食品添加剂综合性创新实验设计与实施

王 元 军

(济宁学院 生命科学与工程系， 山东 曲阜 273155)

0 引 言

满足国家和地方社会经济水平发展的需要，应用型本科院校人才培养的目标在于本科层次工程技术应用型人才，体现在课程设置上既要注重宽广的理论基础和可供广泛迁移的知识平台，更要强调实践性、应用性和技术性以满足一线生产知识和能力的实际需要[1]。其中，专业应用能力的培养是应用型本科人才培养的核心任务，而落实专业应用能力培养的关键在于加强实践教学。由于教学时空的有限性，如何有效整合有限课时，构建科学合理的实践教学体系是应用型本科院校课程改革必须解决的中心课题。近些年来，为满足应用型人才培养的需要，不少学者从综合性实验设计和优化开展了课程改革以提高专业应用能力[2-4]。如姜睿馨等[5]以学生工程实践能力和创新能力培养为核心，构建了以“一制三化三结合”为人才培养模式的“分层次、递进式”实践教学体系；黄玥等[6]以“各类食品主要安全卫生指标检测”为命题开展设计性实验教学；王惠琴等[7]通过优化整合实践教学课程资源，构建基于学生创新能力培养的课程群实践教学模式等，都取得了较好的效果。

食品添加剂是现代食品工业的灵魂，没有食品添加剂就没有现代食品工业，在食品科学与工程专业课程体系中占有重要的地位，并与食品化学、食品工艺学、食品分析等主干课程密切相关。尽管食品添加剂课程的实践性要求较高，但食品添加剂的课程实验教学相对比较薄弱，课时少，主要以验证性实验为主体，难以满足应用型人才培养的需要。

我校属于地方性应用型本科院校，定位于培养应用型专业人才。在我系食品科学与工程专业人才培养方案改革中提出建设基于地方应用型人才培养的大食品课程教学体系，即根据地方企业职业岗位能力的需求，整合多课程知识、技能，建立跨学科、学校和企业，实验、实训、顶岗实习一体化的综合性实践教学体系。在具体的食品科学与工程专业课程体系改革实践中，食品添加剂实验教学改革进行了一些有益的探索，并于2016年教研课题申报中立项研究食品添加剂课程教学内容的改革，尝试建立以满足食品企业食品添加剂应用职业能力培养为导向的多课程融合的综合性创新实验体系。

1 开展综合性创新实验的必要性和内涵

“食品添加剂”作为一门对食品添加剂的性质以及在食品加工中的应用进行探索研究的综合性学科，教学内容知识点多而杂，缺乏关联性，主要集中在对23类食品添加剂基础知识的讲解，教学模式单一，不能满足当前应用型食品专业人才培养的需求[8-9]。随着我国食品工业的快速发展，食品添加剂行业迅速壮大，在企业产品的生产和研发中的地位越来越重要、要求越来越高，对食品添加剂课程的教学也提出了更高的要求。作为地方本科院校，是以应用型专业人才培养为办学定位，主要面向生产实践培养大批应用型高级专业人才。因此，立足本市食品工业和食品添加剂行业的发展，满足学生将来的职业需求和就业导向，以培养岗位职业能力为目标，开展食品添加剂教学改革是课程发展的必然要求。

作为现代食品工业的灵魂，“食品添加剂”在食品科学与工程专业课程体系中具有统领作用，并与各门专业课具有天然的内在密切联系。如何打破课程的界限，贯通相关课程知识的内在联系，突出其实践能力培养是课程改革的核心，也是地方本科院校人才培养的薄弱环节。因此，实验、实训、实习等实践环节是课程教学改革的重中之重，课题组将食品添加剂的实验教学改革列为课程改革的核心工作之一。食品科学与工程专业学生的就业目标主要在于从事食品的生产与研发，这必然涉及食品工艺、食品检验与分析、食品添加剂、食品试验设计与统计分析等课程知识技能的综合应用，开设融通多课程的综合性大实验是食品添加剂实验教学改革的主导方向。在食品添加剂综合性创新实验设计中，依据任务驱动的教学模式，模拟实际生产的情景，打通食品化学、食品工艺学、食品分析等主干课程界限，从食品企业岗位职业能力需求出发，有针对性地设计综合性实验项目，为下一步的实习及研究奠定基础。所以，食品添加剂综合性创新实验改革的内涵就是立足于学生将来工作岗位职业能力的需求，从食品添加剂满足企业生产和研发应用的角度，整合实验教学内容，建立基于多课程融合和职业能力培养的综合性创新实验教学体系，这既是食品添加剂课程自身发展的要求，也是应用型人才培养的必然要求。

