“植物芳香油的提取”教學(xué)組織

1、“植物芳香油的提取”教學(xué)組織 人民教育出版社課程教材研究所吳成軍植物芳香油的提取”課題，對(duì)應(yīng)課程標(biāo)準(zhǔn)中的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是“研究從生物材料中提取某些特定成分”。該課題實(shí)驗(yàn)涉及較多的化學(xué)儀器及比較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作，也存在課堂教學(xué)的有效組織問(wèn)題，下面對(duì)該課題實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的教學(xué)建議。1 習(xí)得基礎(chǔ)知識(shí)芳香油是指具有一定香味和揮發(fā)性的帖類、酯類等物質(zhì)，又稱精油或揮發(fā)油。植物的根、莖、葉、花、果實(shí)、種子等六大器官中都可以提取到芳香油，如人們常見(jiàn)的生姜油、香草油、薰衣草油、玫瑰油、杏仁油和茴香油，等等。動(dòng)物體內(nèi)也可以提取芳香油，如從麝中提取的麝香油，從抹香鯨中提取的抹香鯨油。人們從微生物真菌中也提取到了

2、芳香油。芳香油的作用主要有三種：一是作為香料，如各種香水和化妝品，這是目前使用最為廣泛的用途；二是調(diào)味品，如食品和糕點(diǎn)中加入了少量的芳香油，用于調(diào)節(jié)味道，激發(fā)食欲；三是用作藥物，如牙科消炎的丁香油，提神、驅(qū)蟲(chóng)的清涼油，等等。學(xué)生極容易將食用植物油與芳香油相混淆。因?yàn)檫@兩者都有共同的物理特性，即具有一定的香味和揮發(fā)性。但從化學(xué)本質(zhì)來(lái)看，芳香油的成分非常復(fù)雜，主要是一些萜類化合物（一類碳?xì)浠衔铮┘捌溲苌?，也有一些酯類，如玫瑰精油和香蕉精油中含有大量的酯類物質(zhì)；而食用植物油是高級(jí)脂肪酸的甘油酯，沸點(diǎn)高，揮發(fā)性差；從作用來(lái)看，芳香油與食用植物油有很大不同，主要體現(xiàn)在：芳香油能夠散發(fā)出芬芳?xì)馕?，使?/p>

3、身心爽快，有助于消除疲勞，恢復(fù)精力，還可不同程度地提高人體神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)的功能，幫助人體提高免疫力，具有保健、美容等作用。提取芳香油的常用方式有三種：蒸餾、壓榨和萃取（見(jiàn)下表）。提取方法原理常見(jiàn)材料材料特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)蒸餾利用水蒸氣將揮發(fā)性較強(qiáng)的植物芳香油攜帶出來(lái)，形成油水混合物，冷卻后再分離 玫瑰、薄荷葉、金合歡、薰衣草，等等有效成分的化學(xué)性穩(wěn)定，不易水解設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，是生產(chǎn)芳香油的主要方法油水混合物中水分含量較多；油水不易分離；部分有效成分不易隨水蒸氣散發(fā)出來(lái)壓榨通過(guò)機(jī)械壓力將組織、器官中的有效成分?jǐn)D壓出來(lái)柑橘、檸檬，等等部分組織、結(jié)構(gòu)中含有精油，如柑桔皮的油囊操作簡(jiǎn)單，針對(duì)性強(qiáng)材

4、料中的其他成分會(huì)被壓榨出來(lái)萃取利用芳香油易于溶入有機(jī)溶劑來(lái)進(jìn)行分離（相似相溶原理）茉、桂花，等等有效成分不易隨水蒸氣揮發(fā)效率高材料必須盡可能細(xì)??；有機(jī)溶劑可能有一定的毒性，而且不易與芳香油分離上表中提到的蒸餾法，指的是教材中提到的簡(jiǎn)化水蒸氣蒸餾法，其缺點(diǎn)也是針對(duì)此法而說(shuō)的。除上述方法外，提取芳香油的方法還有吸香法、浸泡法，等等。2 正確定位教學(xué)目標(biāo)以上提取芳香油的基本方法中，壓榨的基本原理相對(duì)簡(jiǎn)單，知識(shí)性內(nèi)容比較淺顯，絕大多數(shù)的生物實(shí)驗(yàn)室缺乏相應(yīng)的壓榨設(shè)備，因此，實(shí)踐性不強(qiáng)；萃取的原理和實(shí)驗(yàn)操作在化學(xué)課中已有相應(yīng)的體現(xiàn)，萃取芳香油的最大難點(diǎn)是萃取溶劑和芳香油仍需蒸餾分離，同時(shí)萃取劑有一定的毒性

