“食品化學” 實驗課程中粗蛋白測定實驗教學探討
——以山東理工大學食品科學與工程專業為例

宋越冬，李宏軍，馬成業，張東亮，楊青青

（山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東淄博 255049）

“食品化學” 是食品科學與工程專業最主要的專業基礎課，也是骨干課程之一[1]。該課程主要從化學和分子水平角度講述與食品有關的化學知識，包括碳水化合物、脂類、蛋白質和維生素等相關知識，是一門理論聯系實際較強的課程[2]。該課程在山東理工大學開設時間是第3 學期，總課時為56 個，其中理論課40 個、實驗課16 個。實驗課由5 個實驗構成，粗蛋白的測定為最后一個實驗，教學課時為6 個。6 個課時的實驗，是山東理工大學食品科學與工程專業本科階段單個實驗課時最長的實驗，足見實驗的難度和重要性。實驗的主要內容由4 個部分組成，分別是樣品烘干、消化、蒸餾和滴定，4 個部分相對獨立又相輔相成，缺一不可，如果一個步驟出現失誤，則會影響整個實驗的準確性。由于是剛接觸專業實驗，學生的操作基礎相對薄弱，加之實驗操作的復雜性和危險性，使得實驗中問題頻出，導致一些不必要的誤差甚至是錯誤結論。為了降低學生實驗中操作失誤問題、提高教學質量，需要實驗指導對實驗課的教學方式不斷進行探討，對實驗步驟進行合理規劃，對課時進行科學分配，并對實驗操作細節進行規范，對容易出現的失誤要提前防范，從而讓學生養成科學實驗態度和嚴謹的實驗觀，為培養高素質的應用型人才奠定必要的實驗操作基礎。

1 科學分配合理規劃做好充分的準備

實驗采用半微量凱氏定氮法[3]測食品中總蛋白的含量，實驗內容較多，時間上要做到合理分配才能完成教學目標。在山東理工大學食品科學與工程專業，實驗的分配方案為：第1 次實驗為樣品的消化，課時數為2 課時（樣品烘干部分由實驗指導教師在開課之前提前做完）；等樣品消化之后進行第2 次實驗，做蒸餾和滴定，課時數為4 課時。顯然，2 個課時消化是不能完成的，實際開設實驗的方法是消化的后半程由實驗指導教師完成，這樣就可以把更多的時間分配給蒸餾和滴定部分。

實驗指導教師在第1 次開課之前，需要做好充分的準備。準備工作具體為樣品烘干部分準備40 個小鋁盒，洗滌干凈后烘干，然后將要測試的樣品稱量后在烘箱里烘干至恒質量，放入干燥器內備用；消化部分要準備好實驗用的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，催化劑要磨細并按照比例混合好；蒸餾部分需提前準備好滴定用的150 mL 的三角瓶（每批次200 個，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，蒸餾燒瓶內要放置好防止爆沸的玻璃珠，裝入總體積2/3 的自來水并加入稀硫酸和甲基紅指示劑，并確保在一次實驗內，蒸餾燒瓶中的液體保持紅色；滴定部分中每批次準備好體積為1 mL 的微量滴定管5 只，提前洗滌干凈并裝配好置于實驗臺。除此之外，實驗需要的試劑量較大，包括硼酸溶液、鹽酸溶液、氫氧化鈉溶液和指示劑等，實驗指導教師需提前配制并分瓶備用?？傊?，實驗準備工作量較大，需要提前做好準備，方可以使得實驗順利進行。

2 合理調整正確引導培養學生團隊合作能力

在山東理工大學食品科學與工程專業，實驗課采取的2 人一小組的方式進行。但是由于實驗的特殊性，在開課之前實驗指導教師要跟各班班長協調好，對每批次的人數和性別做必要限制，規定每組人數由2 人調整為4 人，每組男生2 人。之所以這樣調整，主要是實驗的蒸餾部分時間長、溫度高，操作需要至少3 個人的相互配合，而多數女生在做這個實驗時候，由于懼怕心理不敢操作，常常導致實驗無法進行。然而這種硬性的規定有時沒法執行，因為食品科學與工程專業女生較多，這時需要讓班長協調，確保每一小組有一個男生，以便實驗正常開設。上課時候，實驗指導教師要就這一安排做必要的解釋，倡導男生發揚奉獻精神，在實驗中多付出，女生也要做好輔助工作，發揮團隊合作精神等。通過這些必要的安排，既能確保實驗順利開設，又能有效增強學生團隊合作能力，事實證明是可取的。

