淀粉檢測實驗中的意外收獲

摘要 敘述了在淀粉檢測實驗中的意外現(xiàn)象，以及教師針對意外現(xiàn)象開展繼續(xù)探究的實驗過程。

關(guān)鍵詞 直鏈淀粉 支鏈淀粉類淀粉淀粉一碘絡合物 生物學實驗

中圖分類號Q-33

文獻標識碼B

弗萊明在實驗室里獲得兩次意外的發(fā)現(xiàn)，一次因為感冒發(fā)現(xiàn)了溶菌酶，一次因為沒清洗的培養(yǎng)皿發(fā)現(xiàn)了青霉素。高中生物實驗多為驗證性實驗，操作簡單，重復性強，但是有時也會出現(xiàn)意外的現(xiàn)象。比如在淀粉檢測實驗教學中的意外現(xiàn)象，雖沒有獲得弗萊明那樣偉大的發(fā)現(xiàn)，卻讓教師和學生學習了更多的知識。

必修一分子與細胞實驗：檢測生物組織中的糖類、脂肪、和蛋白質(zhì)。課前教師布置了一項作業(yè)，預習實驗內(nèi)容，請學生回家尋找一種材料并預測其有機物的種類和含量，而后在實驗課上進行驗證，實驗結(jié)束后集體討論和比較各種實驗材料的有機物的種類和含量。

實驗時有一位學生說實驗現(xiàn)象與教材中的敘述不相符，他所做的實驗是驗證糯米中是否含有淀粉。

實驗原理：淀粉遇碘變藍

這個實驗不難，學生嚴格按照實驗要求操作，似乎不會出現(xiàn)意外，然而糯米組織樣液加碘產(chǎn)生的不是預期的藍色而是紫紅色，為什么不是藍色呢?是淀粉產(chǎn)生的顏色反應嗎?

首先教師要求學生確定遇碘變成紫紅色是否是由淀粉引起的。

檢驗是否由淀粉引起是利用酶的專一性：淀粉酶可以專一地催化淀粉水解。如果遇碘變成紫紅色是由淀粉引起，加入淀粉酶后隨淀粉的水解紫紅色會逐漸褪去。實驗時選擇最容易獲得的淀粉酶一唾液淀粉酶。檢測的結(jié)果是加入唾液淀粉酶后紫紅色褪去了，這就證明了糯米確實含有淀粉。而用馬鈴薯勻漿做實驗是藍色。同樣是淀粉為什么與碘產(chǎn)生的顏色不同呢?這兩種材料所含有的淀粉有什么差異呢?

通過查閱資料得知原來天然淀粉一般含有兩種組分：直鏈淀粉和支鏈淀粉。某些谷物中如蠟質(zhì)玉米和糯米等幾乎只含有支鏈淀粉。直鏈淀粉遇碘形成深藍色淀粉一碘絡合物，支鏈淀粉遇碘呈紫色到紫紅色，所以說淀粉遇碘不一定就呈藍色。

師生還查到一個相關(guān)知識就是與碘反應呈典型藍色的不一定就是淀粉，木葡聚糖廣泛地存在于羅望子(也稱酸豆)等豆科植物的種子中，這些多糖中很多種可與碘反應呈現(xiàn)出藍色，并因此被稱為類淀粉，但是這些多糖和淀粉并無結(jié)構(gòu)上的關(guān)系。動物多糖糖原結(jié)構(gòu)與支鏈淀粉類似與碘反應呈現(xiàn)紫紅色或者紅色。

關(guān)于淀粉檢測實驗還有一個意外的發(fā)現(xiàn)，有個學生演示了一個奇怪的現(xiàn)象。在一支潔凈的試管中加馬鈴薯勻漿，加碘液，呈現(xiàn)藍色。學生說再加幾滴0.1g／mLNaOH藍色會很快褪去，溶液會變成無色。學生問：為什么?什么物質(zhì)發(fā)生了反應?

