淀粉检测实验中的意外收获_检测淀粉实验

　　摘要　叙述了在淀粉检测实验中的意外现象，以及教师针对意外现象开展继续探究的实验过程。 　　关键词 直链淀粉 支链淀粉类淀粉淀粉一碘络合物 生物学实验 　　中图分类号Q-33
　　文献标识码B
　　
　　弗莱明在实验室里获得两次意外的发现，一次因为感冒发现了溶菌酶，一次因为没清洗的培养皿发现了青霉素。高中生物实验多为验证性实验，操作简单，重复性强，但是有时也会出现意外的现象。比如在淀粉检测实验教学中的意外现象，虽没有获得弗莱明那样伟大的发现，却让教师和学生学习了更多的知识。
　　必修一分子与细胞实验：检测生物组织中的糖类、脂肪、和蛋白质。课前教师布置了一项作业，预习实验内容，请学生回家寻找一种材料并预测其有机物的种类和含量，而后在实验课上进行验证，实验结束后集体讨论和比较各种实验材料的有机物的种类和含量。
　　实验时有一位学生说实验现象与教材中的叙述不相符，他所做的实验是验证糯米中是否含有淀粉。
　　实验原理：淀粉遇碘变蓝
　　这个实验不难，学生严格按照实验要求操作，似乎不会出现意外，然而糯米组织样液加碘产生的不是预期的蓝色而是紫红色，为什么不是蓝色呢?是淀粉产生的颜色反应吗?
　　 首先教师要求学生确定遇碘变成紫红色是否是由淀粉引起的。
　　检验是否由淀粉引起是利用酶的专一性：淀粉酶可以专一地催化淀粉水解。如果遇碘变成紫红色是由淀粉引起，加入淀粉酶后随淀粉的水解紫红色会逐渐褪去。实验时选择最容易获得的淀粉酶一唾液淀粉酶。检测的结果是加入唾液淀粉酶后紫红色褪去了，这就证明了糯米确实含有淀粉。而用马铃薯匀浆做实验是蓝色。同样是淀粉为什么与碘产生的颜色不同呢?这两种材料所含有的淀粉有什么差异呢?
　　通过查阅资料得知原来天然淀粉一般含有两种组分：直链淀粉和支链淀粉。某些谷物中如蜡质玉米和糯米等几乎只含有支链淀粉。直链淀粉遇碘形成深蓝色淀粉一碘络合物，支链淀粉遇碘呈紫色到紫红色，所以说淀粉遇碘不一定就呈蓝色。
　　师生还查到一个相关知识就是与碘反应呈典型蓝色的不一定就是淀粉，木葡聚糖广泛地存在于罗望子(也称酸豆)等豆科植物的种子中，这些多糖中很多种可与碘反应呈现出蓝色，并因此被称为类淀粉，但是这些多糖和淀粉并无结构上的关系。动物多糖糖原结构与支链淀粉类似与碘反应呈现紫红色或者红色。
　　关于淀粉检测实验还有一个意外的发现，有个学生演示了一个奇怪的现象。在一支洁净的试管中加马铃薯匀浆，加碘液，呈现蓝色。学生说再加几滴0.1g／mLNaOH蓝色会很快褪去，溶液会变成无色。学生问：为什么?什么物质发生了反应?
　　教师引导学生再做实验验证，假如是碘参与反应，可以再加入足够的碘，将会再出现蓝色。验证的结果是再次加入碘液后溶液重新变会蓝色，这说明加入Na0H后碘发生反应，所以颜色会褪去。
　　师生查资料得知原来卤素与水可以发生歧化反应，在酸性介质中歧化反应很难发生，而在碱性溶液中可以快速发生化学反应式是：
　　3I2+6NaOH=5NaI+NaIO3+3H2O。
　　通过这个实验的意外现象，得出一个结论，淀粉遇碘变蓝色或紫红色，这里的碘是指碘单质或者称为碘分子，其他形式的碘与淀粉不呈现蓝色。
　　最后有个学美术的学生建议说：“老师，糯米溶液和碘呈现紫红色，土豆溶液和碘呈现蓝色，可以用这两种溶液在白纸上作画，画一开始是隐形的，然后用喷雾或者涂布的方式加碘液，这样画面就会呈现，如果再喷NaOH画面又会消失，多么神奇。”
　　但做这个实验遇到一个难题，碘液和白纸本身就能形成蓝色。为什么白纸会变蓝呢?难道白纸中本来就有淀粉?
