西瓜中還原糖檢測及含量的估測

汪興澤 華 溢

（1 泰興市教師發(fā)展中心 江蘇泰興 225400 2 泰興市第一高級(jí)中學(xué) 江蘇泰興 225400）

“檢測生物組織中的還原糖”是高中生物學(xué)必修1 第2 章第1 節(jié)的第 1 個(gè)實(shí)驗(yàn)。教材建議選擇含糖量高、顏色為無色或近于無色的植物組織，以蘋果、梨最好［1］。在一些試題及實(shí)際操作中，部分一線教師認(rèn)為西瓜含有色素，對(duì)于鑒定時(shí)顏色變化起著掩蓋的作用，不能用于作為可溶性還原糖的鑒定材料。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)普遍的現(xiàn)象是：無論蘋果還是梨，榨出汁后不久便由近于無色漸變?yōu)樽厣译S放置時(shí)間的延長而加深。這是因?yàn)樘O果和梨果實(shí)中含有兒茶酚等物質(zhì)，破碎后的細(xì)胞釋放的酚氧化酶將兒茶酚氧化成棕色的醌類化合物。嚴(yán)格地講，這些棕色的化合物也會(huì)在一定程度上干擾實(shí)驗(yàn)［2］。

閆計(jì)春［3］通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明西瓜勻漿、西紅柿等有色材料與斐林試劑混合并水浴加熱后都出現(xiàn)明顯的紅色沉淀，但實(shí)驗(yàn)并未排除瓜汁中有色物質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)西瓜靠近瓜皮一側(cè)汁液基本無色，紅（或黃）色瓜瓤汁久置后有不明顯的分層，上面的溶液相對(duì)較清。能否過濾到無色的瓜瓤汁？ 或用瓜皮汁做實(shí)驗(yàn)，以排除干擾？

1 材料和方法

1.1 材料及器具 東臺(tái)西瓜8424、電子天平、天平、水果刀、研缽、試管、試管架、水浴鍋、燒杯、三腳架、漏斗、濾紙、微量移液器。

1.2 方法 用電子天平稱取3.91 g 分析純CuSO4·5H2O，用 50 mL 容量瓶稀釋，精確配制 0.05 g／mL的CuSO4溶液 （斐林試劑甲液 ）；用天平稱取NaOH固體20 g，用燒杯稀釋至 200 mL，粗略配制0.1 g／mL 的 NaOH 溶液（斐林試劑乙液）。

切開西瓜，分離瓜瓤和瓜皮，取近于白色的瓜皮適量，放入研缽中（不加水），以按壓為主擠出汁液，靜置片刻，將近于無色的瓜皮汁倒入小燒杯；取瓜瓤適量，同樣方法可制得紅色的瓜瓤汁。用濾紙過濾瓜瓤汁，可見無色的液體緩慢流下（提示瓜瓤中紅色色素是非水溶性物質(zhì)），用小燒杯收集。注意留少許紅色瓜瓤汁不過濾。

2 2 種瓜瓤汁的比較試驗(yàn)

2.1 方法與步驟 依據(jù)教材提供的試劑用量，分別用紅色瓜瓤汁和過濾后的無色瓜瓤汁做“檢測生物組織中的還原糖”實(shí)驗(yàn)。①取2 支試管編號(hào)，依次分別加入0.5 mL 的斐林試劑甲液、0.5 mL的斐林試劑乙液，震蕩搖勻。②向2 支試管內(nèi)分別加入2 種瓜瓤汁各2 mL，再次震蕩。仔細(xì)觀察：加紅色瓜瓤汁的試管中藍(lán)色完全覆蓋了紅色，2 支試管皆呈藍(lán)色，無明顯的區(qū)別。③將試管放入60℃水浴鍋內(nèi)加熱，觀察顏色變化。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察與分析 仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)：2支試管中混合液的顏色變化較快，皆由藍(lán)色向橙黃色轉(zhuǎn)變，反應(yīng)過程和結(jié)果并無明顯的區(qū)別。實(shí)驗(yàn)表明瓜瓤汁中的紅色素對(duì)“檢測生物組織中的還原糖”實(shí)驗(yàn)干擾不明顯。

3 西瓜汁中還原糖大致含量的估測

依據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》“生物科學(xué)的研究經(jīng)歷了從現(xiàn)象到本質(zhì)、從定性到定量的發(fā)展過程”；“在重視定性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，也應(yīng)重視定量實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在量的變化中了解事物的本質(zhì)。教師應(yīng)給學(xué)生提供機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)生物學(xué)中的測定方法，實(shí)事求是地記錄、整理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、定量表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果等”［4］。參照周明龍《“還原糖的檢測”中 2 個(gè)常見問題的探討》一文［5］，斐林試劑的配制采用向 2 mL 的 0.1 g／mL NaOH 中滴加 200 μL 0.05 g／mL 的 CuSO4（原文是滴 4 滴，本文為更精確，采用微量移液器滴加）。

