果膠提取與果凍制備實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于中職化學(xué)教學(xué)的探討*

萬鈺茜，蔣春玲，劉靜潔，王一峰

(西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析

在對中職學(xué)生進(jìn)行學(xué)情分析時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)中職學(xué)生在高中生物和化學(xué)方面的基礎(chǔ)知識有所欠缺，理論知識較于薄弱，如果進(jìn)行過于復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會難以理解教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)的基本原理，容易造成學(xué)生的心理負(fù)擔(dān)。所以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)驗(yàn)難度應(yīng)該適合中職學(xué)生所能接受的水平，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)貼近生活實(shí)際，并能引起學(xué)生共鳴，學(xué)生能在實(shí)踐中深入理解理論知識并提高實(shí)踐能力。同時(shí)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容適當(dāng)給學(xué)生設(shè)置創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)過程中不僅鞏固了理論知識，也提高了創(chuàng)新精神和探究意識[1-3]。

果凍口感軟滑，老少皆宜，是人們喜愛的食品之一。而果膠作為膠凝劑可用于果凍的制備。果膠擁有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因其具有乳化、增稠、穩(wěn)定和膠凝等作用，通常廣泛應(yīng)用于食品、煙草、冶金等工業(yè)生產(chǎn)中，同時(shí)果膠還具有抗菌、消炎、抗輻射等特性，在醫(yī)療上的應(yīng)用也十分廣泛[4]。因此本文選擇以果膠的提取和果凍的制備作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)部分進(jìn)行：一是果膠提?。欢枪麅鲋苽?。果膠制備作為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，旨在讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理方法和基本實(shí)驗(yàn)技能等；果凍制備作為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，目的在于加強(qiáng)學(xué)生綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分析探索的能力。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程比較簡單，且貼近生活實(shí)際，容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可將其作為中職學(xué)生初入實(shí)驗(yàn)室的基本實(shí)驗(yàn)，以樹立其實(shí)驗(yàn)意識。本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)立足于促進(jìn)以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式的形成，提高學(xué)生的參與感。在教學(xué)過程中采用啟發(fā)誘導(dǎo)和增設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的方式鼓勵(lì)學(xué)生積極探究，培養(yǎng)創(chuàng)新意識的形成。

2 果膠提取實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

整個(gè)實(shí)驗(yàn)采取小組合作，組長負(fù)責(zé)制。課前調(diào)研，在征詢同學(xué)意見的基礎(chǔ)上安排分組，每組約為3～4人。組長需要提前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)材料和試劑的準(zhǔn)備工作，并在實(shí)驗(yàn)課堂上組織安排本組實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的進(jìn)行。小組內(nèi)1名同學(xué)負(fù)責(zé)稱取原料，1名同學(xué)負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和計(jì)算，1～2名同學(xué)負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)操作部分。學(xué)生在課前需對本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟進(jìn)行預(yù)習(xí)，并思考課后習(xí)題，教師可在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行提問引導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)中需要進(jìn)行兩組平行實(shí)驗(yàn)，分別求出20 g新鮮柑桔皮中果膠的提取率，并算出其平均值。

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器準(zhǔn)備

(1)實(shí)驗(yàn)材料：柑桔皮、市售果膠。

(2)實(shí)驗(yàn)試劑：0.1%HCl，95%乙醇、蔗糖、檸檬酸、檸檬酸鈉、3%稀氨水。

(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)備：天平、烘箱、抽濾機(jī)、電爐、玻璃器皿。

教師應(yīng)提前準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)材料和儀器設(shè)備。其中，0.1% HCl，95%乙醇、3%稀氨水需要學(xué)生自行制備，各小組組長可安排時(shí)間提前對實(shí)驗(yàn)所要用到的試劑進(jìn)行配制。

2.2 實(shí)驗(yàn)流程

原料預(yù)處理→酸水解萃取→脫色→沉淀→靜置→成品。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織

教師先對本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行簡單介紹，并隨機(jī)抽選一名學(xué)生與教師一同進(jìn)行多媒體仿真實(shí)驗(yàn)演示，在演示過程中向?qū)W生強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)、儀器的使用規(guī)范和關(guān)鍵步驟的操作等，并通過提問、小組討論等方式引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)步驟背后所蘊(yùn)含的原理，后由小組長帶領(lǐng)小組成員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.3.1 原料預(yù)處理

稱取新鮮柑桔皮20 g用清水洗凈后，放入250 mL燒杯中，加水120 mL，加熱至90 ℃保持5～10 min，使果膠酶失去活力。用水沖洗后切成3～5 mm的顆粒，用50 ℃左右的熱水漂洗8～10次，直至水為無色、果皮無異味為止，每次漂洗必須把果皮用尼龍布擠干，再進(jìn)行下一次的漂洗。

