“生物组织中的糖类的检测”实验改进

刘江 李涵

文件编号： 1003 - 7586（2015）10 - 0045 - 02

“生物组织中的糖类的检测”是人教版高中生物学《必修1·分子与细胞》第二章第一节“细胞中的元素和化合物”中的一个重要实验，也是生物高考考纲中所要求的实验之一，多次出现在全国各地的高考试题中。可见本实验在高中阶段是学生必须掌握的重要实验，学生不但要熟知实验原理、实验材料、实验过程、实验结果，还应该掌握原理的内涵和外延、材料的选择、实验操作中颜色的变化等。在为学生准备实验材料的过程中，材料加工后颜色较深，会对实验操作过程的颜色变化有一定的干扰，笔者通过热处理方法有效地控制了材料加工后的颜色，且实验效果良好。

1 实验中的不足

1.1 材料颜色的干扰

教材中提供的实验材料是苹果匀浆和马铃薯匀浆，可当这些材料制备好放入容器后，材料本身的颜色很快就会发生变化，呈褐色。而鉴定这些物质利用的是显色反应（通过化学变化改变了化学物质的颜色），这就要求待检测的样品与显色剂之间的颜色差别要大，这样显色时的颜色变化才鲜明，否则会干扰实验结果，从而影响实验者对实验的判断。例如在还原糖的鉴定过程中，笔者选择的实验材料是苹果匀浆，如果不经过处理，颜色呈褐色，而还原糖与斐林试剂水浴加热后颜色呈砖红色，颜色变化不鲜明，这样就得出苹果中含有还原糖的结论说服力还不够。

1.2 不改进的弊端

基于显色反应对材料和显色剂颜色的要求，高中教材中有关显色反应的实验材料一般应为无色或白色。如果让学生用褐变后的材料去完成实验，教师根据苹果匀浆颜色、斐林试剂颜色和二者混合后的颜色，不难发现：将苹果匀浆与斐林试剂混合后发生的颜色变化较大。那么在混合后苹果匀浆与斐林试剂是否已经发生反应？但理论上还原糖与斐林试剂发生反应需要在50～65 ℃水浴加热的条件下才进行。

这样必然会让学生感觉到实验室真正的操作和教师课堂所讲的一些实验的注意事项不同，学生势必会觉得生物学不是一个严谨的学科，从而打击其学习生物的兴趣和积极性，改变其对生物科学的认识，不利于学生生物学知识的学习以及生物学素养的养成。

2 实验的改进及现象

2.1 改进依据的原理

实验材料苹果匀浆和马铃薯匀浆放置后呈褐色属于褐变反应。

马铃薯的褐变有2个方面的原因。一方面是在酶的催化条件下进行的，所以又叫酶促褐变。酶促褐变主要由多酚氧化酶（PPO）引起，这种酶催化内源性的酚类底物及酚类衍生物而发生复杂的化学变化，最终形成褐色或黑色物质。在完整的马铃薯组织中，PPO与酚类底物是分离的；细胞内多酚氧化酶（PPO）与质体、线粒体等细胞器内膜结合，因此活性很低，此时褐变不会发生。当植物细胞受到破坏后，生物体组织完整性被破坏，特别是膜系统受到伤害后，潜在的PPO可被激活，正常的呼吸链被打断，氧气的侵入造成酚类物质在酚酶的作用下迅速氧化生成邻醌，转而又通过快速的聚合作用形成褐色素或黑色素。另一方面马铃薯中含有还原糖（葡萄糖、果糖）和氨基酸，在加热过程中发生美拉德反应，此过程也称为酶促褐变。

苹果的褐变与马铃薯的褐变一样存在酶促褐变和非酶促褐变2种原因，而且两者机理相同。

2.2 材料的处理

马铃薯和苹果匀浆的褐变主要是酶促褐变。苹果匀浆控制pH为3.0、遮光、热处理5 min、添加质量分数分别是0.05%的维生素溶液和0.5%的柠檬酸溶液、4 ℃存放、隔离氧气以及榨汁前后护色等处理条件，对控制苹果汁褐变有较好的效果。马铃薯匀浆可通过控制pH在3.5以下，以及采用Ca2+浓度为0.6%、抗坏血酸浓度300×10-6、NaHSO3浓度为60×10-6、柠檬酸浓度为0.2%的护色剂处理，来有效地抑制PPO引起的褐变和非酶褐变。但低浓度的柠檬酸有激活PPO活性的作用，而高浓度的NaHSO3有漂白成品的效应。

从上述研究中，可以看出，抑制褐变的方法很多，其中热处理是高中实验处理的一个非常方便和理想的方法。因此可用75～85 ℃热水处理20～45 s，使多酚氧化酶失活从而抑制褐变。将马铃薯和苹果迅速切块后放入80 ℃的热水中处理45 s，然后取出放入榨汁机中并加入一定量的水榨汁，结果与不经处理直接榨汁相比，明显抑制褐变现象。

2.3 实验结果

经过热处理后的苹果鉴定结果是出现砖红色沉淀，实验结果与未处理相同。经过热处理后的马铃薯鉴定结果呈蓝色，且蓝色较未处理更深、实验效果好。

3 总结

通过对实验材料的处理，解决了褐变的问题，使得实验更加科学合理。这有利于教学中的理论讲解和实验中的操作结果相一致，真正地达到了理论和实验的统一；有利于学生通过理论的学习去设计和解决实验中的问题，通过实验操作加深对理论知识的记忆和理解；有利于学生形成生物学习方法和研究方法，提高学生生物学素养。而高中阶段的学生本身对实验充满好奇和激情，实验细节的改进有利于激发学生的兴趣和激情，这将成为学生生物学学习的助推器。

参考文献：

[1] 宋吉轩，陈超，雷尊国，李云.马铃薯加工过程中褐变机理及其抑制效果研究[J].安徽农业科学，2010，38（1）：329-331.

[2] 米热班古，木太力甫，马泽鑫，敬思群.苹果汁褐变影响因素的研究[J].安徽农业科学，201l，39（14）：8 604-8 606，8 630.