基于科研項目驅動的食品類專業大學生創新能力培養
——以納米金的綠色制備與性能研究為例

孫 琦，李明珠，安珂瑤，熊馨煒，范爽妍，樂 濤

（重慶師范大學生命科學學院，重慶 401331）

青年大學生是服務國家創新驅動發展戰略、建設創新型國家的重要力量。要加快建設創新型國家，必須重視大學生的創新能力培養，使其在未來的職業發展中更好地勝任工作，成為推動大眾創業和萬眾創新的生力軍[1]。因此，大學生創新能力的培養已成為當今高等教育改革的重要內容。創新型人才的培養既離不開大學課堂上基礎理論知識的學習與掌握，又與課堂外嚴格的科研實踐訓練密不可分。多年的實踐證明，開展大學生科研訓練計劃是本科實踐教育教學改革的重要舉措，也是高校培養創新型人才的有效途徑[2]。

食品類本科專業屬于多學科交叉、注重應用實踐的工科學科，通過依托“大創”項目來增進和培養食品類專業大學生的科研創新能力符合當前新工科背景和工程教育認證要求[3]。以重慶師范大學食品質量與安全專業學生為例，結合本科生“大創”項目——金納米顆粒的綠色制備及性能研究，通過設計綜合性食品化學實驗，以培養大學生自主創新能力為出發點，在指導教師引導下獨立開展科研訓練，從而提高學生運用綜合知識的能力、培養科研素養，進一步激發學習熱情。

1 實驗設計

金納米顆粒的綠色制備及性能研究主要涉及3 個試驗板塊：金納米顆粒的綠色制備、表征測試與抗菌性能研究。食品專業學生以4～5 人一組進行分組，首先，根據課題任務進行專業資料的查證、收集與整理，初步擬定實驗方案并由指導教師進行可行性評價，通過小組討論優化確定實驗方案；然后，根據實驗計劃開展相關實驗，對實驗中遇到的問題進行小組解決，對實驗數據整理分析；最后，總結分析實驗結果，撰寫研究型實驗報告，并以PPT 形式進行答辯評分。

2 實驗部分

2.1 試劑與儀器

肉桂醛、四水合氯金酸、無水乙醇、氫氧化鈉、濃鹽酸、LB 肉湯培養基、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等。

UH5300 型紫外可見分光光度計、NanoBrook Omni粒度儀、S10-3 型磁力攪拌器、AE224 型電子天平、M2 型酶標儀、高壓滅菌鍋、透射電子顯微鏡等。

2.2 制備方法與表征測試

將100 mL 新鮮配置一定質量濃度的氯金酸溶液倒入100 mL 三角瓶中，置于磁力攪拌器上加熱攪拌至沸騰，沸騰1 min 后立即加入4.5 mL 新鮮配置的一定質量濃度肉桂醛—乙醇溶液并加大攪拌力度，繼續加熱一段時間后溶液發生顏色變化，再加熱一定時間完成后冷卻至室溫，用8～14 kD 分子量透析袋純化透析24 h，每2 h 換一次水，第3 次換水后間隔6 h 再換水，透析完成后將樣品保存于4 ℃冰箱中。使用紫外- 可見分光光度計測定所得樣品在波長200～700 nm 處的紫外可見吸收光譜，用激光粒度分析儀來測定肉桂醛@金納米顆粒粒徑與多分散指數（PDI），并利用透射電鏡觀察粒子形貌結構。

2.3 肉桂醛@金納米顆粒體外抑菌活性

采用微量肉湯稀釋法來測定抗菌生長曲線測定[4]。取不同體積樣液和無菌水加入96 孔板中，使其終質量濃度分別達到500，400，300，200，100 μL/mL。向每孔移加樣液后用移液槍充分吹打混勻樣液。于121 ℃條件下滅菌20 min，冷卻后，加入10 μL 菌懸液和30 μL 肉湯培養基，以等體積的無菌去離子水代替樣液作為陽性對照，以等體積的肉湯培養基代替菌液為陰性對照。每個樣品重復3 次。將96 孔板置于37 ℃下恒溫箱中培養24 h，測定液體在0，2，4，6，9，12，15，18，21，24 h 于波長600 nm 處吸光度，繪制細菌生長曲線。