2 综合性创新实验的设计

2.1 总体设计思路

(1) 坚持应用性原则。食品添加剂作为一门实用性很强的课程，其实验设计必须坚持食品添加剂的应用能力培养为基本原则。同时，为培养企业所需高水平食品应用型专业人才，实验设计中要以满足企业生产岗位职业能力的需求为核心，通过合理设计实验内容和环节以达到企业所需人才的培养。任务驱动教学模式能为学生提供体验实践和感悟问题的情境，从而起到改变学生学习状态，使学生主动构建探究、实践、思考、运用、解决高智慧的学习体系[10]；在具体的实施过程中以完成特定任务为核心，以任务的完成结果和学习过程的效果为评价标准，是一种有效的培养学生职业应用能力的教学模式。因此，实验设计依据任务驱动的教学模式特点，以完成特定食品黄瓜汁饮料和油条生产等项目为任务出发点，通过食品实际生产的“情景”，引导学生串联起相关课程，在对食品生产的实验、实训中完成知识的学习和应用能力的培养。

(2) 坚持创新性原则。创新实验教学模式、内容、管理和评价方式等设计是满足高水平专业人才创新能力培养的必然要求。除在教学模式上采用任务驱动思想设计实验外，在教学内容的具体设计上，改变以传统食品添加剂按照分类组织实验教学的设计思路，以食品添加剂应用为核心、以应用能力培养为目标，创新性开展多课程融合实验设计。既利于打通课程间知识点的联系，提高教学效率，也有利于学生完成综合性和设计性实验，是一种新的实验教学设置理念[11]。食品添加剂与食品工艺学、食品检验与分析、食品感官评价、食品试验设计与统计分析等课程密切相关，但由于课程间缺乏综合性学习和训练，使得学生对所学知识点的内在关系缺乏深刻理解和掌握[12]。食品添加剂作为食品工业的灵魂，充分发挥其统领作用，实验内容设计中以特定食品黄瓜汁饮料和油条的生产为载体，创新性地利用食品添加剂的应用将相关课程内容融合起来，从多课程知识和技能的交叉整合出发构建实验教学内容，打造食品添加剂综合性创新实验。

(3) 坚持发展性原则。首先体现在实验的设计上要以学生为主体，满足学生自我管理、自主实验需要，进而达到自主发展的学习目的。整体实验的设计采用统筹安排、系统设计，在实验内容和能力目标上坚持发展性，由简到繁，逐步推进，确保学生能够顺利完成。其次还体现在为学生的职业发展提升和学习深造进行准备，核心体现在必要的研发能力培养。研发能力是企业生存和发展的不竭动力，是对企业技术性员工职业能力必要的要求。实验方案设计中恰当的引入研究性学习，如在黄瓜汁饮料和油条的膨松剂配方、抗氧化两个项目中均尝试将适宜的食品科学研究方法引入综合性实验设计中，可使学生通过学习科学的实验方法、实验设计技巧等以获取生产的工艺参数，进而达到科研流程充分熟悉、科研能力充分锻炼提高的目的。更为重要的是在实验进程中预留实验空间，让学生根据已经获得的信息开展自主设计研究方案以深化和推进实验研究，达到实验学习的自主发展，对于创新性应用人才的培养十分必要。

2.2 实验方案设计

与以往仅立足于食品添加剂教学内容的设计不同，本实验设计的思想和出发点以满足食品添加剂应用的职业能力需求角度，将原有4个实验整合为2个项目(见表1)，并对每个项目划分成不同的模块，进而达到生产技能培养的有序实现。

