高中生物学“酸奶的制作”实验教学探究*

陈 亮 温 馨

（成都石室中学 四川成都 610041）

1 实验目的

课程标准中的教学提示， 教师既要使用讲授演示的方式进行教学， 更要为学生提供实验条件及必要的参考资料，指导其设计和进行实验。

利用微生物制作传统发酵食品是对学生的一个技能要求，对比现在使用的选修1 教材，学校还未开展利用乳酸菌制作酸奶的实验。因此，针对这个实验进行了前期的探索， 试图找到一整套适合班级教学的实验实施方案。

首先，进行实验操作的目的是让学生理解“利用微生物的特定功能规模化生产对人类有用的产品”这一教学目标。 针对乳酸菌的特点，教师设置了更为细化的探究目标，例如探究空气（氧气）、温度、发酵时间、碳源种类对乳酸菌的代谢影响等。其次，对于实验还需要考虑其他的因素，例如：时间的长短（操作部分尽量能在1 课时完成，发酵过程尽量能让学生充分观察）；班级人数与本校实验设备的冲突； 实验过程中如何调动和培养学生的探索与协作能力等。 最后，可以增加一个让学生相互盲品的活动， 既可以体验食品制作过程中对酸奶口感的要求，又可以让学生之间有了交流。

整个探索过程， 教师首先查阅了多种关于乳酸菌和酸奶制作的资料，整理制定相关方案；购买实验器材和原料；最后实施。

2 实验流程

2.1 材料和设备 考虑到实验材料的获取途径以及普遍适用性， 本次实验选取市售无菌无添加纯牛奶以及市售5 菌型乳酸菌粉（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌）。

100 mL 布丁瓶、1 000 mL 烧杯、玻璃棒、电磁炉、烧水锅、隔热手套、生化培养箱。

2.2 实验分组

1）以1 000 mL 牛奶计算，按照乳酸菌粉的添加，分为2 g、5 g、8 g 组。

2）按照碳源的种类，分为无糖（乳糖）、蔗糖（乳糖+蔗糖）、葡萄糖（乳糖+葡萄糖）组，蔗糖和葡萄糖的添加量分别为7 g/1 000 mL 牛奶。

3）按照培养温度的变化，分为35℃、40℃、45℃组。

4）乳酸菌是厌氧菌，此次实验增设了附加组（有孔、无盖），用以探究空气（氧气）对乳酸菌的代谢影响。

2.3 实验步骤

1）将器材洗净，沸水条件下，对布丁瓶、烧杯、玻璃棒进行灭菌5 min。

2）按比例称取乳酸菌、蔗糖、葡萄糖。

3）向烧杯中加入牛奶、乳酸菌粉（蔗糖／葡萄糖），用玻璃棒搅拌均匀。

4）将搅拌均匀的牛奶分装到布丁瓶中。

5）分装后立即密封。

6）放进生化培养箱，按不同温度梯度（35℃、40℃、45℃）分别培养。

7）每隔1 h 观察一次，记录发酵情况，到达发酵终点时取出，置于2～6℃冰箱中保存。

注：1）发酵时间不超过24 h。 2）发酵终点判断： 将酸奶瓶倾斜30°观察无液体流动时确定为发酵终点，记录发酵时间。

3 实验结果及结论

实验结果如表1、表2、表3 所示。

表1 35℃组发酵时间（h）

表2 40℃组发酵时间（h）

表3 45℃组发酵时间（h）

3.1 温度的影响 35℃或45℃对市售5 菌型乳酸菌粉中某些菌种有杀灭或抑制生长作用。

表1、表3 显示， 35℃组在24 h 内无法完成发酵，在45℃条件下，碳源种类、乳酸菌含量对乳酸菌代谢影响无显著差别。

通过对比各菌种的适宜生长温度： 保加利亚乳杆菌生长适温为44～45℃，50℃亦能生长，25～35℃生长不良，15℃停止发育。嗜热乳杆菌最适生长温度为42℃。嗜酸乳杆菌最适生长温度为36～38℃。植物乳杆菌最适生长温度为30～35℃。 干酪乳杆菌最适生长温度为37℃。

