“食品化學(xué)” 實(shí)驗(yàn)課程中粗蛋白測(cè)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討
——以山東理工大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)為例

宋越冬，李宏軍，馬成業(yè)，張東亮，楊青青

（山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東淄博 255049）

“食品化學(xué)” 是食品科學(xué)與工程專業(yè)最主要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是骨干課程之一[1]。該課程主要從化學(xué)和分子水平角度講述與食品有關(guān)的化學(xué)知識(shí)，包括碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)和維生素等相關(guān)知識(shí)，是一門理論聯(lián)系實(shí)際較強(qiáng)的課程[2]。該課程在山東理工大學(xué)開設(shè)時(shí)間是第3 學(xué)期，總課時(shí)為56 個(gè)，其中理論課40 個(gè)、實(shí)驗(yàn)課16 個(gè)。實(shí)驗(yàn)課由5 個(gè)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成，粗蛋白的測(cè)定為最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)課時(shí)為6 個(gè)。6 個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)，是山東理工大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)本科階段單個(gè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)最長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)，足見實(shí)驗(yàn)的難度和重要性。實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容由4 個(gè)部分組成，分別是樣品烘干、消化、蒸餾和滴定，4 個(gè)部分相對(duì)獨(dú)立又相輔相成，缺一不可，如果一個(gè)步驟出現(xiàn)失誤，則會(huì)影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。由于是剛接觸專業(yè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的操作基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，加之實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，使得實(shí)驗(yàn)中問題頻出，導(dǎo)致一些不必要的誤差甚至是錯(cuò)誤結(jié)論。為了降低學(xué)生實(shí)驗(yàn)中操作失誤問題、提高教學(xué)質(zhì)量，需要實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)對(duì)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方式不斷進(jìn)行探討，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行合理規(guī)劃，對(duì)課時(shí)進(jìn)行科學(xué)分配，并對(duì)實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)進(jìn)行規(guī)范，對(duì)容易出現(xiàn)的失誤要提前防范，從而讓學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)觀，為培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才奠定必要的實(shí)驗(yàn)操作基礎(chǔ)。

1 科學(xué)分配合理規(guī)劃做好充分的準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)采用半微量凱氏定氮法[3]測(cè)食品中總蛋白的含量，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，時(shí)間上要做到合理分配才能完成教學(xué)目標(biāo)。在山東理工大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)，實(shí)驗(yàn)的分配方案為：第1 次實(shí)驗(yàn)為樣品的消化，課時(shí)數(shù)為2 課時(shí)（樣品烘干部分由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師在開課之前提前做完）；等樣品消化之后進(jìn)行第2 次實(shí)驗(yàn)，做蒸餾和滴定，課時(shí)數(shù)為4 課時(shí)。顯然，2 個(gè)課時(shí)消化是不能完成的，實(shí)際開設(shè)實(shí)驗(yàn)的方法是消化的后半程由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師完成，這樣就可以把更多的時(shí)間分配給蒸餾和滴定部分。

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師在第1 次開課之前，需要做好充分的準(zhǔn)備。準(zhǔn)備工作具體為樣品烘干部分準(zhǔn)備40 個(gè)小鋁盒，洗滌干凈后烘干，然后將要測(cè)試的樣品稱量后在烘箱里烘干至恒質(zhì)量，放入干燥器內(nèi)備用；消化部分要準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)用的50 mL 消化管（每批次23 只，共8 批次），消化管要提前洗滌干凈并烘干，催化劑要磨細(xì)并按照比例混合好；蒸餾部分需提前準(zhǔn)備好滴定用的150 mL 的三角瓶（每批次200 個(gè)，共8 批次），充分洗滌干凈并烘干，半微量凱氏定氮裝置5 套并按照要求提前組裝好，蒸餾燒瓶?jī)?nèi)要放置好防止爆沸的玻璃珠，裝入總體積2/3 的自來(lái)水并加入稀硫酸和甲基紅指示劑，并確保在一次實(shí)驗(yàn)內(nèi)，蒸餾燒瓶中的液體保持紅色；滴定部分中每批次準(zhǔn)備好體積為1 mL 的微量滴定管5 只，提前洗滌干凈并裝配好置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)。除此之外，實(shí)驗(yàn)需要的試劑量較大，包括硼酸溶液、鹽酸溶液、氫氧化鈉溶液和指示劑等，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師需提前配制并分瓶備用?？傊?，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作量較大，需要提前做好準(zhǔn)備，方可以使得實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

