高中生物學(xué)“酸奶的制作”實驗教學(xué)探究*

陳 亮 溫 馨

（成都石室中學(xué) 四川成都 610041）

1 實驗?zāi)康?/h2>

課程標(biāo)準(zhǔn)中的教學(xué)提示， 教師既要使用講授演示的方式進(jìn)行教學(xué)， 更要為學(xué)生提供實驗條件及必要的參考資料，指導(dǎo)其設(shè)計和進(jìn)行實驗。

利用微生物制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品是對學(xué)生的一個技能要求，對比現(xiàn)在使用的選修1 教材，學(xué)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(jìn)行了前期的探索， 試圖找到一整套適合班級教學(xué)的實驗實施方案。

首先，進(jìn)行實驗操作的目的是讓學(xué)生理解“利用微生物的特定功能規(guī)模化生產(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品”這一教學(xué)目標(biāo)。 針對乳酸菌的特點，教師設(shè)置了更為細(xì)化的探究目標(biāo)，例如探究空氣（氧氣）、溫度、發(fā)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(fā)酵過程盡量能讓學(xué)生充分觀察）；班級人數(shù)與本校實驗設(shè)備的沖突； 實驗過程中如何調(diào)動和培養(yǎng)學(xué)生的探索與協(xié)作能力等。 最后，可以增加一個讓學(xué)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(xué)生之間有了交流。

整個探索過程， 教師首先查閱了多種關(guān)于乳酸菌和酸奶制作的資料，整理制定相關(guān)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(shè)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(yǎng)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(yǎng)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(shè)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(jìn)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(jìn)生化培養(yǎng)箱，按不同溫度梯度（35℃、40℃、45℃）分別培養(yǎng)。

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

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

3 實驗結(jié)果及結(jié)論

實驗結(jié)果如表1、表2、表3 所示。

表1 35℃組發(fā)酵時間（h）

表2 40℃組發(fā)酵時間（h）

表3 45℃組發(fā)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(nèi)無法完成發(fā)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(fā)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(jī)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(jù)盲品結(jié)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(xiàn)（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(jī)制可待下一步分析。

表2 顯示，當(dāng)乳酸菌含量充足（8 g）時，發(fā)酵時間，葡萄糖組＞蔗糖組=無糖組。 進(jìn)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(fā)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(fā)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(dá)到代謝平衡狀態(tài)，不再繼續(xù)發(fā)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(fā)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(dá)到代謝平衡狀態(tài)；乳酸菌含量為5 g 時，迅速消耗部分碳源（葡萄糖）后即達(dá)到代謝平衡狀態(tài)；乳酸菌含量為8 g 時，迅速消耗部分碳源（葡萄糖）后未達(dá)到代謝平衡狀態(tài)，繼續(xù)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(fā)酵時間，具體生理機(jī)制可待進(jìn)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(fā)酵時間比同組有蓋條件下少3 h。 推測：1）生化培養(yǎng)箱內(nèi)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(fēng)性能的保溫設(shè)備再次探究。

3.5 盲品結(jié)果 發(fā)酵結(jié)束后， 通過視覺觀察和24 人對40℃組進(jìn)行盲品，結(jié)果如下：

1）色澤，呈均勻乳白色，顏色均勻有光澤。 2）組織狀態(tài)， 除35℃組未完成發(fā)酵，40℃、45℃組織細(xì)膩、凝塊細(xì)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(xué)建議

4.1 培養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)時間，8 h 左右。

4.2 實驗教學(xué)建議 實驗操作之前的課堂教學(xué)對本次實驗有重要的影響， 學(xué)生不能在對實驗任務(wù)未知的情況下盲目開展實驗。因此，建議在前期的教學(xué)中，教師應(yīng)該針對課標(biāo)要求，讓學(xué)生充分了解對傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)在生活中的應(yīng)用； 認(rèn)識乳酸菌的結(jié)構(gòu)和代謝特點； 明確滅菌和消毒的手段對于食品生產(chǎn)安全的影響。 另外可以讓學(xué)生在此基礎(chǔ)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(zhì)等，實驗室可以根據(jù)學(xué)生提出的課題，有針對性的進(jìn)行材料和用具的準(zhǔn)備。

實驗教學(xué)實施過程中， 建議將學(xué)生按4 人分組，組內(nèi)分工合作，分別進(jìn)行稱量、滅菌、培養(yǎng)、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(xué)建議。驗證型實驗，建議培養(yǎng)完成后進(jìn)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(fā)酵時間、菌粉含量、碳源種類等對發(fā)酵的影響，培養(yǎng)完成后進(jìn)行組間經(jīng)驗分享。

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