李法瑞

摘要：介紹在教師指導下學生開展基于“餐飲行業(yè)‘廚余垃圾簡易除臭抑菌方法探究”的STSE綜合實踐活動。依次從社會調查研究、垃圾腐敗機理及食物垃圾微生物控制途徑分析調研、垃圾除臭抑菌控制實驗研究及可行性解決方案的提議等不同維度，詮釋其核心素養(yǎng)發(fā)展的重要作用，以期為有效拓寬化學綜合實踐活動的渠道提供有益借鑒與參考。

關鍵詞：核心素養(yǎng)，STSE綜合實踐活動，垃圾無害化存儲，簡易可行

文章編號：1008—0546（2020）05-0074-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.019

2019年6月，國務院辦公廳頒布了《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》，指出要以“落實立德樹人根本任務，發(fā)展素質教育”為指導思想，“要完善學校課程管理，改進科學文化教育，統(tǒng)籌課堂學習和課外實踐，拓寬綜合實踐渠道”。因此，為推進拓寬綜合實踐活動實施路徑的探索，促進學生綜合素質和核心素養(yǎng)充分發(fā)展，《普通高中化學課程標準（2017版）》（以下簡稱“新課標”）突出了STSE（科學.技術.社會.環(huán)境）綜合實踐活動的重要地位，分別設置了“STSE綜合實驗”和“STSE綜合實踐”主題，強調“要圍繞資源、能源與環(huán)境等與可持續(xù)發(fā)展密切相關的問題開展綜合實踐項目”;“要關注與化學有關的社會熱點問題，發(fā)展綜合分析、解決問題的能力。

一、活動實施背景

2019年7月1日零時起，上海作為全國46個重點城市之一率先正式推行垃圾分類，成為全民熱點話題。市民要按照《上海市生活垃圾管理條例》的規(guī)定，將生活垃圾分成干垃圾、濕垃圾、有害垃圾和可回收垃圾四類加以執(zhí)行。然而，垃圾分類不是一朝一夕就可以見成效的，其重點在于前端提升居民垃圾分類意識以及后端加強軟件和硬件設施的支撐，做到分類投放、收集、運輸及處理。

對身邊的事物進行探究，有助于學生獲得科學知識和真實的情感體驗。鑒于此，我們組建課題研究小組開展了以“餐飲行業(yè)‘廚余垃圾簡易除臭抑菌方法探究”引導學生關心社會熱點問題，增強他們的社會責任感和使命感，提升運用科學方法解決實際問題的能力。實踐表明，這次活動的選題與實施，不僅有利于達成“保護環(huán)境從自身做起”的態(tài)度與責任素養(yǎng)目標，對“發(fā)現(xiàn)和提出有價值的問題”等科學探究與創(chuàng)新意識素養(yǎng)目標的實現(xiàn)也大有裨益，同時活動中始終貫穿著使用“變化觀念與平衡思想”調控化學反應速率問題的創(chuàng)新型策略應用。

二、活動實施方案

1.活動內容

隨著涵蓋餐飲行業(yè)在內的我國第三產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，濕垃圾產(chǎn)生總量迅速增加。據(jù)報道，2018年底全國濕垃圾處理能力達到2.69萬噸/日。值得注意的是，餐飲食物垃圾常常采用自然保存的方式臨時儲存于經(jīng)營門店附近，臭氣熏天，微生物瘋狂生長，蚊蠅叮附，在到達最終的垃圾場前，食物垃圾已經(jīng)嚴重腐敗，產(chǎn)生毒素，失去綜合利用價值。為此，教師向課題小組的全體學生提出引領性的活動主題：如何為“餐飲行業(yè)的‘廚余垃圾除臭抑菌”？嘗試破解濕垃圾對其周圍空氣二次污染的難題，并提出合理化解決方案。

