“食品物性學”實驗教學實踐與思考

欒廣忠，胡亞云，郭春鋒，鄭建梅，李文浩

（西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌 712100）

“食品物性學”實驗教學實踐與思考

欒廣忠，胡亞云，郭春鋒，鄭建梅，*李文浩

（西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌 712100）

通過介紹西北農林科技大學食品科學與工程學院“食品物性學”課程實驗教材、內容設置、儀器設備配制及師資配備等基本情況，對如何在實驗儀器臺（套）數少、學生人數多的情況下利用多媒體手段等方式提高實驗教學效果，以及如何利用綜合性實驗提高學生分析問題、解決問題能力的做法進行了總結，并對“食品物性學”課程實驗教學建設提出建議。

食品物性學；實驗教學；本科教學；大型儀器

食品物性學（Physical Properties of Foods） 也稱食品物理學（Food Physics），主要研究食品原料、中間產品、半成品及成品的力學、光學、電學和熱學等物理性質的一門科學[1-2]。國際上，食品物性學、食品化學及營養生理學被稱為是食品科學與食品工程研究領域重要的基礎學科，日本、韓國、歐美等許多國家高校中的食品相關專業均開設此課程[3-4]。隨著國內高校食品科學與工程研究平臺建設的快速發展，流變儀、質構儀、差示掃描量熱儀（Differential scanning calorimeter，DSC）、快速黏度分析儀（Rapid visco analyser，RAV）、激光粒度儀等先進儀器呈現普及化發展趨勢。上述儀器均用于食品力學、熱學、顆粒特征等物理性質的測量，在食品科學與工程領域科學研究中占據非常重要的地位，成為食品科學與工程領域科學研究及新產品開發的重要手段[2，5-6]。“食品物性學”課程的實踐性非常強，因此課程實驗課的開設非常必要。但目前我國還沒有正規出版的實驗教材，在實驗內容設置、儀器設備配置等方面還處于探索階段。本文對西北農林科技大學食品科學與工程學院近5年來“食品物性學”實驗課程建設的基本情況進行總結和討論，以期為“食品物性學”實驗課程的發展和完善提供有益參考。

1 “食品物性學”實驗教學開展的基本情況

1.1 實驗教材與內容設置

目前，我國還沒有正規出版的“食品物性學”實驗教材或指導書，因此課程組自編了《食品物性學實驗指導書》，主要內容包含食品質構測定與分析（4學時）、食品熱物性測定（2學時）、食品顏色測定（1學時）、食品動態流變學測定（2學時）、液態食品黏度測定（1學時）、面粉粉質測定與分析（2學時）及粉狀食品顆粒度測定（1學時）等7個實驗。

西北農林科技大學食品科學與工程學院“食品物性學”實驗包含在“食品物性學”課程教學中，而非獨立實驗課。課程開設對象為食品科學與工程專業（必選課）及食品質量與安全專業（選修課），總共33學時，其中理論教學24學時、實驗9學時；開設內容從實驗講義中任選9學時。近年來，實際開設實驗主要以食品質構測定與分析及食品顏色測定為主，其他的實驗每年都有所不同。由于與糧油食品工藝方面課程的實驗課相沖突，面粉粉質測定與分析實驗未開設。

在開設的7個實驗中，力學部分占4個，熱學及光學部分各1個。在食品質構測定與分析實驗中，主要內容為2種不同火腿腸的質構剖面分析（Texture profile analysis，TPA）及應力松弛（Stress relaxation）實驗、餅干的3點彎折（3 Points bending）實驗、果凍強度實驗（Puncture） 及酸奶的反向擠出（Back extrusion）實驗。食品動態流變學測定主要內容為利用時間掃描（Time sweep）觀察在一定溫度下以葡萄糖酸內酯為凝固劑，大豆蛋白分散液或豆漿膠凝（Gelling） 過程中儲存模量（Storage modulus，G'）、損失模量（Loss modulus，G''）及損失角（Loss angle，θ）等黏彈性參數隨時間變化的情況。液態食品黏度測定主要內容為牛奶、乳酸飲料及酸奶等流體食品的表觀黏度值。面粉粉質測定與分析主要內容為利用粉質儀檢測強筋及底筋粉粉質曲線，并對粉質參數進行比較。