2 合理調(diào)整正確引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力

在山東理工大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)，實(shí)驗(yàn)課采取的2 人一小組的方式進(jìn)行。但是由于實(shí)驗(yàn)的特殊性，在開課之前實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師要跟各班班長(zhǎng)協(xié)調(diào)好，對(duì)每批次的人數(shù)和性別做必要限制，規(guī)定每組人數(shù)由2 人調(diào)整為4 人，每組男生2 人。之所以這樣調(diào)整，主要是實(shí)驗(yàn)的蒸餾部分時(shí)間長(zhǎng)、溫度高，操作需要至少3 個(gè)人的相互配合，而多數(shù)女生在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)候，由于懼怕心理不敢操作，常常導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。然而這種硬性的規(guī)定有時(shí)沒法執(zhí)行，因?yàn)槭称房茖W(xué)與工程專業(yè)女生較多，這時(shí)需要讓班長(zhǎng)協(xié)調(diào)，確保每一小組有一個(gè)男生，以便實(shí)驗(yàn)正常開設(shè)。上課時(shí)候，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師要就這一安排做必要的解釋，倡導(dǎo)男生發(fā)揚(yáng)奉獻(xiàn)精神，在實(shí)驗(yàn)中多付出，女生也要做好輔助工作，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作精神等。通過(guò)這些必要的安排，既能確保實(shí)驗(yàn)順利開設(shè)，又能有效增強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力，事實(shí)證明是可取的。

3 關(guān)鍵步驟親自示范以確保學(xué)生人身安全

消化和蒸餾是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)部分，也是難點(diǎn)，對(duì)學(xué)生操作技術(shù)要求較高，實(shí)驗(yàn)也有一定的危險(xiǎn)性，這就要求實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師要熟悉操作，并就實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問題提前叮囑學(xué)生，關(guān)鍵步驟要親自示范，避免不必要事故的發(fā)生。

消化部分在講解原理時(shí)候，教師要就操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的問題提醒學(xué)生。具體為樣品稱量后放進(jìn)消化管之前，要在消化管內(nèi)放2～3 粒干燥玻璃珠，然后催化劑，強(qiáng)調(diào)催化劑和樣品要混合均勻并示范振蕩手法；濃硫酸的加入，一定要注意安全，5 mL濃硫酸要均勻地把實(shí)驗(yàn)樣品全部浸潤(rùn)，避免只加在消化管的一側(cè)；消化開始階段，強(qiáng)調(diào)升溫一定要均勻緩慢，防止升溫過(guò)快導(dǎo)致試樣漰出；步驟在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行，強(qiáng)調(diào)不可以隨意打開通風(fēng)櫥，避免有毒氣體及濃硫酸對(duì)人體的傷害。

蒸餾部分是實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是問題出現(xiàn)最多的環(huán)節(jié)，需要實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師對(duì)每個(gè)細(xì)節(jié)都要反復(fù)強(qiáng)調(diào)。實(shí)驗(yàn)第一步消化液定容，強(qiáng)調(diào)雖然已經(jīng)消化完成，但是消化液中含有濃硫酸，定容時(shí)候注意戴手套，避免出現(xiàn)消化液拋灑到實(shí)驗(yàn)臺(tái)及身體的情況；介紹半微量凱氏定氮裝置時(shí)候，重點(diǎn)跟學(xué)生強(qiáng)調(diào)用于封閉反應(yīng)室的磨口玻璃塞不用時(shí)要放置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)中間的隔板上，避免掉落地上打碎，因?yàn)橐坏┐蛩檎籽b置就作廢；用于加熱的可調(diào)節(jié)電爐或者可調(diào)溫加熱套，檔位設(shè)定好后盡量不要再變換火力，避免由于火力變化導(dǎo)致燒瓶?jī)?nèi)蒸汽壓力不穩(wěn)出現(xiàn)回吸或者爆沸發(fā)生；要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)操作步驟進(jìn)行蒸餾，特別要注意不要把蒸餾裝置的進(jìn)氣口和出氣口同時(shí)密封，這是最重要的一點(diǎn)，不然蒸餾燒瓶?jī)?nèi)沸水會(huì)把燒瓶塞給頂開，帶有硫酸的沸水會(huì)噴到外邊，后果不可想象，關(guān)于這點(diǎn)任課教師一定要反復(fù)強(qiáng)調(diào)，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中時(shí)刻盯著各個(gè)小組，堅(jiān)決杜絕此類情況發(fā)生。

