高中生物學“酸奶的制作”實驗教學探究*

陳 亮 溫 馨

（成都石室中學 四川成都 610041）

1 實驗目的

課程標準中的教學提示， 教師既要使用講授演示的方式進行教學， 更要為學生提供實驗條件及必要的參考資料，指導其設計和進行實驗。

利用微生物制作傳統發酵食品是對學生的一個技能要求，對比現在使用的選修1 教材，學校還未開展利用乳酸菌制作酸奶的實驗。因此，針對這個實驗進行了前期的探索， 試圖找到一整套適合班級教學的實驗實施方案。

首先，進行實驗操作的目的是讓學生理解“利用微生物的特定功能規模化生產對人類有用的產品”這一教學目標。 針對乳酸菌的特點，教師設置了更為細化的探究目標，例如探究空氣（氧氣）、溫度、發酵時間、碳源種類對乳酸菌的代謝影響等。其次，對于實驗還需要考慮其他的因素，例如：時間的長短（操作部分盡量能在1 課時完成，發酵過程盡量能讓學生充分觀察）；班級人數與本校實驗設備的沖突； 實驗過程中如何調動和培養學生的探索與協作能力等。 最后，可以增加一個讓學生相互盲品的活動， 既可以體驗食品制作過程中對酸奶口感的要求，又可以讓學生之間有了交流。

整個探索過程， 教師首先查閱了多種關于乳酸菌和酸奶制作的資料，整理制定相關方案；購買實驗器材和原料；最后實施。

2 實驗流程

2.1 材料和設備 考慮到實驗材料的獲取途徑以及普遍適用性， 本次實驗選取市售無菌無添加純牛奶以及市售5 菌型乳酸菌粉（保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌）。

100 mL 布丁瓶、1 000 mL 燒杯、玻璃棒、電磁爐、燒水鍋、隔熱手套、生化培養箱。

2.2 實驗分組

1）以1 000 mL 牛奶計算，按照乳酸菌粉的添加，分為2 g、5 g、8 g 組。

2）按照碳源的種類，分為無糖（乳糖）、蔗糖（乳糖+蔗糖）、葡萄糖（乳糖+葡萄糖）組，蔗糖和葡萄糖的添加量分別為7 g/1 000 mL 牛奶。

3）按照培養溫度的變化，分為35℃、40℃、45℃組。

4）乳酸菌是厭氧菌，此次實驗增設了附加組（有孔、無蓋），用以探究空氣（氧氣）對乳酸菌的代謝影響。

2.3 實驗步驟

1）將器材洗凈，沸水條件下，對布丁瓶、燒杯、玻璃棒進行滅菌5 min。

2）按比例稱取乳酸菌、蔗糖、葡萄糖。

3）向燒杯中加入牛奶、乳酸菌粉（蔗糖／葡萄糖），用玻璃棒攪拌均勻。

4）將攪拌均勻的牛奶分裝到布丁瓶中。

5）分裝后立即密封。

6）放進生化培養箱，按不同溫度梯度（35℃、40℃、45℃）分別培養。

7）每隔1 h 觀察一次，記錄發酵情況，到達發酵終點時取出，置于2～6℃冰箱中保存。

注：1）發酵時間不超過24 h。 2）發酵終點判斷： 將酸奶瓶傾斜30°觀察無液體流動時確定為發酵終點，記錄發酵時間。

3 實驗結果及結論

實驗結果如表1、表2、表3 所示。

表1 35℃組發酵時間（h）

表2 40℃組發酵時間（h）

表3 45℃組發酵時間（h）

3.1 溫度的影響 35℃或45℃對市售5 菌型乳酸菌粉中某些菌種有殺滅或抑制生長作用。

表1、表3 顯示， 35℃組在24 h 內無法完成發酵，在45℃條件下，碳源種類、乳酸菌含量對乳酸菌代謝影響無顯著差別。

通過對比各菌種的適宜生長溫度： 保加利亞乳桿菌生長適溫為44～45℃，50℃亦能生長，25～35℃生長不良，15℃停止發育。嗜熱乳桿菌最適生長溫度為42℃。嗜酸乳桿菌最適生長溫度為36～38℃。植物乳桿菌最適生長溫度為30～35℃。 干酪乳桿菌最適生長溫度為37℃。