表1 食品添加剂综合性创新实验设计方案

2.2.1 黄瓜汁饮料调配

2.2.1.1 实验内容安排

(1) 4种基本味觉识别[13]。味觉识别是食品感官评价的基础，酸、甜、苦、咸是必须的4种基本味觉。分别配制蔗糖(0.4 g/100 mL、0.6 g/100 mL)、NaCl(0.08 g/100 mL、0.15 g/100 mL)、柠檬酸(0.04 g/100 mL、0.08 g/100 mL)、硫酸奎宁(0.2 mg/100 mL、0.8 mg/100 mL )等使用液，各取30 mL放入有编号的小烧杯，随机顺序排列，通过感官训练培养学生的味觉识别技能。具体操作时应注意的细节和基本技巧，如先用约40 ℃清水洗漱口腔，喝小口试液使其充分接触整个舌头，勿咽下，仔细辨别味道，记下烧杯号码及味觉判别，通过这种训练可建立起基本的味觉识别标准和能力。

(2) 风味感觉训练。具备了一定的味觉识别能力，可进一步安排风味感觉训练。购买具有典型风味特点的食品如红茶、果蔬罐头、牛奶等，其中果蔬罐头(如菠萝、黄桃、梨)、葡萄、橙子、黄瓜、芹菜等，可分别打浆、过滤取汁；鲜牛奶设计原鲜牛奶、加1/3纯水冲稀、加热至90 ℃、沸腾7～8 min 4种不同处理方法以制作4种样品等。为避免色泽等造成的干扰，分别取试样于棕色小试剂瓶，嗅觉检验，再进行味觉检验，训练以形成一定的风味评判和感知能力。

(3) 黄瓜香精调配黄瓜味饮料。具备了基本的风味感知能力，也就具备了一定的食品感官评价能力。实验内容安排使用黄瓜香精调配黄瓜味饮料。取烧杯放入100 mL蒸馏水，适当加热，分别加入羧甲基纤维素钠0.1%、琼脂0.1%、木糖醇8%、柠檬酸0.09%、维生素C 0.06%，搅拌均匀。常温下加入黄瓜粉末香精，其中黄瓜粉末香精设计0.1%、0.25%、0.4% 3组不同用量水平。利用已经具备的感官评价能力对调配的黄瓜味饮料感官评价，评价的内容可着重于滋味、风味，兼顾色泽、组织状态等。

(4) 黄瓜汁饮料的调配。为进一步比较黄瓜汁饮料与黄瓜味饮料的品质差异，在上述实验的基础上，实验内容安排黄瓜汁饮料的调配。将黄瓜两端瓜蒂切除，切成约2至3 mm碎块，将碎块放入80 ℃的水中烫漂3 min，榨汁过滤备用；然后安排调味与物性的调配[14]。

黄瓜汁的调味，① 调甜味，取3个200 mL烧杯，分别加入40 mL黄瓜汁，60 mL蒸馏水，然后加入柠檬酸0.09%、维生素C 0.06%，搅拌均匀；取其中两个烧杯分别加入木糖醇8%、蔗糖8%，用玻棒搅拌均匀，对3组进行感官评价，比较其异同。② 调酸味，取4个200 mL烧杯，分别加入40 mL黄瓜汁，再加入60 mL蒸馏水，然后加入木糖醇8%、维生素C 0.06%，搅拌均匀；取其中3个烧杯，自己设计实验比较酸度调节剂如柠檬酸、苹果酸、酒石酸等使用对黄瓜汁感官品质的影响。

为进一步训练学生对物性感官评价能力，实验内容中增加乳化剂、增稠剂的调配对比实验。即首先取1升大烧杯加入200 mL黄瓜汁、300 mL蒸馏水、木糖醇8%、柠檬酸0.09%、维生素C 0.06%，然后各处理均取50 mL，分别加入羧甲基纤维素钠(0.10%、0.20%、0.30%)、海藻酸钠(0.15%、0.25%、0.35%)、琼脂(0.06%、0.09%、0.12%)，共计9个试样，搅拌均匀并静置30 min，训练比较评价组织状态；根据透光率最小时乳浊液最稳定，增加透光率的测定，用移液管从样品中部取样，于540 nm测定透光率，确定最佳乳化增稠处理，以协助验证感官评价。

2.2.1.2 实验设计分析

黄瓜汁饮料的调配生产为基本任务。为完成甜味剂、酸味剂、乳化剂、增稠剂、香精香料等食品添加剂的教学任务，设计非澄清性黄瓜味饮料和黄瓜汁饮料生产情景，学习过程生动而直接，效果好。更为重要的是将具体内容设计与食品感官评价、食品工艺学整合起来，由味觉的识别、风味训练、黄瓜香精的使用、黄瓜汁饮料的调配生产4个模块组成，这种设计是基于饮料的生产和开发所需的基本能力和一般流程，即实验内容的设计不仅涵盖饮料生产的主要技术环节，也包括饮料研发的基本技能；从整体上4个模块相互联系，在突出食品添加剂应用的同时，又有机地融合了其他课程的基本知识和技能，从知识和技能上，有序渐进，形成了和谐统一的“知识串”结构，对于培养学生知识网络结构和综合应用能力具有积极的意义。

