新疆高校“食品生物技术及农产品加工实验”教学内容改革研究

刘云国，张 亮，刘凌霄，刘 军

（1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆乌鲁木齐 830046；2.青州荣美尔生物科技有限公司，山东青州 262500；3.临沂市农业科学院，山东临沂 276012）

新疆高校“食品生物技术及农产品加工实验”教学内容改革研究

刘云国1，张 亮2，刘凌霄3，刘 军1

（1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆乌鲁木齐 830046；2.青州荣美尔生物科技有限公司，山东青州 262500；3.临沂市农业科学院，山东临沂 276012）

随着现代生物技术的发展，特别是分子生物学技术的应用，高校实验教学对“食品生物技术及农产品加工实验”的教学内容提出了新的要求。根据新疆农产品加工特点和食品科学各相关学科发展现状，提出了适合新疆高校“食品生物技术及农产品加工实验”的教学改革内容。

食品生物技术；农产品加工；实验教学改革

新疆是国家西部大开发战略重要实施地区之一，位于“丝绸之路经济带”核心区。新疆地广人稀，是我国有名的农业大省。因而，立足现代生物技术，加大对农产品深加工产业的扶持，是实现农民增收和全区农业经济快速发展的必由之路。而食品生物技术及农产品深加工必须依靠农产品加工专业技术人才的培养［1］。目前，新疆各高等、高职院校纷纷建立了食品生物技术及农产品加工相关专业，大力培养应用型食品专业技术人才。“食品生物技术及农产品加工实验”是食品科学相关专业重要的实践课程之一，重点培养本科生的实践和创新能力、观察和思维能力、分析和归纳能力，是食品生物技术、食品化学、食品微生物学及农产品加工工艺学等课程应用于实践的具体表现形式。当前，随着现代生物技术的发展，新技术、新工艺、新方法不断被应用到农产品深加工领域，特别是分子生物学技术的应用，对“食品生物技术及农产品加工实验”教学内容提出了新的要求。本文根据新疆农产品加工特点和食品科学各相关学科发展现状，提出了适合新疆高校“食品生物技术及农产品加工实验”的教学改革内容。

1 生物大分子制备技术

生物大分子主要是指蛋白质、核酸、碳水化合物，它们是生命活动的物质基础，也是食品的主要营养物质。因而，研究生物大分子的结构与功能、营养保健价值及其在加工过程中的变化特性，必须首先解决生物大分子的制备问题［2］。没有能够达到足够纯度的生物大分子制备工作为前提，这些研究就无从谈起。然而，生物大分子的分离纯化是一件十分细致而艰辛的工作。因而，该部分内容是“食品生物技术及农产品加工实验”教学的基础。该部分实验至少包括以下3个方面内容：一是蛋白质、多肽类、酶的分离提取；二是核酸（DNA、RNA）的分离纯化；三是膳食纤维、低聚糖等碳水化合物的分离纯化。实验过程中需要注意许多生物大分子一旦离开了生物体内的环境时就极易失活，因此要防止制备过程中生物大分子的失活。教学过程中可结合有机溶剂沉淀法、离心、透析、超滤、冷冻干燥、制备HPLC等具体实验技术，实施生物大分子的制备。

2 聚合酶链反应（PCR）技术

聚合酶链反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）技术是20世纪80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术，用于扩增位于2段已知序列之间的DNA片段，类似于天然DNA的复制过程。PCR技术以拟扩增的DNA分子为模板，以一对分别与模板5'末端和3'末端互补的寡核苷酸片段为引物，在DNA聚合酶的作用下，按照半保留复制的机制沿着模板链延伸直至完成新的DNA合成，重复这一过程，即可使目的DNA片段得到扩增。PCR反应1个循环包括变性、退火、延伸3个步骤，每经过1个循环，样本中的DNA量应该增加1倍，新形成的链又可成为新一轮循环的模板，经过30～40个循环后DNA可扩增1×106～1×109倍。该技术的发明大大简化了传统的分子克隆技术，目前已被广泛应用到了食品科学中，如在食品真伪鉴别、中药材掺假鉴定、转基因食品鉴定、食品微生物快速检测等领域得到了广泛应用［3-5］。因而，PCR技术应该是“食品生物技术及农产品加工实验”教学的重点内容。

