食品微生物學課程增加預測微生物學內容的思考

董慶利

（上海理工大學醫療器械與食品學院，中國 上海200093）

微生物學正進入第三個發展的黃金時代[1]。食品微生物學研究食品的原料、產品及其加工、貯存中有關微生物的種類、性狀及其作用的科學；進而，在食品制造和保藏過程中充分利用有益微生物的作用，抑制有害微生物的生長繁殖，防止食品腐敗變質和疾病的傳播[2]。食品預測微生物學及其在定量風險評估中的應用近年來研究發展迅速，當前的食品微生物學本科和研究生教材涉及較少，有必要補充并將此內容增加到教學實踐中。

近年來關于食品微生物教學改革探討的文章較多，如何更好的以學科群平臺為基礎實施建設，注重學生掌握堅實、寬廣的基礎理論，突出教學內容的前沿性、啟發性，是國內100多所有食品類本科專業教學工作者共同的任務。本文簡述預測微生物學與風險評估的基本框架，分析增加教學內容的必要性和可行性，并對增加后的教學實踐進行探討，以期為食品微生物學的教學體系建設和培養優秀食品專業人才提供借鑒。

1 預測微生物學與風險評估基本框架

食品預測微生物學（Predictive Food Microbiology）最初由Roberts和Jarvis于1983年提出，現在已成為食品微生物領域最活躍的研究方向之一[3]。食品預測微生物學是一門在微生物學、數學、統計學和應用計算機科學基礎上建立起來的新學科，它的研究方法是研究和設計一系列能描述和預測食品微生物在特定條件下生長和衰亡的模型[4]。微生物預測模型分為一級模型、二級模型和三級模型。其中，一級模型反應的是用于描述一定生長條件下微生物生長、失活與時間之間的函數關系；二級模型表達由一級模型得到的參數與環境因素之間的函數關系；三級模型主要是指建立在一級和二級模型基礎上的計算機軟件程序，用于預測相同或不同環境條件下同一種微生物的生長或失活情況。

微生物定量風險評估（QMRA）基于預測微生物生長或失活模型并結合劑量-效應模型可評估特定致病菌對人群健康 （發病率或爆發率）的定量影響，一般分為危害識別、危害特征描述、暴露評估和風險特征描述四個步驟，是微生物風險分析體系的理論基礎。所在課題組已完成的定量暴露評估研究包括冷卻豬肉中氣單胞菌、即食涼拌菜中單增李斯特菌和蒸煮米飯中蠟樣芽胞桿菌，發表學術論文近百篇[5]。

2 增加教學內容的必要性和可行性

食品工業是我國國民經濟的第一支柱產業，近年來食品工業的迅速發展對食品專業人才的結構和能力要求也逐漸提高。我國有食品類本科專業的院校近200所，主要包括農業、水產、輕工、商業、師范、工業、醫學以及綜合性大學[7]，包括食品科學與工程、食品質量與安全、生物工程等相關專業，目前食品類專業的系列課程是研究食品的組成、特性、營養、安全、加工工藝及加工貯藏運輸過程所產生的化學變化、以及對人體的作用等的系列實用型科學，課程之間內容相互交叉滲透[8]。

食品類課程一般包括通識類、專業基礎類和專業類，食品微生物學一般歸入專業基礎類課程體系，涉及的內容繁雜，概念、原理、各類微生物的特征在食品中應用等很多方面，食品微生物學一直是這些專業的核心專業課程，它是食品化學、食品工藝學、食品安全控制等課程的基礎，對食品加工和食品質量與安全控制起著十分重要的作用。

近年來關于食品微生物教學改革探討的文章較多，例如東北農大教師建議引進混成學習(Blended Learning)方式[9]；河南工業大學教師對實驗環節的改革嘗試[10]；江南大學教師應用雙語教學實踐、多種教學方式和教學技法研究、網絡化、立體化、可編目和可檢索的教學資源與素材體系建設[11]；青島農業大學教師提出的理論教學、實驗教學和實踐教學的“2+1+1”新模式[12]；揚州大學教師提出網絡探究式學習模式[13]；廣東藥學院教師提出的案例教學法[14]；中南林業科技大學教師探討在實踐教學課程中建立一個新的“自主-合作-責任制”實驗模式[15]；四川大學教師探討建構式教學理念的應用[16]；蘇州大學教師探討唯物辯證法的哲學思路應用[17]。以上這些探討文章為食品微生物學的教學內容完善、教學方式改進等提供了有益參考。

