国家级一流本科课程《食品风味化学与分析》教学模式改革与创新

风味是食品最重要的品质指标之一,其本质是由食品中相应化学分子的存在造成的。“民以食为天,食以味为先”,风味是饮食之魂。未来食品发展的方向是风味健康双导向,即未来食品需要同时满足人们对美味和健康的需求[1]。食品风味品质的精准调控和不断提升,是满足人民群众对美好生活的热切期盼和向往的直接目标和有力保障。目前,我们面临着健康食品不够美味、传统特色食品的经典风味难以延续和标准化、新型食品风味增强剂和天然食品香料的缺乏等问题,食品风味的精准调控和提升成为当前食品研发的重点和难点。因此,培养掌握食品风味相关知识的本科人才,成为助力食品产业发展、为国民的美好饮食生活插上美味与健康翅膀的必要工作。

《食品风味化学与分析》是北京工商大学食品科学与工程专业的主干课程。课程围绕风味理论,重点讲授食品风味化学的研究领域、风味物质的研究方法。通过本课程的学习,可使学生了解食品风味化学的发展方向,掌握现代食品风味分析的相关理论知识,为从事食品风味及其相关工作打下坚实的理论与实施基础。课程以理论讲授为基础,配套了相关实验和实践教学,重视理论与实践相结合,定位于食品创新研发的工程类课程[2]。

课程团队教师均具有博士学位,专业背景涵盖食品化学、分析化学、风味物质分析等领域。课程团队一直致力于各种食品中的关键风味成分分析和风味质量控制,发表了大量的高水平论文[3-7],并将科研成果不断助力教学。《食品风味化学与分析》课程于2018年12月建设了线上课程(慕课),并在“学堂在线”平台上线,在线资源面向全社会免费开放,课程上线后深受广大学习者的喜爱和好评。2019年7月,课程入选“学习强国”平台“学习慕课”栏目。2020年5月,课程英文版上线“学堂在线”国际平台,可供全世界有学习需求的人员进行学习。《食品风味化学与分析》线上课程于2020年11月获得教育部首批国家级一流本科课程认证,目前已有2.1万多人进行了注册学习。

1 课程概况与特色

为加强食品专业的本科生对食品风味相关知识的理解和应用能力,北京工商大学于2011年开设了本课程,课程团队教师利用常年从事食品风味化学相关研究的科研积累,将食品风味化学的基础知识与科研成果相结合,培养了数百名食品风味相关领域人才。建课以来,课程团队根据国内外相关领域的研究动态与最新发展,一直致力于教育教学理论改革和创新,不断更新和优化教学内容,追求理论与应用并重,基础与前沿共举的培养理念与目标。

与目前国内其他高校所授相关课程相比[8-12],本课程的特色是从课程体系开始就设计理论与实践的结合,即重视实验技能的培训,重在利用国际前沿的分子感官科学技术对风味(气味、滋味)物质进行分析,目的是教会学习者风味分析的三部曲：(1)关键风味活性化合物准确的定性(鉴定)及定量；(2)关键风味活性化合物的形成途径推断；(3)掌握关键风味活性化合物在食品加工贮藏过程中的变化规律,以期从风味入手进行品质控制。

学习的最终目的是学以致用,本课程能够从风味角度对食品加工贮藏从原辅料配方优化,到加工工艺的优化,乃至保质期的确定以及异味物质的锁定,提供可靠有效的解决方案。另外本课程还响应国家“2030健康中国”计划,前瞻性地介绍了风味与健康的关系,对三减(减盐、减糖和减油)的机理进行了介绍,立意深远。

1.1 课程体系

《食品风味化学与分析》的课程体系如图1所示。

1.2 北京工商大学食品学科的优势

1.2.1 院士领衔的“食品添加剂”、“食品风味化学”方面的领先地位

孙宝国院士在食品香料香精、食品风味方面的研究取得了令人瞩目的成就,从而带动了北京工商大学在这方面的发展,形成了学科优势。《食品风味化学与分析》课程负责人宋焕禄教授与孙宝国院士一起自主研发了“天然级肉味香精生产技术”项目,荣获了2000年国家科学技术进步二等奖；这些成果奠定了北京工商大学在食品风味研究领域的领先地位,也为本课程的开设打下了基础。