3 酶促褐变和非酶褐变

食品加工过程中，特别是新鲜的水果和蔬菜容易褐变，主要机理是酶促褐变。酶促褐变少数是我们期望的，但大多数会对食品品质特别是色泽造成不良的影响，必须加以控制。酶促褐变的发生需要酚类底物、酚氧化酶和氧，三者缺一不可［6］。食品加工过程中控制酶促褐变的方法主要从控制酚酶和氧气2方面入手，主要途径有：①热烫处理，钝化酚酶的活性；②调节pH值，酶的最大活性发生在pH值5～7；③隔绝氧气或使用抗氧化剂（抗坏血酸等）；④使用褐变抑制剂（亚硫酸盐、二氧化硫等）。非酶褐变反应主要是指碳水化合物在热作用下发生的一系列化学反应，产生了大量有色成分和无色成分、挥发性和非挥发性成分。由于非酶褐变反应的结果使食品产生了褐色，故将这类反应统称为非酶褐变反应。非酶褐变主要有3种类型：①在高温下还原糖和氨基引起的美拉德反应，产生褐色、肉色，

5 磷酸盐对肉制品持水力的影响实验

同时造成氨基酸损失、潜在致癌化合物的形成；②蔗糖在非常高的温度下发生焦糖化反应，能产生褐色和苦味；③过度加热之后，脂肪的聚合产生脂肪褐变。控制和利用酶促褐变与非酶褐变对食品加工意义重大，它关系到食品的色、香等食品品质。因此，该部分内容是“食品生物技术及农产品加工实验”教学的必修内容之一，可选用苹果、香蕉等水果进行实验。

4 食品的低温保藏试验

食品的低温保藏，即通过降低食品温度，维持低温水平或冻结状态，以延缓或阻止食品的腐败变质，达到食品的远途运输和一定期间贮藏目的的保藏方法。低温保藏包括冷却贮藏（冷藏）和冻结贮藏（冻藏）。冷藏是将食品保藏在-2～15℃这种较低的温度下，使微生物活动受阻，降低食品内部酶活力和生化反应速度［7］。冻藏是使食品温度维持在冰点以下，使其冻结，然后将其贮藏在-30～-12℃这种深低温下，冻藏的优点是减少了食品内部的有效水分，比冷藏保存时间更长。食品中果品和蔬菜低温保藏教学实验中有一步是烫漂，它的目的是抑制酶活力、软化纤维组织、去掉辛辣涩味等，以便烹饪加工。需要注意的是，该步骤并不适合所有的果品和蔬菜，有一些含纤维素较少、质地脆弱的品种则不适合烫漂，否则会使其软化、失去脆性、口感不佳。实验教学过程中另一个需要注意的是在冻藏过程中，要力争在最短的时间内，使果蔬快速通过冰晶形成阶段（-5～-1℃），才能保证冻结品质。只有迅速冻结，果蔬中的水分才能形成细小的晶体，而不致损伤细胞组织。食品的低温保藏也是“食品生物技术及农产品加工实验”教学的必修内容之一，可选用青刀豆、菜花、青椒等蔬菜进行实验。

肉制品保持水分的能力，即肉的持水力（Water holding capacity，WHC）。它是判断肉制品品质的一个非常重要指标，持水力的大小取决于若干因素，如磷酸盐和pH值［8］。磷酸盐是目前世界上应用最广泛的食品添加剂，对食品特别是肉制品品质的改良起着重要作用。磷酸盐对肉制品的作用主要体现在以下3个方面：①提高肉的pH值；②对肉品中的金属离子有螯合作用；③解离肌肉蛋白质中的激动球蛋白。碱性磷酸盐同样可以增强乳化产品的稳定性，提高切片肉类产品中肉块的键合力。在该实验的教学过程中，常用的磷酸盐有磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、三聚磷酸钠、三聚磷酸钾、焦磷酸钠、焦磷酸钾、焦磷酸二氢钠和六偏磷酸钠。

