《食品物性學(xué)》實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與運(yùn)行

朱文學(xué)，白喜婷，向進(jìn)樂，劉麗莉，康懷彬，任廣躍

摘要：加強(qiáng)《食品物性學(xué)》實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐能力具有十分重要的意義。本課程組經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐，構(gòu)建了以“結(jié)合課題—物性實(shí)驗(yàn)—專題講座、專題討論—課題方案設(shè)計(jì)”為主線的一體化實(shí)踐教學(xué)體系。運(yùn)行結(jié)果表明，學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)得到了提高，知識(shí)結(jié)構(gòu)更為全面，極大地提高了學(xué)生的動(dòng)手和科研思維能力，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：《食品物性學(xué)》；實(shí)踐教學(xué)體系；構(gòu)建與運(yùn)行

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）40-0200-03

《食品物性學(xué)》是以食品及其原料為研究對(duì)象，研究其物理性質(zhì)的一門科學(xué)。研究的主要內(nèi)容有食品和食品原料的力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)特性等。由于食品及其原材料本身的多樣性和復(fù)雜性，《食品物性學(xué)》涵蓋了比物理學(xué)更廣泛的研究?jī)?nèi)容和更復(fù)雜的知識(shí)體系，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度很大。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)興趣，更好地掌握食品物性學(xué)方面的知識(shí)，構(gòu)建一套切實(shí)可行的實(shí)踐教學(xué)體系，使學(xué)生可以把抽象與具體、理論與實(shí)踐很好地結(jié)合起來，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐能力起到了不可或缺的作用。

一、實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)成

《食品物性學(xué)》課程組經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐，形成了“結(jié)合課題—物性實(shí)驗(yàn)—專題講座、專題討論—課題方案設(shè)計(jì)”為主線的一體化實(shí)踐教學(xué)體系。通過運(yùn)行，極大地提高了學(xué)生動(dòng)手和科研思維的能力，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問題的能力。

（一）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[1]

《食品物性學(xué)》中，力學(xué)部分是十分重要的內(nèi)容，主要包括食品在力的作用下產(chǎn)生變形、振動(dòng)、流動(dòng)、破裂等規(guī)律。由于食品力學(xué)特性與食品加工關(guān)系密切，在食品加工與品質(zhì)檢測(cè)中經(jīng)常用到質(zhì)地學(xué)等內(nèi)容，為了使學(xué)生更好地掌握食品力學(xué)特性方面的知識(shí)，了解食品質(zhì)地測(cè)量?jī)x器——質(zhì)構(gòu)儀的結(jié)構(gòu)、原理及操作基本，進(jìn)一步理解固態(tài)和半固態(tài)食品力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定原理，并加強(qiáng)與感官品質(zhì)間建立聯(lián)系的能力。筆者利用反向擠出法比較不同類型酸奶的稠度及黏附性；通過彎曲試驗(yàn)比較不同類型餅干的硬度與脆性；利用插入法測(cè)試果凍的凝膠強(qiáng)度；利用火腿腸進(jìn)行蠕變和應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)進(jìn)行TPA分析。這就是開設(shè)的實(shí)驗(yàn)——食品質(zhì)構(gòu)測(cè)定與分析。

實(shí)驗(yàn)二——液體黏度的測(cè)定。為了了解旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)和測(cè)試方法，加深理解黏性對(duì)食品口感的影響，筆者通過測(cè)定牛奶和兩種酸奶的黏度進(jìn)行了比較。

為了進(jìn)一步了解食品顏色的測(cè)定方法和原理，加深理解顏色的表示方法及其意義，筆者開設(shè)了實(shí)驗(yàn)三——食品顏色的測(cè)定，利用比較測(cè)色計(jì)測(cè)定啤酒的顏色，利用色彩色差計(jì)測(cè)定西紅柿的顏色值。

在《食品物性學(xué)》中，食品力學(xué)是發(fā)展最早的一項(xiàng)研究。食品力學(xué)的中心是食品流變學(xué)，食品流變學(xué)的基礎(chǔ)是流體力學(xué)和黏彈性理論，尤其是動(dòng)黏彈性的測(cè)定是食品流變性質(zhì)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。筆者通過測(cè)定酸奶的動(dòng)粘彈性指標(biāo)儲(chǔ)存彈性率Gˊ和損失彈性率G〞，測(cè)定4%大豆蛋白溶液在加熱過程中被δ-葡萄糖酸內(nèi)酯凝固過程中的儲(chǔ)存彈性率Gˊ和損失彈性率G〞，用來了解流變儀的基本構(gòu)造、測(cè)定原理、應(yīng)用范圍和基本操作方法。