1.2.2 软科排名及ESI论文

根据软科的最新排名,北京工商大学的食品学科位居国内前10名,全球前20名；农业领域ESI论文居全球前1%,目前为0.045%。这些都充分说明了北京工商大学的学科优势,这也是我校成为北京市双一流学科建设的有力佐证。

1.2.3 学校对食品学科发展的高度重视

北京工商大学以食品、商科为中心,对食品学科发展给予了政策倾斜以及经费投入的支持,尤其是相关先进仪器的购置使得我们的风味研究如虎添翼,催生了大量高水平的科研成果以及学生们实验技能的熟练掌握。通过北京市食品风味化学重点实验室、分子感官科学实验室等特色平台,为培养学生在食品风味方面的创新研究提供了实践载体,同时通过本科生导师制,鼓励学生参与食品风味领域创新研究。

1.3 前瞻性的国际视野

课程负责人宋焕禄教授于2004年9月至2005年8月,国家公派赴美国伊利诺伊大学香槟校区(UIUC)Laboratory of Flavor Chemistry做访问学者,主要进行食品风味化学方面的研究,采用气相色谱-嗅闻(GC-O)、香气提取物稀释分析(AEDA)、溶剂辅助风味蒸发(SAFE)、动态顶空制样(DHS)、气-质联用(GC-MS)等方法对美国乡村火腿的香味活性物质进行了研究[13]。合作导师CADWALLADER教授是食品风味界的知名教授,采用国际前沿的风味分析技术,开展了一系列高水平研究,颇有建树。他为学生开设了食品风味化学研究技术课程,介绍了国际先进的风味分析技术。正是在这种前瞻性的国际视野下,《食品风味化学与分析》课程博采众长,既讲授包括上游知识延伸到神经生理学如嗅觉、味觉的传导机制等内容在内的食品风味化学基本知识,又注重风味分析具体的实验操作,实现理论联系实际,解决风味分析教学中的难点及痛点问题。例如,重点讲授气相色谱-嗅闻(GC-O)技术,强调风味化学与经典分析化学的不同之处,即风味化学关注的是风味活性物质,更大程度上取决于物质的觉察阈值(不同化合物之间的阈值差了几万倍,例如1-己醇在水中的气味阈值是500 ng/L,而二甲基三硫醚为0.01 ng/L,相差50 000倍),并不是含量越高其对整个风味轮廓的贡献度就越大。一般情况下,色谱峰面积大的往往不是关键风味物质,而一些小峰因其所含化合物的阈值较低,则被实验证明为特征赋予化合物(character-impact compounds)[14],而这正是目前国际前沿的分子感官科学的组成部分。宋焕禄教授已于2011年首次向国内介绍分子感官科学[15],于2014年在国内出版了第一部相关专著《分子感官科学》,系统介绍风味化学国际学术前沿[16],并按照此方法对多种食品的风味进行了深入分析,旨在从风味入手对食品生产贮藏过程进行品控。

1.4 理论与实践充分结合

食品风味与人的感官紧密相关,《食品风味化学与分析》课程内容涉及味觉、嗅觉、三叉神经感觉等的神经生理学知识,这决定了本课程在理论授课的同时,必须让学生亲身实践才能形成深切体会,才能获得真知学问。因此本课程以人为本,尊重学生的主体地位,配套了相关实验和实践教学。例如,在讲授常规的分离纯化仪器应用和感官评价方法的基本原理时,设置实验课,培养学生的动手能力；在讲授各类典型食品的风味特征时,用标品配置成不同风味的闻香瓶,让学生在课堂上可以实时体会,帮助学生形成深刻认知,激发学生的学习热情和兴趣。

1.5 教、学、研的三向融合与促进提升

本课程充分利用北京工商大学在食品风味化学领域的科研优势与研究经验,将实际研究中遇到的不同问题作为案例,结合课本基础知识进行有针对性地讲解。例如,在讲解固体、液体和半流体样品中风味物质的提取分离方法时,用大枣、饮料和酸奶等实际科研项目中的风味物质提取方法进行讲解,使学生对抽象的课本知识能够快速理解并掌握。同时,将科研中遇到的瓶颈问题作为教学思考题在课堂上与学生充分讨论,利用学生活跃的思维打破科研的传统思考模式,集思广益,促使解决问题新方法的提出,最终达到教、学、研三向的贯通融合与相互促进。

