新疆高校“食品生物技術及農產品加工實驗”教學內容改革研究

劉云國，張 亮，劉凌霄，劉 軍

（1.新疆大學生命科學與技術學院，新疆烏魯木齊 830046；2.青州榮美爾生物科技有限公司，山東青州 262500；3.臨沂市農業科學院，山東臨沂 276012）

新疆高校“食品生物技術及農產品加工實驗”教學內容改革研究

劉云國1，張 亮2，劉凌霄3，劉 軍1

（1.新疆大學生命科學與技術學院，新疆烏魯木齊 830046；2.青州榮美爾生物科技有限公司，山東青州 262500；3.臨沂市農業科學院，山東臨沂 276012）

隨著現代生物技術的發展，特別是分子生物學技術的應用，高校實驗教學對“食品生物技術及農產品加工實驗”的教學內容提出了新的要求。根據新疆農產品加工特點和食品科學各相關學科發展現狀，提出了適合新疆高校“食品生物技術及農產品加工實驗”的教學改革內容。

食品生物技術；農產品加工；實驗教學改革

新疆是國家西部大開發戰略重要實施地區之一，位于“絲綢之路經濟帶”核心區。新疆地廣人稀，是我國有名的農業大省。因而，立足現代生物技術，加大對農產品深加工產業的扶持，是實現農民增收和全區農業經濟快速發展的必由之路。而食品生物技術及農產品深加工必須依靠農產品加工專業技術人才的培養［1］。目前，新疆各高等、高職院校紛紛建立了食品生物技術及農產品加工相關專業，大力培養應用型食品專業技術人才。“食品生物技術及農產品加工實驗”是食品科學相關專業重要的實踐課程之一，重點培養本科生的實踐和創新能力、觀察和思維能力、分析和歸納能力，是食品生物技術、食品化學、食品微生物學及農產品加工工藝學等課程應用于實踐的具體表現形式。當前，隨著現代生物技術的發展，新技術、新工藝、新方法不斷被應用到農產品深加工領域，特別是分子生物學技術的應用，對“食品生物技術及農產品加工實驗”教學內容提出了新的要求。本文根據新疆農產品加工特點和食品科學各相關學科發展現狀，提出了適合新疆高校“食品生物技術及農產品加工實驗”的教學改革內容。

1 生物大分子制備技術

生物大分子主要是指蛋白質、核酸、碳水化合物，它們是生命活動的物質基礎，也是食品的主要營養物質。因而，研究生物大分子的結構與功能、營養保健價值及其在加工過程中的變化特性，必須首先解決生物大分子的制備問題［2］。沒有能夠達到足夠純度的生物大分子制備工作為前提，這些研究就無從談起。然而，生物大分子的分離純化是一件十分細致而艱辛的工作。因而，該部分內容是“食品生物技術及農產品加工實驗”教學的基礎。該部分實驗至少包括以下3個方面內容：一是蛋白質、多肽類、酶的分離提取；二是核酸（DNA、RNA）的分離純化；三是膳食纖維、低聚糖等碳水化合物的分離純化。實驗過程中需要注意許多生物大分子一旦離開了生物體內的環境時就極易失活，因此要防止制備過程中生物大分子的失活。教學過程中可結合有機溶劑沉淀法、離心、透析、超濾、冷凍干燥、制備HPLC等具體實驗技術，實施生物大分子的制備。

2 聚合酶鏈反應（PCR）技術

聚合酶鏈反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）技術是20世紀80年代中期發展起來的體外核酸擴增技術，用于擴增位于2段已知序列之間的DNA片段，類似于天然DNA的復制過程。PCR技術以擬擴增的DNA分子為模板，以一對分別與模板5'末端和3'末端互補的寡核苷酸片段為引物，在DNA聚合酶的作用下，按照半保留復制的機制沿著模板鏈延伸直至完成新的DNA合成，重復這一過程，即可使目的DNA片段得到擴增。PCR反應1個循環包括變性、退火、延伸3個步驟，每經過1個循環，樣本中的DNA量應該增加1倍，新形成的鏈又可成為新一輪循環的模板，經過30～40個循環后DNA可擴增1×106～1×109倍。該技術的發明大大簡化了傳統的分子克隆技術，目前已被廣泛應用到了食品科學中，如在食品真偽鑒別、中藥材摻假鑒定、轉基因食品鑒定、食品微生物快速檢測等領域得到了廣泛應用［3-5］。因而，PCR技術應該是“食品生物技術及農產品加工實驗”教學的重點內容。

