案例教學(xué)法在《食品化學(xué)》課程教學(xué)中的應(yīng)用與探究

高麗

摘要：以肉制品的呈色和硝酸鹽的發(fā)色等難點(diǎn)、重點(diǎn)內(nèi)容構(gòu)建案例，采用問題式、導(dǎo)向式、教師講解等形式解釋基本概念和理論，探索案例式教學(xué)法在食品化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，以提高食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：食品化學(xué)；案例教學(xué)法；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）40-0192-02

案例教學(xué)法是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)方法（Case—based Teaching，CBT）[1]，該方法于1870年起源于美國哈佛法學(xué)院，后來在醫(yī)學(xué)和工商管理界教學(xué)領(lǐng)域得到推廣。這種教學(xué)模式于上世紀(jì)80年代初引入我國，陸續(xù)被國內(nèi)高等院校采用，經(jīng)過多年的實(shí)踐探索，對(duì)我國高校的教學(xué)改革起了很大的促進(jìn)作用[2]。

食品化學(xué)是從化學(xué)的角度和分子水平上研究食品的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、營養(yǎng)和安全性以及它們?cè)谏a(chǎn)、加工、貯存、運(yùn)輸和銷售過程中所產(chǎn)生的變化，以及這些變化對(duì)食品品質(zhì)和食品安全性所產(chǎn)生的影響的一門基礎(chǔ)科學(xué)。是為改善食品品質(zhì)、開發(fā)新的食物資源、革新食品加工工藝和貯運(yùn)技術(shù)、科學(xué)調(diào)整膳食結(jié)構(gòu)、改進(jìn)食品包裝、加強(qiáng)食品質(zhì)量控制及提高食品原料加工和綜合利用水平奠定理論基礎(chǔ)的學(xué)科[3]。是食品科學(xué)與工程專業(yè)的一門非?；A(chǔ)而又重要的專業(yè)課。

我院從大二起，開始開設(shè)這門課程，作為食品專業(yè)學(xué)生最先接觸到的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，由于其涉及眾多化學(xué)、物理及生物的理論知識(shí)，課程內(nèi)容理論性較強(qiáng)，又比較抽象和枯燥，初學(xué)者在理解方面存在一定難度，容易失去對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣。特別是比較困難的知識(shí)點(diǎn)，比如：屠宰牲畜后，肌肉在存放中顏色的變化以及硝酸鹽的發(fā)色機(jī)理。傳統(tǒng)的填鴨式的教學(xué)，難以收到預(yù)期的教學(xué)效果，需要探索新的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。本文擬將這些難點(diǎn)內(nèi)容采用案例式、問題式和導(dǎo)向式的教學(xué)方法，通過設(shè)計(jì)案例，讓學(xué)生帶著問題去查資料，課內(nèi)引導(dǎo)學(xué)生討論，加強(qiáng)和老師互動(dòng)，以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

一、豬肉在貯藏過程中顏色變化的案例設(shè)計(jì)和分析

血紅素是動(dòng)物肌肉和血液中的主要紅色色素，在血液里以血紅蛋白形式存在，在肌肉里以肌紅蛋白形式存在，肌肉中還有細(xì)胞色素、黃素蛋白和維生素B12，由于它們的含量很少，新鮮肌肉的顏色主要由肌紅蛋白決定，呈紫紅色[3]。在放置過程中由于發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)，使肌肉呈現(xiàn)不同的顏色。本部分的教學(xué)目的是要讓學(xué)生理解肉的氧化、氧和反應(yīng)概念以及低氧壓產(chǎn)生的條件，由此理解肌肉色素的產(chǎn)生及護(hù)色的原理。因此，建立如下案例：1）菜市場的肉，早上看見的肉是鮮紅的，下午卻是褐色的，肉是怎樣變色的？2）超市的肉用保鮮盒裝起來，放進(jìn)冰箱，能長年累月不變色，家里這樣操作就不行，特別是夏天，在冰箱多放置幾天，肉甚至?xí)兙G，這是為什么？

