基于深度学习的项目式实验教学以高品质的发酵(2)
图8 黑曲霉
图9 青霉菌
有学生提出问题:青霉素可以杀菌,吃了长“绿毛”的腐乳是不是可以治疗感冒呢?项目小组进行了激烈的讨论,其中一个小组在网上查到了重要信息:青霉菌是一类生物,不是所有的青霉菌都能产生青霉素,大部分青霉菌会产生对人体有害的毒素。
项目小组通过查文献、实验观察,为杂菌污染问题找到了理论依据,并认识到杂菌会使发酵产品腐败变酸发臭,严重影响产品品质,控制杂菌是发酵成功的基础。
3.2 子项目2:菌种量的影响 预实验中,C小组虽未出现杂菌污染问题,但果酒发酵周期较长且口感不好。他们猜测可能与水果皮上天然菌种量偏少有关。于是确立项目主题为:探究菌种量对产品品质的影响。
项目小组进行了不同接种量的对照实验,结果发现加入一定量的发面酵母有助于缩短发酵时间并能提高果酒品质。在发酵过程中,Y小组首先观察到发酵液液面上升的现象,及时发布到QQ群,其他小组也证实了这一现象并提出以下问题:发酵时,液面为什么会上升?上升时,果肉和果酒为什么会出现分层现象?分层时,为什么是果肉在上而果酒在下?
学生激动的心情就像发现了新大陆,强烈的探究欲望被点燃了。他们查资料、讨论,最终找到了答案:①发酵时酵母菌分解水果中的糖,产生的CO2小气泡推动液面上升;②上升时,固体部分由于受到CO2的带动而上浮,形成“酒帽”,致使果肉和果酒出现分层;③水果的密度一般比水小,所以分层时多为果肉在上而果酒在下。
进一步查阅文献,学生发现工业酿酒时常常将“酒帽”压到酒液下面,使皮渣和汁液混在一起,充分接触,这种工艺操作叫“压帽”,其好处是可以帮助皮渣上的酵母进入酒液,增加酒液中的菌种量,同时防止杂菌在“酒帽”上形成,还能使葡萄汁充分萃取葡萄皮中的色素、单宁和风味物质。此番探究不但使学生对提高产品品质的认识逐渐变得立体化,而且提升了学生的高阶思维和解决问题的能力,这就是深度学习的意义。
3.3 子项目3:有效成分的检测 果酒、果醋的制作是否成功还需检测有效成分乙醇、醋酸的含量。此项目可以分解为2个具体任务:①自检自制果酒;②自检自制果醋。本次探究的主题已经超出了生物学的范围,需要化学知识和技术支持。项目小组在化学教师的引导下设计实验方案,交流讨论并达成一致意见后,化身为质检师,开始实验。
3.3.1 自检自制果酒 该实验分为定性检测和定量检测2个环节。定性检测的原理是橙红色的酸性重铬酸钾和乙醇发生反应会产生绿色的硫酸铬;定量检测则是用酒精计测酒的度数,将洁净的酒精计插入酒液中,轻按一下平衡约3 min,水平观测读取刻度值,如度数为38度,表示100 mL的酒中含有乙醇38 mL。
检测过程中出现了2个问题:一是定性检测时,Z小组的实验结果出现了严重偏差:实验组红葡萄酒最终的颜色没有变成灰绿色而是深棕色,但是有酒味,酒精计测得度数为12。哪里出了问题?学生推测“可能是葡萄酒的红色对实验结果造成了干扰”。怎样去除颜色的干扰呢?小组讨论后认为可以通过蒸馏使酒精挥发出来,收集后再进行检测。二是定量检测时,S小组的酒精计读数在0刻度以下的位置。酒精计坏了吗?放到对照组白酒中,排除了酒精计的问题,学生推测可能是发酵液浮力大造成的。根据浮力的计算公式F浮=ρgv可推出密度ρ越大,浮力越大。哪些因素导致发酵液的密度变大了呢?项目小组分析后认为残留的果皮、未分解完的果肉乃至酒液中的酵母菌甚至杂菌都会导致密度变大。获得高品质的果酒,后续还需进行过滤、蒸馏等处理。可见深度学习需要深层思维,并能促进学生的高阶思维。
3.3.2 自检自制果醋 果醋的有效成分是醋酸。项目小组首先嗅了气味,然后用干燥的玻璃棒蘸取待测果醋溶液,滴到pH试纸中部,观察颜色变化并与标准比色卡对比,测得pH 3.5,比较接近食醋的pH 2.9。
检测后,有学生检索文献发现,专业的果醋检测内容包括成分检测、酒精度检测、有机酸检测、二氧化硫检测、大肠菌群检测等。有小组学生想把自制的果酒、果醋、腐乳和泡菜出售给学校餐厅。怎样才能卖出去呢?又引发了一场激烈的讨论。有的说要达到食品级标准餐厅才敢要,有的说要对产品的包装进行艺术设计才能吸引眼球,还有的说要通过学校的广播站进行推广……探究的脚步似乎停不下来了!他们已经喜欢上了探究,并且孜孜不倦,这就是深度学习的魅力所在。
文章来源:《食品与发酵工业》 网址: http://www.spyfjgy.cn/qikandaodu/2021/0329/917.html
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