粉質(zhì)儀是小麥粉品質(zhì)檢測(cè)的專用儀器。通過測(cè)定面粉的流變學(xué)特性，進(jìn)而判斷小麥粉的面筋特性和烘焙品質(zhì)。筆者將小麥用試驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)碾磨出的面粉（出粉率為60%）在電子式粉質(zhì)儀中加水揉和，隨著面團(tuán)的形成、衰變，其稠度隨揉和時(shí)間不斷發(fā)生變化，電子測(cè)力和記錄裝置自動(dòng)記錄面團(tuán)揉和過程中阻力相對(duì)于時(shí)間的變化規(guī)律，從記錄的揉和性能粉質(zhì)曲線自動(dòng)計(jì)算出小麥粉的吸水量及面團(tuán)的形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、弱化度等評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)小麥的物理特性，從而進(jìn)一步了解粉質(zhì)儀的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和操作過程，掌握利用面粉在調(diào)粉過程中力學(xué)性質(zhì)的變化來判斷其品質(zhì)的方法。

以上實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，增強(qiáng)了其動(dòng)手能力，為課題設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）專題講座和專題討論

1.專題講座——質(zhì)構(gòu)分析（TPA）模式在食品研究中的應(yīng)用。食品的質(zhì)構(gòu)學(xué)特性是《食品物性學(xué)》中很重要的一部分內(nèi)容。目前，食品質(zhì)構(gòu)的測(cè)定所用的主要儀器是質(zhì)構(gòu)儀。為了使學(xué)生在課題設(shè)計(jì)中能夠很好地運(yùn)用質(zhì)構(gòu)儀，也通過質(zhì)構(gòu)儀模擬人口腔的咀嚼運(yùn)動(dòng)，對(duì)食品的組織和結(jié)構(gòu)特性有所了解，解釋食品在貯藏、加工、食用過程中所發(fā)生的物理變化，從而改善食品的質(zhì)地及感官評(píng)價(jià)，為實(shí)際生產(chǎn)高品質(zhì)和功能性好的食品提供理論依據(jù)[2]，課程講授過程中穿插一次專題講座“質(zhì)構(gòu)分析（TPA）模式在食品研究中的應(yīng)用”[3]。講座中介紹質(zhì)構(gòu)儀的測(cè)試模式和原理，以面制品為例，重點(diǎn)講解質(zhì)構(gòu)參數(shù)和樣品的外形尺寸、壓縮探頭與樣品尺寸、壓縮的程度、變形速率、壓縮次數(shù)、兩次壓縮間的停留時(shí)間以及試驗(yàn)重復(fù)次數(shù)[4]等試驗(yàn)條件與測(cè)試結(jié)果的關(guān)系，并詳細(xì)分析了TPA質(zhì)地特征曲線的含義。

2.專題討論——差示掃描量熱法（DSC）在食品領(lǐng)域研究中的應(yīng)用。食品的加工、貯藏和流通往往都需要進(jìn)行加熱、冷卻或冷凍等與食品熱物性有關(guān)的處理，因此，研究食品的熱物性也是食品工程研究的重要領(lǐng)域。另外，食品熱物性也與食品的分子結(jié)構(gòu)、化合狀態(tài)有密切關(guān)系。目前，在許多量熱技術(shù)中，差示掃描量熱技術(shù)應(yīng)用得最為廣泛，它是樣品和參照物同時(shí)在升溫或降溫，并且保持兩者溫度相等的條件下，測(cè)定流入或流出樣品和參照物的熱量差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。

為了使學(xué)生很好地掌握這項(xiàng)技術(shù)，并能在食品研究中得到應(yīng)用，在課程講授過程中組織學(xué)生進(jìn)行一次“差示掃描量熱法（DSC）在食品領(lǐng)域研究中的應(yīng)用”專題討論。用玉米淀粉、綠豆淀粉和豌豆淀粉進(jìn)行比較，用差示量熱掃描儀對(duì)糊化過程進(jìn)行測(cè)定，比較它們焓變值的大小，同時(shí)對(duì)三種淀粉的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，觀察三種淀粉顆粒結(jié)晶度的大小，從而得出淀粉的糊化熔點(diǎn)不僅與直鏈淀粉含量有關(guān)，而且與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

DSC不僅能夠用在淀粉的研究中，在蛋白質(zhì)的研究中應(yīng)用的也很廣泛。食品中的蛋白質(zhì)超過一定溫度范圍就會(huì)引起蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化，而蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)往往對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng)、風(fēng)味、口感有很大影響。通過DSC能夠檢測(cè)出在蛋白質(zhì)變性過程中其熱焓的變化，從而研究以蛋白質(zhì)為主要成分的食品受溫度影響的情況。endprint

（三）課題設(shè)計(jì)

課程結(jié)束后，結(jié)合課題閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，利用學(xué)過的食品物性學(xué)知識(shí)，寫出課題的設(shè)計(jì)方案，包括試驗(yàn)材料與方法、儀器設(shè)備名稱等。通過試驗(yàn)，寫出一篇科研論文。

