蜂蜜在中學(xué)化學(xué)中的教育價值研究

摘要：

蜂蜜作為熟知的天然食品，含有豐富的有機(jī)化合物，如糖類、維生素、有機(jī)酸、酚類和酮類等物質(zhì)，這些化合物的性質(zhì)與中學(xué)化學(xué)中常見的化學(xué)反應(yīng)緊密相連。從蜂蜜的化學(xué)視角探討其營養(yǎng)成分、釀造過程、存放與沖泡、發(fā)酵及應(yīng)用、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生化反應(yīng)，并挖掘其中的教育價值作為教學(xué)參考，有利于培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)與人體健康、食品安全緊密相關(guān)的意識及解決生活實際問題的能力。關(guān)鍵詞：

蜂蜜；中學(xué)化學(xué)；化學(xué)與生活；教育價值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(jīng)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(xì)膩地描繪了這一過程：“繁布金房，疊構(gòu)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(shù)良，靈娥御之以艷顏。”這段描述揭示了蜂蜜的釀造奧秘，展現(xiàn)了蜂蜜的獨特風(fēng)味及其在生活中的廣泛應(yīng)用。我國具有源遠(yuǎn)流長且燦爛輝煌的蜂文化，是生產(chǎn)、出口蜂蜜大國，且蜂蜜中富含有機(jī)化合物。為此，本文從化學(xué)視角去研究蜂蜜并探索其教育價值，以期為中學(xué)化學(xué)教師提供教學(xué)參考，培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)與人體健康、食品安全緊密相關(guān)的意識以及解決生活實際問題的能力。2

系統(tǒng)認(rèn)識蜂蜜的化學(xué)視角元素化合物知識是中學(xué)化學(xué)的重要部分，教師通常從物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備、鑒別及用途等方面進(jìn)行教學(xué)。其中物質(zhì)性質(zhì)對物質(zhì)的制備、鑒別方法、存放方式以及應(yīng)用均有重要影響。基于以上觀點，本文將從營養(yǎng)成分、釀造過程、存放與沖泡、發(fā)酵及應(yīng)用、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生化反應(yīng)六方面，對蜂蜜進(jìn)行探討。2.1

蜂蜜中的營養(yǎng)成分蜂蜜的化學(xué)組成因其來源的蜂種、蜜源和環(huán)境等因素，表現(xiàn)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(zhì)、0.04%（淺色蜜）或0.2%（深色蜜）礦物質(zhì)、0.57%有機(jī)酸和其他植物化學(xué)成分［1］。表1列出了蜂蜜中含有的營養(yǎng)物質(zhì)。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(xué)反應(yīng)：首先是物理作用，蜂巢中的內(nèi)勤蜂振翅扇風(fēng)，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(zhì)量的濃縮蜜液；其次是化學(xué)反應(yīng)，主要涉及糖的化學(xué)轉(zhuǎn)變。采集的花蜜含有蔗糖和淀粉等糖類物質(zhì)，蜜蜂通過體內(nèi)分泌的轉(zhuǎn)化酶，將其分別轉(zhuǎn)化為還原糖——葡萄糖和果糖，使這些單糖類物質(zhì)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(zhì)［8］。這一過程需要蜜蜂多次完成吸入和吐出的動作，相應(yīng)地，花蜜等采集物經(jīng)歷多次的物理和化學(xué)變化，轉(zhuǎn)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(xiàn)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(zhì)期。這一現(xiàn)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(yīng)，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(shù)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(xué)方程式為C6H12O6+H2O+O2GODC6H12O7+H2O2，產(chǎn)生的H2O2依靠其強(qiáng)氧化性，破壞組成細(xì)菌和真菌的蛋白質(zhì)，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(zhì)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(yīng)，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(zhì)會發(fā)生化學(xué)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(yīng)是一個質(zhì)子解離過程，氧化為L-脫氫抗壞血酸，并進(jìn)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?fàn)I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(yīng)用雖然蜂蜜是高滲透壓物質(zhì)，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(chǎn)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(dǎo)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(zhì)的“罪魁禍?zhǔn)住?，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(fēng)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(zhuǎn)化為醇，主要包括以下反應(yīng)：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(zhuǎn)氨基/脫氨基作用從糖類中提取，經(jīng)脫羧作用生成相應(yīng)的醛。然后，這種醛與NADH輔酶一起還原成相應(yīng)的醇，如圖4所示。除醇外，酵母菌還會產(chǎn)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(zhì)會對香氣成分和最終口感產(chǎn)生影響［12］。利用發(fā)酵原理，蜂蜜還可以進(jìn)一步加工為蜂蜜醋、蜂蜜酸奶等。2.5

蜂蜜的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)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(biāo)是判斷蜂蜜質(zhì)量的重要依據(jù)，按照理化品質(zhì)不同，純蜂蜜分為一級品和二級品，為確保蜂蜜的品質(zhì)和安全，中華全國供銷合作總社對此頒布了《GH/T18796-2012蜂蜜》［13］。為鑒別蜂蜜的質(zhì)量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，常利用相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行檢測。2.6

