孟 宗

（江南大學食品學院 江蘇·無錫 214122）

食品專用油脂是指精煉的動植物油脂、氫化油、酯交換油脂或上述油脂的混合物，經(jīng)急冷單元和捏合單元或不經(jīng)過急冷和捏合單元，制成的固態(tài)或流動態(tài)的油脂制品，主要包括人造奶油、起酥油、植脂奶油、涂抹脂、糖果脂等，賦予加工食品特有的功能特性（如結構、風味、感官特性、貨架期等），是現(xiàn)代加工食品不可或缺的基礎性原料，在烘焙食品、煎炸食品、休閑食品、速凍食品、糖果、冷飲、咖啡伴侶等方面廣泛應用。國內(nèi)食品專用油脂加工已形成了與加工食品產(chǎn)業(yè)分布相匹配的華東、華南、華北三大產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，據(jù)不完全統(tǒng)計，食品專用油脂行業(yè)總產(chǎn)值超過1000億元，并以每年15%以上的增速快速增長。

食品專用油脂加工食品多樣性發(fā)展空間巨大。如2019年我國烘焙食品零售額達到2312億元，同比增長7.40%；2019年我國巧克力產(chǎn)品零售額為223億元，同比增長4.76%；加工食品的多樣化，對創(chuàng)新性食品專用油脂產(chǎn)品的需求巨大。而目前國內(nèi)食品專用油脂仍以通用型產(chǎn)品為主，企業(yè)自主創(chuàng)新能力亟需加強。同時，國內(nèi)僅江南大學、武漢輕工大學、河南工業(yè)大學等少數(shù)高校開設了食品專用油脂相關的專業(yè)課程，且課程主要以傳統(tǒng)的理論教學為主，教學過程中存在的理論知識與工程實踐應用結合性差等突出問題，無法滿足創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

虛擬仿真（VirtualReality，簡稱VR）是一種可創(chuàng)建和體驗的虛擬世界的計算機系統(tǒng)，將多源信息融合、實現(xiàn)多元感知的仿真技術，具有交互性，產(chǎn)生沉浸感，在文化、醫(yī)療、軍事、教育等領域廣泛應用。江南大學食品學院借助虛擬仿真技術，根據(jù)現(xiàn)實食品專用油脂工廠，建設了虛擬仿真實驗平臺，對創(chuàng)新能力要求高的新工科技術人才培養(yǎng)具有重要現(xiàn)實意義。

1 食品專用油脂課程教學中存在的問題

食品專用油脂教學基本內(nèi)容包括：（1）油脂物化性質(zhì)及油脂結晶；（2）油脂的三大改性技術（分提、酯交換、分提）；（3）食品專用油脂產(chǎn)品（人造奶油和涂抹脂、起酥油、代可可脂、煎炸油等）；（4）食品專用油脂生產(chǎn)質(zhì)量控制。課程內(nèi)容安排包括了油脂結晶及乳化等油脂理化基礎、加工、裝備、產(chǎn)品品質(zhì)評價等內(nèi)容，知識點多、跨度大，授課16學時，學生很難在課堂學習中全部掌握。同時，為了滿足應用型人才培養(yǎng)的要求，本課程學習內(nèi)容突出理論聯(lián)系實踐，即課程理論教學要指導食品專用油脂產(chǎn)品的開發(fā)和應用。實踐教學環(huán)節(jié)一般通過小型中試工廠現(xiàn)場生產(chǎn)教學或食品專用油脂加工企業(yè)現(xiàn)場教學。為了提升實踐環(huán)節(jié)的教學質(zhì)量，江南大學食品學院油脂及植物蛋白工程中心投入專項經(jīng)費，定制了20kg/h的起酥油/人造奶油小試線，改造了5-10kg的油脂氫化設備，由于單次開機成本高、安全隱患和廢棄物處理困難，無法處置突發(fā)事故，始終無法模擬真實工廠的生產(chǎn)。同時，食品專用油脂加工企業(yè)由于生產(chǎn)組織及安全要求，很難接受學生短時間的現(xiàn)場教學。上述諸多限制性因素導致食品專用油脂教學過程中學生理論知識與工程實踐應用結合性差、學生工程實踐能力培養(yǎng)薄弱問題長期存在。同時，目前食品專用油脂的教學主要以課堂理論教學，中試工廠現(xiàn)場演示教學為主，主要還是傳統(tǒng)的“灌輸式”，教學形式單一，一次現(xiàn)場演示難以讓學生掌握實踐操作要領，學生無法動手實踐，學習興趣不強，課后學習的主動性較差。為解決傳統(tǒng)教學過程中照本宣科、缺乏實踐操作，理論教學與實踐教學脫節(jié)，同時，突破學生主動學習受時間和空間的制約問題，將最新的技術手段“虛擬仿真技術”引入傳統(tǒng)的食品專用油脂的教學，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，提升教學效果。

2 虛擬仿真技術在食品專用油脂課堂教學中的應用

目前，高校青年教師引進和培養(yǎng)存在注重開展高水平研究，發(fā)表高水平論文，忽視工程實踐能力培養(yǎng)的導向，而食品專用油脂的教學不僅涉及到酯交換、分提、氫化等改性技術的理論問題，還涉及到將上述改性技術及其組合在具體食品專用油脂產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新中的實際應用，如人造奶油、起酥油、巧克力、植脂奶油等。課堂教學創(chuàng)新乏力、學生厭學時有發(fā)生。為貫徹“以學生為中心”的教學理念，結合多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才的“新工科”建設培養(yǎng)要求，針對食品專用油脂課題教學中的理論與實踐脫節(jié)問題，引入了虛擬仿真技術。

