《食品添加剂》课程开放实验项目的设计与实施

陈学红

摘要：食品添加剂实验教学是为了开拓学生智能，培养学生严谨的科学态度和良好的实验素养，提高学生的动手能力、分析问题、解决问题的能力和独立工作的能力。以植物果胶的提取及其特性研究为例，阐述了开放实验教学方案的制定与实施、实验方法的设计和实验的教学效果。

关键词：食品添加剂；开放实验；设计

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）38-0254-02

实验室是进行实验教学、培养学生创新能力的重要场所，也是开展科学研究的重要基地[1]。开放实验教学是针对传统的封闭式实验教学的改革，让学生成为实验的主体[2-3]。开放实验中，学生通过查阅相关资料，自拟实验方案，并独立完成实验过程的实施[4]。实验室的开放能够最大限度地激发学生的创新热情和兴趣[5]。《食品添加剂》课程是我校食品科学与工程学院重要的专业课程之一，具有很强的实践性。为了提高学生运用理论知识解决实际问题的能力，为了培养学生的动手能力和创新能力，我们在《食品添加剂》课程中不断加强学生的开放性实验，為提高学生的综合能力发挥积极的作用。

下面以食品添加剂实验中“植物果胶的提取及其特性的研究”为例来说明开放实验项目的实施与运行。

一、学生自主设计开放实验方案

首先，指导教师召集学生给出开放实验项目题目，并简要讲解实验设计的基本原理。学生自主查阅与题目相关的文献资料，并依此制定出实验方案；待学生提交实验方案后，指导教师与学生一起对设计方案进行讨论，指导修订，确定出合理适宜的实验方案。比如，“植物果胶的提取及其特性的研究”开放实验，其重点在于植物果胶提取方法的确定及果胶特性的研究。果胶的提取方法有多种，学生可根据自身的专业知识背景及对相关文献的熟悉程度，自主地选择适宜的植物性原料，通过查阅大量的文献了解各种提取方法的优缺点和操作要点，确定出果胶的提取方案。之后，根据理论课程中所学到的增稠剂的性质，查阅文献确定研究果胶的哪些特性，并确定出研究方案。整个实验方案制定的过程中，学生通过与老师交流、探讨，并进行摸索性的实验，修改、分析，论证实验方案的切实可行。当学生提交初步方案后，指导教师与学生共同探讨，确定筛选植物果胶的提取方案，为了对各种提取方法进行对比分析，以提取果胶的得率和含量为依据，确定果胶的最佳提取方法和提取条件。针对实验室现有的条件，学生在实验室中通过摸索性的实验，确定果胶的特性可重点研究粘度特性和胶凝特性。由此，在整个开放实验方案的设计制定过程中，学生经历了资料收集整理、信息分析、制作和调试等整个过程，培养了学生的信息检索能力、思维能力和操作能力，提高了学生的创新思维和创新能力。

二、学生独立完成开放实验方案的实施

开放实验的实施过程，实行以学生为主体，学生学习与教师讲授、辅导相结合的模式。教师只在相关实验知识、操作规程和主要仪器的使用上给予重点讲解，由学生自己决定实验时间，独立完成全部实验[6]。在食品添加剂“植物果胶的提取及其特性的研究”开放实验项目中，学生接触较少的地方是果胶样品的提取方法及果胶的特性。因此，指导教师可在这两个关键点给予学生较为细致详要的指导，包括仪器设备的操作使用及注意事项。下面以植物果胶的提取及其特性的研究为例，介绍开放实验项目的实施过程。

1.果胶的提取。柑橘、柠檬、柚子等果皮中约含30%果胶，是果胶的最丰富来源。在食品工业中，果胶主要是从柑橘皮、山楂、西瓜皮等原料中提取出来的。在植物原料的选取方面，学生可根据所查文献及自身的知识背景，选择适宜的富含果胶物质的材料提取果胶。果胶的提取方法有多种，最传统的方法是酸法提取，此外还有酶法提取、微波辅助提取、超声波辅助提取及离子交换树脂提取法。酸提取法工艺简单，各种条件比较容易控制，无污染，得到的果胶质量好、纯度高。因此，在学生的开放实验中可采用酸法提取果胶，并结合微波辅助提取、超声波辅助提取考察果胶的得率。通过不同提取方法的实践，依据果胶得率及果胶含量，确定出果胶的适宜提取方法。提取方法确定后，下一步就是果胶提取条件的优化了，这一步教师指导学生采用响应曲面法对果胶的提取条件进行优化，由于学生对响应曲面法不太了解，指导教师对于该软件的应用给予学生指导，学生依次确定出适宜的果胶提取条件。通过果胶样品的提取这部分实验，学生经历了自己选材，自己安置装置，独立地分析问题、解决问题，实际动手操作能力得到了锻炼，实验技能得到了提高，综合应用知识的能力进一步得到加强。