　　教师引导学生分组探究：第一小组的任务是寻找不含淀粉的白纸或者替代材料，并查找资料解答白纸中为什么含有淀粉；第二小组的任务是寻找合适的方法除去白纸中的淀粉；第三小组的任务是使淀粉一碘络合物的颜色除去；第四小组的任务是思考如何应用知识并进行艺术创作。
　　交流实验结果：
　　小组一：在常见的纸(作业本、书、A4、16K、卫生纸、面巾纸等)都含有淀粉，但是滤纸中淀粉含量非常少，还可以用白布为替代材料。
　　实验证明木材中不含有淀粉，学生查阅资料得知在造纸的过程中要加入淀粉。
　　淀粉在造纸工业中的应用可以追溯到造纸技术发明的初期。当时，其主要作用是提高书写纸的强度和平滑度。在含有矿物填料的纸张中，淀粉是除水、纤维和填料之外的用量最大的原料。
　　淀粉在造纸中的各个阶段的应用情况：
　　(1)造纸的最初阶段是打浆，人们根据纸张的不同要求在其内加入填料、增强剂、柔软剂等，增强剂种类很多。应用最多的是变性淀粉。阴离子、阳离子和两性变性淀粉均可在制浆中应用，两性淀粉在理论上是比较理想的产品，添加量为1.0％-2.5％。
　　(2)在纸或纸板的不同要求中，在抄纸过程可选择表面施胶和层面增强，施胶剂的种类也很多，使用淀粉进行表面施胶除可提高强度外，还可以减少纸面掉毛，掉粉现象，提高平滑度，使纸面更加细腻，改善印刷性。
　　(3)在涂布加工纸中粘胶剂是涂料制备中最重要的化学品之一，淀粉在粘胶剂中有不可取代的地位。淀粉在涂料中的应用始于1900年苏格兰，到1930年才普遍推广，淀粉在我国涂布纸中大量应用大约是20世纪80年代。涂料中淀粉含量是6.0％-10.0％。 小组二：水解淀粉常用两种方法，一是酶水解：用淀粉酶水解淀粉。水解淀粉时，用质量分数为2％的淀粉酶溶液，温度40-50摄氏度，水解20min。二是酸水解：质量分数为2％盐酸沸水浴4h以上(根据纸张的特点适当延长水解时间)。注意事项：白纸在溶液中浸泡时间太长会变得容易损坏，所以在水解之前要将报纸固定在硬质材料上，如塑料板、塑料瓶、木板、铁板等，但酸水解时不能用铁质材料固定。还有酸水解的效果比酶水解效果好，原因可能是酶分子不容易与白纸中的淀粉分子接触。
　　小组三：除去淀粉一碘络合物的颜色方法主要有四种：①淀粉酶(专一性水解淀粉)；②NaOH(使碘分子发生歧化反应)；③加热(使淀粉分子的空间结构改变)；④加入变性剂如尿素或浓的醇溶液(改变淀粉分子的空间结构)。
　　小组四的一位学生用碘液在白纸上写字不小心打翻水杯将开水洒到白纸上，惊奇地发现用碘液写的字褪去了，由此发现了一种简便的方法除去字迹。学生通过实验得出在65℃以上时褪色较为明显，开水中褪色最快。白纸上的字迹还可以用熨斗除去，且在熨的时候在白纸上加一层较湿的布，因为有水时字迹才能除干净，但布太湿了白纸又不容易干，要根据白纸的质量和字迹的深浅确定布的湿度。
　　附加组：任务是探究加热使淀粉一碘溶液褪色的原因。由于在实验过程中偶遇加热使淀粉一碘溶液褪 色这一现象，临时组建附加小组探究其原因。有学生联想到预习“生物必修一第二章第二节生命活动的主要承担者――蛋白质”时看到这样一个知识，第23页与生活的联系中说鸡蛋煮熟后蛋白质发生变性，原因是高温使蛋白质的空间结构变的伸展。松散。淀粉和蛋白质同样是大分子，推测加热使淀粉一碘溶液褪色原因是加热破坏了淀粉分子的空间结构，而淀粉分子的空间结构又是淀粉一碘呈现一定颜色的重要条件。
　　学生先查阅蛋白质变性的相关知识，蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被改变，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，这种现象称为蛋白质变性。引起蛋白质变性的原因可分为物理和化学因素两类。物理因素可以是加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波的作用等；化学因素有强酸、强碱、尿素、重金属盐、浓的醇溶液等。加热、尿素、浓的醇溶液主要是破坏蛋白质分子中的氢键。
