蜂蜜在中學化學中的教育價值研究

伍曉春 曾睿源 吳景文 鄧淞

摘要：? 蜂蜜作為熟知的天然食品，含有豐富的有機化合物，如糖類、維生素、有機酸、酚類和酮類等物質，這些化合物的性質與中學化學中常見的化學反應緊密相連。從蜂蜜的化學視角探討其營養(yǎng)成分、釀造過程、存放與沖泡、發(fā)酵及應用、質量標準、生化反應，并挖掘其中的教育價值作為教學參考，有利于培養(yǎng)學生對化學與人體健康、食品安全緊密相關的意識及解決生活實際問題的能力。

關鍵詞：? 蜂蜜； 中學化學； 化學與生活； 教育價值

文章編號： 1005-6629（2024）05-0094-04

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1? 引言

蜂蜜，這一古老的甜食，是由蜜蜂從開花植物蜜腺中采集花蜜，經過獨特的釀造過程而形成的。兩晉時期，郭璞在其《蜜蜂賦》中細膩地描繪了這一過程：“繁布金房，疊構玉室。咀嚼華滋，釀以為蜜，凝如割肪。冰鮮王潤，髓滑蘭香。窮味之美，極甜之長。百藥須之以諧和，扁鵲得之而術良，靈娥御之以艷顏?！边@段描述揭示了蜂蜜的釀造奧秘，展現了蜂蜜的獨特風味及其在生活中的廣泛應用。我國具有源遠流長且燦爛輝煌的蜂文化，是生產、出口蜂蜜大國，且蜂蜜中富含有機化合物。為此，本文從化學視角去研究蜂蜜并探索其教育價值，以期為中學化學教師提供教學參考，培養(yǎng)學生對化學與人體健康、食品安全緊密相關的意識以及解決生活實際問題的能力。

2? 系統(tǒng)認識蜂蜜的化學視角

元素化合物知識是中學化學的重要部分，教師通常從物質的組成、結構、性質、制備、鑒別及用途等方面進行教學。其中物質性質對物質的制備、鑒別方法、存放方式以及應用均有重要影響?；谝陨嫌^點，本文將從營養(yǎng)成分、釀造過程、存放與沖泡、發(fā)酵及應用、質量標準、生化反應六方面，對蜂蜜進行探討。

2.1? 蜂蜜中的營養(yǎng)成分

蜂蜜的化學組成因其來源的蜂種、蜜源和環(huán)境等因素，表現出較大的差異性。盡管蜂蜜種類繁多，但它們的主要成分均為糖類（60%～80%），其次是水分（15%～25%），此外含有1%維生素、0.2%～1.6%（意蜂蜜）或0.1%～3.3%（中蜂蜜）蛋白質、0.04%（淺色蜜）或0.2%（深色蜜）礦物質、0.57%有機酸和其他植物化學成分［1］。表1列出了蜂蜜中含有的營養(yǎng)物質。

2.2? 蜂蜜的釀造過程

春暖花開時，做偵查工作的蜜蜂會飛出去尋到蜜源，并回到蜂群中匯報，此時大量工蜂外出采蜜，將花蜜吸入蜜囊中，與消化液發(fā)生一系列的物理變化和化學反應：首先是物理作用，蜂巢中的內勤蜂振翅扇風，除去原料中多余的水分，使含水量從平均60%～75%降低到18%左右，形成高質量的濃縮蜜液；其次是化學反應，主要涉及糖的化學轉變。采集的花蜜含有蔗糖和淀粉等糖類物質，蜜蜂通過體內分泌的轉化酶，將其分別轉化為還原糖——葡萄糖和果糖，使這些單糖類物質的含量由最初20%增加到約75%左右，即將多糖或二糖分解為人體可直接吸收的單糖類物質［8］。這一過程需要蜜蜂多次完成吸入和吐出的動作，相應地，花蜜等采集物經歷多次的物理和化學變化，轉化或釀造出香甜芬芳的蜂蜜。圖1展示的是枇杷花蜜和蜂蜜的液相色譜圖，可以發(fā)現蜂蜜比枇杷花蜜的葡萄糖和果糖的含量更高，蔗糖含量更低，營養(yǎng)價值相對更高。

