简述在食品科技创新项目中提高大学生科技创新能力

1、简述在食品科技创新项目中提高大学生科技创新能力在大学生研究性和创新性科研项目中，要改变由指导老师一步一 步发指令由学生被动完成任务，还是科研小组同学主动学习、主动定 方案（方向）、定任务后，再由指导老师和全组同学商讨，小组同学 分别完成相应工作任务，再学习，再研讨，再实验，直到项目完成。 这是研究性和创新性项目培养和提高同学自主管理能力和科技创新 能力非常关键的环节。在这个环节上，老师不再是“司令员”，而是科 研小组中的普通一员。下面以“水培虾、南美白对虾、斑节对虾氨基酸 紫外可见光谱人工神经网络定量测定及营养学分析”大学生科技创新 项目为例，说明一些具体作法。组织小组同学展开调研，明确科研与

2、生产实际相结合，培养 社会调查能力“水培虾、南美白对虾、斑节对虾氨基酸紫外可见光谱人工神经网 络定量测定及营养学分析”项目小组成员来自学校中三个专业不同年 级的同学，自愿组合而成。首先在老师的主持下由小组同学选出2名 学习好、责任心强、实践操作能力强的同学组成项目小组管理核心。 然后小组负责同学则将同学分成二个调查组，分别到海产品养殖场和 海产品销售市场展开调研。二个小组调查完毕，通过汇总与讨论，大 家明确了目前舟山人工养殖虾体主要有三大代表品种：水培虾、斑节 对虾和南美白对虾。这三种虾适应范围广，产量高，是目前我国东海 养殖的主要特色品种。其营养丰富，口感鲜美，市场需求量大，经济 价值较高，

3、具有良好的市场前景。因此，必硝依靠通过对这三种虾的 优良品种的选育、饲料配料的组合和筛选及其营养价值的分析等工作 进一步提高其质和量。而这些工作的开展必须进行氨基酸的测定。可 见，虾体肌肉中氨基酸含量的测定具有十分重要的意义。于是同学们经充分讨论后认为：开展“虾体氨基酸检测”的创新性实验，不但具有 重要的实际意义，而且可行性强。不但可加深同学们的专业基础知识， 还可拓展同学们知识视野，培养科技创新能力。组织同学学习相关背景知识，提高自主学习能力，加深对基 础课程知识的理解项目小组管理核心下一步则是组织科研小组成员复习生物化 学、营养学、食品分析与检验等基础及专业课程，首先是进一 步加深同学对虾

4、体中氨基酸的认识。氨基酸是人体必不可少的营养成 分之一，而有些氨基酸是不能在人体内自行合成必需要从食物中获取， 如异亮氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、赖氨酸、苏氨酸、苯丙氨 酸和缬氨酸，它们称为必需氨基酸。因此虾体中氨基酸的检测分析主 要就是针对这些必需氨基酸。必需氨基酸的含量高，虾的营养价值就 大，商业价值就高。而养殖对虾虾体中氨基酸含量的传统检测方法存 在费用高、样品用量大、检测方法费时繁琐等问题，不适于养殖生产 控制特别是虾体氨基酸含量的快速分析。结合现代仪器分析课程 中的知识，同学们提出用最简单的紫外-可见光谱法结合人工神经网 络用于三种对虾主要氨基酸（必需氨基酸和鲜味氨基酸）的不经

5、分离 定量测定。光谱数据在BP人工神经网络实现对虾肌肉中氨基酸定量 分析的基础上，进一步试验采用较新的具有较强自适应能力和较好 预测效果的极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）神经网络 模型完成定量分析和预测，尝试为对虾虾肉中氨基酸多组分分析提供 一种不需贵重仪器的简易新方法。组织同学自主检索查阅文献，学习人工神经网络方法，拓展知 识视野方向任务明确以后，项目小组管理核心则组织小组同学自主检索 相关文献，自主学习相关知识，开拓知识视野，重点组织小组同学学 习人工神经网络方法。经过项目小组全体成员的多次学习与探讨，大 家都清楚的知道了人工神经网络现在已经是解决化学

6、问题的一种重 要的化学计量学方法。是模拟人脑神经元的工作原理来建立模型进行 分类与预测的一种化学计量学手段。目前，人工湖神经网络应用于氨 基酸混合液测定中主要是误差反向传播（Back propagation,BP）人工 神通网络（BP是由输入层，输出层以及若干隐含层节点间互连而成的 一种多层网络）。但它存在一些无法克服的缺点，如：训练速度慢； 训练过程可能不稳定；容易陷入局部极小点，无法达到全局最小；而 且可见-紫外光谱所含的波长数据点多，具有多重共线性，会造成建 模时间长等问题。经过小组学习探讨和老师的指导，大家提出针对海 产品对虾氨基酸溶液光谱测定中波长数据点多的问题，我们可以试用 极限学