2.活動方案

為了確保綜合實踐活動有序實施，師生共同探討商議出一整套行之有效的活動方案，并明確了各個階段的研究目標。

第一階段：實地調研，掌握目前餐飲業(yè)餐余垃圾的現(xiàn)狀和面臨的問題。

選擇典型的餐飲企業(yè)集中場所為樣本，通過市場調查研究的方式，了解餐飲食物垃圾的分類、清理、存放及處理方式，了解不同餐飲場所垃圾房臭味程度差異、導致差異的原因以及需要真正解決的問題等。

第二階段：通過查閱文獻與咨詢有關專家，掌握餐余垃圾的腐敗機理以及目前商業(yè)上常用的微生物控制方法和途徑。

通過查閱文獻和咨詢行業(yè)專家，掌握食物垃圾的腐敗機理，以及目前在微生物控制方面可能的途徑，從而尋找在餐飲食物垃圾處理中具有潛在價值的方案。

第三階段：根據(jù)已經(jīng)掌握的相關信息及有關知識，提出處理餐余垃圾的方案并通過實驗進行研究。

提出了低溫法、酸化法及噴香法并進行了實驗研究，并通過計算大概成本來探索經(jīng)濟上的可行性。

第四階段：回應主題，嘗試提出破解濕垃圾對其周圍空氣二次污染的難題的合理化解決方案。

根據(jù)實驗結果，提出解決餐飲食物垃圾問題的可行性方案。

三、活動實施成果

1.第一階段一開展調查的成果

我們選取了上海市普陀區(qū)、長寧區(qū)和虹口區(qū)的5個餐飲企業(yè)集中場所作為樣本進行了市場調查研究;調查研究方式為實地走訪、參觀、交談與總結。

通過對五家餐飲企業(yè)集中場所的調查研究，課題小組將調查研究結果總結如下：（1）食物濕垃圾在氣溫較低的季節(jié)（如秋天和冬天）臭味相對較淡，但在氣溫較高的季節(jié)（如夏天）臭味異常強烈，污染嚴重，無法走近;（2）餐飲企業(yè)對干濕垃圾分類不嚴;所有地方的食物干垃圾場所都有不同程度的臭味，尤其是管理較差的地方臭味強烈，原因是干垃圾中混有食物濕垃圾;（3）管理較科學的地方如中山公園龍之夢和虹口龍之夢明顯比其它地方氣味淡;（4）垃圾房設在地下層的場所明顯比垃圾房設在一樓的場所氣味淡;（5）五個餐飲企業(yè)集中場所的垃圾房衛(wèi)生都有明顯的提升空間;（6）五個餐飲企業(yè)集中場所的垃圾房管理人員都希望臭味環(huán)境能得到顯著改善。

2.第二階段一進行調研的成果

課題組成員通過查閱大量關于食品微生物的文獻及咨詢相關行業(yè)專家，掌握了食物垃圾腐敗的有關機理，了解了當前各行業(yè)普遍采用的微生物控制方法及適用性，以尋找對餐飲行業(yè)食物腐敗控制有用的方案。

（1）關于廚余垃圾腐敗機理的調查分析

餐飲行業(yè)中每天會被消耗掉大量的食物，這些食物中含有不同比例的水分、碳水化合物、脂肪、蛋白質、維生素、礦物質等，而且食物的pH值一般接近中性，這樣的食物是各種微生物可以利用的天然培養(yǎng)基。

據(jù)研究，食物中的主要微生物包括細菌、霉菌、酵母、病毒、藻類等，在食物的腐敗變質中最重要的是細菌和霉菌。和細菌相比，霉菌的生長速度較慢，對餐飲食物垃圾的腐敗基本可以不予考慮，同時，霉菌即使在餐飲垃圾食物上大量繁殖后短時間內也不會產(chǎn)生明顯的異味。細菌則不同了，平均每20分鐘就可以繁殖一代，在最佳溫度條件下，一個細菌經(jīng)過9個小時后就可以繁殖到1.34億個細菌。實際的食物垃圾中的微生物含量遠遠高于這個數(shù)值，一般高于100cfu/g（mL），當微生物增殖到106-108cfu/g（mL）時，達到食物腐敗的臨界點，隨后，在大量細菌的作用下，食物快速腐敗，并在微生物的作用下釋放出含硫和含氮的有毒有味的氣體，產(chǎn)生強烈的臭味，對動物就具有很強的毒害作用。