3 酶促褐變和非酶褐變

食品加工過程中，特別是新鮮的水果和蔬菜容易褐變，主要機理是酶促褐變。酶促褐變少數是我們期望的，但大多數會對食品品質特別是色澤造成不良的影響，必須加以控制。酶促褐變的發生需要酚類底物、酚氧化酶和氧，三者缺一不可［6］。食品加工過程中控制酶促褐變的方法主要從控制酚酶和氧氣2方面入手，主要途徑有：①熱燙處理，鈍化酚酶的活性；②調節pH值，酶的最大活性發生在pH值5～7；③隔絕氧氣或使用抗氧化劑（抗壞血酸等）；④使用褐變抑制劑（亞硫酸鹽、二氧化硫等）。非酶褐變反應主要是指碳水化合物在熱作用下發生的一系列化學反應，產生了大量有色成分和無色成分、揮發性和非揮發性成分。由于非酶褐變反應的結果使食品產生了褐色，故將這類反應統稱為非酶褐變反應。非酶褐變主要有3種類型：①在高溫下還原糖和氨基引起的美拉德反應，產生褐色、肉色，

5 磷酸鹽對肉制品持水力的影響實驗

同時造成氨基酸損失、潛在致癌化合物的形成；②蔗糖在非常高的溫度下發生焦糖化反應，能產生褐色和苦味；③過度加熱之后，脂肪的聚合產生脂肪褐變。控制和利用酶促褐變與非酶褐變對食品加工意義重大，它關系到食品的色、香等食品品質。因此，該部分內容是“食品生物技術及農產品加工實驗”教學的必修內容之一，可選用蘋果、香蕉等水果進行實驗。

4 食品的低溫保藏試驗

食品的低溫保藏，即通過降低食品溫度，維持低溫水平或凍結狀態，以延緩或阻止食品的腐敗變質，達到食品的遠途運輸和一定期間貯藏目的的保藏方法。低溫保藏包括冷卻貯藏（冷藏）和凍結貯藏（凍藏）。冷藏是將食品保藏在-2～15℃這種較低的溫度下，使微生物活動受阻，降低食品內部酶活力和生化反應速度［7］。凍藏是使食品溫度維持在冰點以下，使其凍結，然后將其貯藏在-30～-12℃這種深低溫下，凍藏的優點是減少了食品內部的有效水分，比冷藏保存時間更長。食品中果品和蔬菜低溫保藏教學實驗中有一步是燙漂，它的目的是抑制酶活力、軟化纖維組織、去掉辛辣澀味等，以便烹飪加工。需要注意的是，該步驟并不適合所有的果品和蔬菜，有一些含纖維素較少、質地脆弱的品種則不適合燙漂，否則會使其軟化、失去脆性、口感不佳。實驗教學過程中另一個需要注意的是在凍藏過程中，要力爭在最短的時間內，使果蔬快速通過冰晶形成階段（-5～-1℃），才能保證凍結品質。只有迅速凍結，果蔬中的水分才能形成細小的晶體，而不致損傷細胞組織。食品的低溫保藏也是“食品生物技術及農產品加工實驗”教學的必修內容之一，可選用青刀豆、菜花、青椒等蔬菜進行實驗。

肉制品保持水分的能力，即肉的持水力（Water holding capacity，WHC）。它是判斷肉制品品質的一個非常重要指標，持水力的大小取決于若干因素，如磷酸鹽和pH值［8］。磷酸鹽是目前世界上應用最廣泛的食品添加劑，對食品特別是肉制品品質的改良起著重要作用。磷酸鹽對肉制品的作用主要體現在以下3個方面：①提高肉的pH值；②對肉品中的金屬離子有螯合作用；③解離肌肉蛋白質中的激動球蛋白。堿性磷酸鹽同樣可以增強乳化產品的穩定性，提高切片肉類產品中肉塊的鍵合力。在該實驗的教學過程中，常用的磷酸鹽有磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、三聚磷酸鈉、三聚磷酸鉀、焦磷酸鈉、焦磷酸鉀、焦磷酸二氫鈉和六偏磷酸鈉。

