摘 要： 在前期研究基礎(chǔ)上，為食品包裝技術(shù)實驗課開設(shè)了明膠?淀粉復(fù)合膜制備和性能評估實驗，引入綠色包裝材料最新科研成果，緊貼社會熱點環(huán)境保護，結(jié)合食品專業(yè)多學(xué)科知識，涵蓋產(chǎn)品研發(fā)全過程，全方位滲透思想政治教育。實驗包括學(xué)生自行篩選復(fù)合膜配方、進行質(zhì)量評估和數(shù)據(jù)分析、撰寫論文模式實驗報告。3 年的教學(xué)實踐表明，該課程設(shè)計創(chuàng)新性強、綜合性高、學(xué)生認(rèn)可度高且教學(xué)成果豐富，能極大激發(fā)學(xué)生實驗興趣和培養(yǎng)正確思想價值。

關(guān)鍵詞：食品包裝技術(shù)；創(chuàng)新性實驗；科教融合；課程思政；明膠?淀粉復(fù)合膜

中圖分類號：S226；G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）06-0133-05

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.06.023

0 引言

食品包裝技術(shù)和綠色包裝材料是現(xiàn)代食品工業(yè)的重要組成部分和研究熱點，是食品科學(xué)與工程、化學(xué)化工、材料科學(xué)工程等專業(yè)的必修課。但現(xiàn)有食品包裝技術(shù)實驗課內(nèi)容較陳舊，與專業(yè)發(fā)展脫節(jié)較大。學(xué)生普遍認(rèn)為課程枯燥無味，缺乏學(xué)習(xí)積極性和能動性[1]。

2019 年10 月，教育部發(fā)布《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》提出，推動科研反哺教學(xué)，強化科研育人功能，推動高校及時把最新科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。因此，引入本學(xué)科一些最新科研成果轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新型實驗項目非常重要。在課程中融入思想政治教育，每個實驗階段加入相應(yīng)的思政元素，構(gòu)建全面覆蓋、互相支撐、全方面育人的課程體系，既能讓學(xué)生了解最新學(xué)科發(fā)展趨勢，培養(yǎng)科研能力和探究思維，又能潛移默化進行思政教育，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的人生觀和價值觀，在時間有限的教學(xué)活動中實現(xiàn)知識德育雙豐收。

華南理工大學(xué)是一所以工見長、多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合性研究型大學(xué)。依托華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院優(yōu)質(zhì)科研資源和實驗條件，將國家自然科學(xué)基金研究成果淀粉相變進程中的智能調(diào)控及行為機制研究轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實驗項目明膠?淀粉復(fù)合膜制備和性能評估。課程內(nèi)容豐富，安排合理，學(xué)生普遍表現(xiàn)出極大的參與度和積極性，取得良好教學(xué)效果。

1 實驗設(shè)計思路和安排

1.1 設(shè)計思路

近年來全球環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻，人們環(huán)保意識不斷增強，對食品包裝安全要求不斷提高，對綠色環(huán)保包裝的研究逐漸增多。

明膠是膠原蛋白降解產(chǎn)物，具有良好生物相容性和降解性，是廣泛應(yīng)用的高分子材料。淀粉是一種天然多糖，來源豐富、成本低廉、可降解和可再生，是新型包裝材料的主要組成基質(zhì)[2]。課題組前期研究表明，兩者和增塑劑混合可制成高性能包裝材料[3]。

本課程在科研成果基礎(chǔ)上，結(jié)合食品化學(xué)、食品物性學(xué)、感官評價和質(zhì)量管理等多學(xué)科知識，加入工匠精神和團隊合作等思政目標(biāo)，以明膠?羥丙基淀粉復(fù)合膜研究開發(fā)為主線，設(shè)計了配方開發(fā)、質(zhì)量檢測和數(shù)據(jù)分析3 個模塊[4]。課程涵蓋整個產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)評價體系，使學(xué)生熟悉科研方法和流程。而每個模塊又有獨立性，任一模塊均可進行深入實驗教學(xué)和思政教育[5]。課程設(shè)計如表1 所示。

1.2 教學(xué)安排

學(xué)生自行組合，3～4 名學(xué)生為一個實驗小組，實驗前查閱文獻設(shè)計實驗方案。復(fù)合膜制作完需24 h 完全干燥后才能進行質(zhì)量檢測，因此實驗課分兩次開設(shè)，總學(xué)時8～10 學(xué)時。第1 次課篩選明膠、羥丙基淀粉和甘油最佳混合配比并制備復(fù)合膜（4～5 學(xué)時）；第2 次課進行質(zhì)量檢測，測定復(fù)合膜的感官指標(biāo)和機械性能，觀察微觀形貌（4～5 學(xué)時）。課后統(tǒng)計分析實驗數(shù)據(jù)進行綜合評估并提交一份論文模式的實驗報告。要求學(xué)生掌握實驗設(shè)計方法，學(xué)會使用正交、繪圖、數(shù)據(jù)分析等各類軟件，能對結(jié)果進行分析和取舍。