蜂蜜的生化反應(yīng)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(yīng)可分為酶催化反應(yīng)和非酶催化反應(yīng)兩種，這些反應(yīng)會影響蜂蜜的質(zhì)量和生物活性，如表2所示［14］。3

蜂蜜的教育價值新課標(biāo)更注重情境素材的具體化和情境教學(xué)的可實施性［15］。在化學(xué)教材中，真實情境素材往往來源于生活經(jīng)驗、自然情境、化學(xué)史、科學(xué)探究、生產(chǎn)應(yīng)用等；在化學(xué)試題中，情境可分為STSE、生活經(jīng)驗、科學(xué)史實、科學(xué)探究、模型模擬等?；谏鲜鰧Ψ涿鄣木C合研究，將其中的教學(xué)情境素材分為自然生態(tài)類、生活經(jīng)驗類和生產(chǎn)技術(shù)類，并分類闡述。3.1

自然生態(tài)類情境自然界的化學(xué)物質(zhì)和反應(yīng)豐富多樣，引導(dǎo)探索能增進(jìn)學(xué)生對化學(xué)和生態(tài)的認(rèn)識，深入研究其原理及應(yīng)用。釀造蜂蜜時，糖類經(jīng)歷的化學(xué)變化主要是由蜜蜂唾液中的轉(zhuǎn)化酶參與糖的水解反應(yīng)。在人教版高中化學(xué)必修第二冊中，要求學(xué)生對糖類進(jìn)行分類，了解糖類的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，掌握蔗糖、淀粉水解的化學(xué)方程式。蜂蜜釀造的一個重要過程是將多糖和雙糖轉(zhuǎn)化為單糖，這與學(xué)生需要掌握的糖類知識緊密關(guān)聯(lián)。蜂蜜中還存在各種酶促的生化反應(yīng)，可作為“化學(xué)反應(yīng)速率”中解釋生命現(xiàn)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(xué)生去室外觀察蜜蜂采集蜂蜜、釀造蜂蜜的過程，學(xué)生既能初步了解有機(jī)化學(xué)中糖類物質(zhì)的知識，認(rèn)識到生物體內(nèi)幾乎所有化學(xué)反應(yīng)都存在酶的催化，還能培養(yǎng)觀察與探究能力，增進(jìn)對生命和自然的熱愛。3.2

生活經(jīng)驗類情境化學(xué)與生活有著密切聯(lián)系，如食品和營養(yǎng)、醫(yī)療和健康、環(huán)境和能源等領(lǐng)域均需要化學(xué)知識才能使其不斷發(fā)展。學(xué)生意識到化學(xué)知識可以用來解決日常生活中的問題時，自然對化學(xué)產(chǎn)生濃厚興趣。教師可引入更多生活實例，充實課堂內(nèi)容，提升教學(xué)效果。表3列出了中學(xué)化學(xué)教材里學(xué)生需要掌握的內(nèi)容以及有關(guān)蜂蜜知識的應(yīng)用。3.3

生產(chǎn)技術(shù)類情境遵循STSE教育理念，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)進(jìn)行化學(xué)教學(xué)，是推動理論與實踐相結(jié)合的重要途徑。蜂蜜發(fā)酵過程中產(chǎn)生的糖類、醋酸和乙醇等有機(jī)物是高中化學(xué)教材的重點內(nèi)容，課標(biāo)也將我國釀酒技術(shù)與酒文化、我國釀造技術(shù)與食醋文化納入了情境素材建議。在人教版化學(xué)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(xué)生思考為什么蜜糖會高中化學(xué)選擇性必修3要求學(xué)生認(rèn)識有機(jī)酸、酮類、酚類物質(zhì)的性質(zhì)。蜂蜜是一種新型的抗氧化劑，其強(qiáng)大的抗氧化能力主要歸功于其中的有機(jī)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(jī)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(xué)生體會化學(xué)與食品、醫(yī)療的緊密聯(lián)系。爆炸，從而學(xué)習(xí)葡萄糖、乙醇、乙酸之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。此外動手實踐和跨學(xué)科實踐活動對發(fā)展學(xué)生技術(shù)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(xué)和生物學(xué)科融合的教學(xué)實踐。另外，根據(jù)課標(biāo)要求，學(xué)生需要了解測定有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)、組成等常用儀器分析方法。由于蜂蜜的質(zhì)量因成分差異而有所不同，教師可以向?qū)W生介紹檢測蜂蜜中果糖和蔗糖含量的現(xiàn)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(zhì)，以展現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)儀器在物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)測定方面的價值。參考文獻(xiàn)：［1］蜂蜜中功能營養(yǎng)成分及特征研究進(jìn)展［J］.農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與