6 食品膠體實驗

食品膠體是能溶解或分散在水中、具有增稠或凝膠作用的聚合物。大多數食品膠體是多聚糖，如黃原膠、海藻膠、瓜爾膠等。食品膠體的增稠作用隨著分子量的增加而增大。食品膠體的作用如下：①膳食纖維，如谷物類食品；②乳化作用，如沙拉修飾劑；③凝膠作用，如布丁；④穩定作用，如冰激凌、調味料；⑤增稠作用，如酸奶、醬；⑥澄清作用，如啤酒、白酒；⑦顆粒懸浮劑，如巧克力奶。該實驗的注意事項是當粉狀膠體和水混合時，大多數膠體趨于結塊。因而，應在混合器的攪拌下在水中加入膠體，直至全部水合，然后用布氏黏度計測定黏度。

7 蔬菜腌漬實驗

蔬菜腌漬技術是世界上最古老的食品加工和保藏方法之一，由于加工方法簡單、成本低廉，至今仍有巨大的市場空間。食鹽的高滲透壓會造成腐敗菌的質壁分離，一般腌制品的用鹽量在4%～15%，可產生2～9 MPa，但鹽分超過10%，生化反應速度降低，發酵無法進行。另外，食鹽還具有抗氧化作用，因為鹽水的氧氣溶解量大大降低。腌漬蔬菜可以分為發酵性鹽漬品和非發酵性鹽漬品2種。發酵性鹽漬品的用鹽量較低，往往需要加入香辛料，并伴有乳酸發酵，利用乳酸和香辛料進行保藏，風味好。非發酵性鹽漬品的用鹽量較高，有時加香辛料，不產生乳酸發酵或輕微的發酵，主要是利用高質量分數的食鹽、白砂糖及其他調味品進行保藏和增加風味。該實驗注意的事項是蔬菜腌漬過程中容易變軟，原因是果膠物質的水解和新鮮細胞膨脹壓的降低2個方面；加入0.05%的氯化鈣或碳酸鈣有一定程度的保脆作用。

［1］董增，段紅，陳軍，等．應用型本科“食品加工工藝實驗”教學改革探討 ［J］．農產品加工（下），2015（6）：78-80．

［2］敬思群．食品科學實驗技術 ［M］．西安：西安交通大學出版社，2012：6-7.

［3］Liu Y G，Liu L X，Xing S C.Development and characterization of thirteen polymorphic microsatellite loci in the Cynoglossus semilaevis［J］.Conservation Genetics Resources，2014，6（3）：683-684.

［4］楊大偉，劉云國，雷質文，等．凝結芽孢桿菌PCRDHPLC檢測方法 ［J］．青島科技大學學報，2011，32（2）：138-141．

［5］楊大偉，劉云國，譚樂義，等．食品中A型肉毒梭菌PCR-DHPLC檢測方法的建立 ［J］．食品工業科技，2011，32（6）：398-400．

［6］胡燕，陳忠杰．果蔬加工貯藏中的酶促褐變現象及其研究進展 ［J］．農產品加工，2009（12）：53-55．

［7］康三江，張海燕，張芳，等．速凍果蔬生產加工關鍵工藝技術研究進展 ［J］．中國釀造，2015，34（4）：1-4．

［8］趙春青，彭增起．pH值和磷酸鹽對不同類型雞肉熱誘導凝膠保水性的影響 ［J］．食品工業科技，2002（8）：25-27．◇

Reform of Teaching Content in Food Biotechnology and Agricultural Product Processing Experiment in Colleges and Universities of Xinjiang

LIU Yunguo1，ZHANG Liang2，LIU Lingxiao3，LIU Jun1

（1.College of Life Science and Technology，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang 830046，China；2.Qingzhou Ronmer Biology Technology Co.，Ltd.，Qingzhou，Shandong 262500，China；3.Linyi Academy of Agricultural Sciences，Linyi，Shandong 276012，China）

With the development of modern biotechnology，especially the application of molecular biology technology，the experimental teaching in colleges and universities has put forward new requirements on the teaching contents of Food Biotechnology and Agricultural Products Processing Experiment.We propose the teaching reform of Food Biotechnology and Agricultural Product Processing Experiment in colleges and universities of Xinjiang according to the characteristics of agricultural product processing in Xinjiang and present status of the development of food science.

food biotechnology；agricultural product processing；experimental teaching reform

G640

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.023

2015-12-01

新疆大學自治區天山學者科研啟動金（45030）；新疆自治區高層次人才引進工程專項經費（45049）。

劉云國（1977— ），男，博士，教授級高級工程師，研究方向為食品生物技術。