葡萄糖在稀酸中相當(dāng)穩(wěn)定，但在堿性溶液中能發(fā)生多種反應(yīng)，尤其在強(qiáng)堿溶液中會(huì)發(fā)生降解、分子內(nèi)的氧化還原反應(yīng)及復(fù)雜的羥醛縮合反應(yīng)［6-7］。根據(jù)反應(yīng)式：C6H12O6（葡萄糖）+2Cu（OH）2（葡萄糖酸）+Cu2O↓+2H2O 計(jì)算。0.05 g／mL CuSO4的摩爾濃度大約為0.312 mol／L。如果 CuSO4溶液的用量為200 μL 時(shí)，葡萄糖溶液用 50 μL 時(shí)恰好完全反應(yīng)。則可判斷葡萄糖溶液的摩爾濃度大約是0.624 mol／L，換算成質(zhì)量濃度約為 0.112 g／mL。

3.1 方法與步驟 ①取6 支潔凈的試管并編號(hào)。②先分別向各個(gè)試管中加入2 mL 斐林試劑甲液，再小心滴加 200 μL 斐林試劑乙液，震蕩搖勻。③按表1 所示向各個(gè)試管中小心滴加西瓜汁。④將6 支試管振蕩搖勻后，同時(shí)放到60℃水浴鍋中加熱。

表1 試管編號(hào)

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察與分析 仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)：反應(yīng)過程中b1、b2 號(hào)試管中的混合液顏色變化不明顯，其中b2 號(hào)試管依稀可見淺藍(lán)色向藍(lán)黑色轉(zhuǎn)變；a1、b3 號(hào)試管反應(yīng)稍慢些，但明顯可見藍(lán)色絮狀物漸變?yōu)轷r紅色；a2、a3 號(hào)試管中的混合液顏色變化相對(duì)快些，反應(yīng)結(jié)束后a2 號(hào)試管混合液相對(duì)鮮紅，a3 號(hào)試管混合液稍顯橙黃色。待加熱結(jié)束后靜置一段時(shí)間，繼續(xù)觀察。記錄結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)結(jié)束后靜置一段時(shí)間的結(jié)果記錄

從表2 可看出，當(dāng)斐林試劑乙液的用量為200 μL 時(shí)，接近恰好完全反應(yīng)的試管是b3 號(hào)，意味著所用瓜皮汁中的還原糖，折算成葡萄糖時(shí)含量接近0.034 g/mL。根據(jù)上表中的描述可判斷：瓜瓤汁的用量為 50 μL 時(shí)相對(duì)少了些，100 μL 時(shí)又相對(duì)多些，意味著折算成葡萄糖后含量在0.056～0.112 g／mL 之間。嘗試微調(diào) CuSO4與瓜瓤汁的用量，發(fā)現(xiàn) CuSO4使用 150 μL 時(shí)，瓜瓤汁使用 50 μL，接近恰好完全反應(yīng)，意味著折算成葡萄糖后含量在0.084 g／mL 左右。由于西瓜汁中不僅含有葡萄糖，且強(qiáng)堿性條件會(huì)引起糖碳架結(jié)構(gòu)的斷裂和分解，不能給出定量的醛糖酸產(chǎn)物［7］，所以上述糖的含量僅是估算而已。

4 小結(jié)與感悟

實(shí)際操作中，若不用微量移液器，可指導(dǎo)學(xué)生將每滴溶液的體積估算成50 μL，然后再設(shè)定量變做實(shí)驗(yàn)。用紅色瓜瓤汁代替無色瓜瓤汁重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)應(yīng)用量的試管在反應(yīng)前、后的顏色變化并無明顯的差別。實(shí)驗(yàn)表明，依據(jù)西瓜含有色素就斷然認(rèn)為不能用于作為可溶性還原的鑒定材料是不正確的。但從嚴(yán)格意義上講，使用過濾后無色的瓜瓤汁做該實(shí)驗(yàn)更有說服力。

用西瓜作“還原糖的檢測”的實(shí)驗(yàn)材料，并對(duì)其中還原糖的含量進(jìn)行估測，筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)的微型化、定量化、生活化，與中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)要求相符合，能充分體現(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)思想，具有以下幾點(diǎn)意義：①西瓜中汁液極為豐富，制取瓜汁時(shí)材料易取，步驟簡化（不需要磨漿機(jī)）易獲得。②過濾后的瓜瓤汁無色透明，相對(duì)于蘋果汁、梨汁而言久置后不變色，能排除有色物質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。從這個(gè)意義上講，西瓜不失為做該實(shí)驗(yàn)的好材料。③CuSO4用量很少（可避免用量相對(duì)多時(shí)藍(lán)色絮狀物易粘連在試管上），瓜汁用量也很少，甚至廢棄料瓜皮也可用，節(jié)約了藥品，實(shí)驗(yàn)效果好。總而言之，基于質(zhì)疑、探究和實(shí)事求是的科學(xué)精神，該實(shí)驗(yàn)有利于提高學(xué)生的觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、交流和討論的能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力這一關(guān)鍵能力的提升。

當(dāng)然，由于不同版本的教材或教參對(duì)斐林試劑的配制方法、用量及組織樣液用量的說明不盡相同，所選材料等的不同都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在差異。因此，教師有必要做預(yù)實(shí)驗(yàn)，以探求最佳的實(shí)驗(yàn)效果。