7、习机完成对虾体肉中必需（主要）氨基酸含量测定并与BP神 经网络等方法进行分析对比。进一步的学习与探讨，小组同学明确了 极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）神经网络是南洋理工 大学G. B. Huang等人在2021年提出的一种人工神经网络模型训练 新算法，与传统的误差反向传播（Back propagation,BP）人工神通网络 方法相比，极限学习机有泛化性能好、训练学习速度快等优点。组织同学主动联系药品试剂市场，锻炼社会人际交往能力在购买所实验所需的试剂与材料方面，项目小组管理核心同学认 识到，本项目所需主要仪器为紫外可见分光光度计和氨基酸分析仪， 但实验试

8、剂则不同于以往的实验课，老师配好实验用试剂后供同学直 接使用。现在是需要通过小组同学自己去市场联系，同学自己购买， 买来后还需同学自己配制，因此这是一个培养同学社会人际交往能力 的好机会。项目小组管理核心则首先组织同学上网查找相关试剂的供 应商的信息，然后让同学比较这几家商家的报价及其产品的可靠性， 从中挑选出合乎条件的2-3家商家，最后由项目小组管理核心负责联 系着2-3家商家，并与小组成员讨论比较后进行购买。组织与分配小组同学各自完成相应的具体实验项目，培养实验 实际操作能力在仪器使用等方面老师则重点指导这几个同学，即他（她）们同 时也就成为这个项目小组的“指导老师”。如由他（她）们负责实

9、验试 剂的配制或指导同学配制，负责指导同学进行仪器操作，负责分配或 指导同学完成相应的具体实验项目，辅助或指导实验小组同学完成实 验设备的具体配置等等。如以下取同龄期、同体长、同体重的南美白 对虾、竹节虾（日本对虾）和水培虾称重，匀浆机匀浆10min，真空 干燥箱在50C。下真空干燥，制成粉。分别称取水培虾粉、南美白对虾 粉，竹节虾粉加盐酸水解24h这些实验过程，均在项目小组管理核心 同学的安排下有条不紊地完成。在指导老师的辅导下，项目小组管理核心组织小组同学分别取三 种虾的水解液稀释成9个浓度，用L-8800型氨基酸分析仪分别测定 三种虾体9个浓度水解液的氨基酸含量。用紫外-可见分光光度计分

10、 别对三种虾体9个浓度的水解液进行光谱扫描，获取一系列光谱数 据。再取未知氨基酸浓度的三种虾体3个不同浓度的水解液同样进行 光谱扫描获取光谱数据。然后用已知氨基酸浓度的光谱数据训练神经 网络并对未知浓度虾水解液进行氨基酸含量预测。结果见图1和图2。 通过对测定结果的分析进一步加深了小组同学对现代仪器分析课 程中光谱扫描和吸收光谱曲线概念和几种人工神经网络模型的理解 和认识。老师和小组同学一起学习讨论人工神经网络方法，分析测定结 果，培养科学分析能力在对测定结果的分析中，项目小组全体同学分成3个学习小组， 每个小组对照参考资料，根据所得测定数据结果与数据可视化图形 （如图1、图2等），先进行分析

11、讨论，有了初步的认识后，指导老师 和全体小组成员在一起再进行充分的分析与探讨。最后大家得出结论: 紫外-可见光谱数据结合三种人工神经网络（误差反向传输神经网 络，BP。径向基函数神经网络，RBF。极限学习机神经网络，EML） 对氨基酸溶液中氨基酸浓度的测定，径向基函数神经网络（RBF）的 预测结果比误差反向传输神经网络（BP）好，但极限学习机神经网络 （EML）的预测效果要好于误差反向传输神经网络（BP）和径向基函 数神经网络（RBF）。同时大家进一步认识到，氨基酸溶液（如虾肉水 解液）中氨基酸的定量分析，一般都是用比较昂贵的分析仪器如高效 液相色谱仪等仪器来完成，而且操作复杂、费时、费劲。所

12、以，如果 是使用普通的紫外-可见光谱仪结合计算机数值方法来完成虾肉中的 氨基酸测定，所用仪器简单普遍，且分析样品不经分离。推广开去， 不但可用于对虾肌肉中氨基酸含量测定及品质评判，也可用于其他水 产品和肉类食品中氨基酸含量的分析，即在食品质量分析方面有一定 的意义。7结论从以上讨论分析可见，紫外-可见光谱结合人工神经网络方法测 定氨基酸溶液中氨基酸浓度具有一定的科学研究价值和经济价值。再说在本次研究性和创新性实验中，指导老师的指导工作着力于 以下几个方面，首先是：辅导学生建一个工作能力较强的项目小组管 理核心。有了这个项目小组管理核心，所以以下工作都是在项目小组 管理核心的配合下顺利完成的。第一，指导学生完成实验相关背景知 识和基础课程学习；第二，引导学生思考如何查阅检索所须文献，提 高学生获取有效信息的能力。第三，引导学生独立购买所需实验试剂， 提高学生社会交往能力。第四，指导学生自行完成实验试剂的配制， 培养同学的动手操作能力