3 結果與分析

3.1 肉桂醛@金納米顆粒的制備

（a） 肉桂醛@金納米顆粒的紫外—可見吸收光譜與（b） 實物照片見圖1。

圖1 （a） 肉桂醛@ 金納米顆粒的紫外—可見吸收光譜與（b） 實物照片

由圖1（a） 可知，由于苯環與π 共軛作用，肉桂醛在290 nm 處出現最大吸收[5]。透析后的譜帶與透析合成前光譜相比，在波長290 nm 處峰較低，在波長530 nm 峰型相近，表明透析已將部分未合成到材料上的游離肉桂醛成功除去。透析合成后的肉桂醛@金納米粒子在波長290 nm 附近和530 nm 附近有最大吸收。在波長290 nm 處的譜帶與肉桂醛的吸收譜帶一致，表明樣液中還含有肉桂醛，可能代表的是納米粒子表面包裹的肉桂醛。在波長520 nm 附近出現的吸收峰，可被認為納米金粒子的等離子共振紫外吸收特征峰。通過測定紫外可見吸收光譜，可以證明肉桂醛@金納米顆粒已經成功制備（圖1（b））。

3.2 肉桂醛@金納米顆粒的表征

肉桂醛@金納米顆粒的粒徑分布（a） 與透射電鏡形貌表征（b） 見圖2。

圖2 肉桂醛@ 金納米顆粒的粒徑分布（a）與透射電鏡形貌表征（b）

納米粒度儀測試結果表明，在最佳制備條件下得到的肉桂醛@金納米顆粒平均粒徑為（26.2±3.7） nm，（見圖2（a）），多分散指數PDI 為0.26，表明粒子分散性良好。為了進一步表征肉桂醛@金納米粒子的形貌和粒徑，對所合成的材料進行了透射電鏡檢測。由圖2（b） 可知，肉桂醛@金納米粒子形貌呈球狀，且納米金核外部有一層很薄的高分子層，是肉桂醛覆蓋所致。正是因為在納米粒子表面有這層肉桂醛的包覆，才能在一定程度上阻止納米粒子的團聚，控制納米粒子的粒徑。因此，肉桂醛除了作為還原劑外，還能作為保護劑防止金納米顆粒聚集。

3.3 肉桂醛@金納米顆粒的抑菌活性

肉桂醛@金納米顆粒對（a） 大腸桿菌和（b）金黃色葡萄球菌的抑菌活性見圖3。

圖3 肉桂醛@ 金納米顆粒對（a） 大腸桿菌 和（b） 金黃色葡萄球菌的抑菌活性

吸光度與菌懸液質量濃度存在線性正比關系，由圖3（a） 可知，不同質量濃度肉桂醛@金納米顆粒對大腸桿菌的抑制作用，在24 h 內各試驗組對應的OD600nm均小于對照組，表明肉桂醛@金納米顆粒對細菌的生長具有一定的抑制作用，并且肉桂醛@金納米顆粒溶液質量濃度越高，抑制作用越明顯。隨著處理時間達到9 h 后，不同質量濃度肉桂醛@金納米顆粒溶液抗菌性表現出較明顯差異。質量濃度100～300 μL/mL 肉桂醛@金納米顆粒溶液，其OD600nm與對照組接近，抑菌作用不明顯。當質量濃度增大到400 μL/mL 時，前9 h OD600nm處于極低的范圍，9 h 后開始快速上升，大腸桿菌開始快速繁殖。當質量濃度達到500 μL/mL 時，表現出明顯的抑制作用，其OD600nm在9 h 后與水平軸趨于平行且保持穩定，說明大腸桿菌的生長繁殖一直處于有效抑制的狀態。由圖3（b） 可知，隨著肉桂醛@金納米顆粒溶液質量濃度的增加，對金黃色葡萄球菌的抑菌作用越強。與對照組相比，當肉桂醛@金納米顆粒質量濃度為100～400 μL/mL 時，在9 h 后OD600nm較對照組偏低，呈現與對照組相似的變化規律，說明此質量濃度下對金黃色葡萄球菌抑菌作用不強。質量濃度為500 μL/mL 時，其OD600nm始終保持穩定的趨勢，說明此濃度下金黃色葡萄球菌生長被完全抑制。因此，肉桂醛@金納米顆粒具有抑菌活性，且與質量濃度呈現正相關關系。

4 結語

以“大學生創新創業訓練計劃”等科研項目為依托，通過讓食品專業本科生參與納米金顆粒的制備、材料結構表征與抗菌活性研究，可有效促進學生對食品化學及其他專業知識的理解與認識，深化現代分析技術在食品科學研究中的實踐與應用，從而強化了食品類專業大學生自主分析問題和解決問題的能力，培養了學生獨立開展科研工作的創新能力與科研素養。