2.3.2 酸水解萃取

將預(yù)處理過的果皮粒放入燒杯中，加入0.1%的鹽酸溶液，以浸沒果皮為宜，pH調(diào)節(jié)至2.0～2.5之間，加熱至90 ℃煮20 min趁熱用尼龍布或四層紗布過濾。

提問引導(dǎo)：為何要用酸處理果皮？答：在果蔬中，尤其是未成熟的水果和皮中，果膠多數(shù)以原果膠存在，原果膠不溶于水，故用酸水解生成可溶性的果膠[5]。其實(shí)從果皮中提取果膠的方法有很多，如：離子交換法、酶提取法、微波輔助提取法、超聲波輔助提取法、復(fù)合輔助提取法等[6]。但從原輔材料的取得、工藝方法的應(yīng)用，提取果膠后的廢料處理及回收利用方面考慮，選擇用酸法作為實(shí)驗(yàn)室果膠提取方法[7]，引導(dǎo)學(xué)生樹立環(huán)保意識和實(shí)驗(yàn)思維。

2.3.3 脫色

在濾液中加入0.5%～1%的活性炭于80 ℃加熱10 min進(jìn)行脫色和去除異味，趁熱抽濾，如抽濾困難，可加入2～4 g 硅藻土作為助濾劑。如果柑桔皮漂洗干凈萃取液為清澈透明則不用脫色。

2.3.4 沉淀

待萃取液冷卻后用稀氨水調(diào)節(jié)pH 3～4。在不斷攪拌下加入95%乙醇溶液，加入乙醇的量約為原體積的1.3倍，使酒精濃度達(dá)到50%～65%。

2.3.5 靜置

靜置15 min后，用尼龍布過濾、洗滌、60 ℃烘干、包裝即為產(chǎn)品。濾液可用蒸餾法收回乙醇。

設(shè)計(jì)意圖：傳統(tǒng)的教師現(xiàn)場演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生觀看的方式，適宜人數(shù)較少的班級進(jìn)行，人數(shù)過多時(shí)，后排同學(xué)無法觀看教師演示的全過程，不利于實(shí)驗(yàn)的開展。利用多媒體大屏幕演示，可以保證每位同學(xué)都能觀看到實(shí)驗(yàn)的操作過程，并且更加直觀易懂。同時(shí)，隨機(jī)抽取一名同學(xué)協(xié)助教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，在一定程度上可督促學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。這種師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的形式極大地活躍了課堂氣氛，營造了一個(gè)輕松有趣的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過小組合作形成了組內(nèi)合作，組間競爭的學(xué)習(xí)氛圍，既可以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，又可以鍛煉與人合作交流的能力。在組長的選擇上需要重視其組織領(lǐng)導(dǎo)能力和實(shí)驗(yàn)操作能力，因?yàn)榻M長承擔(dān)著實(shí)驗(yàn)安排和組織工作，對整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果起著舉足輕重的作用。組長在實(shí)驗(yàn)前參與了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作，對實(shí)驗(yàn)流程和操作內(nèi)容有所了解，在課上可指導(dǎo)成員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅減輕了實(shí)驗(yàn)老師在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方面的負(fù)擔(dān)，也充分發(fā)揮了學(xué)生的主導(dǎo)作用[8]。

3 果凍制備實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

在果膠提取的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行果凍制備，學(xué)生可以將原理與實(shí)踐相結(jié)合，形成完整的知識體系。本環(huán)節(jié)進(jìn)行兩組平行實(shí)驗(yàn)，一組按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行，作為對照實(shí)驗(yàn)；一組根據(jù)個(gè)人喜好制作不同口味、形狀、顏色的果凍，作為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

(1)將果膠0.2 g浸泡于20 mL水中，軟化后在攪拌下慢慢加熱至果膠全部溶解。

提問引導(dǎo)：除果膠外還有哪些原料可以用于果凍的制作？答：卡拉膠、明膠、瓊脂等[9]。

(2)加入檸檬酸0.1 g、檸檬酸鈉0.1 g和20 g蔗糖，在攪拌下加熱至沸騰，繼續(xù)熬煮5 min，冷卻后即成果凍。

對照實(shí)驗(yàn)按照以上步驟進(jìn)行。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)在第二步操作前根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的材料(如：香蕉汁、蘋果汁、西瓜汁等)，按照個(gè)人口味選擇原料進(jìn)行混合調(diào)配，之后進(jìn)行第二步操作，熬煮5 min后倒入不同模具中進(jìn)行裝杯，冷卻后即可得到不同口味、形狀和顏色的果凍。