粉狀食品顆粒度測定主要內容為利用激光粒度儀測定淀粉、面粉、大豆粉等粉體食品的粒度分布。

食品顏色測定主要內容為利用比較測色計（羅維朋比色劑）測定啤酒、可樂等液態食品顏色，以及利用色彩色差計測定面粉白度以及蘋果等食品顏色。食品熱物性測定主要內容為利用差式掃描熱量測定（Differential scanning calorimetry，DSC） 小麥、綠豆等不同類型淀粉的糊化特性，以及大豆蛋白熱變形特性。

1.2 實驗課程儀器設備配置

實驗儀器配置及來源統計見表1。

表1 實驗儀器配置及來源統計

所涉及的實驗儀器設備中，除色彩色差計、比較測色計及旋轉黏度計外，其他均為大型儀器，占62.5%，因此該實驗課所配置大型儀器占大部分。由此可見，除比較測色計及旋轉黏度計外，其他可用于實驗大型儀器均為1臺（套）。另外，全院內可協調使用的儀器為5類，其中色彩色差計需從科研實驗室借用。需要通過大型儀器共享平臺使用的仍有3類。目前，全院大型儀器共享平臺主要面向科研，在如何向本科教學開放內有具體的規定，比如如何預約和申請、經費如何劃撥、儀器管理人員在實驗中承擔哪些任務及工作量如何計算等。因此，“食品物性學”實驗存在所需大型儀器比例高、臺（套）數少及需要跨學院或部門協調使用的問題。

1.3 師資配備

“食品物性學”實驗教師配備情況見表2。

表2 “食品物性學”實驗教師配備情況

通過課程建設的不斷推進，指導教師從1人增加到3人，專職實驗教師從1人增加到2人，課程組總人數從2人增加到5人，師生比到2015年下降到1/37。目前的課程組中有高級職稱2人、中級職稱3人，具有博士學歷教師4人、碩士學歷1人，基本可滿足教學的需要。

2 提高“食品物性學”實驗教學效果的實際措施與效果

2.1 通過多媒體手段提高實驗教學效果

在質構儀實驗中使用了多媒體以提高教學效果，具體做法是將利用質構儀所配電腦視頻接口（VGA接口）鏈接投影儀及攝像頭。

攝像頭可以在講解儀器設備結構時將所講結構及操作動作等畫面通過投影儀投射到大屏幕上，或在儀器運行時將曲線變化情況透射到大屏幕上，從而較好地解決了單臺（套）大型儀器實驗中結構原理及操作過程的講解問題，使教學效率及效果大大提高。

2.2 設置合理的單組實驗人數

“食品物性學”實驗中大型儀器設備較多，一般只能配備單臺（套）。當學生每組人員過多時，無法達到教學效果；若人數過少、分組數量過多，則儀器設備占用時間及教師工作量大幅提高，也較難實現的。

以質構實驗為例，在食品質量與安全專業采用了每組5～7人的形式，分成6組；在食品科學與工程專業采用了每班2個大組，大組里分2個小組的形式。在之后進行的調查問卷中，食品質量與安全專業有81.3%的學生認為分組人數合適，18.7%的學生認為分組人數過多；其他班級有73.1%的學生認為分組人數合適，有26.9%的學生認為分組人數過多。從實際的教學效果來看，分成小組進行實驗利于組織，學生動手操作充分、效果好。分成兩大組相對混亂，容易出現爭搶儀器的現象。對使用單臺（套）大型儀器的實驗，將1個班30名同學分成3批次安排實驗，每批次10人左右。在每一批中又分成2～3小組（每小組3～5人），每小組同學輪流進樣品的測試，所得測試數據可以全組或全班共享，這樣可以保證所有同學都有動手操作的機會。

2.3 通過綜合性實驗提高學生分析、解決問題的能力

為了提高學生分析、解決問題的能力，設置綜合性實驗。例如，在火腿腸的質構分析實驗中，除了利用質構儀進行2種不同類型火腿腸TPA及應力松弛實驗，還安排了感官評價實驗，并要求學生通過產品標簽記錄2種火腿腸的產品類型、配料、營養成分，執行標準等信息。要求學生利用統計分析及數據處理方法，對應力松弛實驗進行回歸分析，解析出黏彈性參數，利用質構儀軟件分析處理TPA測試結果。結合質構儀測試結果、感官評價結果、產品的配料及工藝，對結果進行綜合分析。在餅干的質構儀測試實驗中，也有類似的安排及要求。通過這樣的綜合性實驗設計，可以培養和提高學生將食品的力學性質與感官品質相關聯的意識和能力，并且能結合配料、成分及工藝對產品品質變化的原因進行分析，培養學生從多方位、多角度分析和解決問題的能力。

