巧借注射器改进乙醇发酵装置

宋 凯 金佳恩 王秀红

(1 浙江省宁波市镇海区龙赛中学 宁波 315200； 2 浙江省宁波市教育局教研室 宁波 315200)

“乙醇发酵实验”是浙科版教材(必修1)中的演示实验，通过实验，学生观察、提问、思考和分析，掌握酵母菌厌氧呼吸的相关重要概念，并利用该原理解释生产生活中的相关问题[1]。但是，在中学阶段该演示实验的开设率并不高。主要原因是： ①实验器材不易携带，装置连接、石蜡液封存在一定操作难度，容易失败；②该演示实验所需培养时间过长，不利于在课堂上完成，无法有效地进行学业评价；③学生对于该演示实验缺少理性认识，并未真正参与到涉及动手动脑环节的探究性学习过程，也不易获取教材中的实验器材，无法进行进一步的实验探究。

因此，利用注射器把教材中的乙醇发酵演示实验改进成学生实验，既能满足课堂学生实验的学习需求，也有利于学生在课外使用该装置进一步进行实验探究，提高自身实践能力。对酵母菌乙醇发酵实验的改进的具体操作步骤如下：

1 酵母菌碳源选择

首先，酵母菌中存在蔗糖转化酶，当以蔗糖为主要碳源进行培养时，酵母菌能分解细胞外的蔗糖来提供其生长所需的碳源[2]。其次，同样作为碳源和能源物质，蔗糖较葡萄糖能更好地维持低渗透压，防止酵母菌过度失水，影响生命活动。最后，可以防止其他微生物的污染。

2 实验材料器具

高活性干酵母2g、蔗糖1g、注射器(50mL)、橡胶管、直导管、一次性手套、烧杯(25mL)、玻璃棒、温水(30℃左右)20mL、澄清石灰水。

3 预备实验过程

课堂学生实验时间短，要在短时间完成厌氧呼吸装置的设计及产物的鉴定，笔者利用不同规格的注射器进行实验后，选择50mL的注射器作为学生实验器具。为了实现快速产生气体的目的，加入较高浓度的酵母菌后会产生大量的气泡。为了防止气泡在气体检验时流入检验装置，笔者尝试了加脱脂棉或扎有小孔的滤纸片或4层纱布进行阻泡、晃动注射器进行消泡等方法： 脱脂棉会因为吸水而变形，阻泡效果不佳；扎有小孔的滤纸片阻泡效果较好，但会阻碍气体通过；纱布的孔径较大，气体容易通过，但阻泡效果一般；在实验5～6min后，产生20mL气体，且酵母悬液剩余较多，通过晃动注射器消泡效果最好。

4 学生实验步骤

学生实验具体步骤： ①学生2位一组，采用50mL注射器，将1g蔗糖溶解于20mL热水中，待水温降至30℃左右时，加入2g高活性干酵母，搅拌均匀，制成酵母细胞悬液；②将20mL酵母细胞悬液转移至连有橡胶管的50mL注射器中，排尽里面的空气，用止水夹夹住橡胶管，模拟无氧环境；③反应时间需要5～6min，即可产生20mL左右的气体；④晃动注射器进行消泡处理；⑤将5mL的澄清石灰水注入检验装置中，并晃动作为对照，将50mL注射器上的橡胶管连接至检验装置，注射器朝上，慢慢将一定量的气体推至检验装置并晃动，可观察到澄清石灰水出现浑浊现象；⑥酒精鉴定时，由于反应时间短，产生酒精较少，扇闻效果不佳，故采用将产生的气体多次排出，反复发酵直至产生足量的酒精，再将发酵产物重新注射至烧杯进行扇闻。

5 改进后的优点

教材中的演示实验主要由教师操作，学生观察，学生缺少理性认识；若直接将该演示实验设计成学生实验，学生在装置的连接、滴加石蜡隔绝空气等操作上具有一定的难度，也不利于学生课后的进一步实验探究。改进后的实验装置，学生可模拟医生打针的操作，不需滴加石蜡液封，即可完成无氧装置的模拟。此外，可根据注射器上的刻度，观察一定时间内的气体体积变化，测出酵母菌细胞的厌氧呼吸速率。同时，学生在课后也可继续利用该装置模拟酵母菌的需氧呼吸，将加入20mL酵母悬液的注射器先设置成无氧装置，再将收集后的4mL的O2通过橡胶管注入注射器(空气中O2浓度约为20%)，即可探究酵母菌的需氧呼吸产物、速率等相关内容[3]。