食品微生物學的教學體系內容一般分為基本理論和應用兩方面，基本理論涉及微生物的結構、營養與生長、代謝、遺傳等，而應用方面涉及食品腐敗變質、發酵應用、食源性致病菌等。現代生命科學的迅速發展以及廣泛的應用，使得微生物學領域中的內容日益豐富，新理論、新技術層出不窮，這種客觀情況勢必對食品微生物學課程教學提出更高的要求。國內外的實踐證明，食品安全風險評估是一種有效保障食品安全的手段。目前，我國具備食品安全風險評估知識與能力的食品專業人才較為缺乏[18]，已成為了影響食品安全的重要因素，食品監管部門、食品企業質量檢驗部門、海關出入境檢驗檢疫部門等也急需掌握食品安全風險評估和控制，特別是食源性致病菌的風險管理人才。

3 教學實踐參考

我國食品科學領域在預測微生物學的研究發展較為迅速，為食品安全風險控制提供了堅實的理論基礎，已形成了國內多個較為穩定的研究課題組，每年定期召開的預測微生物學研討會也吸引了國內外眾多研究學者的關注。而國內的研究課題組也多為從事食品微生物學教學工作的高校教師，近年來也增設了與預測微生物學相關的教學內容，作為食品類本科專業學生了解研究前沿的嘗試，受到學生的歡迎和認可，并取得了一定的教學成果，積累了相關的教學經驗。主要在教材建設、教學方式、考核方式三方面對增加教學內容后的教學效果進行了探討。

教材建設方面。當前沈萍、周德慶、江漢湖等教授分別編著的相關教材在食品微生物學教學工作中選用的較多，也是這個領域的經典教材之一。在預測微生物學教材方面，以下三本是近年來影響較大的國外專著：Robin C.McKellar和Xuewen Lu于2004年編著的Modeling Microbial Responses in Food；Stanley Brul,Suzanne van Gerwen 和Marcel Zwietering于2007年出版的Modelling microorganisms in food；Fernando Perez-Rodriguez和Antonio Valero于2013年編著的Predictive Microbiology in Foods。其中部分內容已翻譯成中文，用于食品微生物學教學中，開設1～2個專題為學生介紹相關進展。

教學方式方面。傳統教學的灌輸模式已廣為詬病，在教學實踐中，引入了研討會（Seminar）模式，使學生參與到教學討論中，比如在食品腐敗變質一節，以“假設家中冰箱停電，貯藏食品中的腐敗菌如何存活”為題，學生通過學習預測微生物學建模理論，通過軟件實際構建了食品中主要腐敗菌如大腸菌群的生長模型，并參考國際上著名的預測微生物學ComBase數據庫，得出初始大腸菌群當冰箱溫度改變時可能的生長率，在特定時間段的生長情況，由此評價食品安全概況。通過這種方式，學生的學習積極性明顯提高，對食品微生物學內容有了深入理解。

考核方式方面。傳統的閉卷考核方式不適用于人才培養，為此本課程的教學考核改革的設計思想是引入設計型和開發型相結合的實踐方式，通過學生自主查閱文獻、確定方案、優化方法等，并通過多媒體答辯方式對設計型實驗進行匯報和總結，最終調動學生積極性，深化理論學習內容，配合專業教學目標。比如上述的研討會選題，學生通過計算機編程，初步模擬實現了微生物建模，考核匯報時的展示也增強了學生的自信心和成就感。

4 結論

將發展迅速的預測微生物學和風險評估內容增加到食品微生物學課程教學中，對構建“寬口徑、厚基礎、強能力、重個性、廣適應、高素質、求創新”的應用型、復合型食品人才培養模式具有有益的促進作用，并通過教材建設、教學方式、考核方式三方面對增加教學內容后的教學效果進行探討后表明是切實可行的。

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