3 關鍵步驟親自示范以確保學生人身安全

消化和蒸餾是整個實驗的重點部分，也是難點，對學生操作技術要求較高，實驗也有一定的危險性，這就要求實驗指導教師要熟悉操作，并就實驗過程中可能出現的問題提前叮囑學生，關鍵步驟要親自示范，避免不必要事故的發生。

消化部分在講解原理時候，教師要就操作過程中可能出現的問題提醒學生。具體為樣品稱量后放進消化管之前，要在消化管內放2～3 粒干燥玻璃珠，然后催化劑，強調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驗樣品全部浸潤，避免只加在消化管的一側；消化開始階段，強調升溫一定要均勻緩慢，防止升溫過快導致試樣漰出；步驟在通風櫥內進行，強調不可以隨意打開通風櫥，避免有毒氣體及濃硫酸對人體的傷害。

蒸餾部分是實驗的重點和難點，也是問題出現最多的環節，需要實驗指導教師對每個細節都要反復強調。實驗第一步消化液定容，強調雖然已經消化完成，但是消化液中含有濃硫酸，定容時候注意戴手套，避免出現消化液拋灑到實驗臺及身體的情況；介紹半微量凱氏定氮裝置時候，重點跟學生強調用于封閉反應室的磨口玻璃塞不用時要放置在實驗臺中間的隔板上，避免掉落地上打碎，因為一旦打碎整套裝置就作廢；用于加熱的可調節電爐或者可調溫加熱套，檔位設定好后盡量不要再變換火力，避免由于火力變化導致燒瓶內蒸汽壓力不穩出現回吸或者爆沸發生；要嚴格按照實驗操作步驟進行蒸餾，特別要注意不要把蒸餾裝置的進氣口和出氣口同時密封，這是最重要的一點，不然蒸餾燒瓶內沸水會把燒瓶塞給頂開，帶有硫酸的沸水會噴到外邊，后果不可想象，關于這點任課教師一定要反復強調，并在實驗過程中時刻盯著各個小組，堅決杜絕此類情況發生。

蒸餾操作，每個小組指導教師都要示范一次。示范消化液的移取、反應室樣品加入規范、接收瓶接收方法、反應完全后廢液從反應室排出、反應室的洗滌、蒸餾燒瓶進氣口和排氣口的開關順序及開關方法；強調試劑加入到反應室時學生之間的合作跟配合的重要性；強調在測定過程中，不同樣品之間要留有不少于3 min 的間隔，以便于反應內室和外室氣壓平衡，避免出現反應外室氣壓低于反應內室氣壓導致反應液外溢。教師示范結束后，讓學生自己操作一個試樣，確認所有操作無誤后，方可以由學生自己操作后續的其他試樣。這是整個實驗最容易出現事故的步驟，需要指導教師繃緊神經，提防事故的發生。

滴定部分一般由女生完成。滴定部分的重點是怎樣把鹽酸溶液加入到1 mL 微量滴定管內，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，強調注意液面不能低于最大值，示范終點的判斷標準，以便學生操作。