教師引導學生再做實驗驗證，假如是碘參與反應，可以再加入足夠的碘，將會再出現(xiàn)藍色。驗證的結(jié)果是再次加入碘液后溶液重新變會藍色，這說明加入Na0H后碘發(fā)生反應，所以顏色會褪去。

師生查資料得知原來鹵素與水可以發(fā)生歧化反應，在酸性介質(zhì)中歧化反應很難發(fā)生，而在堿性溶液中可以快速發(fā)生化學反應式是：

3I₂+6NaOH=5NaI+NaIO₃+3H₂O。

通過這個實驗的意外現(xiàn)象，得出一個結(jié)論，淀粉遇碘變藍色或紫紅色，這里的碘是指碘單質(zhì)或者稱為碘分子，其他形式的碘與淀粉不呈現(xiàn)藍色。

最后有個學美術(shù)的學生建議說：“老師，糯米溶液和碘呈現(xiàn)紫紅色，土豆溶液和碘呈現(xiàn)藍色，可以用這兩種溶液在白紙上作畫，畫一開始是隱形的，然后用噴霧或者涂布的方式加碘液，這樣畫面就會呈現(xiàn)，如果再噴NaOH畫面又會消失，多么神奇?！?/p>

但做這個實驗遇到一個難題，碘液和白紙本身就能形成藍色。為什么白紙會變藍呢?難道白紙中本來就有淀粉?

教師引導學生分組探究：第一小組的任務是尋找不含淀粉的白紙或者替代材料，并查找資料解答白紙中為什么含有淀粉；第二小組的任務是尋找合適的方法除去白紙中的淀粉；第三小組的任務是使淀粉一碘絡合物的顏色除去；第四小組的任務是思考如何應用知識并進行藝術(shù)創(chuàng)作。

交流實驗結(jié)果：

小組一：在常見的紙(作業(yè)本、書、A4、16K、衛(wèi)生紙、面巾紙等)都含有淀粉，但是濾紙中淀粉含量非常少，還可以用白布為替代材料。

實驗證明木材中不含有淀粉，學生查閱資料得知在造紙的過程中要加入淀粉。

淀粉在造紙工業(yè)中的應用可以追溯到造紙技術(shù)發(fā)明的初期。當時，其主要作用是提高書寫紙的強度和平滑度。在含有礦物填料的紙張中，淀粉是除水、纖維和填料之外的用量最大的原料。

淀粉在造紙中的各個階段的應用情況：

(1)造紙的最初階段是打漿，人們根據(jù)紙張的不同要求在其內(nèi)加入填料、增強劑、柔軟劑等，增強劑種類很多。應用最多的是變性淀粉。陰離子、陽離子和兩性變性淀粉均可在制漿中應用，兩性淀粉在理論上是比較理想的產(chǎn)品，添加量為1.0％-2.5％。

(2)在紙或紙板的不同要求中，在抄紙過程可選擇表面施膠和層面增強，施膠劑的種類也很多，使用淀粉進行表面施膠除可提高強度外，還可以減少紙面掉毛，掉粉現(xiàn)象，提高平滑度，使紙面更加細膩，改善印刷性。

(3)在涂布加工紙中粘膠劑是涂料制備中最重要的化學品之一，淀粉在粘膠劑中有不可取代的地位。淀粉在涂料中的應用始于1900年蘇格蘭，到1930年才普遍推廣，淀粉在我國涂布紙中大量應用大約是20世紀80年代。涂料中淀粉含量是6.0％-10.0％。 小組二：水解淀粉常用兩種方法，一是酶水解：用淀粉酶水解淀粉。水解淀粉時，用質(zhì)量分數(shù)為2％的淀粉酶溶液，溫度40-50攝氏度，水解20min。二是酸水解：質(zhì)量分數(shù)為2％鹽酸沸水浴4h以上(根據(jù)紙張的特點適當延長水解時間)。注意事項：白紙在溶液中浸泡時間太長會變得容易損壞，所以在水解之前要將報紙固定在硬質(zhì)材料上，如塑料板、塑料瓶、木板、鐵板等，但酸水解時不能用鐵質(zhì)材料固定。還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與白紙中的淀粉分子接觸。

小組三：除去淀粉一碘絡合物的顏色方法主要有四種：①淀粉酶(專一性水解淀粉)；②NaOH(使碘分子發(fā)生歧化反應)；③加熱(使淀粉分子的空間結(jié)構(gòu)改變)；④加入變性劑如尿素或濃的醇溶液(改變淀粉分子的空間結(jié)構(gòu))。