6 食品胶体实验

食品胶体是能溶解或分散在水中、具有增稠或凝胶作用的聚合物。大多数食品胶体是多聚糖，如黄原胶、海藻胶、瓜尔胶等。食品胶体的增稠作用随着分子量的增加而增大。食品胶体的作用如下：①膳食纤维，如谷物类食品；②乳化作用，如沙拉修饰剂；③凝胶作用，如布丁；④稳定作用，如冰激凌、调味料；⑤增稠作用，如酸奶、酱；⑥澄清作用，如啤酒、白酒；⑦颗粒悬浮剂，如巧克力奶。该实验的注意事项是当粉状胶体和水混合时，大多数胶体趋于结块。因而，应在混合器的搅拌下在水中加入胶体，直至全部水合，然后用布氏黏度计测定黏度。

7 蔬菜腌渍实验

蔬菜腌渍技术是世界上最古老的食品加工和保藏方法之一，由于加工方法简单、成本低廉，至今仍有巨大的市场空间。食盐的高渗透压会造成腐败菌的质壁分离，一般腌制品的用盐量在4%～15%，可产生2～9 MPa，但盐分超过10%，生化反应速度降低，发酵无法进行。另外，食盐还具有抗氧化作用，因为盐水的氧气溶解量大大降低。腌渍蔬菜可以分为发酵性盐渍品和非发酵性盐渍品2种。发酵性盐渍品的用盐量较低，往往需要加入香辛料，并伴有乳酸发酵，利用乳酸和香辛料进行保藏，风味好。非发酵性盐渍品的用盐量较高，有时加香辛料，不产生乳酸发酵或轻微的发酵，主要是利用高质量分数的食盐、白砂糖及其他调味品进行保藏和增加风味。该实验注意的事项是蔬菜腌渍过程中容易变软，原因是果胶物质的水解和新鲜细胞膨胀压的降低2个方面；加入0.05%的氯化钙或碳酸钙有一定程度的保脆作用。

［1］董增，段红，陈军，等．应用型本科“食品加工工艺实验”教学改革探讨 ［J］．农产品加工（下），2015（6）：78-80．

［2］敬思群．食品科学实验技术 ［M］．西安：西安交通大学出版社，2012：6-7.

［3］Liu Y G，Liu L X，Xing S C.Development and characterization of thirteen polymorphic microsatellite loci in the Cynoglossus semilaevis［J］.Conservation Genetics Resources，2014，6（3）：683-684.

［4］杨大伟，刘云国，雷质文，等．凝结芽孢杆菌PCRDHPLC检测方法 ［J］．青岛科技大学学报，2011，32（2）：138-141．

［5］杨大伟，刘云国，谭乐义，等．食品中A型肉毒梭菌PCR-DHPLC检测方法的建立 ［J］．食品工业科技，2011，32（6）：398-400．

［6］胡燕，陈忠杰．果蔬加工贮藏中的酶促褐变现象及其研究进展 ［J］．农产品加工，2009（12）：53-55．

［7］康三江，张海燕，张芳，等．速冻果蔬生产加工关键工艺技术研究进展 ［J］．中国酿造，2015，34（4）：1-4．

［8］赵春青，彭增起．pH值和磷酸盐对不同类型鸡肉热诱导凝胶保水性的影响 ［J］．食品工业科技，2002（8）：25-27．◇

Reform of Teaching Content in Food Biotechnology and Agricultural Product Processing Experiment in Colleges and Universities of Xinjiang

LIU Yunguo1，ZHANG Liang2，LIU Lingxiao3，LIU Jun1

（1.College of Life Science and Technology，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang 830046，China；2.Qingzhou Ronmer Biology Technology Co.，Ltd.，Qingzhou，Shandong 262500，China；3.Linyi Academy of Agricultural Sciences，Linyi，Shandong 276012，China）

With the development of modern biotechnology，especially the application of molecular biology technology，the experimental teaching in colleges and universities has put forward new requirements on the teaching contents of Food Biotechnology and Agricultural Products Processing Experiment.We propose the teaching reform of Food Biotechnology and Agricultural Product Processing Experiment in colleges and universities of Xinjiang according to the characteristics of agricultural product processing in Xinjiang and present status of the development of food science.

food biotechnology；agricultural product processing；experimental teaching reform

G640

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.023

2015-12-01

新疆大学自治区天山学者科研启动金（45030）；新疆自治区高层次人才引进工程专项经费（45049）。

刘云国（1977— ），男，博士，教授级高级工程师，研究方向为食品生物技术。