（2）關于食物垃圾的微生物控制途徑分析

同時，課題組又分析了影響微生物生長繁殖的各種因素以及商業(yè)上常見的微生物控制方法，希望能從中發(fā)現(xiàn)一些有用的啟示。這些因素有：食物原材料、貯藏與運輸環(huán)節(jié)、溫度、水分活度、氧氣、滲透壓、輻射、pH等。商業(yè)上常見的微生物控制方法有：低溫冷藏、冷凍、高溫殺菌、高滲透壓、超高壓殺菌、酒精消毒、碘消毒、殺菌劑消毒、酸化、紫外殺菌、輻射殺菌、臭氧殺菌、干燥、微波殺菌、燃燒、脈沖強光殺菌、半導體光催化殺菌、超聲波滅菌、農(nóng)藥等。最后，課題組分析認為低溫處理、酸化處理等可能在食物垃圾處理上具有前景。

3.第三階段一實驗探究的成果

根據(jù)對五個餐飲集中場所的市場調查研究，食物垃圾的腐敗機理，食物垃圾腐敗微生物的控制途徑分析，餐飲企業(yè)食物垃圾的實際情況，課題組認為低溫處理、酸化處理、噴香處理和堿化處理在食物垃圾“無臭化”“無害化”處理和綜合利用中可能具有潛在的實際意義。

實驗原料：原料即餐飲食物垃圾：收集自上海市中山公園龍之夢購物中心某餐廳，根據(jù)肉眼觀察，濕垃圾內已經(jīng)含有米飯、面條、剩菜、骨頭、肉、豆?jié){殘渣等成分。

實驗試劑：檸檬酸、碳酸氫鈉、薄荷香精

儀器與設備：冰箱、電子天平、烘箱、溫度計、一次性塑料碗、一次性塑料手套、金屬盆、pH試紙等：

微生物檢測：送上海國際香料有限公司檢測。

實驗前準備：將收集的比較新鮮的食物垃圾（濕垃圾），取回后立即放在干凈的大鐵盆內。手戴上干凈的一次性塑料手套，將食物垃圾充分攪拌均勻，然后將這些食物垃圾平均分配到8個干凈的一次性塑料碗內。每碗重量大約為380g。將上述已充分混合均勻并平均分配到八個塑料碗內的食物垃圾隨機抽取一碗作為對照，對照碗內不添加任何試劑。

（1）實驗1：低溫處理實驗操作

隨機抽取一碗作為低溫組，將低溫組的碗放人密實袋內（防止食物氣味污染冰箱），在密實袋內鼓滿空氣，然后放入冰箱進行冷藏處理約9小時。

（2）實驗2：酸化處理實驗操作

隨機抽取3碗作為酸化組，分別命名為酸1，酸2，酸3。將已精確稱量好的質量分別為0.38g、0.76g、1.14g的檸檬酸（添加量分別為0.1%、0.2%、0.3%）分別在小塑料杯內用少量熱水溶解，然后分別倒人編號為酸1、酸2和酸3的處理組內。由于濕垃圾內水分沒有淹沒表面，在濕垃圾內加入少量水分，至剛好淹沒表面，用熱水燙過的金屬匙將酸攪勻，使食物垃圾被均勻酸化。

