基于南极磷虾活性成分开发的综合实验设计_马磊.pdf

ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 42 卷 第 1 期Vol 42 No12023 年 1 月Jan 2023DOI:10 19927/j cnki syyt 2023 01 042基于南极磷虾活性成分开发的综合实验设计马磊，李振兴(中国海洋大学 食品科学与工程学院，山东 青岛 266003)摘要:采用海洋大宗生物资源南极磷虾活性成分制备及应用为例开展综合性创新实验。该实验涵盖了活性成分制备工艺、指标检测及产品开发的实验方案设计、实施及结果分析，将原料学、加工工艺学、食品机械与设备、食品检测与分析等多门专业课的实践环节有机结合，实现“层层推进、环环相扣”的模式，并构建了过程性考核和形成性评价的考评模式，帮助学生形成系统科学思维与整体操作概念，促进理论知识与实验技能的融会贯通，培养学生专业综合应用能力及创新能力。关键词:南极磷虾;活性成分;制备技术;测试分析;过程性考核;综合创新实验中图分类号:TS 254.5文献标志码:A文章编号:1006 7167(2023)01 0212 06Comprehensive Experimental Design Based on the Development ofActive Components of Antarctic KrillMA Lei，LI Zhenxing(School of Food Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266003，Shandong，China)Abstract:Antarctic krill is a major marine biological resource Taking the preparation and application of activeingredients in Antarctic krill as an example，a comprehensive innovation experiment course is carried out It involves theexperimental scheme design，implementation and result analysis of active ingredient preparation process，propertydetection and product development The experiment organically combines the practical links of many professional coursessuch as raw materials processing technology，food machinery and equipment，food detection and analysis，which realizesthe content mode of“layer by layer promotion and interlocking”The evaluation mode of process evaluation andformative evaluation is constructed The course helps students form systematic scientific thinking and system operationconcepts，and also promotes the integration of theoretical knowledge and experimental skills，which may provide referencevalue not only for food science majors but also for other experimental disciplinesKey words:Antarctickrill;activecomponents;preparationtechnology;testanalysis;processassessment;comprehensive innovation experiment收稿日期:2022-01-24基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFC1406806);中国海洋大学本科教育教学研究项目(2021JY058);中央高校基本科研业务费专项基金项目(202151012)作者简介:马磊(1983 )，女，山东青岛人，硕士，高级实验师，研究方向为海洋生物资源利用。Tel:18669401291;E-mail:malei ouc edu cn0引言以往实验教学中，学生靠简单地“照方抓药”，实验内容枯燥，未成体系，大大降低了学生的学习兴趣及教学质量。近年来，成果导向教育(OBE)理念逐步成为高校课程教育的指导思想1。华盛顿协议 对工科专业实践教学提出新的要求，如在毕业要求中:“具有系统的工程实践学习经历，具备设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析，具有综合运用第 1 期马磊，等:基于南极磷虾活性成分开发的综合实验设计理论和技术手段设计系统和过程的能力”2。食品专业综合大实验是我校食品科学与工程、海洋资源开发技术的专业必修实验课程，该课程秉承“学生为主体，教师为主导，融知识传授、能力培养、素质教育为一体”的教育理念，进行综合设计、拓展创新等实验教学探索。实验涵盖资源认知、活性成分制备工艺与性质检测、产品开发，从方案设计、实施及结果分析，将原料学、加工工艺学、食品机械与设备、食品检测与分析等多门专业课的实践环节有机结合，实现“层层推进、环环相扣”的模式，帮助学生形成系统科学思维和整体操作概念，不断推动学生主动学习与实践的热情。