2 教学模式创新与改革

基于前期累积的教学基础和经验,课程团队尝试探索将智慧教学、信息化教学等创新教学模式融入课堂。

2.1 国家级一流本科线上课程建设

2018年12月本课程建设了线上课程(慕课),并在“学堂在线”平台上线,在线资源面向全社会免费开放,任何有学习需求的人员均可进行网络学习。

课程上线后深受广大学习者的喜爱和好评,2019年7月,课程入选“学习强国”平台“学习慕课”栏目,供全国党员和广大社会群众在线学习。2020年5月,课程英文版上线“学堂在线”国际平台,进一步供给全世界有学习需求的人员进行学习。2020年11月,本课程成功入选教育部首批国家级一流本科课程[17]。目前学堂在线累计选课总人数已超过2.1万人,累计播放次数超过90余万次,课程于2021年8月已开启第七期(2021秋)选课学习。本课程运行建设历程如图2所示。

2.2 依托数据评估学生学习进度

在线上教学活动过程中,通过大规模数据可以为教师提供详实客观的数据依托,反馈学习者课堂达成度。线上课程后台会动态汇总每位学习者数据,包括：出勤率、完成率、做题时长、提问数、视听次数等内容,通过观察分析这些数据指标,教师能快速地细分学生学习程度。

教师通过讨论区进行在线答疑、发布讨论题、开设科普专栏(已开设【风味小常识】和【奇“闻”趣“味”】专栏)等,对风味化学进行多层次多角度解析,增加师生互动,激发学生对知识点的关联、比较、反思、重构,使其从单一的学习,过度到应用实践,最后实现迁移创新。例如,在线上课程开课的第二轮,教师发帖372个,与学员们互动,总共发帖1 065个；在测验与习题方面,教师出题117个,有55名学员参与了答题,正确率在90%以上。图3所示为本课程2021春季学期通过与同平台(学堂在线)其他课程相比,从五个方面所获得的课程评估示意图。2021年7月19日-25日活跃人数表示近7日有学习行为,包括观看视频、图文,发帖或评论以及做题等,本课程超过了92.26%的同平台课程；学习者总规模即本课程选课人数,超过了67.08%的同平台课程；论坛发帖回复率本课程超过了67.20%的同平台课程；讨论区人均互动次数本课程超过了54.52%同平台课程；讨论区参与规模本课程超过了70.51%的同平台课程。

2.3 重构知识“点”强化知识“面”

以往,教师先通过知识点之间的逻辑顺序,依据经验划分的难易程度,进而确定授课难点和重点,并划分授课比重,再制定教学大纲和课程教案。但是在实际教学中,由于教师无法及时获取学生学习进度,造成教学要求与实际学习情况存在一定程度的脱节。

现在,通过后台数据,能够分析出知识点关联度,清晰展示了不同学生对知识点掌握程度,以及知识点之间达成度的相关性。教师在教学或答疑中,相对弱化独立知识点的介绍,重点突出知识点之间的连线。结合案例教学,建立知识之间的互动,构建知识网,用已有的网,捕捉新的知识点,把网织密,把网孔缩小,因此重新对知识点进行关联划分,重构知识“点”、“线”和“面”,完成教学课纲的持续更新及改进。

2.4 课程思政与弘扬文化

本课程在系统介绍食品风味化学的基础知识的过程中,将课程思政融入课堂教学,以生活中食物的风味特征为案例,提升学生对课程理论知识的理解,调动学生的学习积极性,使学生形成自主学习能力。通过学习食品风味与工艺流程的关系,提升学生对我国食品工业发展的认同和自豪感。例如,在课程中系统介绍我国传统食品的风味特征、形成机制及其在饮食文化中的应用,弘扬我国传统饮食文化精髓；以我国优秀食品企业及其经典产品作为案例,使学生了解如何结合市场和企业需求,从风味角度更好地进行食品品质控制。学生通过本课程的学习,一方面可以为满足人民群众对美好生活的热切期盼和向往提供理论基础,另一方面也为我国食品安全和“健康中国2030”[18]贡献力量。

