《食品物性學》實踐教學體系的構建與運行

朱文學，白喜婷，向進樂，劉麗莉，康懷彬，任廣躍

摘要：加強《食品物性學》實踐環節的教學，對培養學生的創新意識與實踐能力具有十分重要的意義。本課程組經過多年的探索和實踐，構建了以“結合課題—物性實驗—專題講座、專題討論—課題方案設計”為主線的一體化實踐教學體系。運行結果表明，學生的專業素質得到了提高，知識結構更為全面，極大地提高了學生的動手和科研思維能力，培養了學生自主學習和解決實際問題的能力。

關鍵詞：《食品物性學》；實踐教學體系；構建與運行

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）40-0200-03

《食品物性學》是以食品及其原料為研究對象，研究其物理性質的一門科學。研究的主要內容有食品和食品原料的力學、光學、熱學、電學特性等。由于食品及其原材料本身的多樣性和復雜性，《食品物性學》涵蓋了比物理學更廣泛的研究內容和更復雜的知識體系，使學生學習起來難度很大。為了提高學生的學習質量和學習興趣，更好地掌握食品物性學方面的知識，構建一套切實可行的實踐教學體系，使學生可以把抽象與具體、理論與實踐很好地結合起來，這對于培養學生的創新意識與實踐能力起到了不可或缺的作用。

一、實踐教學體系的構成

《食品物性學》課程組經過多年的探索和實踐，形成了“結合課題—物性實驗—專題講座、專題討論—課題方案設計”為主線的一體化實踐教學體系。通過運行，極大地提高了學生動手和科研思維的能力，培養了學生自主學習和解決實際問題的能力。

（一）基礎實驗[1]

《食品物性學》中，力學部分是十分重要的內容，主要包括食品在力的作用下產生變形、振動、流動、破裂等規律。由于食品力學特性與食品加工關系密切，在食品加工與品質檢測中經常用到質地學等內容，為了使學生更好地掌握食品力學特性方面的知識，了解食品質地測量儀器——質構儀的結構、原理及操作基本，進一步理解固態和半固態食品力學性質的測定原理，并加強與感官品質間建立聯系的能力。筆者利用反向擠出法比較不同類型酸奶的稠度及黏附性；通過彎曲試驗比較不同類型餅干的硬度與脆性；利用插入法測試果凍的凝膠強度；利用火腿腸進行蠕變和應力松弛實驗進行TPA分析。這就是開設的實驗——食品質構測定與分析。

實驗二——液體黏度的測定。為了了解旋轉粘度計的原理、結構和測試方法，加深理解黏性對食品口感的影響，筆者通過測定牛奶和兩種酸奶的黏度進行了比較。

為了進一步了解食品顏色的測定方法和原理，加深理解顏色的表示方法及其意義，筆者開設了實驗三——食品顏色的測定，利用比較測色計測定啤酒的顏色，利用色彩色差計測定西紅柿的顏色值。

在《食品物性學》中，食品力學是發展最早的一項研究。食品力學的中心是食品流變學，食品流變學的基礎是流體力學和黏彈性理論，尤其是動黏彈性的測定是食品流變性質研究的一個重要內容。筆者通過測定酸奶的動粘彈性指標儲存彈性率Gˊ和損失彈性率G〞，測定4%大豆蛋白溶液在加熱過程中被δ-葡萄糖酸內酯凝固過程中的儲存彈性率Gˊ和損失彈性率G〞，用來了解流變儀的基本構造、測定原理、應用范圍和基本操作方法。

粉質儀是小麥粉品質檢測的專用儀器。通過測定面粉的流變學特性，進而判斷小麥粉的面筋特性和烘焙品質。筆者將小麥用試驗磨粉機碾磨出的面粉（出粉率為60%）在電子式粉質儀中加水揉和，隨著面團的形成、衰變，其稠度隨揉和時間不斷發生變化，電子測力和記錄裝置自動記錄面團揉和過程中阻力相對于時間的變化規律，從記錄的揉和性能粉質曲線自動計算出小麥粉的吸水量及面團的形成時間、穩定時間、弱化度等評價指標，綜合評價小麥的物理特性，從而進一步了解粉質儀的基本結構、工作原理和操作過程，掌握利用面粉在調粉過程中力學性質的變化來判斷其品質的方法。

以上實驗項目的開設進一步加深了學生對理論知識的理解，增強了其動手能力，為課題設計奠定了堅實的基礎。

（二）專題講座和專題討論

1.專題講座——質構分析（TPA）模式在食品研究中的應用。食品的質構學特性是《食品物性學》中很重要的一部分內容。目前，食品質構的測定所用的主要儀器是質構儀。為了使學生在課題設計中能夠很好地運用質構儀，也通過質構儀模擬人口腔的咀嚼運動，對食品的組織和結構特性有所了解，解釋食品在貯藏、加工、食用過程中所發生的物理變化，從而改善食品的質地及感官評價，為實際生產高品質和功能性好的食品提供理論依據[2]，課程講授過程中穿插一次專題講座“質構分析（TPA）模式在食品研究中的應用”[3]。講座中介紹質構儀的測試模式和原理，以面制品為例，重點講解質構參數和樣品的外形尺寸、壓縮探頭與樣品尺寸、壓縮的程度、變形速率、壓縮次數、兩次壓縮間的停留時間以及試驗重復次數[4]等試驗條件與測試結果的關系，并詳細分析了TPA質地特征曲線的含義。