推測35℃或45℃對其中某些菌種有殺滅或抑制生長作用，具體生理機制待下一步分析。

本文討論以表2 為主。

3.2 碳源種類的影響 乳酸菌消耗碳源的順序依次為葡萄糖、乳糖、蔗糖，且蔗糖不易被乳酸菌利用。

據盲品結果（見3.5）顯示，蔗糖的添加能夠增加甜度，葡萄糖的添加對甜度沒有貢獻（最先被乳酸菌消耗）。 初步推斷，乳酸菌消耗碳源的順序依次為葡萄糖、乳糖、蔗糖，且蔗糖不易被乳酸菌利用（有甜味），具體生理機制可待下一步分析。

表2 顯示，當乳酸菌含量充足（8 g）時，發酵時間，葡萄糖組＞蔗糖組=無糖組。 進一步驗證推測：乳酸菌消耗碳源的順序依次為葡萄糖、乳糖、蔗糖，且蔗糖不易被乳酸菌利用。

3.3 乳酸菌含量的影響 在碳源含量不變的前提下，乳酸菌含量的增加能夠減少發酵時間，且增加到一定量后不再有明顯影響。

表2 顯示，無糖組、蔗糖組的發酵時間隨乳酸菌含量的增加而減少，增加到一定量（8 g）后不再有明顯影響。 推測碳源（乳糖）被消耗完后，乳酸菌達到代謝平衡狀態，不再繼續發酵，且蔗糖不易被乳酸菌利用。

而葡萄糖組中，隨著乳酸菌含量的增加，發酵時呈先減少后增加的趨勢。 推測在乳酸菌含量為2 g 時，緩慢消耗部分碳源（葡萄糖）后即達到代謝平衡狀態；乳酸菌含量為5 g 時，迅速消耗部分碳源（葡萄糖）后即達到代謝平衡狀態；乳酸菌含量為8 g 時，迅速消耗部分碳源（葡萄糖）后未達到代謝平衡狀態，繼續消耗另一部分碳源（乳糖），因此乳酸菌含量的增加反而增加了發酵時間，具體生理機制可待進一步研究。

3.4 空氣（氧氣）的影響 表2 顯示， 附加組并未受到空氣（氧氣）影響，且發酵時間比同組有蓋條件下少3 h。 推測：1）生化培養箱內空氣含量較少且密封性能良好；2）無蓋或有孔條件下傳熱更快。

建議利用帶有通風性能的保溫設備再次探究。

3.5 盲品結果 發酵結束后， 通過視覺觀察和24 人對40℃組進行盲品，結果如下：

1）色澤，呈均勻乳白色，顏色均勻有光澤。 2）組織狀態， 除35℃組未完成發酵，40℃、45℃組織細膩、凝塊細小均勻滑爽，無氣泡，有少量乳清析出。 3）酸度， 2 g（乳酸菌含量）組幾乎無酸味；5 g（乳酸菌含量）組酸度適中；8 g（乳酸菌含量）組有些許澀味。 4）甜度，無糖、葡萄糖組無甜度，蔗糖組有少許甜度，但不夠甜。

綜合評定，40℃條件下，蔗糖、5 g（乳酸菌含量）組口感最佳。

4 教學建議

4.1 培養條件建議 綜合溫度、碳源種類、乳酸菌含量，以及空氣（氧氣）對乳酸菌代謝的影響，最佳培養條件建議如下：以1 000 mL 市售無菌純牛奶及市售5 菌型乳酸菌粉計算，培養溫度，40℃左右。 蔗糖，7 g 以上（對喜愛甜味的人群，建議成倍增加蔗糖的添加量）。菌粉含量，5 g 左右。封閉培養時間，8 h 左右。

4.2 實驗教學建議 實驗操作之前的課堂教學對本次實驗有重要的影響， 學生不能在對實驗任務未知的情況下盲目開展實驗。因此，建議在前期的教學中，教師應該針對課標要求，讓學生充分了解對傳統發酵技術在生活中的應用； 認識乳酸菌的結構和代謝特點； 明確滅菌和消毒的手段對于食品生產安全的影響。 另外可以讓學生在此基礎上，提出想要研究的課題，例如什么因素會影響到酸奶的品質等，實驗室可以根據學生提出的課題，有針對性的進行材料和用具的準備。

實驗教學實施過程中， 建議將學生按4 人分組，組內分工合作，分別進行稱量、滅菌、培養、觀察。每組材料建議用量：1 000 mL 牛奶，10 個布丁瓶，1 個1 000 mL 燒杯。

針對不同實驗類型的教學建議。驗證型實驗，建議培養完成后進行組間評比；探究型實驗，建議每1~2 組探究一個維度，例如：發酵時間、菌粉含量、碳源種類等對發酵的影響，培養完成后進行組間經驗分享。

為了保證學生能觀察和記錄發酵過程中培養物的變化情況，最好安排在上午進行接種，之后有充足的時間進行觀察。