小組四的一位學生用碘液在白紙上寫字不小心打翻水杯將開水灑到白紙上，驚奇地發(fā)現(xiàn)用碘液寫的字褪去了，由此發(fā)現(xiàn)了一種簡便的方法除去字跡。學生通過實驗得出在65℃以上時褪色較為明顯，開水中褪色最快。白紙上的字跡還可以用熨斗除去，且在熨的時候在白紙上加一層較濕的布，因為有水時字跡才能除干凈，但布太濕了白紙又不容易干，要根據(jù)白紙的質(zhì)量和字跡的深淺確定布的濕度。

附加組：任務是探究加熱使淀粉一碘溶液褪色的原因。由于在實驗過程中偶遇加熱使淀粉一碘溶液褪色這一現(xiàn)象，臨時組建附加小組探究其原因。有學生聯(lián)想到預習“生物必修一第二章第二節(jié)生命活動的主要承擔者——蛋白質(zhì)”時看到這樣一個知識，第23頁與生活的聯(lián)系中說雞蛋煮熟后蛋白質(zhì)發(fā)生變性，原因是高溫使蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)變的伸展。松散。淀粉和蛋白質(zhì)同樣是大分子，推測加熱使淀粉一碘溶液褪色原因是加熱破壞了淀粉分子的空間結(jié)構(gòu)，而淀粉分子的空間結(jié)構(gòu)又是淀粉一碘呈現(xiàn)一定顏色的重要條件。

學生先查閱蛋白質(zhì)變性的相關(guān)知識，蛋白質(zhì)在某些物理和化學因素作用下其特定的空間構(gòu)象被改變，從而導致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)變性。引起蛋白質(zhì)變性的原因可分為物理和化學因素兩類。物理因素可以是加熱、加壓、脫水、攪拌、振蕩、紫外線照射、超聲波的作用等；化學因素有強酸、強堿、尿素、重金屬鹽、濃的醇溶液等。加熱、尿素、濃的醇溶液主要是破壞蛋白質(zhì)分子中的氫鍵。

如果開始做的推測是正確的，那么在淀粉一碘溶液中加入尿素或濃的醇溶液，淀粉的空間結(jié)構(gòu)也會被破壞，而使淀粉—碘溶液顏色褪去。因此學生設(shè)計實驗進行證明。尿素濃度為8mol／L即質(zhì)量分數(shù)為0.48 g／mL。醇溶液用的是分析純乙醇和分析純甲醇。實驗結(jié)果是加入足夠量的尿素會使淀粉一碘溶液褪色。而且稀釋后，加碘可以重新產(chǎn)生顏色反應，這說明尿素濃度大的時候可以使淀粉分子的空間結(jié)構(gòu)改變，而濃度降低后淀粉的空間結(jié)構(gòu)可以恢復。在淀粉溶液中加入濃的醇溶液，淀粉溶液會變得混濁，當醇溶液足夠多時加碘不會形成藍色或紫紅色。在淀粉一碘溶液中加入足夠量的醇溶液會使溶液顏色褪去，這說明濃的醇溶液也能改變淀粉分子的空間結(jié)構(gòu)。將淀粉在某些物理和化學因素作用下其特定的空間構(gòu)象被改變的現(xiàn)象稱為淀粉的變性(在此需要強調(diào)的是所說的淀粉的變性與變性淀粉沒有關(guān)系，僅指空間結(jié)構(gòu)改變)。當變性因素除去后，變性后的淀粉分子又可以重新恢復到天然構(gòu)象，稱之為淀粉的復性。

從高等生物教材中得知，同樣作為大分子的蛋白質(zhì)和核酸在一定條件下都可以發(fā)生變性，而且變性因素除去后也都可以復性，不過有些蛋白質(zhì)變性后就很難復性了，如煮熟的雞蛋。

小組四：利用以上發(fā)現(xiàn)進行知識應用和藝術(shù)創(chuàng)作。

(1)用碘液制作水筆、墨水。

大多數(shù)白紙中都含有淀粉，用碘液制作的水筆和墨水在白紙上寫出的字應該是藍色的。用碘液寫字的優(yōu)點：字跡很容易除去(用NaOH或者加熱)，用加熱的方式(熨斗或者開水)可以將白紙中的字完全除去，晾干后又是一張白紙，可以反復利用提高紙張的利用率，節(jié)約用紙，減少樹木砍伐，保護森林，減少造紙污染，保護環(huán)境。還希望有人能用碘液制作墨盒，那么打印用紙也可反復利用了。