4 遵循原則循序漸進給學生提供足夠練習機會

實驗在課時分配上，側重于蒸餾和滴定，計劃課時為4 個。在實驗的準備階段，實驗指導教師提供給學生的樣品不少于3 個，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），目的是讓學生通過該實驗加強對不同食材蛋白質含量的感性認識。在實驗開始階段，由于學生不熟悉操作規程，會頻頻出現失誤，比如由于加樣的2 位學生相互配合欠協調，手忙腳亂，導致產物從加樣口泄漏到空中；再比如由于內外壓差過大，導致反應室內反應物外溢，實驗徹底失??；亦或由于準備工作不夠充分，配合不及時，接收瓶未能及時將氨氣全部被硼酸吸收；諸如此類的問題導致實驗進程緩慢，學生就會焦慮，這時教師就要適當疏導，強調失敗是在所難免的，讓學生明白熟能生巧，鼓勵學生繼續練習；當學生終于能完整做完一個試樣時，教師要及時表揚，讓學生有成就感，繼而會更加認真完成后續實驗。實驗一個試樣的測定只需8～10 min 即可完成，實驗時要求每小組做3 個樣品和1 個空白樣，每個樣品測試不少于3 次重復，測樣數最低為12 個；在實際實驗中，學生測樣數一般為20～25 個，有的小組會甚至達到40 個，主要是實驗開始階段，由于不熟悉操作要點導致失敗。這樣的實驗安排，4 個課時時間會被充分利用。而通過實驗，學生能熟練掌握蒸餾的操作技術，這樣在第5 學期食品分析實驗——蒸餾法測食品中的水分、索氏提取法測食品中的脂肪時就會得心應手。而微量滴定的練習，也為后續食品分析實驗——滴定法測還原糖、食品中總酸的測定等實驗打下良好基礎。

5 實驗結束要做好善后工作 讓學生養成良好習慣避免事故發生

半微量凱氏定氮法測蛋白，實驗原理本質是酸堿中和，產物是鹽。在該實驗結束之時，教師要跟學生強調實驗產物的回收問題。剩余的消化液，由于有過量硫酸存在，所以要加適量的氫氧化鈉中和成中性再做處理，避免強酸對回收容器的腐蝕；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；實驗結束時，蒸餾燒瓶依然處于高溫狀態，學生只需要斷電，避免沸騰的液體漰到瓶外。所有這些步驟，目的只有一個，就是保證安全，避免事故的發生。

6 改革實驗報告提交方式 增強學生對實驗知識的掌握能力

本科實驗教學由實驗課堂操作和實驗報告2 個部分組成。由于實驗操作復雜、規范性強、時間長，為了加深學生對實驗的印象，實驗報告改為電子提交。實驗指導教師在教務系統發布作業，提交作業截止時間為實驗結束后的1 周，學生從系統提交自己的實驗報告。電子版報告跟紙質版報告的區別主要是在實驗步驟方面，具體為對于實驗步驟，學生除跟紙質版一樣有必要的文字敘述，還要提供實驗操作關鍵性的證據，如消化、半微量凱氏定氮操作視頻、微量滴定終點的確定圖片等，學生也可以提供實驗失敗的視頻或圖片，并就失敗原因做必要的分析。實踐證明，電子版實驗報告更能增加學生對實驗的感性認知，也有利于發揮學生的創造性；教師也可以從學生提供的圖片或視頻中發現存在的問題，然后做相應的批改，學生可以同步從平臺看到教師的批改，縮短了反饋時間，能加快師生信息交流速度，更有利于學生對實驗知識的掌握。

7 結語

安全無小事，實驗指導教師要時刻繃緊安全弦。實驗采用的微量凱氏定氮法是測定蛋白的國際法，具有其他方法不具有的精確性和應用范圍廣的特點，但是其危險性較大，易出現爆裂等現象，給實驗操作帶來了很多不確定性[4]。消化部分，是將加入了濃硫酸的物料加熱到340 ℃，時間長達4～5 h，實驗過程中會產生大量有毒氣體，還經常會出現物料漰出消化管的現象；蒸餾部分，要把加入了硫酸的自來水煮沸，學生要用蒸汽進行相關實驗操作，時間也長達4 課時，可以說這是一個具有一定危險性的實驗項目，然而又是一個能較好鍛煉學生動手能力、顯著提升學生基本操作技能的實驗項目。開設該實驗，實驗指導教師除具備專業知識外，還要具有耐心、細心和責任心，并能就實驗中容易出現的問題進行總結，就解決辦法進行探討，才能在實驗課開課時候做到有的放矢，使得學生操作更具規范性，杜絕事故發生的可能性。在山東理工大學食品科學與工程專業，該實驗的開設從未出現任何事故，也證明了這些教學措施的可取性，希望這些措施能為工科院校實驗的開設提供可以借鑒的經驗。