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

為了使學生很好地掌握這項技術，并能在食品研究中得到應用，在課程講授過程中組織學生進行一次“差示掃描量熱法（DSC）在食品領域研究中的應用”專題討論。用玉米淀粉、綠豆淀粉和豌豆淀粉進行比較，用差示量熱掃描儀對糊化過程進行測定，比較它們焓變值的大小，同時對三種淀粉的分子結構進行研究，觀察三種淀粉顆粒結晶度的大小，從而得出淀粉的糊化熔點不僅與直鏈淀粉含量有關，而且與分子結構密切相關。

DSC不僅能夠用在淀粉的研究中，在蛋白質的研究中應用的也很廣泛。食品中的蛋白質超過一定溫度范圍就會引起蛋白質構象的變化，而蛋白質的結構往往對食品的營養、風味、口感有很大影響。通過DSC能夠檢測出在蛋白質變性過程中其熱焓的變化，從而研究以蛋白質為主要成分的食品受溫度影響的情況。endprint

（三）課題設計

課程結束后，結合課題閱讀相關文獻，利用學過的食品物性學知識，寫出課題的設計方案，包括試驗材料與方法、儀器設備名稱等。通過試驗，寫出一篇科研論文。

二、開放式實踐性教學環境的建立

近年來，學院已投入大量經費，建設了《食品物性學》實驗室，同時也建立了食品感官評定實驗室、校內學生課外實踐基地、校外實踐教學基地三位一體的實踐教學條件，如圖1。

《食品物性學》實驗室面積300 m2，購置了高精分析儀器、設備，如多功能食品成分分析儀、食品質構儀、差示掃描儀、色差計等。實驗室對研究生全面開放，學生可根據課題和試驗內容的需要，自主設計實驗方案，在專業教師的指導下，進行食品物性內容的測定和分析。食品感官評定實驗室面積160 m2，按照食品感官評定的要求裝修設計，可同時容納20名學生獨立進行實驗。學生可在實驗室進行《食品物性學》課程的實驗，同時可以開展不同研究課題中的有關食品物性的測定和分析。

學院有國家級食品加工與安全實驗教學示范中心，設有400m2的食品加工與檢測實訓基地，學生可在實訓基地內從事實踐訓練及創新活動；學院還設有食品物性分析測試中心，對研究生和本科生全面開放，學生可自主進行課外實踐活動。

建立了河南雙匯集團、三全股份公司、思念食品股份公司等10個校外實踐教學基地，學生可以自主到不同的企業實習，了解企業的生產設備、工藝和經營管理，加強學生對工業化生產過程的認識，實現理論與實踐相結合的目的。

三、運行效果

（一）專業素質提高，知識結構更全面

在食品科學與工程專業的本科課程教學中，涉及物理學的課程很少。普通物理學是物理學最基本的原理，力學基礎也是力學最基本的原理，學生學過這些基本原理知識后就進入機械與裝備等應用知識的學習，其他課程很少涉及物理學。在研究生階段《食品物性學》課程的教學內容起到了從基礎理論到應用實踐的橋梁作用，將物理學基本原理與物理知識的實際應用兩個體系連接在一起。另一方面，目前全國絕大多數高校培養的食品科學與工程專業本科生的知識結構體系明顯偏向化學和生物學。《食品物性學》的開設彌補了空缺，使學生的專業素養顯著提高，知識結構也更加全面。

（二）實驗基本技能增強，創新能力提高

實踐教學采用“結合課題—物性實驗—專題討論—課題方案設計”為主線的一體化教學模式。理論講解與代表性食品物性學實驗穿插進行，進一步加深了學生對食品物性學基本理論知識的理解，提高了學生的動手能力；專題討論提高了學生從掌握理論物理學知識到應用物性學知識的能力。學生結合自己課題的研究主題，查閱相關資料，整理自己課題所需的食品物性學材料，進一步理清研究思路，設計食品的加工及物性分析方法，選擇所需儀器設備，為課題的試驗研究做好前期準備工作。“4層次”的實踐教學方法的實施，增強了學生實驗的基本技能，培養了學生利用所學基本原理解決實際問題的能力，促進了研究生科技創新能力和專業綜合素質的全面提高。

（三）人才培養效果顯著，學生繼續深造和就業廣受歡迎

本校在食品科學與工程專業研究生課程體系中開設《食品物性學》是全國相關課程中建設較早的一批，在食品行業有較大影響，人才培養效果顯著，不僅繼續深造的研究生廣受導師好評，而且就業的研究生也廣受社會歡迎。

參考文獻：

[1]欒廣忠.《食品物性學》實驗指導書[M].咸陽：西北農林科技大學，2009.

[2]屠康，姜松，朱文學.食品物性學[M].南京：東南大學出版社，2006.

[3]孫彩玲，田紀春，張永祥.TPA質構分析模式在食品研究中的應用[J].實驗科學與技術，2007，（2）：1-4.

[4]王海鷗，姜松.質構分析（TPA）及測試條件對面包品質的影響[J].糧油食品科技，2004，（3）：1-4.endprint