2.2.2 油条的膨松与抗氧化

2.2.2.1 实验内容安排

(1) 油条的膨松剂配方研究[15-16]。实验内容结合油条的加工工艺，包括和面、叠面、饧面、切条、炸制，设计油条加工的3个配方，① 配方1∶500 g面粉，300 mL水，分别加入碳酸氢钠6 g，明矾6 g，食盐7.5 g。② 配方2∶500 g面粉，300 mL水，碳酸氢钠12.5 g，葡萄糖酸-δ-内酯12.5 g，酒石酸氢钾6 g，磷酸二氢钙12 g。③ 配方3∶500 g面粉，300 mL水，葡萄糖酸-δ-内酯1.0 g，碳酸氢钠4.5 g，硬脂酸单甘酯2.0 g，磷酸二氢钙0.8 g。按照上述配方先将添加剂分别兑好，温水搅拌溶化，再加入面粉搅拌成雪花状，和面并用温布盖好醒发20～30 min。然后，按照油条的制作工艺，制作成30 cm左右长条，放入八成热的油锅中，炸45 s左右；关注并记录炸制过程中的5个阶段，油条坯温度上升阶段、油条坯水分蒸发阶段、油条坯膨胀阶段、油条坯定型阶段、油条上色阶段的感官变化特点。成品油条可从外观、色泽、结构组织、弹韧性、气味等方面进行感官评价[17]；组织学生讨论品质差异的原因，分析配方中各食品添加剂的作用，并设计实验证实。

(2) 油条用油抗氧化实验。以豆油为实验油条加工用油，设计抗氧化实验3组处理①加入抗氧化剂TBHQ，按0.15～0.2 g/kg加入，炸制油条②不加抗氧化剂，炸制油条③不加抗氧化剂，不炸制油条。油条炸制结束后，分别测量豆油的过氧化值以评价豆油的氧化程度。具体方法，取油样2～3 g，于250 mL碘量瓶中加入氯仿-冰乙酸混合液20 mL，充分混合；加入饱和碘化钾溶液1 mL，加塞后摇匀，暗处放置5 min；加入50 mL蒸馏水，充分混匀后立即用0.01 mol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定至浅黄色，加淀粉指示剂继续滴定至蓝色消失为止；同时做空白试验，计算过氧化值。通过氧化值衡量油的氧化情况，分析抗氧化剂、炸制过程对豆油的影响。

2.2.2.2 实验设计分析

选择以油条的生产为载体，实际上其中涵盖了生产工艺、膨松剂配方、抗氧化实验3项内容。从油条的生产工艺来讲，实验从和面、饧面到炸制，贯穿油条生产的全工艺流程和生产所需的所有技能，完全能够满足实际油条生产的需要；从食品添加剂的教学来讲，安排了膨松剂、乳化剂、增稠剂、抗氧化剂的实验教学任务；同时，还涉及食品工艺学、食品检验与分析、食品试验设计与统计分析等教学内容，利用油条生产实训有机的贯穿起来。更为重要的是，在实验内容安排上进一步提升，将油条的配方设计、抗氧化剂的使用与检验的研究性内容引入实验教学。在油条的膨松剂配方设计中，配方1为传统的明矾油条，配方2为无矾复合膨松剂、配方3基本在配方2基础上增加了乳化剂；3个配方的设计没有按照单因素的做法，这就为学生深入研讨各种膨松剂的作用以及自己设计实验证实创造了条件。油条用油抗氧化实验则充分利用了炸制油条过程，对比抗氧化剂使用、未使用以及未炸制油3组样品过氧化值数据分析得出结论。实验中两个模块研究性实验的引入，虽各有所侧重，但都是让学生逐步学会实验的设计、数据的采集和分析处理，科学地做出结论，对于提高学生科研和创新能力以及实现高层次创新人才培养具有积极意义。