蒸餾操作，每個(gè)小組指導(dǎo)教師都要示范一次。示范消化液的移取、反應(yīng)室樣品加入規(guī)范、接收瓶接收方法、反應(yīng)完全后廢液從反應(yīng)室排出、反應(yīng)室的洗滌、蒸餾燒瓶進(jìn)氣口和排氣口的開關(guān)順序及開關(guān)方法；強(qiáng)調(diào)試劑加入到反應(yīng)室時(shí)學(xué)生之間的合作跟配合的重要性；強(qiáng)調(diào)在測(cè)定過(guò)程中，不同樣品之間要留有不少于3 min 的間隔，以便于反應(yīng)內(nèi)室和外室氣壓平衡，避免出現(xiàn)反應(yīng)外室氣壓低于反應(yīng)內(nèi)室氣壓導(dǎo)致反應(yīng)液外溢。教師示范結(jié)束后，讓學(xué)生自己操作一個(gè)試樣，確認(rèn)所有操作無(wú)誤后，方可以由學(xué)生自己操作后續(xù)的其他試樣。這是整個(gè)實(shí)驗(yàn)最容易出現(xiàn)事故的步驟，需要指導(dǎo)教師繃緊神經(jīng)，提防事故的發(fā)生。

滴定部分一般由女生完成。滴定部分的重點(diǎn)是怎樣把鹽酸溶液加入到1 mL 微量滴定管內(nèi)，要避免有氣泡堵在U 型管中，教師要親自示范試劑加入方法，強(qiáng)調(diào)注意液面不能低于最大值，示范終點(diǎn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，以便學(xué)生操作。

4 遵循原則循序漸進(jìn)給學(xué)生提供足夠練習(xí)機(jī)會(huì)

實(shí)驗(yàn)在課時(shí)分配上，側(cè)重于蒸餾和滴定，計(jì)劃課時(shí)為4 個(gè)。在實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師提供給學(xué)生的樣品不少于3 個(gè)，樣品種類要包括谷物（如面粉、玉米粉、高粱粉、小米面）、豆類（如大豆粉、豆粕、花生碎、豌豆粉、綠豆面） 和脫水果蔬（如脫水茄子、辣椒、蘋果），目的是讓學(xué)生通過(guò)該實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)對(duì)不同食材蛋白質(zhì)含量的感性認(rèn)識(shí)。在實(shí)驗(yàn)開始階段，由于學(xué)生不熟悉操作規(guī)程，會(huì)頻頻出現(xiàn)失誤，比如由于加樣的2 位學(xué)生相互配合欠協(xié)調(diào)，手忙腳亂，導(dǎo)致產(chǎn)物從加樣口泄漏到空中；再比如由于內(nèi)外壓差過(guò)大，導(dǎo)致反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)物外溢，實(shí)驗(yàn)徹底失?。灰嗷蛴捎跍?zhǔn)備工作不夠充分，配合不及時(shí)，接收瓶未能及時(shí)將氨氣全部被硼酸吸收；諸如此類的問題導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)進(jìn)程緩慢，學(xué)生就會(huì)焦慮，這時(shí)教師就要適當(dāng)疏導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)失敗是在所難免的，讓學(xué)生明白熟能生巧，鼓勵(lì)學(xué)生繼續(xù)練習(xí)；當(dāng)學(xué)生終于能完整做完一個(gè)試樣時(shí)，教師要及時(shí)表?yè)P(yáng)，讓學(xué)生有成就感，繼而會(huì)更加認(rèn)真完成后續(xù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一個(gè)試樣的測(cè)定只需8～10 min 即可完成，實(shí)驗(yàn)時(shí)要求每小組做3 個(gè)樣品和1 個(gè)空白樣，每個(gè)樣品測(cè)試不少于3 次重復(fù)，測(cè)樣數(shù)最低為12 個(gè)；在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生測(cè)樣數(shù)一般為20～25 個(gè)，有的小組會(huì)甚至達(dá)到40 個(gè)，主要是實(shí)驗(yàn)開始階段，由于不熟悉操作要點(diǎn)導(dǎo)致失敗。這樣的實(shí)驗(yàn)安排，4 個(gè)課時(shí)時(shí)間會(huì)被充分利用。而通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能熟練掌握蒸餾的操作技術(shù)，這樣在第5 學(xué)期食品分析實(shí)驗(yàn)——蒸餾法測(cè)食品中的水分、索氏提取法測(cè)食品中的脂肪時(shí)就會(huì)得心應(yīng)手。而微量滴定的練習(xí)，也為后續(xù)食品分析實(shí)驗(yàn)——滴定法測(cè)還原糖、食品中總酸的測(cè)定等實(shí)驗(yàn)打下良好基礎(chǔ)。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)束要做好善后工作 讓學(xué)生養(yǎng)成良好習(xí)慣避免事故發(fā)生