2.5 教学对科研与食品产业的促进作用

通过本课程的学习,北京工商大学食品科学与工程、生物与医药(食品方向)的研究生与本科生在掌握了食品风味化学的基础知识后,在食品科研领域进行了积极实践与探索,每年都能在SCI二区(中科院分区)以上的学术期刊上发表食品风味化学领域的研究文章。

3 总结

《食品风味化学与分析》课程致力于教育教学理论改革与创新,不断探索将智慧教学模式融入课堂的方式并提高教学效果,课程配套的线上课程获得了首批国家级一流本科课程,课程同步上线“学堂在线”国际版,在国内外均产生了广泛的影响。正是由于前瞻性的国际视野和学术前沿的介绍、积极探索理论联系实际的教学方式以及免费注册线上学习等措施,使得本课程具有较强的实用性,为广大学习者所青睐,满足了相关领域人员对食品加工生产的需求,为食品加工贮藏过程中风味品质控制打下了坚实基础,提供了新的思路。

[1] 中国食品工业协会营养指导工作委员会,国家食物与营养咨询委员会办公室,中国植物性食品产业联盟,等.2018未来食品高峰论坛.http://www.ce.cn/cysc/ztpd/2018/yth/index.shtml.

[2] 中国工程教育专业认证协会.工程教育认证通用标准解读及使用指南(2020版,试行).https://www.ceeaa.org.cn/gcjyzyrzxh/xwdt/tzgg56/621111/index.html.

[3] SONG H L,LIU J B.GC-O-MS technique and its applications in food flavor analysis[J].Food Research International,2018,114:187-198.

[4] YANG P,SONG H L,WANG L J,et al.Characterization of key aroma-active compounds in black garlic by sensory-directed flavor analysis[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2019,67,7 926-7 934.

[5] WANG X J,GUP M Y,SONG H L,et al.Characterization of key odor-active compounds in commercial high-salt liquid-state soy sauce by switchable GC/GC×GC-olfactometry-MS and sensory evaluation[J].Food Chemistry,2021,342:e128224.

[6] YANG P,SONG H L,LIN Y P,et al.Differences of characteristic aroma compounds in Rougui tea leaves with different roasting temperature analyzed by switchable GC-O-MS and GC×GC-O-MS and sensory evaluation[J].Food & Function,12(11),4 797-4 807.

[7] CHEN E B,SONG H L,ZHAO S N,et al.Comparison of odor compounds of brown sugar,muscovado sugar,and brown granulated sugar using GC-O-MS[J].LWT-Food Science and Technology,2011,142:e111002.

[8] 丁耐克. 食品风味化学[M].北京:中国轻工业出版社,2006.

[9] 夏延斌. 食品风味化学[M].北京:化学工业出版社,2008.

[10] 张晓鸣. 食品风味化学[M].北京:中国轻工业出版社,2009.

[11] 王永华,戚穗坚.食品风味化学[M].北京:中国轻工业出版社,2010.

[12] 冯涛,田怀香,陈福玉.食品风味化学[M].北京:中国质检出版社/中国标准出版社,2013.

[13] SONG H L,CADWALLADER K R.Aroma components of American country ham[J].Journal of Food Science,2008,73(1):C29-C35.

[14] BELITZ H D,GROSCH W,SCHIEBERLE P.Food chemistry[M].3rd ed.Berlin:Springer,2008:342.

[15] 宋焕禄. 分子感官科学及其在食品感官品质评价方面的应用[J].食品与发酵工业,2011,37(8):126-130.

[16] 宋焕禄. 分子感官科学[M].北京:科学出版社,2014.

[17] 中华人民共和国教育部. 教育部关于公布首批国家级一流本科课程认定结果的通知.http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202011/t20201130_502502.html.

[18] 中国政府网. 中共中央、国务院印发《“健康中国2030”规划纲要》.http://www.gov.cn/gongbao/content/2016/content_5133024.htm.