“果酒、果醋的制作及制作泡菜并检测亚硝酸盐含量”的教学组织

制作果酒、果醋及检测泡菜中亚硝酸盐的含量，是高中阶段新的实验内容，由于学习的是与日常生活有关的制作技术，难度并不大，又是学生喜欢的动手操作，因此，这些活动深受学生欢迎。下面谈谈其教学组织。

 

1 果酒和果醋制作的教学组织

 

1.1 学习实验原理，比较两种实验菌的特点

 

 果酒、果醋的制作原理非常简单，都是利用微生物发酵产生特定的产物，以下为制作过程中所需要的两种微生物的基本特点的比较。

 

	酵母菌	醋酸菌
生物类型	单细胞真菌	细菌（原核生物）
需氧情况	兼性厌氧型	需氧型
适宜生长的温度	18～25℃	30～35℃
生殖类型	出芽生殖	分裂生殖

 

 

 

 

 

 

 

上述表格中，需要重点注意的是需氧情况和温度控制。在制作果酒的过程中，酵母菌先进行有氧呼吸，大量繁殖形成种群优势，然后进行无氧呼吸产生酒精，因此，对氧气的控制十分关键。醋酸菌是好氧型细菌，能将酒精氧化成醋酸。酵母菌与醋酸菌生长所需要的适宜温度相差较大，特别是醋酸菌需要的温度比较高，因此，在酿酒的过程中，温度控制过高，酒就有可能变酸，这也就是我们常说的“酿酒不成变成醋”的原因。

 

1.2 注意操作步骤及细节

 

果酒和果醋在发酵过程中极容易因杂菌污染而腐败，因此，需要注意操作细节。

 

（1）葡萄的选择和处理。实验时要选取无破损、无病虫害的葡萄，先用流水冲洗干净，再去除枝梗，然后以1:4的比例加水进行榨汁处理，此时得到的葡萄汁有较多的固形物（包括籽粒），可用消毒后的单层纱布过滤，得到滤液，这些滤液就可以装瓶发酵。

 

（2）酵母菌菌种的来源。成熟的葡萄表皮含有大量的酵母菌，放久的葡萄散发出有酒味就是这个道理。实际上我们在市场上购买的葡萄表面的酵母菌与酿酒酵母差异较大，而且数量稀少，如果发酵时没有控制好杂菌的生长，制作的葡萄汁极容易污染，因此，加大接种量使酵母菌形成种群优势是保证实验成功的关键因素之一，但市场上很难购买酿酒酵母，可用食品发酵的干酵母代替，因此，在实验中可适当接种食品发酵的酵母菌，以保证实验的成功。

 

（3）注意对容器进行消毒。由于发酵的时间比较长，而葡萄表面的酵母菌较少，很难在短时间内形成种群优势，容易被杂菌污染而腐败，因此，需要特别注意保持容器和葡萄汁的洁净。具体的操作是，葡萄不能用洗涤灵等化学洗涤剂清洗，以避免杀死酵母菌，容器应用清水或洗涤灵冲洗干净，并用75%的酒精擦试消毒，以减少杂菌的污染。

 

（4）发酵过程中应选择塑料容器。塑料容器有一定的伸缩度，可容纳一定的气体量，有利于放气和避免被杂菌污染。塑料瓶中不能装满葡萄汁，应留三分之一左右的空间，有利于酵母菌有氧呼吸大量繁殖形成种群优势。当酵母菌消耗掉容器中的氧气后，开始进行无氧呼吸产生酒精，因此，一定要在发酵过程中盖好容器的盖子，使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。另外，要特别注意发酵初期对温度的控制，此时由于酵母菌较少而杂菌可能较多，容易发生腐败现象。

 

（5）醋酸菌菌种的来源。前期厌氧发酵产生酒精时，并不是严格厌氧，因此有少量的醋酸菌存留，当转入好氧发酵时，残存的醋酸菌会大量繁殖，产生醋酸。同时，我们的实验条件并不是严格无菌，通入的空气中会有一些醋酸菌被带到发酵液中大量繁殖，其他菌因不适应环境条件而被抑制。在工业生产中，醋的发酵要进行人工接种。另外，在实际操作时，由于菌株的量较少，可能需要很长的时间。为了缩短时间，可进行人工接种，具体的方法是，打开一瓶食醋或果醋，将其暴露在空气中，一段时间后，醋的表面就会形成一层薄膜（主要是醋酸菌），可以用这层薄膜进行接种，这样可以明显缩短制作果醋的时间。

 

1.3 课时安排及实施建议

 

