饭菜也能做科学实验?

科教守望者2018-04-15 18:58:46

淀粉、维生素与碘酊相互作用的研究

作者:陈宏宇  辅导教师:王鹏

摘 要:本文通过文献查阅,对淀粉与碘酊的相互作用进行了研究,认识到了它们变色的原因;通过对维生素与碘酊淀粉混合液的相互作用的研究,知道了混合液的褪色的原因。又通过把加热后维生素C滴入到碘酊淀粉混合液的实验,认识到了加热对维生素的影响有限,并且通过文献查阅来印证了这一结论。

研究背景

在一次科学兴趣选修课上,科学老师做了一个有趣的实验:把米饭溶入水中,做成一杯米饭汁。然后,再把这杯米饭汁倒入另一个容器中。当把碘酊也滴进去混在一起后,这杯米饭汁儿就变成了蓝色。

    同学们对此并不惊奇,因为大家都知道米饭中含有淀粉,而淀粉遇碘酊会变成蓝色。但老师却让我们继续拿土豆,馒头等食物做实验,最后无一例外地变成了蓝色。大家推测说里面都含有淀粉。这时,一位同学无意中看见讲台上还摆着几样蔬菜和水果,便问老师:“老师,是不是还要拿这些东西做实验?”老师似乎对这种问题早有准备:“既然同学们想做,那大家就做吧,记得把实验过的液体都倒进个塑料盒子里哦!”同学们精神为之一振,于是马上投入紧张忙碌的实验。之后,同学们的结果都出来了:都是不能变蓝。正好,下课铃响了。

    老师脸上似乎有一丝失望。这时,有一个同学惊奇的叫了起来:“老师,我发现垃圾盒里所有东西混合起来,却变透明了!”老师脸上又有了笑容,说:“对,同学们看看自己组的垃圾盒里的液体是不是变透明了?请同学们想一想,这是为什么呢?”

第二次兴趣课上,科学老师又让我们继续实验证明到底是什么原因让垃圾盒里本来显蓝色的混合液体变得无色了。在老师的指导下,我们又都重新做了用几种水果汁和蔬菜汁去滴到变蓝的米饭汁里的新实验。在水果蔬菜汁量足够多的情况下,都能让变蓝的米饭汁褪色。

下课之后,我对这个问题翻来覆去地想,终于想出了自认为比较合理的答案:应该是这些蔬菜水果中含有同一种物质。这种物质可以让淀粉与碘酊的混合体变色(科学老师说,这就叫归纳法)。然后,我上网查了资料。原来蔬果在含有一种叫维生素C的物质。

研究问题

       在完成这个有趣的实验后,我自己也产生了几个小问题:

第一个问题:淀粉遇到碘酊变成了蓝色?为什么不是其他颜色呢?它们是如何相互作用的?

  第二个问题:把维生素C放入蓝色的淀粉与碘酊混合液中,是

怎么实现褪色的?

   第三个问题:既然蔬菜中含有大量维生素C,人们常说的“炒菜时间不能太长”,是不是就是为了防止里面的维生素C被破坏呢?

研究方法

本论文主要运用了文献查阅法与实验法。

    对于第一个问题与第二个问题,我运用了文献查阅法来寻找答案。

先是在百度等搜索引擎上检索关键词,比如“淀粉”、“碘酊(或碘酒)”、“维生素C”、“淀粉为什么遇到碘酒会变蓝”、“维生素C与碘酒有什么关系”等等。在查看了一些百度等网络上的解释后,我的科学老师告诉我说,不能只用这些网络上不正规的解答,要看国家承认的期刊中的文章。在老师的帮助下,我们联系了大学里的一些大学生和老师,让他们帮助下载我们查找到的一些文献。对这些资料,我进行了认真阅读。   

第三个问题我是在老师的指导下,用实验室里的仪器进行了验证。后来也进行了文献阅读。

研究过程

第一个问题:淀粉遇到碘酊变为蓝色,为什么不是其他颜色呢?它们是如何相互作用的?

首先,我对淀粉有了一定的了解。淀粉分为直链淀粉与支链淀粉见下图(来自于360百科),直链淀粉分子比支链淀粉要小。[1]



[1]360百科(网络).  https://baike.so.com/doc/5393468-5630424.html

碘分子一般是先与淀粉溶液中的直链淀粉先结合。如果碘的量足够,再与支链淀粉结合。淀粉与碘相遇后,由于碘分子恰巧嵌入直链淀粉的螺旋空隙中,借范德华力结合成为复合物(即包合物)。直链淀粉-碘包合物呈深蓝色,其吸收光谱在620680 nm;支链淀粉-碘包合物呈紫红~棕红色,其吸收光谱在530550 nm间。[2]

我网上查出了各种颜色光的波长:

紫光 400~435nm 、蓝光450~480nm青光 480~490nm

蓝光绿490~500nm 、绿光 500nm~560nm

 黄光绿 560~580nm 、黄光 580nm~595nm



[2]林敏刚,刘钟栋,罗鹏、刘鹏. 糯小麦淀粉分子-碘包合物的研究【J.北京:粮油加工: 200712.

