果膠提取與果凍制備實驗應用于中職化學教學的探討*

萬鈺茜，蔣春玲，劉靜潔，王一峰

(西北師范大學生命科學學院，甘肅 蘭州 730070)

1 實驗教學分析

在對中職學生進行學情分析時，筆者發現中職學生在高中生物和化學方面的基礎知識有所欠缺，理論知識較于薄弱，如果進行過于復雜的實驗，學生會難以理解教學內容和實驗的基本原理，容易造成學生的心理負擔。所以在進行實驗設計時，實驗難度應該適合中職學生所能接受的水平，實驗內容應貼近生活實際，并能引起學生共鳴，學生能在實踐中深入理解理論知識并提高實踐能力。同時，可根據實驗內容適當給學生設置創新型實驗，學生在創新型實驗過程中不僅鞏固了理論知識，也提高了創新精神和探究意識[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。果膠擁有極大的經濟價值，因其具有乳化、增稠、穩定和膠凝等作用，通常廣泛應用于食品、煙草、冶金等工業生產中，同時果膠還具有抗菌、消炎、抗輻射等特性，在醫療上的應用也十分廣泛[4]。因此本文選擇以果膠的提取和果凍的制備作為實驗內容。整個實驗分為兩個部分進行：一是果膠提?。欢枪麅鲋苽洹９z制備作為基礎性實驗，旨在讓學生掌握實驗原理方法和基本實驗技能等；果凍制備作為設計性實驗，目的在于加強學生綜合運用實驗技術和分析探索的能力。整個實驗過程比較簡單，且貼近生活實際，容易引起學生的學習興趣，可將其作為中職學生初入實驗室的基本實驗，以樹立其實驗意識。本次實驗設計立足于促進以學生為主體、教師為主導的教學模式的形成，提高學生的參與感。在教學過程中采用啟發誘導和增設設計性實驗的方式鼓勵學生積極探究，培養創新意識的形成。

2 果膠提取實驗教學設計

整個實驗采取小組合作，組長負責制。課前調研，在征詢同學意見的基礎上安排分組，每組約為3～4人。組長需要提前進行實驗材料和試劑的準備工作，并在實驗課堂上組織安排本組實驗活動的進行。小組內1名同學負責稱取原料，1名同學負責實驗數據記錄和計算，1～2名同學負責實驗操作部分。學生在課前需對本次實驗的實驗原理和操作步驟進行預習，并思考課后習題，教師可在實驗過程中進行提問引導。實驗中需要進行兩組平行實驗，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 實驗材料與儀器準備

(1)實驗材料：柑桔皮、市售果膠。

(2)實驗試劑：0.1%HCl，95%乙醇、蔗糖、檸檬酸、檸檬酸鈉、3%稀氨水。

(3)實驗設備：天平、烘箱、抽濾機、電爐、玻璃器皿。

教師應提前準備好實驗材料和儀器設備。其中，0.1% HCl，95%乙醇、3%稀氨水需要學生自行制備，各小組組長可安排時間提前對實驗所要用到的試劑進行配制。

2.2 實驗流程

原料預處理→酸水解萃取→脫色→沉淀→靜置→成品。

2.3 實驗教學組織

教師先對本次實驗內容進行簡單介紹，并隨機抽選一名學生與教師一同進行多媒體仿真實驗演示，在演示過程中向學生強調實驗的注意事項、儀器的使用規范和關鍵步驟的操作等，并通過提問、小組討論等方式引導學生思考實驗步驟背后所蘊含的原理，后由小組長帶領小組成員進行實驗。

2.3.1 原料預處理

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，再進行下一次的漂洗。

2.3.2 酸水解萃取

將預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調節至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：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、復合輔助提取法等[6]。但從原輔材料的取得、工藝方法的應用，提取果膠后的廢料處理及回收利用方面考慮，選擇用酸法作為實驗室果膠提取方法[7]，引導學生樹立環保意識和實驗思維。

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節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、包裝即為產品。濾液可用蒸餾法收回乙醇。

