案例教學法在《食品化學》課程教學中的應用與探究

高麗

摘要：以肉制品的呈色和硝酸鹽的發色等難點、重點內容構建案例，采用問題式、導向式、教師講解等形式解釋基本概念和理論，探索案例式教學法在食品化學教學中的應用，以提高食品科學與工程專業學生對本課程的學習興趣。

關鍵詞：食品化學；案例教學法；教學模式

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）40-0192-02

案例教學法是一種以案例為基礎的教學方法（Case—based Teaching，CBT）[1]，該方法于1870年起源于美國哈佛法學院，后來在醫學和工商管理界教學領域得到推廣。這種教學模式于上世紀80年代初引入我國，陸續被國內高等院校采用，經過多年的實踐探索，對我國高校的教學改革起了很大的促進作用[2]。

食品化學是從化學的角度和分子水平上研究食品的化學組成、結構、理化性質、營養和安全性以及它們在生產、加工、貯存、運輸和銷售過程中所產生的變化，以及這些變化對食品品質和食品安全性所產生的影響的一門基礎科學。是為改善食品品質、開發新的食物資源、革新食品加工工藝和貯運技術、科學調整膳食結構、改進食品包裝、加強食品質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的學科[3]。是食品科學與工程專業的一門非常基礎而又重要的專業課。

我院從大二起，開始開設這門課程，作為食品專業學生最先接觸到的一門專業基礎課程，由于其涉及眾多化學、物理及生物的理論知識，課程內容理論性較強，又比較抽象和枯燥，初學者在理解方面存在一定難度，容易失去對該門課程的學習興趣。特別是比較困難的知識點，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色機理。傳統的填鴨式的教學，難以收到預期的教學效果，需要探索新的教學方法，激發學生的好奇心和求知欲。本文擬將這些難點內容采用案例式、問題式和導向式的教學方法，通過設計案例，讓學生帶著問題去查資料，課內引導學生討論，加強和老師互動，以達到預期的教學效果。

一、豬肉在貯藏過程中顏色變化的案例設計和分析

血紅素是動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生一些化學反應，使肌肉呈現不同的顏色。本部分的教學目的是要讓學生理解肉的氧化、氧和反應概念以及低氧壓產生的條件，由此理解肌肉色素的產生及護色的原理。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，肉甚至會變綠，這是為什么？

針對以上問題，要求學生課外預習教材內容并查閱相關文獻，課內組織小組討論，最后由老師進行分析與總結，使學生明白以下3個問題：

（一）血紅蛋白、肌紅蛋白以及血紅素的結構

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，每條肽鏈結合一份子的血紅素，血紅素是卟啉類色素，卟啉環中心有6個配位鍵結合的Fe2+，其中4個與卟啉環的氮原子配位，一個與球蛋白的組氨酸殘基結合，第六個與O2和CO2等小分子結合[3]。這個配位鍵的分子種類和鐵離子的價態不同，最終影響著肉和肉制品的顏色和風味。

（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，呈紫紅色；當暴露在空氣中一段時間，肌紅蛋白（Mb）與氧氣發生氧合反應，生成氧合肌紅蛋白（MbO），肌肉以鮮紅色存在，此時Fe2+與氧以配位鍵結合；當肌紅蛋白與氧發生氧化還原反應，生產高鐵肌紅蛋白（MetMb），肌肉以褐色存在，此時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）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，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，經微生物污染后產生了H2O2或H2S，二者與血紅素中的三價或二價鐵作用，分別生成了膽綠蛋白和硫代肌紅蛋白，致使肉的顏色變為綠色[3]。

經過上述案例分析，使學生對血紅素的結構、血紅素中鐵離子的價態與肌肉的顏色的關系有比較清晰的理解，同時對肉色的保鮮和污染變綠色也有深刻的認識，利用日常生活中的實例與現象，達到了形象化、直觀化的效果。

二、硝酸鹽發生色機理的案例建構與分析

硝酸鹽和亞硝酸鹽在腌臘制品中的作用是：發色、抑菌、產生腌肉制品特有的風味。腌肉色素的變化，究其原因，與血紅素的結構變化有關。所以，要理解硝酸鹽和亞硝酸鹽的發色本質，需要明白圍繞硝酸鹽和亞硝酸鹽所發生的化學變化，以及這些變化對血紅素結構的影響。因此，這部分教學的重點是讓學生理解硝酸鹽轉化為NO的過程，以及NO與血紅素鐵離子的第六位配位鍵結合，產生腌肉色素。

首先以啟發式的方式引導學生思考：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構有何關系？繼而組織學生討論，最后由老師借助PPT加以解釋和總結：腌制時向肉中添加的硝酸鹽（NaNO3）在細菌（亞硝酸菌）作用下還原成亞硝酸鹽（NaNO2），反應如式（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），反應如式（2）；亞硝酸通過生物體內的還原作用，形成NO，反應如式（3）；NO再與肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白結合，生成亞硝基肌紅蛋白和亞硝基高鐵肌紅蛋白，反應如式（4）和（5）。亞硝基肌紅蛋白遇熱后釋放出巰基，生成穩定的亞硝基血色原。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配位體都是NO[3，4]。

上述化學方程式如下：

NaNO3 ■ NaNO2 + 2H2O （1）

NaNO2 + CH3CHOHCOOH——HNO2 +

CH3CHOHCOONa （2）

2HNO2——NO+NO2 +H2O （3）

Mb+NO——Mb-NO （4）

MMb+NO——MMb-NO （5）

不論是傳統食品還是現代工藝，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悅人的顏色，但肉中的氨類物質與硝酸鹽和亞硝酸鹽能產生亞硝胺類強致癌物質。據相關研究表明，人類的鼻咽癌、食道癌、胃癌、肝癌等均與亞硝胺有關。雖然對硝酸鹽和亞硝酸鹽的替代物的研究屢見報道，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。因此，在使用時，一定要注意其限制劑量。

通過本案例的分析，學生掌握了以下知識：硝酸鹽通過化學反應，產生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合，使肉制品產生了鮮艷的紅色，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準。

三、總結

案例式教學法改變了傳統填鴨式的授課方法，是一種打破以教師講授為主體，轉變為以學生為主體的教學模式，激發出學生的能動性與創新能力，增強學生與老師的互動，提高學生分析問題與解決問題的能力，從而敦促學生由被動學習轉變為主動學習，提升課堂學習氛圍和學生的學習興趣，加深對課堂基本概念、基本理論的理解，明顯提高了教學效果。但案例的恰當選擇需要在課堂中不斷探索和總結，本案例的分析只是一種教學方法的初步嘗試，需要在教學實踐中不斷完善。

參考文獻：

[1]周喜，高雪萍，李海燕，等.案例式教學法在食品專業有機化學中的應用[J].山東化工，2015，44（13）：130-131.

[2]段紅林.案例與研討式教學在安全培訓中的實踐[J].鐵道勞動安全衛生與環保，2007，（6）：270-271.

[3]闞建全.食品化學[M].第3版.北京：中國農業大學出版社，2016.

[4]葉藺霜.淺析硝酸鹽在我國傳統腌臘肉制品中的影響[J].工業探討，2008，（8）：57-59.