设计性实验在食品安全与卫生学中的教学实践

2013-10-20陆文蔚唐立伟冯馨韵郑凯莉

实验室研究与探索 2013年12期

黄玥，陆文蔚，唐立伟，冯馨韵，郑凯莉，白晨

(上海商学院旅游与食品学院，上海 200235)

0 引言

食品安全与卫生学是食品质量与安全本科专业的主干核心课程，是研究食品卫生质量，保护人类健康的科学，是一门综合性应用性很强的专业课，教学内容丰富，主要包括“食品安全危害因素”以及“食品安全管理与控制”等知识模块，其基本任务是培养学生从科学的观察角度出发，掌握食品污染物的种类、来源及预防措施，食品安全卫生管理的基本概念，以及一些基本实验技能和方法。以往该课程的实验内容以强调基础知识和基本技能学习的验证性实验为主，比较单一，这会降低学生的学习积极性，难以体现该课程的综合性与应用性。因此对实验教学内容有必要进行调整，以激发学生的学习兴趣和科学创新精神。

设计性实验是一种基于基础教学实验，对实际科学实验全过程进行初步训练的实验教学，是以基本知识、基本方法、基本技能的灵活运用为目的的一种教学实验[1]。为提高食品安全与卫生学实验的教学效果，培养学生独立思考、独立操作、初步设计实验的能力以及严谨的科学态度，采用设计性实验进行教学实践。该课程的教学对象为食品质量与安全本科专业大三学生，具备食品科学、检验科学、管理科学等基础及专业知识和实验操作技能，适合开展设计性实验教学。另外在实施过程中，除了实验课9课时之外，还需要前后预备1～3周实验准备和报告撰写时间以便顺利完成整个教学过程。

1 设计性实验的准备阶段

1.1 设计性实验方案的论证

在教学实践中，教师给出“各类食品主要安全卫生指标检测”的开放性实验设计命题，学生分为4组，每组5或6人，要求每组学生利用课余时间，充分运用所学知识，并结合我国目前食品安全时事和现状，通过查阅相关文献、标准等资料，以组为单位设计可行的实验方案，包括实验目的、原理、方法、步骤及实验所需的仪器、样品、试剂等。1周后每组由组长通过ppt演示介绍实验方案，4组方案为:馒头中违禁添加剂含量检测、薯条中防腐剂含量检测、常温酸奶质量卫生指标测定、发酵性豆制品质量卫生指标测定。在小组及组间充分讨论、组间互评、教师点评的基础上，结合实验室的实际条件、可行性、创新性等因素，推选出1组最优实验设计方案——发酵性豆制品质量卫生指标测定，作为实验教学内容。

以此方案为基础，4组同学共同进行实验材料、检测指标、实验方法等的选择和优化，教师与学生进一步讨论后使其进一步完善，确定最终实验方案。

该阶段历时2周，在整个过程中，实验材料由学生自主选定，检测指标由学生自主设计，实验方法由学生与教师共同选择确定。

1.2 实验样品的选择

发酵性豆制品是以大豆或其他杂豆为原料经发酵制成的豆制品，包括腐乳、豆豉、纳豆等[2]。豆瓣酱是以脱壳的蚕豆为主要原料，经制曲、发酵而制成的调味酱[3]，亦是我国居民经常食用的传统发酵食品。目前有关发酵性豆制品营养卫生及质量指标常规检测的文献还较少，因此以发酵性豆制品作为研究对象，以市售不同品牌、不同包装类型的腐乳、豆豉、纳豆、豆瓣酱4种发酵性豆制品为实验样品，每个实验小组负责1种类型样品的选择和采购。

1.3 检测指标的选择

我国发酵性豆制品的生产普遍采用传统的自然制曲和发酵工艺，由于各地区的气候差异大，温度和湿度等因素均影响着制曲和发酵，发酵条件不易掌握，使其并不能达到所对应的质量卫生指标。例如腐乳中微生物数量较高已经直接影响到腐乳的出口，腐乳生产过程中质量与安全的控制仍然是腐乳行业非常关注的一个热点[4]，近年来亦看到一些豆瓣酱中违法添加过量食用色素日落黄，以及由于制曲条件不易控制导致豆瓣酱卫生指标大肠菌群值不达标的报道[5]，另外氨基酸态氮是衡量发酵性豆制品质量的一项重要指标[6]，因此选用大肠菌群、日落黄、氨基酸态氮等作为此次实验的检测指标。

1.4 实验方法的选择

设计实验检测方法时，教师要求学生通过查阅国家标准和期刊文献，至少查阅两种及以上的测定方法，并阐述选择实验方法的原因和理由。

大肠菌群是粪便以及肠道致病菌污染食品的指示菌，传统国标法培养周期较长，操作较为繁琐，此次采用PetrifilmTM测试片法，该法为快速检测法，使用方便，结果有效[7]，已经在食品生产企业、食品安全监督部门和第三方检测机构广泛使用。