在食品專用油脂加工仿真實驗平臺的建設中，參考現(xiàn)代化食品專用油脂工廠，借助文字、圖片、flash動畫、三維模型、音頻和視頻等手段對加工過程的各個工段、管線、裝備等全部真實工廠要素在計算機上再現(xiàn)，如氫化工廠。目前，“非氫化”加工工藝是食品專用油脂的發(fā)展方向，因為極度氫化油（100%飽和脂肪酸，不含反式脂肪酸）提供優(yōu)良的應用性能，在部分產(chǎn)品中仍有應用，如粉末油脂，植脂奶油。在課堂理論教學過程中，結合虛擬仿真試驗平臺中豐富的三維模型、視頻、動畫等素材，圖文并茂、生動逼真的進行講解，豐富理論教學的層次，激發(fā)學生主動學習的積極性，在寓教于樂中增強學生對枯燥理論的理解及其與生產(chǎn)實踐的結合。特別是在今年新冠疫情期間，通過虛擬仿真試驗平臺的運用，實現(xiàn)了“停課不停學”，保障了教學秩序，同時還提升了教學的質(zhì)量和效果。

3 虛擬仿真技術在食品專用油脂實踐教學中的應用

目前，食品專用油脂的實踐教學主要以起酥油/人造奶油、分提等產(chǎn)品及改性工藝的中試車間演示為主，受場地、學時、學生人數(shù)等因素制約，學生實踐能力鍛煉有限。通過引入虛擬仿真教學手段，與實驗室現(xiàn)有食品專用油脂中試加工裝備進行融合互補，理論教學和工程實踐相結合。在虛擬仿真實驗平臺，能保證每個學生獨立靈活的操作。在數(shù)字化的虛擬工廠中，學生可以選擇不同崗位進行操作，加強理論在實踐中的運用能力。同時，可以根據(jù)每個學生的實習情況，設置生產(chǎn)要求和突發(fā)事件，增強學生靈活掌握食品專用加工理論和工程實踐的能力。通過線下理論教學和中試工廠實驗演示，結合線上虛擬工廠實踐操作，加深學生對理論知識的掌握和分析解決實際問題的能力，提升學生的專用素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。沉浸式和角色扮演激發(fā)了學生主動學習的欲望，明顯提高了學生學習的效率。

4 虛擬仿真技術在食品專用油脂行業(yè)技術人員培訓中的應用

烘焙、休閑、糖果、冷飲等加工食品的快速發(fā)展，對食品專用油脂創(chuàng)新產(chǎn)品的需求巨大，這就對食品專用油脂企業(yè)人員素養(yǎng)和創(chuàng)新能力提出了更高的要求。而目前食品專用油脂研發(fā)和生產(chǎn)技術人員不足、理論及實踐能力不高已成為困擾相關企業(yè)發(fā)展的普遍問題。無論是從外部招聘，還是企業(yè)內(nèi)部培養(yǎng)，員工的理論和實踐技能培訓都是必不可少的環(huán)節(jié)。技術人員的培養(yǎng)周期相對較長，流動日益頻繁，導致企業(yè)的培訓成本日益增高。借助行業(yè)企業(yè)與高校建立的校企董事會、校企聯(lián)合研發(fā)中心等平臺資源及合作關系，利用虛擬仿真技術手段真實還原企業(yè)工廠的生產(chǎn)模式，建設數(shù)字化虛擬工廠，復制實際工廠的生產(chǎn)管理規(guī)范，實現(xiàn)企業(yè)技術人員進入虛擬仿真實驗平臺遠程操作，提升理論水平和實踐動手能力，為企業(yè)技術人員的培訓和創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供有力的支撐。

5 虛擬仿真技術在食品專用油脂產(chǎn)品創(chuàng)新設計和開發(fā)中的應用

食品專用油脂的應用涉及到上千種加工食品，對其功能和應用性提出了巨大差異化的需求。而目前國內(nèi)相關產(chǎn)品以通用型、仿制型為主，缺乏針對具體加工食品的油脂需求，量身定制的能力。隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、云計算、5G技術等新技術在未來油脂制造領域的應用，產(chǎn)品物性及功能需求等大數(shù)據(jù)、大流量的關聯(lián)，通過虛擬仿真實驗平臺，通過調(diào)整配方，模擬各種工業(yè)化的加工參數(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬化設計、生產(chǎn)和功能評價，為創(chuàng)新性產(chǎn)品開發(fā)提供基礎數(shù)據(jù)，減少實際研發(fā)生產(chǎn)摸索的次數(shù)，降低研發(fā)成本和人員投入，為不同產(chǎn)品類型、不同功能訴求的食品專用油脂產(chǎn)品設計和開發(fā)提供了可能性。

在“新工科”創(chuàng)新性卓越工程技術人才培養(yǎng)的背景下，線下線上、虛擬仿真、虛實融合互補、理論結合工程實踐的教學新模式已成為發(fā)展趨勢。食品專用油脂虛擬仿真實驗平臺的建設和應用，極大豐富了教學內(nèi)容、創(chuàng)新了教學方式，能有效完善教學體系、深化理論和實踐相結合的教學改革，提高學生的學習主動性，提升了教學質(zhì)量和學生學習效果，對促進學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力提升具有重要意義。本虛擬仿真實驗平臺的建設還能應用于學生生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習、員工培訓、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽等不同場景，通過虛實融合互補，實現(xiàn)創(chuàng)新性的工程教育。當然，食品專用油脂的虛擬仿真教學還處于起步階段，需要在平臺建設中積極摸索、在教學方式方法和創(chuàng)新應用中不斷的總結和提升，才能持續(xù)推動虛擬仿真技術在食品專用油脂人才培養(yǎng)領域的健康發(fā)展。