橙光595~605nm红光605~700nm

所以,我和科学老师做了一个简单地分析:青光到红光这一部分颜色的光,大多被淀粉与碘的包合物给吸收,它们将紫光与蓝光反射出来。所以,我们看到是蓝色或蓝紫色。有大学的研究者通过实验发现,如果进行碘与淀粉的验证性实验时 ,应选择直链淀粉的最适浓度为10g/L ,体积2.0ml 碘溶液为10g/L ,体积为0.25ml 。这两种溶液混合后,呈比较明显蓝色。[3]之所以很多时候我们看到有蓝紫色或是褐色,是因为还有支链淀粉。

  第二个问题:把维生素C放入蓝色的淀粉与碘酊混合液中,是

怎么实现褪色的?

       碘是一种氧剂,而维生素C又叫抗坏血酸,是一种作为抗氧化剂。[4]因此,它们两个就能发生化学反应,就变成了无色,即脱色反应。这种现象在生活中也常见。比如,把苹果一分为二,其中一个在切开的那一面上涂上维生素C,另一半不做处理作为对照。经过一段时间放置后,没涂维生素C的苹果表面颜色开始变深,而涂了维生素C的却没大的变化。[5]

   第三个问题:既然蔬菜中含有大量维生素C,人们常说的“炒菜时间不能太长”,是不是就是为了防止里面的维生素C被破坏呢?

    为了探究这个问题,我在老师的帮助下去了学校的实验室,把维生素C片放入试管中,然后倒进去一些水。试管放在酒精灯上加热。


[3]段穗芳. 碘与淀粉反应条件的探讨【J].湛江:湛江师范学院学报(自然科学版),1999,12.

[4]郑昕;吴永阳;王德良. 抗氧化剂异维生素C钠有效含量测定方法的研究【J.北京:啤酒科技,2004,03.

[5]葛璟璐,陈洋.把碘酒污渍交给维生素CJ.江苏:科学大众,2007,4.

事先,我又做了一杯米饭汁。倒入一个一次性杯子中,滴入碘酊让它变蓝。在试管中的水烧开后,倒出一部分,放入变蓝的淀粉与碘酊混合液中,摇晃一下。实验结果有点儿出乎我们的意料:淀粉与碘酊混合液还是能变成无色。这说明维生素C在加热后可能没有被破坏。

对于这个结论,我们不是敢肯定。就再一次去查看文献。

    我们找到一篇关于加热沙棘来研究其中维生素C含量变化的文章。作者采用不同糖酸比、杀菌温度和杀菌时间等处理,结果发现,维生素C含量变化不显著。[6]看来,维生素C对加热温度和加热时间不是很敏感。


[6]陈锦屏,王银瑞,刘风会,刘邻渭. 加热杀菌沙棘果汁中维生素C含量的变化【J. 陕西咸阳:西北农林科技大学学报:自然科学版,1989,3.


研究结论

    基于上面的研究过程,我们可以得到三个论:                1)碘与淀粉溶液相遇后,碘分子进入淀粉分子中,形成包合物。这种包合物对蓝光和紫光以外的光吸收,而主要反射蓝光。所以混合之后主要呈蓝色或紫色。 

   (2)碘与淀粉混合溶液中放入维生素C后,具有抗氧化性的维

生素C的与碘分子发生脱色反应,混合液变成无色。

   (3)对维生素C加热后,它的损失不是很大。

分析讨论

    本次研究的亮点:

   (1)通过一次有趣的科学实验探究课,引发了我的对三个问题的思考。这些问题又是比较深入理解实验现象背后原理的重要出发点。

   (2)我对上面三个问题的探索结果,基本上能解释生活中的关于碘酊、淀粉与维生素C中的很多现象。能为别人提供很好的参考价值。

    我的研究也有不足之处:

   (1)对于具体到不同种类的淀粉,与碘酊发生变化时会有什么样的现象,因为个人能力无法展开研究。

   (2)炒菜时,其他营养物质的变化也可能会破坏维生C,但本实验并不能证明这一点。

   (3)由于自己的能力有限,比如对文献中的实验数据很多看不懂,我多数是找到文字结论来参考。因此,在表述语言的准确性上还需提高。

   (4)对于加热维生素C的实验操作,自己也没有做到精确的量化,只是简单测试,实验精确性不高。

致谢

       这里,首先感谢我的科学老师王鹏。谢谢他给我们开设的《趣味科技探究》选修课,让我喜欢上了科学,喜欢上了研究。特别感谢他在这篇研究报告的完成过程中付出的辛苦。没有王老师的指导,我不可能写出研究报告。

    还要感谢太原新希望双语小学部的高俊霞老师,谢谢她给了我很多创新创造的机会,导引着我向科技高峰进军。

    感谢我的同班同学刘溥铭,感谢他对我的鼓励和在细节上的斧正。

    最后,感谢父母。他们总是在我最需要的时候出现,无条件地支持我!爸爸妈妈,我爱你们!

   陈宏宇  201710


参考文献

1.360百科.  https://baike.so.com/doc/5393468-5630424.html

2.林敏刚,刘钟栋,罗鹏、刘鹏. 糯小麦淀粉分子-碘包合物的研究【J.北京:粮油加工: 200712.

3.段穗芳. 碘与淀粉反应条件的探讨【J].湛江:湛江师范学院学报(自然科学版),1999,12.

4.郑昕;吴永阳;王德良. 抗氧化剂异维生素C钠有效含量测定方法的研究【J.北京:啤酒科技,2004,03.

5.葛璟璐,陈洋.把碘酒污渍交给维生素CJ.江苏:科学大众,2007,4.

6.陈锦屏,王银瑞,刘风会,刘邻渭. 加热杀菌沙棘果汁中维生素C含量的变化【J. 陕西咸阳:西北农林科技大学学报:自然科学版,1989,3.



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