依托学院学科特色，教研组结合研究前沿或产业实际持续设计开发新的实验，实验加工的产品既符合市场需求，又具有创新性，总体分为调研设计、操作实践、总结反思三大阶段。整个实验课程包含若干课题供学生选择。现以南极磷虾肽的制备及产品开发综合实验为例做介绍。南极磷虾是海洋中重要的蛋白资源库，也是世界上生物量最大的物种之一，其加工利用也代表了典型的海洋蛋白的开发与应用3。1实验目的实验课程采取启发性引入，采用问题式教学，从产品研发的流程角度设计实验过程，构建支撑 OBE 理念的毕业要求指标点对应的课程目标。(1)能够理解并描述南极磷虾肽的性质、提取制备技术、检测方法、产品开发、感官评定、包装设计等相关知识。(2)能够检索查阅文献、理解原理、设计南极磷虾肽的相关研究方案。(3)能够与团队成员合作进行实验数据计算和分析，获得有效实验研究结论。(4)能够辩证理解并评价所涉及的工程实践对环境和社会可持续发展的影响。(5)能够与团队成员积极配合完成实验方案的设计和实施，并将收获、经验、存在不足与团队成员进行有效沟通。2实验设计思路该专业综合实验融合食品科学与工程学院科研实验室、工程中心中试车间、虚拟仿真实验教学中心、网络教学平台等多方位实验资源开展。学院拥有省级示范教学中心、省级示范工程技术研发中心及 10 多个科研实验室，平台涵括了食品工程技术研究的各个门类领域，为食品专业综合实验提供了坚实的硬件保障4。以南极磷虾粉为原料制备南极磷虾肽，经虾粉脱脂及脱脂虾粉酶解、分离、浓缩、干燥等步骤，得到南极磷虾肽粉。依托中试车间，学生不仅掌握小试的制备过程，而且直观了解中试放大的工艺及生产线。通过虚拟仿真实验，学生可以更深刻地理解检测原理及设备构造，并有机会在正式实验前模拟实验过程，熟悉参数设定方法及操作流程，减少实际操作时的错误率，提高实验效率。表 1 所示为南极磷虾活性成分开发综合实验的内容要点与实验安排。3实验方法3.1南极磷虾粉脱脂(磷虾油提取)5(1)一次脱脂。称取 5 g 南极磷虾粉置于 50 mL离心管中，加入 10 mL 水，30 mL 无水乙醇，用涡旋振荡器振摇 5 min，超声 10 min，离心 10 min(5 000r/min)，通过铺有无水硫酸钠的漏斗将离心管中的液体过滤至100 mL 旋蒸瓶中，旋蒸瓶需提前恒重记录数值。(2)二次脱脂。再向 50 mL 离心管中加入 20 mL无水乙醇，重复上述振摇、超声、离心、过滤步骤。(3)脂质的处理。通过旋转蒸发仪将旋蒸瓶中的液体旋干(旋蒸温度为 35 40)，放入 60 烘箱烘到恒重。(4)脱脂南极磷虾粉的回收和干燥。将离心管中的南极磷虾粉滤渣转移至玻璃平皿中，并在通风橱中放置15 min，待无水乙醇完全挥发后，将玻璃平皿转移至 60 烘箱对滤渣进行干燥处理。3.2南极磷虾肽的制备6(1)酶解。将脱脂南极磷虾粉与水按照料液比 18进行混合，并记录下总质量;置于恒温水浴锅中不断搅拌并升温至 55，加酶量是总质量的 0 2%，用少量温水溶解活化酶后加到溶液中，低速搅拌酶解6 h，酶解结束停止搅拌并升温至 90，灭酶 20 min，冷却静置过夜。(2)离心。磷虾酶解液静置过夜后分层，将上层清液缓慢倒入另一个烧杯，分别进行离心(4 000r/min，10 min)，记录离心后的上清液和固体的质量。(3)脱氟。使用 Ca(OH)2进行脱氟，添加量为上清液总质量的 0.5%，搅拌均匀后静置 30 min，再次离心(4 000 r/min，10 min)，并记录质量。(4)酶解液的浓缩。设置低温循环机的温度为 4，水浴锅温度 30 40，旋转蒸发仪转速 30 40r/min，旋蒸前期会经常暴沸，可利用通气阀门进行调压。(5)喷雾干燥。采用喷雾干燥法制备南极磷虾肽样品。3.3指标分析方法(1)水分含量的测定。南极磷虾粉的水分含量测定参照 GB 5009.32016 食品安全国家标准 食品中水分的测定7。(2)蛋白含量的测定。南极磷虾粉的蛋白含量测312第 42 卷表 1课程内容及流程设计单元模块学时单元目标启发要点课程简介和设计2综合实验课程目的、要求介绍，确定实验材料、内 容 和 实 施方案(1)了解本实验课程的教学目标及达成方案(2)思考南极磷虾肽固体饮料开发和评价涉及环节(3)列举现有海洋来源蛋白肽成分的固体饮料产品，分析其产品优势及不足;在南极磷虾肽固体饮料开发过程中应注意的问题单元 1 南极磷虾粉原料基本指标的测定6南极磷虾粉原料的水分含量、蛋白质含量、脂肪含量的测定(1)对比快速水分干燥仪测定法与国标恒重法的测定差异及其产生原因，讨论水分含量对虾粉品质的影响(2)采用凯氏定氮法测定蛋白质含量，讨论南极磷虾蛋白含量转化系数以及非蛋白氮会对蛋白质测定产生的影响(3)对比索氏抽提法和乙醇浸提法对于脂质含量测定的差异并分析原因，讨论哪种方法更适于南极磷虾脂质测定单元 2 南极磷虾油的提取6采用乙醇提取法提取南极磷虾粉中的脂质，浸提、分离、浓缩得到南极磷虾油和脱脂虾粉(1)对比食用酒精浸提法和正己烷提取法提取南极磷虾油的差异并分析原因，讨论哪种方法更适于南极磷虾油的提取(2)采用离心分离法和过滤分离法对南极磷虾油与脱脂虾粉进行分离，对比其对南极磷虾油的提取率和南极磷虾脱脂虾粉的脂肪含量的影响(3)采用旋转蒸发仪对南极磷虾油进行浓缩，采用真空干燥方法对脱脂虾粉的溶剂进行脱除，得到南极磷虾油和脱脂磷虾粉单元 3 脱脂南极磷虾粉制备南极磷虾肽6采用脱脂虾粉，利用蛋白酶进行酶解、分离、浓缩、喷雾干燥得到南极磷虾肽粉(1)将南极磷虾脱脂虾粉放入纯净水或稀盐酸中浸泡，比较两种预处理方式的差异。采用不同酶进行酶解，对比酶解效果，确定酶解方案(2)采用离心分离法和过滤分离法对南极磷虾油与脱脂虾粉进行分离，对比两种方法的效果差异及对南极磷虾肽提取率的影响(3)利用旋转蒸发仪进行浓缩，得到南极磷虾肽的浓缩液，观察浓缩过程中酶解液的特征变化及起泡性等特征(4)采用喷雾干燥法和冷冻干燥法制备南极磷虾肽样品，比较不同干燥工艺所得的样品单元 4 南极磷虾肽的分子