精氣體濃度越大，那么測試儀的電壓表示數(shù)越大。通過介紹酒精測試儀的工作原理之后，學(xué)生就能更加清楚地了解電子鼻的工作原理。這就是啟發(fā)式教育與案例教學(xué)法相結(jié)合的模式。

江蘇大學(xué)食品、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測研究團(tuán)隊開發(fā)了一系列食品、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測裝備及快速檢測儀器（如小型、中型水果分級機(jī)，軟膠囊分選機(jī)，禽蛋裂紋在線分選裝備，禽蛋重量分級裝備，禽蛋大小頭自動排列裝備，以及便攜式的電子鼻系統(tǒng)、近紅外光譜儀等）。將這些裝備和儀器的運(yùn)行和檢測過程拍成視頻，在授課過程中結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，播放這些視頻并給學(xué)生演示，不僅能引起學(xué)生對課堂的興趣，又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。也可以建設(shè)“食品無損檢測技術(shù)”課程網(wǎng)站，把拍攝的視頻及最近研究成果上傳到網(wǎng)站，供大家學(xué)習(xí)參考。在該網(wǎng)站中，設(shè)置一個論壇區(qū)，教師跟學(xué)生可以參與到相關(guān)問題探討、交流。課程網(wǎng)站的建設(shè)，一方面促進(jìn)了資源共享，另一方面促進(jìn)了大家的學(xué)習(xí)與交流。

2.2 實驗課的教學(xué)方法

通過課堂教學(xué)后，學(xué)生會對課程教學(xué)的基本內(nèi)容有些了解。此外，還必須通過實驗課程來強(qiáng)化和加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識和了解，使學(xué)生親自操作實驗設(shè)備，了解設(shè)備的操作規(guī)程和使用方法，并且能夠初步掌握一些如何利用無損檢測技術(shù)實現(xiàn)對食品品質(zhì)的評判。該門課程總共設(shè)置了30個學(xué)時，其中26個學(xué)時為教師授課、4個學(xué)時為實驗課。在實驗課程中，可以安排學(xué)生實際操作無損檢測類儀器（如近紅外光譜儀、電子鼻系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)等），并采用已建立好的模型，實時預(yù)測待測物的組分含量或組成性質(zhì)。例如，以近紅外預(yù)測蘋果糖度這一實驗為例，讓大家明白“無損傷”的概念；可以將預(yù)先建立好的蘋果糖度近紅外光譜預(yù)測系統(tǒng)的預(yù)測結(jié)果跟同學(xué)現(xiàn)場用糖度計測得的蘋果糖度進(jìn)行對比。一方面可以讓大家學(xué)會如何操作“無損”（現(xiàn)代食品無損檢測技術(shù)）與“有損”（傳統(tǒng)參考方法）實驗；另一方面，更是讓大家明白食品無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢。實驗使學(xué)生能有更加感性的認(rèn)識，引起大家對“食品無損檢測技術(shù)”課程的興趣，對于今后從事食品無損檢測方向工作以及讀研的學(xué)生，有更好的促進(jìn)作用。

通過課堂教學(xué)結(jié)合實驗課程，使學(xué)生能夠基本掌握食品無損檢測的基本方法。如果學(xué)生畢業(yè)后將來有機(jī)會從事無損檢測這方面的工作，如關(guān)于某一種特定的無損檢測方法，那么學(xué)生就可以通過查閱相關(guān)的技術(shù)資料把這種無損檢測技術(shù)的基本原理和應(yīng)用很快地掌握，再認(rèn)真學(xué)習(xí)檢測設(shè)備使用說明就可以很快地掌握這種無損檢測技術(shù)。通過學(xué)習(xí)“食品無損檢測技術(shù)”課程，學(xué)生基本能夠掌握這些技術(shù)，對于學(xué)生今后從事該領(lǐng)域的工作以及繼續(xù)深造有很大的幫助［9］。

3 結(jié)語

探討了“食品無損檢測技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法，在教學(xué)內(nèi)容上要將一些新技術(shù)理論引入到課堂中，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，并且使學(xué)生更好的掌握該技術(shù)的國際前沿動態(tài)。在教學(xué)方法上要采用啟發(fā)式教育與案例教學(xué)法相結(jié)合的模式，并盡可能引入跟生活密切相關(guān)的例子，引起學(xué)生上課的興趣。此外，通過實驗課程使學(xué)生能有更加感性的認(rèn)識。通過“食品無損檢測技術(shù)”課程的學(xué)習(xí)，對于今后從事食品無損檢測方向工作以及讀研的學(xué)生，有更好的促進(jìn)作用。

［1］趙武奇，高貴田，張清安，等.PBL教學(xué)法在農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)教學(xué)改革中的應(yīng)用 ［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工（下），2015（10）：86-88.

［2］陳斌，黃星奕.食品與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測新技術(shù) ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：57-89.

［3］Sun Li，Bi Xiakun，Lin Hao，et al.On-line detection of eggshell crack based on acoustic resonance analysis［J］. Journal of Food Engineering，2013，116（1）：240-245.

［4］成芳，樊玉霞，廖宜濤.應(yīng)用近紅外漫反射光譜對豬肉肉糜進(jìn)行定性定量檢測研究 ［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2012（2）：354-359.

［5］黃星奕，錢媚，徐富斌.基于機(jī)器視覺和近紅外光譜技術(shù)的杏干品質(zhì)無損檢測 ［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012（7）：260-265.

［6］Huang Lin，Zhao Jiewen，Chen Quansheng，et al.Rapid detection of total viable count（TVC） in pork meat by hyperspectral imaging［J］.Food Research International，2013，54（1）：821-828.

［7］蔣雪松，許林云，盧利群，等.生物傳感器在食品污染物檢測中的應(yīng)用研究進(jìn)展 ［J］.食品科學(xué)，2013，34（23）：357-362.

［8］藺磊，吳瑞梅，劉木華，等.噻菌靈農(nóng)藥的表面增強(qiáng)拉曼光譜分析 ［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2015（2）：404-408.

［9］江濤.無損檢測技術(shù)課程教學(xué)研究與討論 ［J］.人力資源管理，2011（9）：151-152.◇

Exploration on the Course of Food Non-destructive Detection Technology

OU Yangqin，CHEN Quansheng，ZHAO Jiewen
（School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013，China）

The course of Food Non-destructive Detection Technology is a specialty course for the undergraduate students who study in the quality and safety of food.With the development of science and technology，non-destructive detection technology of food progress very fast.The technology has been widely used in the analysis of food quality and safety.To enable students better understand and master the key technology of Food Non-destructive Detection Technology，and improve the interest in the curriculum and learning efficiency of students，the course content and teaching methods for the course of Food Non-destructive Detection Technology is discussed in this work.

Non-destructive detection technology；course content；teaching methods

TS201.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.028

2015-11-19

江蘇大學(xué)高級人才啟動基金項目（15JDG064）。

歐陽琴（1987— ），女，博士，講師，研究方向為食品無損檢測技術(shù)。