二、開放式實(shí)踐性教學(xué)環(huán)境的建立

近年來，學(xué)院已投入大量經(jīng)費(fèi)，建設(shè)了《食品物性學(xué)》實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)也建立了食品感官評(píng)定實(shí)驗(yàn)室、校內(nèi)學(xué)生課外實(shí)踐基地、校外實(shí)踐教學(xué)基地三位一體的實(shí)踐教學(xué)條件，如圖1。

《食品物性學(xué)》實(shí)驗(yàn)室面積300 m2，購置了高精分析儀器、設(shè)備，如多功能食品成分分析儀、食品質(zhì)構(gòu)儀、差示掃描儀、色差計(jì)等。實(shí)驗(yàn)室對(duì)研究生全面開放，學(xué)生可根據(jù)課題和試驗(yàn)內(nèi)容的需要，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在專業(yè)教師的指導(dǎo)下，進(jìn)行食品物性內(nèi)容的測(cè)定和分析。食品感官評(píng)定實(shí)驗(yàn)室面積160 m2，按照食品感官評(píng)定的要求裝修設(shè)計(jì)，可同時(shí)容納20名學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行《食品物性學(xué)》課程的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可以開展不同研究課題中的有關(guān)食品物性的測(cè)定和分析。

學(xué)院有國(guó)家級(jí)食品加工與安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，設(shè)有400m2的食品加工與檢測(cè)實(shí)訓(xùn)基地，學(xué)生可在實(shí)訓(xùn)基地內(nèi)從事實(shí)踐訓(xùn)練及創(chuàng)新活動(dòng)；學(xué)院還設(shè)有食品物性分析測(cè)試中心，對(duì)研究生和本科生全面開放，學(xué)生可自主進(jìn)行課外實(shí)踐活動(dòng)。

建立了河南雙匯集團(tuán)、三全股份公司、思念食品股份公司等10個(gè)校外實(shí)踐教學(xué)基地，學(xué)生可以自主到不同的企業(yè)實(shí)習(xí)，了解企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備、工藝和經(jīng)營(yíng)管理，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)過程的認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。

三、運(yùn)行效果

（一）專業(yè)素質(zhì)提高，知識(shí)結(jié)構(gòu)更全面

在食品科學(xué)與工程專業(yè)的本科課程教學(xué)中，涉及物理學(xué)的課程很少。普通物理學(xué)是物理學(xué)最基本的原理，力學(xué)基礎(chǔ)也是力學(xué)最基本的原理，學(xué)生學(xué)過這些基本原理知識(shí)后就進(jìn)入機(jī)械與裝備等應(yīng)用知識(shí)的學(xué)習(xí)，其他課程很少涉及物理學(xué)。在研究生階段《食品物性學(xué)》課程的教學(xué)內(nèi)容起到了從基礎(chǔ)理論到應(yīng)用實(shí)踐的橋梁作用，將物理學(xué)基本原理與物理知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)體系連接在一起。另一方面，目前全國(guó)絕大多數(shù)高校培養(yǎng)的食品科學(xué)與工程專業(yè)本科生的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系明顯偏向化學(xué)和生物學(xué)?！妒称肺镄詫W(xué)》的開設(shè)彌補(bǔ)了空缺，使學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)顯著提高，知識(shí)結(jié)構(gòu)也更加全面。

（二）實(shí)驗(yàn)基本技能增強(qiáng)，創(chuàng)新能力提高

實(shí)踐教學(xué)采用“結(jié)合課題—物性實(shí)驗(yàn)—專題討論—課題方案設(shè)計(jì)”為主線的一體化教學(xué)模式。理論講解與代表性食品物性學(xué)實(shí)驗(yàn)穿插進(jìn)行，進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)食品物性學(xué)基本理論知識(shí)的理解，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力；專題討論提高了學(xué)生從掌握理論物理學(xué)知識(shí)到應(yīng)用物性學(xué)知識(shí)的能力。學(xué)生結(jié)合自己課題的研究主題，查閱相關(guān)資料，整理自己課題所需的食品物性學(xué)材料，進(jìn)一步理清研究思路，設(shè)計(jì)食品的加工及物性分析方法，選擇所需儀器設(shè)備，為課題的試驗(yàn)研究做好前期準(zhǔn)備工作?！?層次”的實(shí)踐教學(xué)方法的實(shí)施，增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的基本技能，培養(yǎng)了學(xué)生利用所學(xué)基本原理解決實(shí)際問題的能力，促進(jìn)了研究生科技創(chuàng)新能力和專業(yè)綜合素質(zhì)的全面提高。

（三）人才培養(yǎng)效果顯著，學(xué)生繼續(xù)深造和就業(yè)廣受歡迎

本校在食品科學(xué)與工程專業(yè)研究生課程體系中開設(shè)《食品物性學(xué)》是全國(guó)相關(guān)課程中建設(shè)較早的一批，在食品行業(yè)有較大影響，人才培養(yǎng)效果顯著，不僅繼續(xù)深造的研究生廣受導(dǎo)師好評(píng)，而且就業(yè)的研究生也廣受社會(huì)歡迎。

參考文獻(xiàn)：

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