針對(duì)以上問題，要求學(xué)生課外預(yù)習(xí)教材內(nèi)容并查閱相關(guān)文獻(xiàn)，課內(nèi)組織小組討論，最后由老師進(jìn)行分析與總結(jié)，使學(xué)生明白以下3個(gè)問題：

（一）血紅蛋白、肌紅蛋白以及血紅素的結(jié)構(gòu)

肌紅蛋白由一條多肽鏈與一份子血紅素組成，血紅蛋白由兩條α肽鏈和兩條β肽鏈組成的四聚體，每條肽鏈結(jié)合一份子的血紅素，血紅素是卟啉類色素，卟啉環(huán)中心有6個(gè)配位鍵結(jié)合的Fe2+，其中4個(gè)與卟啉環(huán)的氮原子配位，一個(gè)與球蛋白的組氨酸殘基結(jié)合，第六個(gè)與O2和CO2等小分子結(jié)合[3]。這個(gè)配位鍵的分子種類和鐵離子的價(jià)態(tài)不同，最終影響著肉和肉制品的顏色和風(fēng)味。

（二）肉的顏色變化的原理

剛宰殺的肉切面，由于與充足的氧氣接觸，保持其還原狀態(tài)，呈紫紅色；當(dāng)暴露在空氣中一段時(shí)間，肌紅蛋白（Mb）與氧氣發(fā)生氧合反應(yīng)，生成氧合肌紅蛋白（MbO），肌肉以鮮紅色存在，此時(shí)Fe2+與氧以配位鍵結(jié)合；當(dāng)肌紅蛋白與氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生產(chǎn)高鐵肌紅蛋白（MetMb），肌肉以褐色存在，此時(shí)Fe2+變成Fe3+；肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白（可逆反應(yīng)）這3種蛋白的比例，很大程度上決定著肉色。

（三）肉的保鮮

超市的肉，在抽真空的同時(shí)，使用了除氧劑葡萄糖氧化酶，起到除去殘存氧氣的作用，因此能保鮮。如下式：

葡萄糖+O2 ■ 葡萄糖酸+H2O2

此時(shí)肉中的肌紅蛋白保持還原狀，維持其本身的暗紫色，一旦開袋，大量的氧氣與肉表面接觸，肌紅蛋白與氧氣結(jié)合成為氧合肌紅蛋白而呈鮮紅色，這正是我們看到肉成鮮紅色的原因，也正是超市肉的保鮮方法。家里的肉，由于沒有上述操作，經(jīng)微生物污染后產(chǎn)生了H2O2或H2S，二者與血紅素中的三價(jià)或二價(jià)鐵作用，分別生成了膽綠蛋白和硫代肌紅蛋白，致使肉的顏色變?yōu)榫G色[3]。

經(jīng)過上述案例分析，使學(xué)生對(duì)血紅素的結(jié)構(gòu)、血紅素中鐵離子的價(jià)態(tài)與肌肉的顏色的關(guān)系有比較清晰的理解，同時(shí)對(duì)肉色的保鮮和污染變綠色也有深刻的認(rèn)識(shí)，利用日常生活中的實(shí)例與現(xiàn)象，達(dá)到了形象化、直觀化的效果。

二、硝酸鹽發(fā)生色機(jī)理的案例建構(gòu)與分析

硝酸鹽和亞硝酸鹽在腌臘制品中的作用是：發(fā)色、抑菌、產(chǎn)生腌肉制品特有的風(fēng)味。腌肉色素的變化，究其原因，與血紅素的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。所以，要理解硝酸鹽和亞硝酸鹽的發(fā)色本質(zhì)，需要明白圍繞硝酸鹽和亞硝酸鹽所發(fā)生的化學(xué)變化，以及這些變化對(duì)血紅素結(jié)構(gòu)的影響。因此，這部分教學(xué)的重點(diǎn)是讓學(xué)生理解硝酸鹽轉(zhuǎn)化為NO的過程，以及NO與血紅素鐵離子的第六位配位鍵結(jié)合，產(chǎn)生腌肉色素。