(2)同樣的筆同樣的墨寫出不一樣的字。

預先處理三張濾紙或白布或酸水解后的白紙，一張用糯米溶液浸泡后晾干，一張用大米溶液浸泡后晾干，一張用兩支毛筆分別蘸糯米溶液和大米溶液在紙上畫相間的條帶，條帶的寬度1cmn左右也可以根據(jù)自己的需要設(shè)計不同寬度。每次蘸取少量溶液，多畫幾次。

用毛筆或者鋼筆蘸碘液在處理過的紙上寫字，第一張紙上的字跡是紫紅色的，第二張紙上的字跡是藍色的，第三張紙上的字跡是藍色和紫紅色相間的。用加熱的方式可以將字跡除去，三張紙可以重復利用并且用碘液再寫時字跡的顏色和第一次一致。

(3)字和畫消失與重現(xiàn)。

用毛筆或者鋼筆蘸糯米溶液或者大米溶液在濾紙或白布上寫字，用噴霧或涂布的方式加碘液字跡和畫會出現(xiàn)，加熱或加NaOH字跡和畫會消失，在加碘液字跡和畫又可以再次出現(xiàn)，可反復多次。

一位學生說如果用淀粉溶液寫信，看完信后就可以加熱將字隱藏起來，等要再看時加碘液就行了，就不怕別人偷看了。還有如果用這種神奇的實驗導人新課將深深吸引學生的注意力并感受科學知識的神奇。

最后教師總結(jié)這次探究實驗中學到的知識。

(1)淀粉遇碘變藍但并不是所有淀粉遇碘都變藍，支鏈淀粉遇碘變紫紅色。并不是所有遇碘變藍的都是淀粉，木葡聚糖與碘反應呈現(xiàn)出藍色，并因此被稱為類淀粉，但是這些多糖和淀粉并無結(jié)構(gòu)上的關(guān)系。糖原遇碘變紅。

(2)淀粉酶可以專一性水解淀粉，酸也可以水解淀粉。

(3)堿性條件下碘分子發(fā)生歧化反應，使淀粉一碘絡合物褪色。

(4)大多數(shù)白紙中都含有淀粉，但濾紙中含量較少。

(5)加熱和加入變性劑(尿素或濃的醇溶液可以使淀粉分子空間結(jié)構(gòu)改變)可以使淀粉—碘絡合物褪色。

實驗教學中經(jīng)常會出現(xiàn)意外，對于正確處理實驗中的意外，有以下建議。

(1)教師善于利用學生富有個性的思維方法，不僅使學生敢想、敢說、敢做，而且能拓寬其他學生的思路，豐富學生的思想。善于引導學生用置疑的眼光去評判學習內(nèi)容總會有一些有價值的問題。要善于引導學生進行猜測，通過猜測可以培養(yǎng)學生的直覺思維能力。要善于引導學生進行自由聯(lián)想和想象，想象力是科學研究中的實在因素。

(2)教師科學處理意外現(xiàn)象，有助于提高學生的探究精神。意外的實驗現(xiàn)象，不加任何處理，回避實驗現(xiàn)象，只讓學生記住正確的實驗結(jié)論，就失去了實驗教學的意義。在教學過程中，如果出現(xiàn)了預設(shè)外的實驗問題，不需回避，科學處理更能提高實驗教學效果。

(3)教師培養(yǎng)學生設(shè)計實驗的能力，教師在實施新課程標準中更應大膽轉(zhuǎn)變教學觀念，讓學生自主設(shè)計實驗進行探究。面對實驗意外，在引導學生提出問題和進行猜測的基礎(chǔ)上，教師要指導學生采用控制變量法設(shè)計實驗，利用實驗意外，培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維的能力。

(4)既然實驗意外無法避免，那在遇到這種情況時，教師應從容應對，并在解決實驗意外過程中，培養(yǎng)學生的探究能力、分析綜合能力和解決實際問題的能力l，促進學生全面發(fā)展。這就要求教師必須有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)和較強的實驗教學能力。