3 综合性创新实验实施效果

作为食品科学与工程专业课程改革的一部分，通过近3年的实践与探索，食品添加剂综合性创新实验的实施在整个课程体系改革中发挥了积极效果。

(1) 有效改善了学生的学习态度和学习方法，提高了学习效果。由于食品添加剂的知识点比较多且琐碎，知识记忆的负担较重，学生学习的压力较大，因此对课程的学习缺乏兴趣和积极性。通过实验改革，以任务为驱动的实验教学模式能够串联起主要的食品添加剂，并且在亲自动手感知中完成学习任务，这种学习方式大大激发了学习兴趣和改善了学习效果。食品科学与工程专业和食品生物技术专业两届的考试成绩都有了较大提高，特别是优秀率均超过了30%。

(2) 有效改善了学生的知识结构和综合能力。以生产任务为驱动的实验教学，实现了多课程知识和技能的交叉互融，利于帮助学生形成有效的网络知识结构，利于改变学生学习和思维的习惯，对于创新人才的培养具有积极的意义。具体效果体现在学生毕业论文的质量、大学生科研项目、考研率、学生发表论文上有明显的提升。以全校大学生科研项目的立项为例，国家级项目、学院重点项目、一般项目都有了较大提升，连续2年我系申报立项中食品方向项目占比达50%以上。

(3) 为毕业实习奠定了基础。综合性创新实验改革是以满足生产所需职业能力为出发点，实验的设计基于适应实际生产需要的知识、技能的学习和应用，针对性的训练有利于学生尽快适应实际的生产、检测或科研工作；同时，食品添加剂作为现代食品工业的灵魂，相关知识结构和实验技能的熟练掌握也为强化企业岗位生产所需的职业能力提供了保障，为生产实训和毕业实习奠定基础。2016、2017两届食品科学与工程专业学生毕业实习的调查回访中，实习单位对学生专业能力的评价满意率均达到100%。

(4) 锻炼了学生自主学习的能力与职业能力。综合性创新实验对学生提出了更高的要求，实施过程中知识和能力要求对学生都形成了挑战。这是由于以满足食品添加剂应用的职业能力为设计目标的综合性创新实验，涉及的课程多、知识的体量大，对实验能力要求高和全面等。部分学生明显的表现为不适应。针对这种现状，迫使学生改变以往学习形成的习惯，从实验需求出发，根据实验任务需求为主线构建知识网络，即提前对实验涉及到的相关学科基础知识进行全面的学习和准备，将学习时间延伸至课前[18]，通过充分的预习并尝试建立知识间的内在联系，进而达到学会融通所学的各门课程。另外，通过整个综合性实验，学生进行全面的整体规划和准备，包括对实验模块、流程要清晰、实验操作要点要熟悉、数据的处理要准确及时，特别是实验中涉及到的自行设计的研究性实验要有充分的讨论和准备等，并根据实验进行状况及时调整实验计划，学生的职业能力得到了显著提升。综合性创新实验设计是有多个模块有序组成，每个实验小组通过模块间的衔接，加强了成员之间的协作。

4 结 语

基于地方院校应用型人才培养的需要，改革课程体系以培养学生的实践能力是当前很多高校必须解决的核心课题。开展学科、课程等交叉融合，建立以创新能力和职业能力以为特色的创新性实验教学体系研究，有助于推动学科协同发展和创新人才培养机制的完善[19]。在食品添加剂实验教学改革中，课题组做了一系列尝试，将原有实验内容整合成两个项目，并科学设计实验内容，坚持服务于以任务驱动的学习模式，在相应实验任务的设计中，学生既可以体验实际生产的工艺流程，达到实验实训的目的；同时，又可以学习食品研发的基本方法和技能，满足企业产品研发的需要；既有效完成了食品添加剂甜味剂、酸味剂、膨松剂、乳化剂、增稠剂、香精香料、抗氧化剂的实验教学任务，又通过多学科知识的交叉互融，帮助学生打破理论学习中形成的课程界限，以生产职业能力需要为核心，将知识的学习与能力的培养等有机地整合起来以培养高层次应用型专业人才。虽然说改革取得了一定成效，但是学校教育具有滞后性，随着地方食品行业高新技术产业的发展和推进，要保持学校和行业企业及时沟通互动，保证学生实践的技术水平先进性和同步性，还有许多工作需要做。