由于学生对制作葡萄酒和苹果醋非常好奇，因此，教师可以事先制作好果酒和果醋，教学时展示给学生，以激发学生学习兴趣和制作欲望。

 

本课题可安排3课时，其中，自学和讲解及学生设计实验1课时；教师准备水果，学生准备发酵的仪器（可乐瓶、饮料瓶等），动手制作1课时。建议将学生分成不同的组，部分学生制作果酒，部分学生制作果醋。3～4周后，由学生展示实验成果、分析成败及评定成绩用时1节课。另外，还应指定小组组长在课下管理、观察和记录发酵情况。

 

2 制作泡菜并检测亚硝酸盐的含量的教学组织

 

2.1 理解实验原理

 

制作泡菜的原理比较简单，利用的是乳酸菌在无氧条件下发酵生成乳酸。但检测亚硝酸盐的原理和方法则复杂得多，见下表。

 

名称	原理或方法
显色反应	在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应生成重氮盐，重氮盐与N-1-萘基乙二胺盐酸盐偶合形成玫瑰红色染料（见下图的反应式）
去杂反应	用氢氧化镉、氢氧化钡和氢氧化铝等无机颗粒吸附泡菜碎片和有机大分子
（人工）比色	将标准比色液与显色液（实验液）进行比较，以确定显色液中亚硝酸盐的含量

 

 

2.2 操作步骤及说明

 

尽管显色反应和人工比色容易理解，但学生对实验过程中的诸多步骤并不清楚，而且在实验过程中极容易操作失误而导致实验失败，为此，可在黑板上展示下面的流程图，供学生实验时参考。

 

 

上面的实验步骤尽管看起来复杂，实际上原理和目的却很简单，即通过吸附法从泡菜汁中去除泡菜碎片和大分子有机物，使泡菜汁澄清透明，然后通过人工比色，以确定泡菜汁中亚硝酸盐的含量。然而，要去除泡菜汁中的泡菜碎片和大分子有机物并不是一件容易的事情，主要的障碍在于，一是小的碎片及悬浊颗粒极容易堵塞滤纸片的滤孔，导致过滤速度非常缓慢（一次过滤大约需要近1个小时），上述流程中有三处使用了离心，其目的就在于加快过滤速度；二是隔离子和钡离子通过静电吸附在泡菜碎片上的过程非常缓慢，必须通过长时间的振荡，效果才会明显，这就需要摇床，如果没有摇床则只能用手振荡，这就会增加了实验的困难。

 

2.3 教学建议

 

2.3.1 设置问题情景，帮助学生深入理解操作步骤  本实验的每一步操作因为有量化指标十分重要，学生只有真正理解操作步骤的目的和意义，操作起来才能细心和耐心，因此，教师可通过问题的形式，引导学生深入理解，以下为部分问题。

 

过程	问题	参考答案或目的
制作泡菜阶段	制作泡菜时选择的材料有何要求？	白色或浅色的蔬菜，如白萝卜、圆白菜等，以避免比色时造成颜色干扰
	为什么要将水浇开冷却后再制作泡菜？	除去水中的细菌和氧气
	用水封的目的是什么？	不让空气进入，创造一个封闭无氧的环境
除杂阶段	配制提取剂时为什么要加入浓盐酸调节PH至1？	防止镉离子和钡离子形成氢氧化镉和氢氧化钡沉淀
	为什么需要用处理样品与提取剂在摇床上振荡提取1小时？	通过静电吸附将镉离子和钡离子大量地吸附在泡菜的碎片上
	为什么振荡后还需要加入氢氧化钠溶液？	进一步吸附泡菜液汁中的泡菜碎片，使泡菜汁澄清透明

 

2.3.2 引导学生设计对比实验泡菜中的亚硝酸盐含量受很多因素的影响，在本实验中，可探讨食盐浓度和发酵时间对泡菜中亚硝酸盐含量的影响。食盐浓度影响乳酸菌及其他细菌的繁殖，发酵时间不同，产生亚硝酸盐的含量不同。为此，可将食盐浓度设置为3％、5％和7％三个对比实验，然后在不同的时间里测定泡菜中的亚硝酸盐的含量。以下是我和学生以白萝卜和圆白菜为实验材料，经过13天的严格实验所得到的数据（图中的百分比为食盐浓度，表格中的数据为亚硝酸盐的浓度，单位为mg/kg，发酵温度为13～15℃）。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

从上面的曲线图中可以看出，泡菜中亚硝酸盐含量在发酵刚刚开始的时候都处于上升趋势，在5天或者7天的时候会达到一个最高值，之后就会慢慢下降，在发酵时间达到13 天左右的时候下降到一个相对比较稳定的数值，达到了动态平衡。