2 原料與儀器

2.1 材料

羥丙基淀粉，杭州普羅星淀粉有限公司；明膠（180LB8），羅賽洛明膠有限公司；甘油，湖南爾康制藥股份有限公司。

2.2 儀器

INSTRON 5565 型拉伸壓縮材料實驗機， 美國INSTRON 公司；TLE204 型分析天平，美國METTLERTOLEDO 公司； Merlin 型掃描電鏡， 德國Carl ZeissAG 公司；DW-HL678 型?86 °C 超低溫冷凍儲存箱 ，長虹美菱股份有限公司；HWS-12 型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；AM90 L-H 型數(shù)顯電動攪拌機，上海昂尼儀器儀表有限公司；DKN412C 型烘箱，重慶雅馬拓科技有限公司；塑料培養(yǎng)皿，海門市春博生物實驗器材廠。

3 試驗方法

3.1 復(fù)合膜制備

按不同配比稱取相應(yīng)質(zhì)量的明膠、羥丙基淀粉、甘油和純凈水放入燒杯中，80 °C 恒溫水浴以100 r/min的攪拌速度攪拌1 h，得到混合均勻的膠液。

將膠液均勻倒入塑料培養(yǎng)皿中，室溫下放置2 h 待膠液凝固成型后放入烘箱37 °C 烘干24 h，得到明膠?羥丙基淀粉復(fù)合膜，供后續(xù)分析使用。

3.2 單因素試驗

3.2.1 不同水添加量

固定甘油添加量30%、羥丙基淀粉添加量10%，以90%、110%、130% 和150% 水添加量為變量，按上述方法制備膠液，以流動性、黏度和是否分層為觀測指標(biāo)，探究不同水添加量對制膜膠液的影響[6]。

3.2.2 不同甘油添加量

固定水添加量130%、羥丙基淀粉添加量10%，以10%、20%、30%、40% 和50% 甘油添加量為變量，制備及檢測同上。

3.2.3 不同羥丙基淀粉添加量

固定甘油添加量30%、水添加量130%，以10%、20%、30%、40% 和50% 淀粉添加量為變量，制備及檢測同上。

3.3 正交試驗

在單因素試驗基礎(chǔ)上，進行3 因素3 水平正交試驗，以水添加量、甘油添加量、淀粉添加量為試驗因素，制備1～9 號復(fù)合膜樣品，以拉伸強度為考察指標(biāo)，研究明膠?淀粉復(fù)合膜的最佳配方。另制備純明膠膜作為10 號樣品[7]。

3.4 質(zhì)量指標(biāo)測定

3.4.1 感官

根據(jù)GB/T 28117—2011 進行外觀質(zhì)量和異嗅測試，檢查是否有氣泡、折皺、異常氣味，測量厚度[8]。

3.4.2 機械性能

根據(jù) GB/T 1040.3—2006，用拉伸壓縮實驗機測試彈性模量和最大拉力[9]。將膜裁成13 mm×2 mm 的長條， 設(shè)置拉力機初始夾距50 mm， 探頭移動速度100 mm/min。每組樣品重復(fù)測試5 次， 結(jié)果取平均值。

3.4.3 掃描電鏡

將樣品橫截面進行噴金處理，在高壓25 kV，束流5×10?9 mA，真空度13.33 Pa，工作距離15 mm 的條件下，用掃描電子顯微鏡放大1 000 倍，掃描觀察微觀形貌。

3.5 數(shù)據(jù)處理

采用Prism 和CAD 作圖，SPSS 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 單因素試驗結(jié)果

4.1.1 不同水添加量

由表2 可知，當(dāng)甘油添加量和羥丙基淀粉添加量固定時，水添加量90% 的膠液流動性差，黏度最高。隨著水添加量變大，膠液流動性變好，黏度降低。說明當(dāng)水添加量不足時，羥丙基淀粉溶解不充分。選擇水添加量110%、130%、150% 進行正交試驗。

4.1.2 不同甘油添加量

由表3 可知，當(dāng)水添加量和羥丙基淀粉添加量固定時，甘油添加量10% 時樣品膠液出現(xiàn)分層。當(dāng)甘油添加量超過20% 時，樣品無分層，并且隨著甘油添加量增加樣品流動性增大。甘油添加量50% 時，樣品流動性最好，但黏度較低，溶液稀薄無法成膜。說明甘油添加量不足時，明膠與羥丙基淀粉之間缺少媒介無法充分相容。選擇甘油添加量20%、30%、40% 進行正交試驗。