2.3? 蜂蜜的存放與沖泡

在一定條件下，蜂蜜能夠保存很久，并沒有特定保質期。這一現象源于以下幾點原因：一是蜂蜜滲透壓高，水分含量低，微生物對低水分環(huán)境較不適應，容易脫水死亡；二是天然蜂蜜呈酸性，pH都在3.2～4.5，而大多數病原菌生長繁殖的適宜pH多在7.2～7.4，因此蜂蜜的這種酸度足以抑制多種病原菌的生長繁殖［9］；三是蜂蜜中含有葡萄糖氧化酶（GOD），可將葡萄糖氧化為葡萄糖酸和過氧化氫，其化學方程式為C6H12O6+H2O+O2GODC6H12O7+H2O2，產生的H2O2依靠其強氧化性，破壞組成細菌和真菌的蛋白質，具有消毒殺菌作用；四是蜂蜜中含有酚類化合物、類黃酮和脯氨酸，具有抗炎、抗氧化、高效的抑菌活性等功能［10］。

盡管蜂蜜保質期很長，在存放上仍有諸多注意事項。蜂蜜存放于玻璃或陶瓷器具最佳，此外也可短時間存放于食品級材料的塑料容器中，切勿存放于金屬容器中。這是由于蜂蜜呈酸性，許多金屬能在酸性環(huán)境下發(fā)生氧化反應，使蜂蜜變黑，遭受重金屬污染。此外需要減少蜂蜜與空氣接觸，溫度保持在5～10℃，空氣濕度不超過75%的環(huán)境中。這是由于高溫和氧氣存在下，蜂蜜中的一些營養(yǎng)物質會發(fā)生化學變化。如圖2表示蜂蜜中的維生素C（L-抗壞血酸）在高溫或氧氣中被氧化破壞的過程，此反應是一個質子解離過程，氧化為L-脫氫抗壞血酸，并進一步水解形成2，3-二酮古洛糖酸，有氧條件下再被氧化為草酸和L-蘇阿糖酸，使營養(yǎng)成分失效，因此沖泡蜂蜜要使用60℃以下的溫水，選用陶瓷或玻璃杯。

2.4? 蜂蜜的發(fā)酵及應用

雖然蜂蜜是高滲透壓物質，一般微生物不能在其中生存，但耐高滲透壓的酵母菌可以在水分活度0.88以上、25～35℃下、pH=5～6時不斷繁殖［11］，分解蜂蜜中的糖分，生成醋酸、酒精、二氧化碳和水，即蜂蜜的發(fā)酵。若在開放環(huán)境下，蜂蜜發(fā)酵產生的氣體就會在表面形成白色氣泡，若在密閉容器中，則可能導致蜂蜜爆炸。蜂蜜發(fā)酵以后，色澤變深，含水量升高，酸度增加，酶值下降，含糖量也下降，降低了食用和利用價值。

雖然酵母菌是蜂蜜發(fā)酵變質的“罪魁禍首”，但也可以利用它釀造口感醇厚的蜂蜜酒。自古以來蜂蜜酒被視為各種風味的酒精原料，如圖3是其制備工藝流程。其中發(fā)酵這一步驟主要是將糖轉化為醇，主要包括以下反應：酵母菌在Ehrlich途徑中代謝葡萄糖，α-酮酸通過丙酮酸或氨基酸的轉氨基/脫氨基作用從糖類中提取，經脫羧作用生成相應的醛。然后，這種醛與NADH輔酶一起還原成相應的醇，如圖4所示。除醇外，酵母菌還會產生少量甘油、高級醇、雙乙酰、乙酰丙酮、2，3-丁二醇、琥珀酸和微量乙酸、乳酸和乙醛，這些物質會對香氣成分和最終口感產生影響［12］。利用發(fā)酵原理，蜂蜜還可以進一步加工為蜂蜜醋、蜂蜜酸奶等。

2.5? 蜂蜜的質量標準

根據蜜源花種和色澤、香氣、味道等特點，我國將蜂蜜劃分為三個等級。一般來說色澤淺、透明度好、氣味清香、滋味甜潤的蜂蜜等級高，反之色澤深、透明度差、氣味濃香、味道甜膩的蜂蜜等級低。理化指標是判斷蜂蜜質量的重要依據，按照理化品質不同，純蜂蜜分為一級品和二級品，為確保蜂蜜的品質和安全，中華全國供銷合作總社對此頒布了《GH/T 18796-2012蜂蜜》［13］。為鑒別蜂蜜的質量是否達到標準，常利用相關的化學反應來進行檢測。