5、，并不適合大多數(shù)的芳香油的提取，在中學(xué)生物室中很難操作。蒸餾法（水蒸氣）原理簡(jiǎn)單，操作時(shí)有一定的技能要求，能夠有效地培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，與“生物技術(shù)實(shí)踐”模塊的課程目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，是一致的?；谝陨戏治觯卮_定如下的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2.1 教學(xué)目標(biāo)（1）說(shuō)出芳香油的基本定義，舉例說(shuō)出常見(jiàn)芳香油的名稱和作用。（2）說(shuō)出提取植物芳香油的常見(jiàn)方法和基本原理。（3）嘗試根據(jù)常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)材料選擇恰當(dāng)?shù)奶崛》椒?。?）進(jìn)行提取芳香油的實(shí)驗(yàn)操作。 2.2 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：提取植物芳香油的常見(jiàn)方法和基本原理；根據(jù)常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)材料選擇恰當(dāng)?shù)奶崛》椒ǎ贿\(yùn)用水蒸氣蒸餾法從植物材料中

6、提取芳香油。教學(xué)難點(diǎn)：運(yùn)用水蒸氣蒸餾法從植物材料中提取芳香油；實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安裝和使用；實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織和管理。3 熟悉技術(shù)操作及要求本課題的主要目標(biāo)是運(yùn)用蒸餾法從植物材料中提取芳香油。以下是實(shí)驗(yàn)操作流程。處理材料時(shí)，盡量將材料剪碎或碾碎，如將花瓣用剪刀剪碎，將干花用研缽磨碎，等等，這樣做便于水和水蒸氣與材料充分接觸，以利出油。安裝儀器：儀器的安裝是比較復(fù)雜的操作，是實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)之一。下面的圖示為儀器安裝的基本流程。其中難度較大的是調(diào)節(jié)蒸餾瓶、冷凝管和接收瓶三者之間的高度和距離。冷凝管的安裝非常重要，主要涉及兩個(gè)方面，一是要注意冷凝管的進(jìn)水口在下，出水口在上，并保持適當(dāng)?shù)膬A斜度；二是與進(jìn)水口相連接的橡

7、皮管應(yīng)與水龍頭相連，依靠自來(lái)水在冷凝管中逆流達(dá)到充分冷卻的效果，因此，水龍頭與橡皮管一定要連接緊密。而大多數(shù)生物實(shí)驗(yàn)室的放水設(shè)備并未考慮到這一點(diǎn)，因此需要進(jìn)行改造或設(shè)法彌補(bǔ)。添加材料：材料可以在安裝蒸餾瓶前放入。這里需要特別注意，一是避免將碎片狀或粉末狀的材料粘附在蒸餾瓶的瓶口；二是材料和水要保持一定的比例，一般500mL的蒸餾瓶可添加材料1020 g,用水300 mL。加熱蒸餾：為節(jié)約酒精，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，可用熱水進(jìn)行蒸餾，剛開(kāi)始時(shí)火焰可大些，燒開(kāi)后改用小火，蒸餾時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，一般實(shí)驗(yàn)1520 min即可。蒸餾的初期，冷卻水流速可小些，待有較多的水蒸氣通過(guò)時(shí)，冷卻水流速可適當(dāng)大些（注意節(jié)約用水

8、）。蒸餾時(shí)要控制好速度，通常以每秒生成23滴油水混合物為宜。獲取油水混合物：如觀察到接收瓶中出現(xiàn)了明顯的油層或不再出油時(shí)，即可停止加熱。此時(shí)，應(yīng)先撤出熱源，然后停止進(jìn)水，最后拆卸蒸餾裝置，拆卸的順序與安裝時(shí)剛好相反。分離油層和獲取精油：蒸餾得到的油水混合物分層現(xiàn)象并不十分明顯，因油較少，水較多，因此，不易直接將油和水分離?？刹捎弥睆胶腿萘枯^小的接受瓶，觀察到的油層更加明顯一些。此時(shí)，可在油水混合物中加入一定質(zhì)量的食鹽，使水層成飽和食鹽水溶液，達(dá)到降低芳香油在水中的溶解度，然后將其倒入分液漏斗，待油層和水層分層明顯后，打開(kāi)頂塞，將活塞緩緩旋開(kāi)，放掉下層的水分，然后將油層從頂口倒入接收瓶中，向接收