4.1.3 不同羥丙基淀粉添加量

由表4 可知， 當(dāng)甘油添加量和水添加量固定時，羥丙基淀粉添加量在30% 及以下時，樣品無分層；當(dāng)羥丙基淀粉添加量40% 和50% 時，樣品出現(xiàn)分層。推測原因是因為明膠的溶解性比羥丙基淀粉好，當(dāng)羥丙基淀粉添加量增大，兩者相互作用增大，互溶性質(zhì)下降，出現(xiàn)分層。選擇羥丙基淀粉添加量10%、20%、30% 進行正交試驗。

4.2 正交試驗結(jié)果與分析

正交試驗因素水平和試驗結(jié)果如表5 所示。對水添加量A、甘油添加量B 和淀粉添加量C 極差R 值進行比較，3 個因素對明膠?淀粉復(fù)合膜拉伸應(yīng)力的影響順序Cgt; Bgt; A。最優(yōu)組合C1B3A2，即淀粉添加量10%、甘油添加量40% 和水添加量130%。

4.3 復(fù)合膜感官分析

10 個樣品均為淡黃色透明膜，無明顯氣泡，無多于產(chǎn)品總面積5% 的輕微間斷性折皺，無異常氣味，厚度0.151～0.300 mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 機械性能結(jié)果分析

由圖1 可知，6 號樣品的彈性模量最大，機械性能較好，與正交試驗結(jié)論相符。推測是適宜的增塑劑、水和淀粉比例，使淀粉和明膠結(jié)合更緊密，相容性更好。隨著水添加量和甘油添加量增加，淀粉糊化和增塑劑熔融程度提高，淀粉分子與明膠分子之間相互作用力增強，分子運動降低，因此復(fù)合膜的抗拉強度逐漸減小。采用SPSS 對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，不同樣品之間有較明顯差別，具有顯著性差異。說明之前處方設(shè)計中各指標(biāo)設(shè)計合理，各樣本能夠拉開差異，學(xué)生操作容易成功，適合本科實驗課教學(xué)。

4.5 掃描電鏡分析

如圖2 所示，各樣品均為均一整體膜結(jié)構(gòu)，未出現(xiàn)分層和未溶解顆粒，說明制備方法科學(xué)可行。樣品7 空泡最多，有大量孔隙，說明增加羥丙基淀粉和減少水分會降低內(nèi)容物相容性，導(dǎo)致成膜效果不佳。樣品4 出現(xiàn)明顯的凹凸、褶皺，可能是水分含量較低，使得淀粉顆粒無法均勻的鑲嵌于明膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。樣品6 微觀形貌最好，整體相對光滑致密，基本無凹陷，與機械性能試驗結(jié)果一致。各樣品微觀形貌差異較大，易于學(xué)生分析原因。

5 結(jié)束語

將科研成果轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實驗的教學(xué)模式，能讓學(xué)生接觸前沿?zé)狳c問題，拓寬科研視野。如何設(shè)計實驗、選用什么參考指標(biāo)、檢測哪些質(zhì)量項目，數(shù)據(jù)如何分析和處理，這些都需要學(xué)生自己查資料結(jié)合理論課知識來設(shè)計。課程開放度大，不確定因素多，在操作中經(jīng)常會遇到失敗，學(xué)生要勇于面對挫折，積極樂觀地分析和解決問題[10]。同時強化思政教育，以潤物細(xì)無聲的方式，培養(yǎng)學(xué)生責(zé)任擔(dān)當(dāng)、創(chuàng)新意識和環(huán)保理念[11]。

此類實驗項目和傳統(tǒng)實驗課比，實驗方案復(fù)雜、課時數(shù)長，對教師輔導(dǎo)要求高，儀器設(shè)備臺套數(shù)需求大，大型精密儀器使用多，對學(xué)生綜合知識和動手能力要求高，開設(shè)一個合適的實驗課程需要考慮的因素多，難度大。同時由于科研成果的直接接觸者或完成人中很多不是實驗教學(xué)一線教師，對前沿成果轉(zhuǎn)化為實驗內(nèi)容尚不熟悉，如何將科研成果的亮點和課程教學(xué)大綱的知識點進行結(jié)合，如何細(xì)化科研成果在課堂中實現(xiàn)的形式、流程和教學(xué)方法，在轉(zhuǎn)化時都需要充分考慮[12]。