 

对比不同食盐浓度的泡菜中亚硝酸盐含量发现，食盐浓度为3%的泡菜中亚硝酸盐含量总体上是3坛泡菜中最高的；食盐浓度为5%的泡菜中亚硝酸盐含量变化最快，其最高值是三坛中最高的，当亚硝酸盐降到最低值时，也是3坛泡菜中最低的；而食盐浓度为7%的泡菜中亚硝酸盐含量变化不大，一直处于较低的数值。这可能与食盐对微生物生长的抑制作用有关。

 

2.3.3 课时安排及实施建议本实验最大的难点是实验时间长，实验操作复杂，不可能所有的操作都由学生在课堂上完成，因此，只需要安排一些关键的实验步骤，让学生学会实验仪器的操作，深入理解实验原理和方法即可达到学习目标。以下为课时分配。教师提前3天制作好3坛泡菜（食盐浓度分别是3％、5％、7％）；教材中的文本的学习安排1课时；第2课时讨论实验方案和制作泡菜，此时的制作泡菜由教师带领学生在课堂上演示完成；第3、4课时（可连排或临时换课完成）可将教师提前制作好的泡菜拿出供学生进行实验，教师和学生的实验步骤如下。

 

实验步骤	实验内容	完成说明
配制溶液	1.显色试剂  2.提取剂 2.  3.氢氧化铝乳液	本处实验由教师提前配制好，也可由兴趣小组的学生帮助教师配制好
制备标准显色液	制作相当于1μg、2μg、3μg、4μg、5μg、6μg、7μg的亚硝酸盐溶液，并进行显色反应	本处操作由学生在课堂上完成，能较好地培养学生熟悉操作移液管等精密实验仪器的能力
制备样品处理液	通过吸附法去除泡菜汁中泡菜碎片和大分子有机物的过程	本处可分成3组（3组分别处理3种不同食盐浓度的泡菜），由学生全部在课堂上完成
比色	确定样品中的亚硝酸盐的浓度	比色得到的数据做进一步的处理，才能得到样品中亚硝酸盐含量的数据，也可使用色谱仪测量
结果和结论	对数据进行分析	由教师和学生共同完成

 

2.4 实验中其他问题探讨

 

以下是学生经常问到的两个问题，也是教学中无法回避的问题，现作简单介绍。

 

2.4.1 如何确定泡菜中亚硝酸的浓度  人工比色只能确定测试液中亚硝酸盐的浓度，还不足以得出最初样品中的亚硝酸盐的浓度，因此，需要经过一系列的数据处理，下图是根据实验步骤中的数据进行的计算。

 

 

如测试液与标准比色液中的3μg相当，则亚硝酸盐的含量为：3/1000/0.0096=0.3125 mg/kg。需要说明的是，由于操作上存在误差，上述数据的处理也存在误差。

 

2.4.2 泡菜中的亚硝酸为什么会发生先上升后下降的变化  这是因为，发酵初期，泡菜中的微生物繁殖很快，微生物将蔬菜中的硝酸盐还原成亚硝酸盐，如此同时，蔬菜中的酚类和维生素C等物质也会将亚硝酸盐氧化，但总体来看，生成的亚硝酸盐大于被还原的亚硝酸盐，因此，随着发酵时间的进行，亚硝酸盐的含量会逐渐上升。随着微生物代谢活动的持续，氧气被消耗殆尽，泡菜坛中的环境不利于除乳酸菌以外的其他微生物的生长。与此同时，蔬菜中的硝酸盐含量由于被氧化而减少，因此，亚硝酸盐的含量会逐渐下降并趋于一个相对稳定的数值。

 

3 实验和教学体会

 

 果酒和果醋的制作相对简单，在制作过程中只需要注意卫生和温度控的制，就比较容易成功，果酒的制作过程中还需要及时放气，这两项制作活动学生都能够很好地完成，制作的积极性也非常高。除在实验室中制作外，还有部分学生在家里也制作葡萄酒，而且成功的学生还比较多。

 

 学生在初中就已经学过和尝试过制作泡菜，因此，制作泡菜不是实验的重点。通过检测亚硝酸盐的含量的实验，能够很好地训练学生对容量瓶、移液管等精确仪器的使用，同时理解分析化学对实验数据获取的重要性，是实验的重点，但这部分内容难度较大，部分操作能力较差的学生很难独立完成，需要教师悉心指导。 ［本文发自《生物学通报》09年第2期］

 

参考文献

 

 吴成军.食盐浓度和发酵时间对泡菜中亚硝酸盐含量影响. 西安：生物学教学2006，3