9、瓶中加入無(wú)水硫酸鈉，吸去油層中含有的微量水分，稍振蕩后，靜置片刻，最后，用濾紙過(guò)濾，除去五水硫酸鈉晶體，此時(shí)，就可得到濃縮的精油。4 采取有效的教學(xué)組織，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣3.1 課外搜集資料，課內(nèi)展示成果由于學(xué)生對(duì)提取芳香油非常感興趣，教師可提前讓一部分學(xué)生收集資料，制成幻燈在課堂上展示。學(xué)生搜集的資料分兩部分，一部分是從互聯(lián)網(wǎng)和相關(guān)書籍刊物上獲取芳香油的相關(guān)知識(shí)，如芳香油的具體名稱、作用、制作方法、歷史發(fā)展，等等；另一方面是進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查，讓學(xué)生到相關(guān)超市（如化妝品超市），調(diào)查統(tǒng)計(jì)有哪些產(chǎn)品添加了芳香油，這些芳香油的名稱是什么？有什么作用？將這些感性的資料和調(diào)查結(jié)果在課堂上展示，與其他學(xué)生分

10、享，以此來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)欲望。3.2 從生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的探究興趣隨著人們生活的改善，由少數(shù)有錢人享受的芳香油，目前已成為普通大眾經(jīng)常消費(fèi)的常見(jiàn)商品了，教學(xué)中教師可列舉生活中常見(jiàn)的芳香油，如玫瑰精油、薰衣草精油、精涼油、薄荷油等耳熟能詳?shù)拿Q及其作用來(lái)說(shuō)明芳香油與人們生活的關(guān)系，并用“要生產(chǎn)1滴純正的玫瑰精油，大約需要5kg的玫瑰花瓣，而玫瑰精油稱為液體黃金，比黃金的價(jià)格還貴”，以激發(fā)學(xué)生了解芳香油的基本知識(shí)，學(xué)習(xí)提取玫瑰精油的興趣。3.3 分析實(shí)驗(yàn)材料，找出合適的提取方法實(shí)驗(yàn)材料的不同，采取的提取方法各不相同。教學(xué)過(guò)程中可提供一些即將用到的實(shí)驗(yàn)材料，如生姜、橘皮、薄荷葉、玫瑰

11、、桂花供學(xué)生分析，討論采取什么樣的提取方法比較適宜，進(jìn)而總結(jié)出提取芳香油的三種主要的方法，然后分析這三種方法的基本原理、材料特點(diǎn)，提取的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。3.4 厘清實(shí)驗(yàn)儀器的作用和使用方法，注意操作細(xì)節(jié)提取玫瑰精油用到的水蒸氣蒸餾法，涉及到最重要的實(shí)驗(yàn)儀器就是蒸餾瓶和冷凝管，冷凝管的構(gòu)造及其作用原理需要教師認(rèn)真講解，并提出以下問(wèn)題供學(xué)生思考：冷凝管的構(gòu)造有何特點(diǎn)，其作用是什么？蒸汽從哪里通過(guò)，冷凝水從哪里通過(guò)？蒸汽的流動(dòng)方向?yàn)槭裁磁c冷凝水的流動(dòng)方向相反？誰(shuí)是進(jìn)水管，誰(shuí)是出水管？冷凝管為什么要保持一定的傾斜角度？如何控制冷凝水的流動(dòng)和流速？等等。對(duì)這些問(wèn)題的進(jìn)行認(rèn)真地討論，有利于學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理，進(jìn)