日落黄检测的国标仲裁法为三氯化钛滴定法[8]，但是操作较为复杂，因此选用紫外分光光度法，优点为快速、方便、有效，且回收率高[9]，适合在广大基层单位采用。

氨基酸态氮的国标测定方法为甲醛滴定法[10]，但在测定过程中要使用大量的甲醛，这是一种刺激性物质，对眼睛、皮肤及呼吸器官粘膜有损伤，长期吸入其蒸汽，会对检验人员的健康带来很大的危害。因此，此次实验选择了紫外分光光度法[11]，该方法简单方便，安全性较高，是测定发酵性豆制品中氨基酸态氮含量的理想方法。

根据选定的实验方法，确定需要的仪器、试剂和耗材等，做好实验准备。

2 设计性实验的实施过程

经过2周的实验方案优化和实验准备后开展实验教学，共9课时。实施过程中，所有环节均由学生自行完成，教师进行适当指导。各组同学分工协作，独立完成整个实验过程，包括样品处理、试剂配置、指标检测、结果分析等。

2.1 材料和方法

(1)检测样品。在超市、农贸市场等购买不同品牌、不同包装类型的发酵性豆制品32件。其中腐乳8件(不同品牌玫瑰腐乳、红油腐乳、香辣腐乳、臭豆腐等各2件，均为200～280 g玻璃瓶包装)，豆豉8件(散装干豆豉、不同品牌袋装干豆豉各2件，不同品牌玻璃瓶装湿豆豉4件，每件约500 g)，纳豆8件(不同品牌即食纳豆8件，均为50 g塑料盒装)，豆瓣酱8件(不同品牌塑料盒装、袋装豆瓣酱各4件，均为500 g)。

(2)仪器。756CRT紫外-可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司)，MS105DU电子天平 (梅特勒-托利多中国公司)。

(3)试剂和耗材。硫酸铵、37%甲醛、乙酰丙酮、乙酸钠、乙酸、柠檬酸、磷酸氢二钾、氯化钠等(以上试剂均为分析纯)。

日落黄(上海染料研究所有限公司)。PetrifilmTM大肠菌群测试片(美国3M公司)。

2.2 实验过程与结果

2.2.1 大肠菌群值检测

采用PetrifilmTM测试片法测定大肠菌群值，按使用说明书完成1∶10和1∶100样品匀液制备、接种、培养、计数等步骤。

2.2.2 日落黄检测

采用紫外分光光度法测定日落黄含量，参考文献，完成样品处理、检测波长选择，标准曲线绘制，样品测定，方法回收率测定等步骤。所有样品平行测量3次，结果以均值表示。

检测波长的选择:取100 μg/mL的日落黄标准品溶液，在756CRT紫外可见分光光度计上用1 cm比色皿，在200～800 nm范围内扫描日落黄的吸收光谱，以蒸馏水作空白对照，如图1所示，在481 nm处有较强的吸收峰，故选择检测波长为481 nm。

图1 日落黄溶液吸收波长扫描图谱

标准曲线的测定:在最大吸收波长481 nm处测定浓度为 1、2、5、8、10、15 μg/mL 日落黄标准溶液的吸光度，绘制吸光度－浓度曲线，结果如图2所示，标准曲线的线性回归方程为y=0.065x+0.009，相关系数R=0.999，线性良好，线性范围为 0 ～ 15 μg/mL。

图2 日落黄溶液标准曲线

方法回收率:以同一样品作为回收率实验检测样品，在样品用蒸馏水溶解稀释后制成待测液，然后分别加入 1、2、3、4、5、6 μg 的日落黄标准品，测定回收率，结果为93.8% ～103.2%。说明该方法回收率较好。

2.2.3 氨基酸态氮测定

选用紫外分光光度法测定氨基酸态氮含量，参考文献，完成样品处理，方法优化(显色剂加入量、缓冲液加入量)、标准曲线绘制、样品测定、方法准确度和精密度测定等步骤。所有样品平行测量3次，结果以均值表示。

(1)样品处理。称取样品10.0 g，加水搅拌溶解后全量转移至100 mL容量瓶中，混匀过滤，再从中吸取10 mL于100 mL容量瓶中，加水至刻度，混匀备用。

(2)检测方法确定。通过加入不同量显色剂和缓冲溶液，观察检测方法的吸光度值变化。当缓冲溶液用量≥3.5 mL，显色剂用量≥4 mL时吸光度值趋于稳定，并呈现最高值。故实际检测采用加入缓冲溶液4 mL，显色剂4.5 mL。以10，20，30，40，50，60 μg/mL 硫酸铵标准溶液1 mL，或样品处理液1 mL，加入4 mL乙酸铵缓冲液、4.5 mL显色剂和0.5 mL蒸馏水，混匀振摇后，放入沸水浴中15 min，取出后用冷水浴冷却至室温，400 nm波长下进行测定。

(3)标准曲线线性分析。在10～60 μg/mL范围内，硫酸铵溶液的浓度-吸光度呈线性关系，标准曲线回归方程为 y=0.163x+0.023，相关系数 R=0.998，线性良好。