3 思考與建議

3.1 應加快實驗教材建設

目前，還沒有正式出版的“食品物性學”實驗教材或指導書，因此各高校及研究機構間應加強交流與合作，加快加強“食品物性學”實驗教材建設速度和力度，盡早彌補這一短板。

3.2 應加大大型儀器向本科實驗教學開放的力度

我國食品科學與工程領域科研條件不斷改善，大型先進儀器設備數量不斷增加，呈現普及化趨勢。因此，食品專業本科生學習使用本學科領域大型高精尖儀器已逐步成為培養高水平、高素質人才及創建雙一流大學的必然趨勢[7]。目前，許多高校有大型儀器共享系統，但大多針對科研項目未向本科教學開放使用[8]。建議在大型儀器共享平臺增加面向本科教學的功能模塊，并制定相應的預約、使用、收費等管理制度，使大型儀器在科研基礎上能更好地發揮人才培養的功能。

3.3 應加大師資尤其是實驗室工作人員的投入

大型儀器設備臺（套）數少，相對而言學生人數多，大多數針對本科實驗教學的實驗大多為演示型的，教學效果差。因此，為了高效利用大型儀器進行本課程實驗，為了保證實驗教學效果就要減少單組分組人數。如前所述每個班分3批，每組3～5人比較理想，但實驗教學人員的工作量會增加約0.75～1.50倍。因此，需要加大師資投入，并出臺相應配套政策。

3.4 改善實驗硬件條件

利用多媒體教學手段，可以較好地解決大型儀器在本科實驗教學中臺（套）數少的問題。增加的硬件設備主要有投影儀、攝像頭及VGA電纜線等常用多媒體硬件，且無技術難度。投影儀可以采用移動式，因此只需配備或臨時借用1臺即可滿足實驗課程要求。這樣可以在花費很小成本的情況下，大大改善實驗條件和教學效果。如果有條件，可為每個大型設備安裝固定式投影儀，或是采用無線攝像系統。

[1]李里特．食品物性學 [M].北京：中國農業出版社，2010：1-5.

[2]姜松，趙杰文．食品物性學 [M].北京：化學工業出版社，2015：1-11.

[3]李云飛，殷涌光，徐樹來，等.食品物性學 [M].北京：中國輕工業出版社，2009：1-6.

[4]趙立．食品科學與工程專業設置食品物性學的思考 [J]．廣西輕工業，2009（8）：163-165.

[5]袁美蘭，趙利，蘇偉，等.高校食品科學與工程專業開設食品物性學的現狀和必要性 [J].現代農業科技，2010（23）：36-38.

[6]李文浩，胡亞云，鄭建梅，等.食品質量與安全專業“食品物性學”課程教學思考與探究 [J].教育教學論壇，2014（43）：178-180.

[7]夏燎原，胡云楚，吳義強.開放大型儀器設備對提高本科實驗教學質量之思考 [J].中南林業科技大學學報（社會科學版），2012（5）：160-162.

[8]吳建國，楊正宏.利用大型分析測試儀器開展本科學生實驗教學 [J].實驗室研究與探索，2007（11）：130-132.◇

Practice and Thinking on the Experiment Teaching for the Course of Physical Properties of Foods

LUAN Guangzhong，HU Yayun，GUO Chunfeng，ZHENG Jianmei，*LI Wenhao
（College of Food Science and Engineering，Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）

The basic situation，including textbook，contents，equipments，and the teaching team on the experiment teaching for the course of Physical Properties of Foods is described.The experiences on how to improve the teaching effects via multi-media methods under the condition of high number ratio of students to equipments，and on how to enhance the students' ability of analyzing and resolving problems by comprehensive experiment design are summarized.At last the advices are given on the construction of the experiment teaching for the course of Physical Properties of Foods.

Physical Properties of Foods；experiment teaching；undergraduate teaching；large equipment

G642

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.12.053

1671-9646（2016）12b-0080-03

2016-10-05

西北農林科技大學教學改革研究項目（JY1302071）。

欒廣忠（1968— ），男，博士，副教授，研究方向為糧油深加工技術及食品物性學。*

李文浩（1982— ），男，博士，副教授，研究方向為糧油深加工技術。