　　如果开始做的推测是正确的，那么在淀粉一碘溶液中加入尿素或浓的醇溶液，淀粉的空间结构也会被破坏，而使淀粉―碘溶液颜色褪去。因此学生设计实验进行证明。尿素浓度为8mol／L即质量分数为0.48 g／mL。醇溶液用的是分析纯乙醇和分析纯甲醇。实验结果是加入足够量的尿素会使淀粉一碘溶液褪色。而且稀释后，加碘可以重新产生颜色反应，这说明尿素浓度大的时候可以使淀粉分子的空间结构改变，而浓度降低后淀粉的空间结构可以恢复。在淀粉溶液中加入浓的醇溶液，淀粉溶液会变得混浊，当醇溶液足够多时加碘不会形成蓝色或紫红色。在淀粉一碘溶液中加入足够量的醇溶液会使溶液颜色褪去，这说明浓的醇溶液也能改变淀粉分子的空间结构。将淀粉在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被改变的现象称为淀粉的变性(在此需要强调的是所说的淀粉的变性与变性淀粉没有关系，仅指空间结构改变)。当变性因素除去后，变性后的淀粉分子又可以重新恢复到天然构象，称之为淀粉的复性。
　　从高等生物教材中得知，同样作为大分子的蛋白质和核酸在一定条件下都可以发生变性，而且变性因素除去后也都可以复性，不过有些蛋白质变性后就很难复性了，如煮熟的鸡蛋。
　　小组四：利用以上发现进行知识应用和艺术创作。
　　(1)用碘液制作水笔、墨水。
　　大多数白纸中都含有淀粉，用碘液制作的水笔和墨水在白纸上写出的字应该是蓝色的。用碘液写字的优点：字迹很容易除去(用NaOH或者加热)，用加热的方式(熨斗或者开水)可以将白纸中的字完全除去，晾干后又是一张白纸，可以反复利用提高纸张的利用率，节约用纸，减少树木砍伐，保护森林，减少造纸污染，保护环境。还希望有人能用碘液制作墨盒，那么打印用纸也可反复利用了。
　　(2)同样的笔同样的墨写出不一样的字。
　　预先处理三张滤纸或白布或酸水解后的白纸，一张用糯米溶液浸泡后晾干，一张用大米溶液浸泡后晾干，一张用两支毛笔分别蘸糯米溶液和大米溶液在纸上画相间的条带，条带的宽度1cmn左右也可以根据自己的需要设计不同宽度。每次蘸取少量溶液，多画几次。
　　用毛笔或者钢笔蘸碘液在处理过的纸上写字，第一张纸上的字迹是紫红色的，第二张纸上的字迹是蓝色的，第三张纸上的字迹是蓝色和紫红色相间的。用加热的方式可以将字迹除去，三张纸可以重复利用并且用碘液再写时字迹的颜色和第一次一致。
　　(3)字和画消失与重现。
　　用毛笔或者钢笔蘸糯米溶液或者大米溶液在滤纸或白布上写字，用喷雾或涂布的方式加碘液字迹和画会出现，加热或加NaOH字迹和画会消失，在加碘液字迹和画又可以再次出现，可反复多次。
　　一位学生说如果用淀粉溶液写信，看完信后就可以加热将字隐藏起来，等要再看时加碘液就行了，就不怕别人偷看了。还有如果用这种神奇的实验导人新课将深深吸引学生的注意力并感受科学知识的神奇。
　　最后教师总结这次探究实验中学到的知识。
　　(1)淀粉遇碘变蓝但并不是所有淀粉遇碘都变蓝，支链淀粉遇碘变紫红色。并不是所有遇碘变蓝的都是淀粉，木葡聚糖与碘反应呈现出蓝色，并因此被称为类淀粉，但是这些多糖和淀粉并无结构上的关系。糖原遇碘变红。
　　(2)淀粉酶可以专一性水解淀粉，酸也可以水解淀粉。
　　(3)碱性条件下碘分子发生歧化反应，使淀粉一碘络合物褪色。
　　(4)大多数白纸中都含有淀粉，但滤纸中含量较少。
　　(5)加热和加入变性剂(尿素或浓的醇溶液可以使淀粉分子空间结构改变)可以使淀粉―碘络合物褪色。
　　实验教学中经常会出现意外，对于正确处理实验中的意外，有以下建议。
　　(1)教师善于利用学生富有个性的思维方法，不仅使学生敢想、敢说、敢做，而且能拓宽其他学生的思路，丰富学生的思想。善于引导学生用置疑的眼光去评判学习内容总会有一些有价值的问题。要善于引导学生进行猜测，通过猜测可以培养学生的直觉思维能力。要善于引导学生进行自由联想和想象，想象力是科学研究中的实在因素。
　　(2)教师科学处理意外现象，有助于提高学生的探究精神。意外的实验现象，不加任何处理，回避实验现象，只让学生记住正确的实验结论，就失去了实验教学的意义。在教学过程中，如果出现了预设外的实验问题，不需回避，科学处理更能提高实验教学效果。
　　(3)教师培养学生设计实验的能力，教师在实施新课程标准中更应大胆转变教学观念，让学生自主设计实验进行探究。面对实验意外，在引导学生提出问题和进行猜测的基础上，教师要指导学生采用控制变量法设计实验，利用实验意外，培养学生创造性思维的能力。
　　(4)既然实验意外无法避免，那在遇到这种情况时，教师应从容应对，并在解决实验意外过程中，培养学生的探究能力、分析综合能力和解决实际问题的能力l，促进学生全面发展。这就要求教师必须有扎实的专业基础和较强的实验教学能力。