2.6? 蜂蜜的生化反應

蜂蜜因含有酶等生物大分子而聞名，其來源包括蜜蜂、植物花蜜、吸食植物的昆蟲的分泌物或排泄物及微生物（如酵母菌）。蜂蜜的生化反應可分為酶催化反應和非酶催化反應兩種，這些反應會影響蜂蜜的質量和生物活性，如表2所示［14］。

3? 蜂蜜的教育價值

新課標更注重情境素材的具體化和情境教學的可實施性［15］。在化學教材中，真實情境素材往往來源于生活經驗、自然情境、化學史、科學探究、生產應用等；在化學試題中，情境可分為STSE、生活經驗、科學史實、科學探究、模型模擬等。基于上述對蜂蜜的綜合研究，將其中的教學情境素材分為自然生態(tài)類、生活經驗類和生產技術類，并分類闡述。

3.1? 自然生態(tài)類情境

自然界的化學物質和反應豐富多樣，引導探索能增進學生對化學和生態(tài)的認識，深入研究其原理及應用。釀造蜂蜜時，糖類經歷的化學變化主要是由蜜蜂唾液中的轉化酶參與糖的水解反應。在人教版高中化學必修第二冊中，要求學生對糖類進行分類，了解糖類的結構和性質，掌握蔗糖、淀粉水解的化學方程式。蜂蜜釀造的一個重要過程是將多糖和雙糖轉化為單糖，這與學生需要掌握的糖類知識緊密關聯。蜂蜜中還存在各種酶促的生化反應，可作為“化學反應速率”中解釋生命現象也存在大量催化作用的實例。蜜蜂是人類的良師益友，蜂蜜是人類的健康之友，教師可通過講述或讓學生去室外觀察蜜蜂采集蜂蜜、釀造蜂蜜的過程，學生既能初步了解有機化學中糖類物質的知識，認識到生物體內幾乎所有化學反應都存在酶的催化，還能培養(yǎng)觀察與探究能力，增進對生命和自然的熱愛。

3.2? 生活經驗類情境

化學與生活有著密切聯系，如食品和營養(yǎng)、醫(yī)療和健康、環(huán)境和能源等領域均需要化學知識才能使其不斷發(fā)展。學生意識到化學知識可以用來解決日常生活中的問題時，自然對化學產生濃厚興趣。教師可引入更多生活實例，充實課堂內容，提升教學效果。表3列出了中學化學教材里學生需要掌握的內容以及有關蜂蜜知識的應用。

3.3? 生產技術類情境

遵循STSE教育理念，結合工業(yè)生產、科學技術進行化學教學，是推動理論與實踐相結合的重要途徑。蜂蜜發(fā)酵過程中產生的糖類、醋酸和乙醇等有機物是高中化學教材的重點內容，課標也將我國釀酒技術與酒文化、我國釀造技術與食醋文化納入了情境素材建議。在人教版化學教材必修第二冊“乙醇與乙酸”一節(jié)中，教師可利用波士頓蜜糖爆炸事件的新聞作為引入，啟發(fā)學生思考為什么蜜糖會高中化學選擇性必修3要求學生認識有機酸、酮類、酚類物質的性質。

蜂蜜是一種新型的抗氧化劑，其強大的抗氧化能力主要歸功于其中的有機酸、酚類、類黃酮類等生物活性成分。如酚類化合物能抑制DNA損傷，對機體中自由基的清除效果顯著［16，17］。深入了解蜂蜜的抗氧化性作用，有助于學生體會化學與食品、醫(yī)療的緊密聯系。

爆炸，從而學習葡萄糖、乙醇、乙酸之間的轉化關系。此外動手實踐和跨學科實踐活動對發(fā)展學生技術素養(yǎng)以及發(fā)揮課程育人功能有重要作用［18］，因此可以開展制備蜂蜜酒或蜂蜜醋為主題的課外活動，作為化學和生物學科融合的教學實踐。另外，根據課標要求，學生需要了解測定有機化合物分子結構、組成等常用儀器分析方法。由于蜂蜜的質量因成分差異而有所不同，教師可以向學生介紹檢測蜂蜜中果糖和蔗糖含量的現代儀器，如液相色譜儀、糖度折光儀和紅外光譜儀等，來評估蜂蜜的品質，以展現現代科學儀器在物質成分和結構測定方面的價值。

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