(4)方法精确度和回收率。取同一样品按照上述方法平行测定8次，由测定结果计算精密度试验相对标准偏差，为2.8% ～5.8%。向同一样品中分别加入低、中、高3种不同浓度的标准溶液，按照上述方法进行测定，方法的添加回收率为94.5% ～100.9%。以上结果说明该方法可满足检测要求。

2.2.4 样品检测结果

各组独立完成样品的检测，每组结果稍有不同，如其中一组检测结果为:大肠菌群值除有2份散装干豆豉分别为6、18 MPN/100 g外，其余样品均未检出;日落黄所有样品中均检出，范围为0.023～0.163 g/kg;氨基酸态氮范围为 0.096 ～0.541 g/100 g。

2.3 撰写实验报告

实验结束后，教师进行总结，并提出课后思考题，给同学留出思考与进一步挖掘实验数据所含信息的空间。1～2周后，每组提交一份按科研论文格式书写的实验报告，内容包括实验目的和背景、实验材料和方法、实验结果、讨论与分析、实验体会等。各组报告中实验材料和方法可以相同，其余部分均需独立完成。实验结果部分根据本组原始检测数据自行整理和统计分析，按科研论文标准要求对结果进行描述(尤其注意图、表的格式)，分析和讨论需有本组的独立见解，可针对实验方法、实验结果等开展，例如，可针对检测结果进行描述，亦可对不同种类、不同包装类型样品的检测结果进行比较分析等。

如其中一组对于豆瓣酱检测结果的分析与讨论为:在检测的8个样品中，均未检测出大肠菌群，日落黄的含量均在国标允许范围内(＜0.2 g/kg)[12]，因此豆瓣酱在这个两个卫生指标上让人放心。值得注意的是，豆瓣酱的营养指标——氨基酸态氮在各品牌之间差异很大，但均未达到国标要求的≥0.6 g/100 g[13]，因此建议相关食品生产企业在保证豆瓣酱卫生指标达标的同时，还应保证产品营养到位，从生产工艺上加以改进，另外相关食品安全监督机构亦要加强对此类食品营养指标的监测。

3 设计性实验的实施效果

设计性实验以激励学生学习兴趣、开发学习潜能、培养实践能力和创新能力为核心[1]，本次教学实践获得了较好教学效果，达到了预期教学目标。

以小组为单位的实验教学组织形式，既要求发挥个人作用，也强调注重集体力量，这其中的理解、沟通、共鸣、默契配合甚至是体谅和宽容，的确训练了学生们团结协作精神，这也是未来工作和科研必须具备的素质[14]。

食品安全问题人人关注，此次实验由学生自主设计，选题“发酵性豆制品质量卫生指标测定”较为新颖，在已有文献中，对学生们选择的4类样品的3项检测指标检测结果的报道尚少，具有一定的科研价值，同时也和生活紧密相关，激发了学生潜在的求知欲和钻研精神。

在实验方法的选择上，学生们经过综合考虑，没有选择国标方法进行检测，而是从文献中挑选出较为新颖、便捷、有效的检测方法，体现了其主动学习、独立思考的主观能动性。

从实验材料、试剂准备、方法选择、实验操作、结果记录等所有环节均由学生独立完成，在实验操作过程中，当出现与预期不符合的情形时，教师除正确指导外，还应鼓励学生进行仔细观察和分析，让学生通过自己的思考找出原因，并进一步提出改进方法。例如在实验中，根据文献中样品处理的方案，样品日落黄、氨基酸态氮的检测结果均超出了标准曲线线性范围，学生向教师请教时，没有直接获得如何解决的方法，在得到复习紫外可见分光光度法检测原理的提示后，学生通过思考，提出增大样品稀释倍数的解决方法，并在实际操作中验证了其有效性。这一过程使学生将理论与实践紧密结合，加深了学生对理论知识的掌握，也提高了学生解决实际问题的能力。

在实验报告撰写过程中，学生需进一步对实验数据中所含的信息进行提炼，发现问题、分析问题甚至进一步提出解决问题的方案，这些独立见解均需要学生通过小组讨论和思考后得出，该过程进一步激发了学生的探索和创新精神，使学生的团队协作和创新能力得到了锻炼。

4 结语

整个教学实践过程的实验设计、实验操作、结果分析、报告撰写等过程中强调学生的自主独立，强调积极主动的发现和探索。整个过程中以学生为主体，教师起协调指导辅助作用，教师重点引导学生“在实践中学习”，“学会学习的方法”，“学会学习的能力”，“养成自我学习的习惯”[15]，提高了学生的独立实践能力与科技创新能力。

本次教学实践是设计性实验在食品类专业课的有益探索与教学实例的践行，也为学生之后顺利完成专业实习及毕业论文等实践教学环节奠定基础。

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[6] 王冬燕，王远红，郭丽萍，等.纳豆中氨基酸态氮含量的测定[J].食品工业科技，2010，31(9):361-362.

[7] 刘秀梅，卢行安，顾其芳，等.AOAC 991.14 PetrifilmTM大肠菌群测试片法与GB4789.3大肠菌群计数法的比较研究[J].中国食品学报，2010，10(6):167-172.

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