推测35℃或45℃对其中某些菌种有杀灭或抑制生长作用，具体生理机制待下一步分析。

本文讨论以表2 为主。

3.2 碳源种类的影响 乳酸菌消耗碳源的顺序依次为葡萄糖、乳糖、蔗糖，且蔗糖不易被乳酸菌利用。

据盲品结果（见3.5）显示，蔗糖的添加能够增加甜度，葡萄糖的添加对甜度没有贡献（最先被乳酸菌消耗）。 初步推断，乳酸菌消耗碳源的顺序依次为葡萄糖、乳糖、蔗糖，且蔗糖不易被乳酸菌利用（有甜味），具体生理机制可待下一步分析。

表2 显示，当乳酸菌含量充足（8 g）时，发酵时间，葡萄糖组＞蔗糖组=无糖组。 进一步验证推测：乳酸菌消耗碳源的顺序依次为葡萄糖、乳糖、蔗糖，且蔗糖不易被乳酸菌利用。

3.3 乳酸菌含量的影响 在碳源含量不变的前提下，乳酸菌含量的增加能够减少发酵时间，且增加到一定量后不再有明显影响。

表2 显示，无糖组、蔗糖组的发酵时间随乳酸菌含量的增加而减少，增加到一定量（8 g）后不再有明显影响。 推测碳源（乳糖）被消耗完后，乳酸菌达到代谢平衡状态，不再继续发酵，且蔗糖不易被乳酸菌利用。

而葡萄糖组中，随着乳酸菌含量的增加，发酵时呈先减少后增加的趋势。 推测在乳酸菌含量为2 g 时，缓慢消耗部分碳源（葡萄糖）后即达到代谢平衡状态；乳酸菌含量为5 g 时，迅速消耗部分碳源（葡萄糖）后即达到代谢平衡状态；乳酸菌含量为8 g 时，迅速消耗部分碳源（葡萄糖）后未达到代谢平衡状态，继续消耗另一部分碳源（乳糖），因此乳酸菌含量的增加反而增加了发酵时间，具体生理机制可待进一步研究。

3.4 空气（氧气）的影响 表2 显示， 附加组并未受到空气（氧气）影响，且发酵时间比同组有盖条件下少3 h。 推测：1）生化培养箱内空气含量较少且密封性能良好；2）无盖或有孔条件下传热更快。

建议利用带有通风性能的保温设备再次探究。

3.5 盲品结果 发酵结束后， 通过视觉观察和24 人对40℃组进行盲品，结果如下：

1）色泽，呈均匀乳白色，颜色均匀有光泽。 2）组织状态， 除35℃组未完成发酵，40℃、45℃组织细腻、凝块细小均匀滑爽，无气泡，有少量乳清析出。 3）酸度， 2 g（乳酸菌含量）组几乎无酸味；5 g（乳酸菌含量）组酸度适中；8 g（乳酸菌含量）组有些许涩味。 4）甜度，无糖、葡萄糖组无甜度，蔗糖组有少许甜度，但不够甜。

综合评定，40℃条件下，蔗糖、5 g（乳酸菌含量）组口感最佳。

4 教学建议

4.1 培养条件建议 综合温度、碳源种类、乳酸菌含量，以及空气（氧气）对乳酸菌代谢的影响，最佳培养条件建议如下：以1 000 mL 市售无菌纯牛奶及市售5 菌型乳酸菌粉计算，培养温度，40℃左右。 蔗糖，7 g 以上（对喜爱甜味的人群，建议成倍增加蔗糖的添加量）。菌粉含量，5 g 左右。封闭培养时间，8 h 左右。

4.2 实验教学建议 实验操作之前的课堂教学对本次实验有重要的影响， 学生不能在对实验任务未知的情况下盲目开展实验。因此，建议在前期的教学中，教师应该针对课标要求，让学生充分了解对传统发酵技术在生活中的应用； 认识乳酸菌的结构和代谢特点； 明确灭菌和消毒的手段对于食品生产安全的影响。 另外可以让学生在此基础上，提出想要研究的课题，例如什么因素会影响到酸奶的品质等，实验室可以根据学生提出的课题，有针对性的进行材料和用具的准备。

实验教学实施过程中， 建议将学生按4 人分组，组内分工合作，分别进行称量、灭菌、培养、观察。每组材料建议用量：1 000 mL 牛奶，10 个布丁瓶，1 个1 000 mL 烧杯。

针对不同实验类型的教学建议。验证型实验，建议培养完成后进行组间评比；探究型实验，建议每1~2 组探究一个维度，例如：发酵时间、菌粉含量、碳源种类等对发酵的影响，培养完成后进行组间经验分享。

为了保证学生能观察和记录发酵过程中培养物的变化情况，最好安排在上午进行接种，之后有充足的时间进行观察。