課后調(diào)研的多名學(xué)生均認(rèn)為本實驗課貼合專業(yè)特點和學(xué)科特色，對自己動手制作這些與生活和應(yīng)用密切相關(guān)的產(chǎn)品興趣度高，熱情度大。目前已有3 屆本科生開展相關(guān)實驗并在此基礎(chǔ)上拓展，申請大創(chuàng)、攀登計劃、百步梯等學(xué)生科技創(chuàng)新項目立項3 項，發(fā)表中文核心期刊論文3 篇，申請專利2 項，取得了可喜的教學(xué)成果。

參考文獻

［1］韓春陽，謝玉花，謝冬娣，等．基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的食品包裝學(xué)課程教學(xué)改革與實踐[J]．包裝工程，2021，42（ S1）：127-130．

［2］侯杼利，羅舒文，陳艷婷，等．淀粉基可生物降解材料在食品包裝中的研究進展[J]． 化工新型材料： 1-14． http： //kns.cnki.net/kcms/detail/11.2357.TQ.20220624.1443.002.html.

HOU Zhuli，LUO Shuwen，CHEN Yanting，et al．The research progressof starch-based biodegradable materials in food packaging[J]．New Chemical Materials： 1-14． http： //kns.cnki.net/kcms/detail/11.2357.TQ.20220624.1443.002.html.

［3］CHEN Xia， XIAO Jie， LIU Hongsheng， et al． Phase separation behaviorin zein-gelatin composite film and its modulation effects on retentionand release of multiple bioactive compounds[J]． Food Hydrocolloids，2020，109：106105．

［4］路飛，魏唯唯，李哲，等．《食品包裝學(xué)》“課程思政”的教學(xué)設(shè)計與實踐[J]．包裝工程，2022，43（S2）：131-134．

［5］張莉華，張境，葉雙明，等．基于產(chǎn)教融合的保健品開發(fā)與管理“專業(yè)綜合實訓(xùn)”課程研究與實踐[J]．農(nóng)產(chǎn)品加工，2021（10）：79-81，86．

ZHANG Lihua， ZHANG Jing， YE Shuangming， et al． The curriculumdesign and practice of health products development and managementof comprehensive training based on the integration of productionand education[J]． Farm Products Processing， 2021（ 10） ： 79-81，86．

［6］張增江，王竹，鄭波，等．板栗淀粉的提取工藝優(yōu)化及其性質(zhì)分析[J]．現(xiàn)代食品科技，2022，38（7）：225-231，18．

ZHANG Zengjiang， WANG Zhu， ZHENG Bo， et al． Optimizationof extraction process for chestnut starches and analysis of their properties[J]．Modern Food Science and Technology，2022，38（7）：225-231，18．

［7］張愛武，宋亭，張麗媛，等．玉米秸稈納米纖維素?淀粉膜的制備工藝優(yōu)化及性能分析[J]．食品工業(yè)科技，2022，43（11）：252-259．

ZHANG Aiwu， SONG Ting， ZHANG Liyuan， et al． Preparationprocess optimization and property analysis of nanocellulose-starch filmbased on corn stalk[J]． Science and Technology of Food Industry，2022，43（11）：252-259．

［8］ 食品包裝用多層共擠膜、袋：GB/T 28117—2011[S]．

［9］ 塑料拉伸性能的測定：GB/T 1040.3—2006[S]．

［10］桂馨，石嘉豪，汪貴英，等．開放實驗教學(xué) 優(yōu)化分子生物學(xué)精品實驗項目[J]．實驗室研究與探索，2021（1）：201-203，207．

GUI Xin，SHI Jiahao，WANG Guiying，et al．Opening experimentalteaching and optimizing a superior experiment items of molecular biology[J]．Research and Exploration in Laboratory，2021（1）：201-203，207．

［11］王占一，王紅妹，張立華，等．“五位一體”教學(xué)法在保健品設(shè)計與開發(fā)課程中的應(yīng)用[J]．實驗科學(xué)與技術(shù)，2019（6）：77-80．

WANG Zhangyi， WANG Hongmei， ZHANG Lihua， et al． The applicationof \"five in one\" teaching method in health care product designand development[J]． Experiment Science and Technology， 2019（ 6） ：77-80．

［12］劉金庫，盛瀟瀟，張敏，等．科研成果向?qū)嶒灲虒W(xué)一線轉(zhuǎn)化可借鑒實施模式探索[J]．實驗室研究與探索，2021，11（ 40）：160-163．

LIU Jinku， SHENG Xiaoxiao， ZHANG Min， et al． Exploration ofimplementation model for the transformation of scientific research resultsto the frontline of experimental teaching[J]． Research and Explorationin Laboratory，2021，11（40）：160-163．

基金項目： 國家自然科學(xué)基金項目（22178124）；華南理工大學(xué)2022 年探索性實驗項目（C9226460）；華南理工大學(xué)本科教研教改項目（C9233120）