2.果胶特性的研究。果胶作为多糖，具有显著的功能特性。在学生的开放实验中，重点研究所提取天然果胶的溶解度、粘度和胶凝作用。在这部分实验内容中，所用到的实验仪器主要有粘度计和质构仪。食品科学与工程学院实验室有毛细管粘度计和旋转粘度计两种粘度计，教师讲解了粘度计的使用方法后，学生可自行选择仪器测定粘度。对于提取果胶的胶凝作用，由于高甲氧基果胶与低甲氧基果胶形成凝胶的条件不同，所以为了确定果胶形成凝胶的条件，必须明确所提果胶的酯化度，高甲氧基果胶酯化度≥50%（甲氧基含量≥7%），低甲氧基果胶酯化度<50%（甲氧基含量<7%）。高甲氧基果胶形成凝胶需要糖和酸，通常是氢键和部分甲酯基团的疏水作用促成了凝胶。高甲氧基果胶在糖浓度很高（55%以上）酸性条件下（pH低于3.6）可形成凝胶。低甲氧基果胶的胶凝是两个果胶分子链间的羧基通过钙桥实现离子连接以及氢键的共同作用的结果。低甲氧基果胶的凝胶作用与高甲氧基果胶不同，它并不完全以pH和糖类作为形成凝胶的制约因素，需要与钙离子结合后才能形成凝胶。所以，学生需在确定所提果胶酯化度的基础上，自行设计果胶形成凝胶的条件使其形成凝胶。果胶凝胶强度可采用质构仪进行测定，质构仪的操作使用学生不熟悉，关键在于条件的设定。这时候教师需要耐心讲解选择质构仪条件的原则，并简单演示整个操作过程，让学生先有直接的感性认识，再运用到实验中。学生进行实验后，质构仪条件的选择即能完善进行。从中，可以提高学生实际操作、观察分析及逻辑推理的综合能力，逐渐养成严谨的科学态度[7-10]。

三、学生开放实验结果的评价

完成实验项目后，为了进一步启发思维，整理整个思路过程，总结实践经验，学生需撰写上交一篇实验小论文，内容包括实验中的操作步骤、结果及对实验结果的分析和讨论。对于写得比较好的论文，指导老师可给予指导并推荐到有关刊物发表。通过这样一个整理总结的过程，学生的分析能力和实际操作能力等各方面能力确实得到了提高。

四、开放实验教学的效果

“植物果胶的提取及其特性的研究”的开放实验教学，历时5周，其中2周用来让学生查阅相关资料并设计开展实验的方案及策略，2周实施实驗方案，1周用来撰写实验小论文并进行汇报。教学实践表明，该实验项目很适合本科食品添加剂实验课程。学生由以往被动的学习状态，转变为积极主动参与。整个实验方案全部由学生自己设计，自己实施。并且在实施实验方案的过程中，会遇到各种预料不到的问题，学生需自己动脑分析去解决，因此很大程度地提高了学生分析问题和解决问题的能力。整个开放实验的实施过程中，所用到仪器、设备、方法均涉及到多个学科层面，强化了学生综合应用知识的能力和实验技能，使学生进一步掌握从事科学研究工作的方法和实验技能。

五、结束语

开放实验项目强调了以学生为中心的教学模式，大大地增加了学生进入实验室的灵活度，全面地提升了学生的自主学习、动手实践和主动创新能力。学生依据个人的实验基础和学习兴趣设计创新实验，充分发挥了学生的想象力和创造力，全面培养了学生的创新精神和实践能力，有利于促进学生的个性化和全面发展，有利于提高学生的综合素质。另外，开放实验教学项目，也对指导教师提出了更高的要求。指导教师需做好充分的准备，并需要增加和学生之间的沟通与交流，不断更新自身的知识储备，提高教学水平和教学质量，提高综合素质。

参考文献：

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