提問引導(dǎo)：實(shí)驗(yàn)中加入檸檬酸和檸檬酸鈉的作用是什么？答：因?yàn)楦呒谆z需要在pH 2.8～3.5的環(huán)境中形成。所以加入檸檬酸和檸檬酸鈉可起到調(diào)節(jié)pH的作用。同時(shí)，還可以降低果膠負(fù)電荷，從而使果膠分子間氫鍵結(jié)合而凝膠。

(3)觀察果膠形成凝膠態(tài)的速度并記錄果凍的強(qiáng)度、透明度、顏色和彈性的相對大小。

設(shè)計(jì)意圖：果凍制備實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了創(chuàng)新空間，在果凍的口味、形狀和顏色上學(xué)生可以自由發(fā)揮，不僅培養(yǎng)了創(chuàng)新精神和探究意識，同時(shí)形成的組內(nèi)競爭可以激勵(lì)學(xué)生積極創(chuàng)作。果凍制備實(shí)驗(yàn)的成果可以直接食用，方法也可用于實(shí)際生活中，學(xué)生可從中獲得成就感與自信心。

4 結(jié)果與討論

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

本次實(shí)驗(yàn)難度并不大，只要嚴(yán)格按照教師指導(dǎo)，遵循實(shí)驗(yàn)規(guī)則就能得到較好的成品。實(shí)驗(yàn)共分為8個(gè)小組，其中6個(gè)小組的果膠提取率約為3%(表1)，滿足要求，另外2個(gè)小組的果膠提取率偏低，小組討論分析原因有兩點(diǎn)，一是在調(diào)pH過程中氨水含量加入過多，又反調(diào)pH，導(dǎo)致燒杯中整體溶液較多，在煮沸過程中有液體溢出，故可能導(dǎo)致果膠含量下降；二是實(shí)驗(yàn)所采用的柑桔皮部位不同，熟度不同，其所含有的果膠含量也會有所差異。在果凍制備部分，各組果凍成品均能成型，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)部分各組產(chǎn)品不一，有香蕉果凍、牛奶果凍和蘋果果凍等(表2)。

表1 果膠提取率

表2 果凍的感官描述

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對果膠提取實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，小組的果膠提取率約為3%，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生思考兩個(gè)問題。(1)如何提高果膠提取率和質(zhì)量。(2)果凍制作實(shí)驗(yàn)中，要想制作出不同口味的果凍，應(yīng)該如何控制各原料含量的加入，選擇一款你心儀口味的果凍，通過查閱文獻(xiàn)找出它的最佳配料比。兩道題作為課后思考題，回答在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上。

4.3 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)分析

如果可溶性色素和不良風(fēng)味在第一步清洗時(shí)能被除去，則可省去第三步脫色和去除異味。因?yàn)榻?jīng)過第二步后，果膠溶液的粘度增大，活性炭的脫色和脫臭并不能起到很好的效果，并且使過濾困難。

果凍從制作后的冷卻開始到完全形成穩(wěn)定的膠凍需要較長時(shí)間，通?？稍趦尚r(shí)內(nèi)觀察到凝膠態(tài)基本形成，但若比較果凍的彈性和強(qiáng)度，通?？稍谥谱鞯牡诙靵磉M(jìn)行。

5 學(xué)生收獲

(1)知識與技能。收獲了果膠提取和果凍制備相關(guān)方面的知識，學(xué)會了使用天平、烘箱、抽濾機(jī)、電爐等實(shí)驗(yàn)設(shè)備及溶液的制備。

(2)科學(xué)思維和科學(xué)探究。在實(shí)驗(yàn)過程中讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)每一步所蘊(yùn)含的實(shí)驗(yàn)原理，促進(jìn)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的深入學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上，對各類實(shí)驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)行融匯貫通地學(xué)習(xí)，并能將原理與生活實(shí)際相聯(lián)系，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。末尾讓學(xué)生制作自己喜愛口味的果凍，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和探究意識。

(3)社會責(zé)任。中國是柑橘產(chǎn)量大國，目前柑橘果肉廣泛用于食品加工，但果皮大部分被廢棄，造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染[10]，通過該實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生思考如何提高果膠的提取率，減少資源浪費(fèi)，滿足我國對果膠的需求量問題，喚起學(xué)生的社會責(zé)任感。

6 考核方式

改變以實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫和出勤率來評定學(xué)生成績的方式，每次實(shí)驗(yàn)的成績分?jǐn)?shù)主要有以下幾部分構(gòu)成：實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況20%、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果20%、課上表現(xiàn)情況10%、實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性(包括實(shí)驗(yàn)步驟操作、儀器使用規(guī)范等)40%和學(xué)生出勤情況10%。其中實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范成績，由教師評定組長，組長評定組員，以此起到組內(nèi)監(jiān)督作用，并督促組長與組員提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理和步驟，課上認(rèn)真實(shí)驗(yàn)[11]。