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1、化学教学下的食品营养成分安全的分析与实验探究教学 摘要： 食品成品的营养、安全直接影响着个体的健康。化学教学特别是实验教学是进行食品营养学和安全的优势学科。老师能以化学结合食品中营养素、安全性，从化学原理、方法上介绍一些食品营养和食品安全的化学知识，引导学生同时学习化学和食品，学以致用。 “民以食为天，食以安为先”，食品是人类赖以生存和发展的基本物质，是人们生活中最基本的必需品，食品安全是直接关系到人民身体健康和社会稳定的重大公共卫生问题。根据我国的食品卫生法，“食品应当无毒、无害，符合应当有的营养要求，具有相应的色、香、味等感官性状”。因此，食品品质的优劣在于是否存在足够的营养成分，是否存在
2、有毒有害的物质，是否对人体健康造成危害，这些都直接关系到人的身体健康和生存。新课改中化学与生活作为一门选修课，立足于引导学生适应现代生活和未来生活的需要，让学生具备生活所必须的化学知识、方法和态度。在教学实践中，教师们深刻体会到化学与生活的重要性，特别是与日常生活息息相关的化学与食品部分，应该作为重点进一步拓展并引导学生掌握食品的营养种类、成分与化学物质、化学知识之间的相关性。联系食品营养与安全和化学学科的相关性，引导探究性教学，设计适当的化学语境，促进学生思考并逐渐提出用于食品营养与安全因素的化学分析方法，促进学生发散性思维的培养，更进一步提升对学生进行营养学、食品安全和检测方法的教育。作为
3、一名化学实验教师，本文将从食品中营养成分的分类与分析（以蛋白质、油脂和矿物质等为代表介绍），食品营养成分对应的安全健康问题及其对应的化学知识背景，以及食品营养成分与化学实验探究教学的探索进行讨论。 一、 在中学化学教育中实施食品营养成分教育的意义 近年来，随着经济的迅速发展和人们生活水平的不断提高，我国的食品产业获得了空前的发展。各种新型食品层出不穷，食品产业已经在国家众多产业中占支柱地位。在食品的三要素中（安全、营养、食欲），安全和营养是消费者选择食品的两个最重要的标准。营养成分的合理摄入直接关系到人体的健康。因此, 通过化学语境对中学生普及并介绍营养学知识显得尤为重要。近几年来，在世界范围
4、内不断出现了食品的安全事件，如英国“疯牛病”和“口蹄疫”事件、比利时“二?f英”事件，国内的苏丹红、毒水饺、毒油、瘦肉精、三聚氰胺、老皮鞋酸奶、塑化剂等事件，使得我国乃至全球的食品安全问题形势十分严峻。日益加剧的环境污染和频繁发生的食品安全事件对人们的健康和生命造成了巨大的威胁，食品安全问题已成为人们关注的热点问题。因此，消费者，特别是我们中学生具备相应的食品营养、安全知识显得十分重要，教师也有责任、有义务关注食品安全事件并传授食品安全知识。通过合理的教育，提高广大学生的食品营养与安全意识。 二、 食品营养成分的分类与化学 食品的营养成分主要有蛋白质、脂肪（油脂）、碳水化合物、维生素、矿物质和
5、水。蛋白质、脂肪和碳水化合物是食品的三大营养素，提供机体能量。无机盐和维生素是人体多种酶和生理活性物质的重要成分。人体为了维持生命和健康，需要合理地从食物中摄取所需要的各种营养素，因此了解营养素的成分并准确分析，对于指导合理膳食，保障人民的身体健康具有重要意义。营养成分的准确分析主要根据是化学方法。首先需要了解营养成分的化学知识以便介绍营养成分的测定方法。比如蛋白质的测定，首先跟学生介绍蛋白质是由20种常见氨基酸通过肽键组成的，而且多数蛋白质的平均氮含量为16%。引导学生逆向思考，如果通过测定得到16克氮，便相当于100克蛋白质。蛋白质的国家标准测定方法之一是半微量凯式定氮法。其化学原理是利用
6、浓硫酸分解蛋白质，从而产生氨并立即与硫酸形成硫酸铵。硫酸铵溶于水，加入氢氧化钠，并采用水蒸气蒸馏的方法形成游离氨气，并用硼酸溶液吸收，通过测定生成的氨计算出蛋白质的总氮量，从而进一步换算成蛋白质。 对于油脂的测定，学生已经掌握油脂是由脂肪酸和甘油通过酯键形成的甘油三酯化合物。油脂为人体提供热量和必需的脂肪酸，但是过量食用油脂，容易造成肥胖并进一步引发高血压、高血脂甚至心脑血管疾病，因此合理、有度、多样化摄入油脂对于人体健康非常重要。引导学生思考，如何准确测定食品中油脂的含量？油脂易溶于有机溶剂，比如乙醚、石油醚等，但不溶于水。因此，测定油脂主要是通过将酸（比如盐酸）加到食品样品的水溶液，通过酸