（3）實驗3：堿化處理實驗操作

隨機抽取兩碗作為堿處理組，分別命名為堿1，堿2。將已精確稱量好的質量分別為0.76g、1.52g的碳酸氫鈉（添加量分別為0.2%、0.4%）分別在小塑料杯內用少量熱水溶解，然后分別倒人編號為堿1、堿2的處理組內。由于濕垃圾內水分沒有淹沒表面，在濕垃圾內加入少量水分，至剛好淹沒表面，用熱水燙過的金屬匙將堿攪勻，使食物垃圾被均勻堿化。

（4）實驗4：噴香處理實驗操作

最后一碗作為噴香組。將噴油瓶或洗滌劑噴瓶用熱水清洗干凈，將食用香精直接倒人噴瓶內，備用。本次實驗選用的是薄荷香精，直接用噴瓶在表面均勻地噴酒適量薄荷香精。

（5）結果與討論

將pH檢測結果、微生物檢測數(shù)據(jù)和感官嗅聞結果分別記錄于下表中：

從表1可以看出，對照樣品已發(fā)生嚴重腐敗，產(chǎn)生了強烈的腐敗臭味。酸法組處理效果很好，當酸添加量達到0.2%時能夠有效抑制微生物的生長繁殖和腐敗臭味的產(chǎn)生。酸法2和酸法3之間沒有顯著的差異。堿法組效果很弱，不能有效控制微生物的生長繁殖和腐敗氣味的產(chǎn)生，這可能是堿的用量不能將pH值調節(jié)得足夠高而達到抑制微生物的效果。低溫法雖然比酸法2和酸法3的微生物略高，但在抑制微生物的生長繁殖和控制臭味方面也非常有效。噴香法對微生物的生長繁殖基本沒有抑制作用，但薄荷香精的氣味能夠非常有效地掩蓋食物垃圾的腐敗臭味，感官評價并沒有覺察到有任何腐敗氣味。

4.第四階段一提出建議和建言

目前的餐飲廚余垃圾都是未經(jīng)處理，自然貯存后運輸?shù)嚼鴪?，存在腐敗嚴重，臭氣沖天，毒素產(chǎn)生等現(xiàn)象，基本都變成無用垃圾。根據(jù)本次活動的調查研究結果，采用低溫法和酸化法不僅可以抑制微生物的生長繁殖和腐敗臭味的產(chǎn)生，而且可以制得“有用食物垃圾”，實現(xiàn)食物垃圾的綜合利用，改善人類的生態(tài)環(huán)境。輔助以噴香法，則可以使食物垃圾具有更加令人愉悅的氣味，改善相關垃圾處理人員的工作環(huán)境和身心健康。因此，在未來的食物垃圾處理上，課題組提議使用以下簡易可行的處理方法：（1）低溫法;（2）酸化法;（3）噴香法;（4）以及上述方法的組合使用。

四、活動總結反思

圍繞“濕垃圾”主題展開的“餐飲行業(yè)‘廚余垃圾簡易除臭抑菌方法探究”綜合實踐活動，自始至終都吸引著課題小組每一位同學的全情投入與積極參與。從生活實際出發(fā)，學生們勇于承擔起解決餐廚垃圾在臨時儲存過程中對環(huán)境造成二次污染這一社會問題，通過社會調查、文獻調研、提出假設、設計方案、統(tǒng)計分析等一系列深度的研究性學習策略，使用簡易可行的方式，較好地解決了餐飲行業(yè)每天面對的“廚余垃圾”有毒害、有異味的難題。

同時，課題組成員在STSE綜合活動中，除了應用化學實驗方法之外，還兼顧學習了環(huán)境科學、生命科學、社會科學等多領域的學科內容，有效地體驗了跨學科研究的思維方式，增強了自身的創(chuàng)新精神和實踐能力。而化學學科中所蘊含的“科學態(tài)度與社會責任”“科學探究與創(chuàng)新意識”“變化觀念與平衡思想”等核心素養(yǎng)目標也有機地融入到課題組成員的合作、質疑、實踐、創(chuàng)新的全過程，更為他們今后的科技創(chuàng)新之路，樹立了自信心，賦予了使命感。