設計意圖：傳統的教師現場演示實驗、學生觀看的方式，適宜人數較少的班級進行，人數過多時，后排同學無法觀看教師演示的全過程，不利于實驗的開展。利用多媒體大屏幕演示，可以保證每位同學都能觀看到實驗的操作過程，并且更加直觀易懂。同時，隨機抽取一名同學協助教師進行實驗演示，在一定程度上可督促學生進行實驗預習。這種師生互動、生生互動的形式極大地活躍了課堂氣氛，營造了一個輕松有趣的學習環境，從而調動學生的學習興趣。通過小組合作形成了組內合作，組間競爭的學習氛圍，既可以提高學生實驗的積極性，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導能力和實驗操作能力，因為組長承擔著實驗安排和組織工作，對整個實驗的過程和結果起著舉足輕重的作用。組長在實驗前參與了實驗的準備工作，對實驗流程和操作內容有所了解，在課上可指導成員進行實驗，不僅減輕了實驗老師在實驗準備和實驗指導方面的負擔，也充分發揮了學生的主導作用[8]。

3 果凍制備實驗教學設計

在果膠提取的基礎之上，進行果凍制備，學生可以將原理與實踐相結合，形成完整的知識體系。本環節進行兩組平行實驗，一組按照實驗步驟進行，作為對照實驗；一組根據個人喜好制作不同口味、形狀、顏色的果凍，作為創新性實驗。

(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：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，繼續熬煮5 min，冷卻后即成果凍。

對照實驗按照以上步驟進行。創新型實驗在第二步操作前根據實驗室提供的材料(如：香蕉汁、蘋果汁、西瓜汁等)，按照個人口味選擇原料進行混合調配，之后進行第二步操作，熬煮5 min后倒入不同模具中進行裝杯，冷卻后即可得到不同口味、形狀和顏色的果凍。

提問引導：實驗中加入檸檬酸和檸檬酸鈉的作用是什么？答：因為高甲基果膠需要在pH 2.8～3.5的環境中形成。所以加入檸檬酸和檸檬酸鈉可起到調節pH的作用。同時，還可以降低果膠負電荷，從而使果膠分子間氫鍵結合而凝膠。

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

設計意圖：果凍制備實驗為學生提供了創新空間，在果凍的口味、形狀和顏色上學生可以自由發揮，不僅培養了創新精神和探究意識，同時形成的組內競爭可以激勵學生積極創作。果凍制備實驗的成果可以直接食用，方法也可用于實際生活中，學生可從中獲得成就感與自信心。

4 結果與討論

4.1 實驗結果與討論

本次實驗難度并不大，只要嚴格按照教師指導，遵循實驗規則就能得到較好的成品。實驗共分為8個小組，其中6個小組的果膠提取率約為3%(表1)，滿足要求，另外2個小組的果膠提取率偏低，小組討論分析原因有兩點，一是在調pH過程中氨水含量加入過多，又反調pH，導致燒杯中整體溶液較多，在煮沸過程中有液體溢出，故可能導致果膠含量下降；二是實驗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，創新型實驗部分各組產品不一，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 實驗結果評價與討論

實驗結束后，對果膠提取實驗的結果進行分析，小組的果膠提取率約為3%，在此基礎上引導學生思考兩個問題。(1)如何提高果膠提取率和質量。(2)果凍制作實驗中，要想制作出不同口味的果凍，應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，通過查閱文獻找出它的最佳配料比。兩道題作為課后思考題，回答在實驗報告上。

4.3 實驗注意事項分析

如果可溶性色素和不良風味在第一步清洗時能被除去，則可省去第三步脫色和去除異味。因為經過第二步后，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定的膠凍需要較長時間，通?？稍趦尚r內觀察到凝膠態基本形成，但若比較果凍的彈性和強度，通?？稍谥谱鞯牡诙靵磉M行。

5 學生收獲

(1)知識與技能。收獲了果膠提取和果凍制備相關方面的知識，學會了使用天平、烘箱、抽濾機、電爐等實驗設備及溶液的制備。

(2)科學思維和科學探究。在實驗過程中讓學生了解實驗每一步所蘊含的實驗原理，促進學生對實驗的深入學習，在此基礎上，對各類實驗能進行融匯貫通地學習，并能將原理與生活實際相聯系，進而培養學生的科學思維。末尾讓學生制作自己喜愛口味的果凍，培養了學生的創新精神和探究意識。

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

6 考核方式

改變以實驗報告書寫和出勤率來評定學生成績的方式，每次實驗的成績分數主要有以下幾部分構成：實驗報告完成情況20%、實驗數據結果20%、課上表現情況10%、實驗操作規范性(包括實驗步驟操作、儀器使用規范等)40%和學生出勤情況10%。其中實驗操作規范成績，由教師評定組長，組長評定組員，以此起到組內監督作用，并督促組長與組員提前預習實驗原理和步驟，課上認真實驗[11]。