7、的作用，将结合于食品的油脂转化成游离油脂，进一步使用有机溶剂萃取食品。根据极性相似相容的原理，极性弱的油脂不溶于水，却易溶于极性弱的乙醚或石油醚。将乙醚加入到食品样品水溶液，游离油脂会溶解进入有机溶剂并与水层分层。分离有机溶剂层，挥发除去有机溶剂，残留物的质量就是所测定油脂的含量。 三、 食品营养成分对应安全问题的化学技术背景 俗话说“病从口入”，不健康的饮食方式或者食用被污染的食品都有可能引起疾病。新课标中“化学与生活”中的“营养均衡与人体健康”，在这部分内容的讲解过程中，除了介绍人体必需的化学元素及其生理功能与合理摄取的知识外，更重要的是在介绍食品6大营养素的时候，根据近年来所发生的食品安
8、全事件、以及相关不健康食品的介绍，帮助学生从化学的角度正确认识这些营养素食用过程中需要注意的问题，培养学生健康饮食的习惯。比如介绍蛋白质部分，可以拓展介绍2008年发生的三鹿毒奶粉事件的技术背景。奶粉中蛋白质测定的国家标准是半微量凯式定氮法，主要是通过测定奶粉中氮总含量，然后通过换算因数计算蛋白质的含量。三聚氰胺的结构，其分子结构式为C3H6N6，如图1所示，氮含量高达66.7%。相对于蛋白质的含氮量为16%左右，三聚氰胺的含氮量是普通蛋白质的4倍多。因此，如果往奶粉里面添加少量三聚氰胺，使用凯式定氮法测定蛋白质的含量就可以达到国家标准对奶粉蛋白质含量的要求（1225%），但是奶粉的真正蛋白质
9、含量低，而含有对人体有害的三聚氰胺，对婴幼儿的成长造成极大的伤害。 对于油脂部分，油脂通常分为饱和脂肪和不饱和脂肪，其中不饱和脂肪可以拓展跟学生介绍反式脂肪酸。不饱和脂肪酸是指脂肪酸分子中存在以双链形式的碳原子，这种脂肪酸存在顺式和反式的结构，如图2所示。通常植物油，比如花生油和芝麻油等以?式结构存在，室温下为液态；而反式键形成的不饱和脂肪酸室温下通常是固态的。反式脂肪酸有天然存在和人工制造两种情况。其中经常使用的是人工制造反式脂肪酸，它是植物油经过部分加氢处理而产生的，比如人工奶油。为了增加食品保质期、稳定性以及提高口感等作用，反式脂肪酸通常添加在饼干、焙烤食品、面包、洋快餐（炸鸡，炸薯条等
10、）以及人造奶油等食品中。过量食用反式脂肪酸对人类有害，比如引起人类肥胖、形成血栓、影响发育和心脑血管疾病等。通过对学生普及反式脂肪酸知识，树立健康饮食观念和习惯，提高身心健康。 图1 三聚氰胺的化学结构式 图2不饱和脂肪酸的顺反异构性 四、 食品营养成分分析与化学实验教学的探究 化学是一门以实验、实践为基础的科学，而中学生在学习化学过程中普遍存在重理论轻实验的问题，造成学生实践动手能力较差，实验设计能力更差，因此在介绍营养成分与化学的过程中，需要进一步通过探究性实验教学引导学生的理论联系实践，促进两者协调发展，从而更深入了解食品营养以及食品安全，提高认知水平。比如在讲解碳水化合物过程中，可以在
11、实验课教室进行，讲解理论的同时进行实验演示。介绍白单糖，二糖和多糖的概念，并着重从日常接触的蔗糖和淀粉出发介绍。这两种都是由单糖脱水聚合而成，在适当的条件下能够发生水解，并生成单糖。在课上，准备一台血糖仪和对应的试纸条，以及常规实验试剂和玻璃器皿。按照图3设计实验，学生操作并观察不同试管的颜色变化和血糖仪数值变化，明白人体摄入碳水化合物，经过人体代谢转变成葡萄糖。葡萄糖的摄入要合理，既要保证人体的能量需要，也要注意糖类摄入，避免过多饮食含糖量高的食物。通过实验和理论教学，学生明白碳水化合物的结构本质、对人体的作用以及摄入可能造成人体各种健康隐患，比如肥胖，冠心病和糖尿病等。 图3 淀粉和蔗糖的
12、设计性实验 讲解“加碘盐和补碘”部分时，除了跟学生展示加碘盐和普通无加碘盐，然后通过标签跟学生说明加碘盐实际上加的的是碘酸钾，而不是碘化钾。引导学生联想所学的卤素知识，碘化钾相对碘酸钾来说，容易被氧化生成碘单质，而碘单质具有毒性，对人体有害，而且碘化钾具有一定的苦味，不利于食用，因此选用稳定的碘酸钾作为碘来源。引导学生设计实验，判断食用的加碘盐是否符合国家规定标准。 化学实验探究教学模式的基本目标是激发学生的求知欲，培养学生发现、提出实验问题，并设计相关的方案自己动手解决实验问题等能力，进而训练学生实验探究的思维方法。实验老师可以根据生活周围常见的物品，特别是从学生健康息息相关的食品出发，引导学生并交给学生处理具体实验问题的方法，更进一步参考化学家研究性实验的技巧，帮助学生理解科学的本质，理解食品营养与安全及化学知识之间的关联性，营造一个适合学生充分发挥能动性的宽松环境。