12、行正常的儀器操作，也有利于學(xué)生控制冷凝水的流速和節(jié)約用水。3.5 以組為單位，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)操作為激發(fā)實(shí)驗(yàn)興趣，讓同學(xué)們有更多的實(shí)驗(yàn)感受，可將學(xué)生分成小組，每組由48位學(xué)生組成（見(jiàn)右圖），共同完成實(shí)驗(yàn)儀器的安裝和提取精油的全部實(shí)驗(yàn)。提供給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)材料可以是上文中提到的一些材料，如鮮玫瑰花瓣、干玫瑰花瓣、橘皮、生姜、干桂花、薄荷葉等等，讓不同小組的同學(xué)選擇不同的實(shí)驗(yàn)材料，各個(gè)小組的同學(xué)可以相互觀摩和交流，最后由小組代表展示實(shí)驗(yàn)成果，講述制作過(guò)程和制作心得。5 課后總結(jié)與反思5.1 實(shí)驗(yàn)材料的獲取和準(zhǔn)備很多老師認(rèn)為，本實(shí)驗(yàn)最困難的事情是無(wú)法準(zhǔn)備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)材料，因?yàn)闊o(wú)法獲得充足的鮮玫瑰花瓣。其實(shí)不然，學(xué)

13、生中就有很多的資源可以利用。筆者介紹一個(gè)真實(shí)的教學(xué)案例，本人在帶領(lǐng)學(xué)生做該實(shí)驗(yàn)之前也有與大多數(shù)老師一樣的顧忌，從哪里弄到哪么多的鮮玫瑰花瓣呢？我在征詢學(xué)生意見(jiàn)時(shí)，學(xué)生告訴我，他們有辦法，果不其然，第二天，僅一個(gè)小組的同學(xué)就輕松地弄來(lái)三大包鮮玫瑰花瓣（見(jiàn)右圖）。原來(lái)，學(xué)生到學(xué)校附近的鮮花店，向店主講明原因，讓店主將賣玫瑰花時(shí)去掉的外層花瓣留下來(lái)供他們實(shí)驗(yàn)，因這些花瓣已沒(méi)有利用價(jià)值，店主當(dāng)然樂(lè)意支持學(xué)生的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。通過(guò)這件事情，讓我明白了學(xué)生具有很強(qiáng)的實(shí)踐能力，我們應(yīng)該充分利用學(xué)生的潛能，利用各種有效的教學(xué)資源來(lái)為我們的教育教學(xué)服務(wù)。地處農(nóng)村和小城鎮(zhèn)的老師可能無(wú)法像我一樣獲取鮮玫瑰花瓣，但實(shí)驗(yàn)材料

14、隨處可得，如孜然、橘皮、生姜、桂皮等等都是很容易得到的實(shí)驗(yàn)材料，干玫瑰花很便宜而且容易買到，很多校園種植了較多的桂花樹(shù)，每到桂花花開(kāi)時(shí)，收集這些花瓣留待實(shí)驗(yàn)，都是不錯(cuò)的選擇。5.2 實(shí)驗(yàn)儀器的準(zhǔn)備和安裝本實(shí)驗(yàn)要用到蒸餾瓶和冷凝管等實(shí)驗(yàn)儀器，一般情況下可以從化學(xué)實(shí)驗(yàn)室借到，也可以提前購(gòu)買。實(shí)驗(yàn)儀器安裝環(huán)節(jié)難度最大的部分是與冷凝管的進(jìn)水管相連的橡皮管太小，無(wú)法與水龍頭很好地銜接，這些環(huán)節(jié)都需要教師提前實(shí)驗(yàn)，找到比較好的解決辦法。教材圖示采用的蒸餾法是簡(jiǎn)化的水蒸氣蒸餾法，用此種方法，操作相對(duì)容易一些，但由于材料和水充分接觸，芳香油的大多數(shù)有效成分會(huì)溶于水中，隨蒸汽揮發(fā)的有效成份只有一小部分，另外，部分有效成分會(huì)過(guò)熱分解，因此，簡(jiǎn)化水蒸氣蒸餾的效果并不理想。為提高出油率，實(shí)驗(yàn)時(shí)可采取完整的水蒸氣蒸餾法（見(jiàn)右圖）。與教材相比較，圖中增加了一個(gè)長(zhǎng)頸圓底燒瓶，材料放在瓶中，通過(guò)加熱水蒸氣發(fā)生器產(chǎn)生低壓飽和蒸汽，蒸汽再與材料充分接觸，由于蒸汽濕度高、溫度也高，因此，出油效率高，同時(shí)也有利于縮短蒸餾時(shí)間，節(jié)省燃料，提高油的質(zhì)量。水蒸氣蒸餾法在提取芳香油中應(yīng)用廣泛，植物的花、葉一般采用此法。5.3 正確看待實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與我們預(yù)期的結(jié)果有一定的差距。以鮮玫瑰花瓣為例，蒸餾得到的