半微量凱氏定氮法測(cè)蛋白，實(shí)驗(yàn)原理本質(zhì)是酸堿中和，產(chǎn)物是鹽。在該實(shí)驗(yàn)結(jié)束之時(shí)，教師要跟學(xué)生強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的回收問題。剩余的消化液，由于有過(guò)量硫酸存在，所以要加適量的氫氧化鈉中和成中性再做處理，避免強(qiáng)酸對(duì)回收容器的腐蝕；而蒸餾殘液，其主要成分是鹽，但是由于催化劑有銅離子，所以屬于重金屬殘液，要求學(xué)生將殘液集中放入重金屬回收桶中；滴定殘液主要是硼酸鹽，可以直接放入普通廢液回收桶；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，蒸餾燒瓶依然處于高溫狀態(tài)，學(xué)生只需要斷電，避免沸騰的液體漰到瓶外。所有這些步驟，目的只有一個(gè)，就是保證安全，避免事故的發(fā)生。

6 改革實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交方式 增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的掌握能力

本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)由實(shí)驗(yàn)課堂操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告2 個(gè)部分組成。由于實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜、規(guī)范性強(qiáng)、時(shí)間長(zhǎng)，為了加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的印象，實(shí)驗(yàn)報(bào)告改為電子提交。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師在教務(wù)系統(tǒng)發(fā)布作業(yè)，提交作業(yè)截止時(shí)間為實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的1 周，學(xué)生從系統(tǒng)提交自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。電子版報(bào)告跟紙質(zhì)版報(bào)告的區(qū)別主要是在實(shí)驗(yàn)步驟方面，具體為對(duì)于實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生除跟紙質(zhì)版一樣有必要的文字?jǐn)⑹觯€要提供實(shí)驗(yàn)操作關(guān)鍵性的證據(jù)，如消化、半微量凱氏定氮操作視頻、微量滴定終點(diǎn)的確定圖片等，學(xué)生也可以提供實(shí)驗(yàn)失敗的視頻或圖片，并就失敗原因做必要的分析。實(shí)踐證明，電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告更能增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)知，也有利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性；教師也可以從學(xué)生提供的圖片或視頻中發(fā)現(xiàn)存在的問題，然后做相應(yīng)的批改，學(xué)生可以同步從平臺(tái)看到教師的批改，縮短了反饋時(shí)間，能加快師生信息交流速度，更有利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的掌握。

7 結(jié)語(yǔ)

安全無(wú)小事，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師要時(shí)刻繃緊安全弦。實(shí)驗(yàn)采用的微量凱氏定氮法是測(cè)定蛋白的國(guó)際法，具有其他方法不具有的精確性和應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，但是其危險(xiǎn)性較大，易出現(xiàn)爆裂等現(xiàn)象，給實(shí)驗(yàn)操作帶來(lái)了很多不確定性[4]。消化部分，是將加入了濃硫酸的物料加熱到340 ℃，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4～5 h，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體，還經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)物料漰出消化管的現(xiàn)象；蒸餾部分，要把加入了硫酸的自來(lái)水煮沸，學(xué)生要用蒸汽進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作，時(shí)間也長(zhǎng)達(dá)4 課時(shí)，可以說(shuō)這是一個(gè)具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，然而又是一個(gè)能較好鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力、顯著提升學(xué)生基本操作技能的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。開設(shè)該實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師除具備專業(yè)知識(shí)外，還要具有耐心、細(xì)心和責(zé)任心，并能就實(shí)驗(yàn)中容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)，就解決辦法進(jìn)行探討，才能在實(shí)驗(yàn)課開課時(shí)候做到有的放矢，使得學(xué)生操作更具規(guī)范性，杜絕事故發(fā)生的可能性。在山東理工大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)，該實(shí)驗(yàn)的開設(shè)從未出現(xiàn)任何事故，也證明了這些教學(xué)措施的可取性，希望這些措施能為工科院校實(shí)驗(yàn)的開設(shè)提供可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。