首先以啟發(fā)式的方式引導(dǎo)學(xué)生思考：超市里的臘肉、香腸、熏制品、鹵菜顏色與我們家里的相比，有何不同？肉色的變化與血紅素的結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？繼而組織學(xué)生討論，最后由老師借助PPT加以解釋和總結(jié)：腌制時(shí)向肉中添加的硝酸鹽（NaNO3）在細(xì)菌（亞硝酸菌）作用下還原成亞硝酸鹽（NaNO2），反應(yīng)如式（1）；亞硝酸鹽（NaNO2）在肉中固有的乳酸菌的作用下，形成亞硝酸（HNO2），反應(yīng)如式（2）；亞硝酸通過生物體內(nèi)的還原作用，形成NO，反應(yīng)如式（3）；NO再與肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白結(jié)合，生成亞硝基肌紅蛋白和亞硝基高鐵肌紅蛋白，反應(yīng)如式（4）和（5）。亞硝基肌紅蛋白遇熱后釋放出巰基，生成穩(wěn)定的亞硝基血色原。亞硝基肌紅蛋白、亞硝基高鐵肌紅蛋白和亞硝基血色原都稱為腌肉色素，賦予肉鮮艷的腌制紅色，其血紅素的鐵離子的第六號(hào)配位體都是NO[3，4]。

上述化學(xué)方程式如下：

NaNO3 ■ NaNO2 + 2H2O （1）

NaNO2 + CH3CHOHCOOH——HNO2 +

CH3CHOHCOONa （2）

2HNO2——NO+NO2 +H2O （3）

Mb+NO——Mb-NO （4）

MMb+NO——MMb-NO （5）

不論是傳統(tǒng)食品還是現(xiàn)代工藝，在肉制品加工過程中，通常添加硝酸鹽與亞硝酸鹽使其呈現(xiàn)悅?cè)说念伾?，但肉中的氨類物質(zhì)與硝酸鹽和亞硝酸鹽能產(chǎn)生亞硝胺類強(qiáng)致癌物質(zhì)。據(jù)相關(guān)研究表明，人類的鼻咽癌、食道癌、胃癌、肝癌等均與亞硝胺有關(guān)。雖然對(duì)硝酸鹽和亞硝酸鹽的替代物的研究屢見報(bào)道，如：紅曲色素可部分取代亞硝酸鹽在香腸、火腿腸和午餐肉中使用，但到目前為止，還沒有找到一種能完全替代亞硝酸鹽的物質(zhì)。因此，在使用時(shí)，一定要注意其限制劑量。

通過本案例的分析，學(xué)生掌握了以下知識(shí)：硝酸鹽通過化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生NO，NO分別與肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白中的鐵離子的第六位配位鍵結(jié)合，使肉制品產(chǎn)生了鮮艷的紅色，并且硝酸鹽與亞硝酸鹽能使人體致癌，其使用量有一定的限制標(biāo)準(zhǔn)。

三、總結(jié)

案例式教學(xué)法改變了傳統(tǒng)填鴨式的授課方法，是一種打破以教師講授為主體，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體的教學(xué)模式，激發(fā)出學(xué)生的能動(dòng)性與創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生與老師的互動(dòng)，提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力，從而敦促學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，提升課堂學(xué)習(xí)氛圍和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)課堂基本概念、基本理論的理解，明顯提高了教學(xué)效果。但案例的恰當(dāng)選擇需要在課堂中不斷探索和總結(jié)，本案例的分析只是一種教學(xué)方法的初步嘗試，需要在教學(xué)實(shí)踐中不斷完善。

參考文獻(xiàn)：

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