唾液澱粉酶實驗的系列探究

 


國中生物科實驗裡,這個用本氏液測澱粉酶活性的實驗算是一個難得可以進行各種探究設計的實驗。課本本來的設計中,操縱變因就是唾液澱粉酶的溫度,一個是常溫或是放在熱水中。

不過除了這個以外,還有非常多可以挑戰的實驗設計。

1.口水中是否含有糖?

這個算是單純的觀察,在正式實驗開始時,用這個步驟來確認最後產生的糖並非來自口水。做法就是口水加入本氏液就可以。額外一提,目前收集口水的方式就是每個學生咬一個棉花球50下,然後把棉花球共同吐在一個燒杯中,我隨後加一些水進去燒杯再搖晃就可以了。

2.澱粉經過糊化後是否有糖?

使用澱粉液和糊化的澱粉液,分別加入本氏液做觀察,答案當然就是都沒有糖。而這部分的實驗執行在於如何使兩種澱粉液都是固定量,我本來的做法是在兩燒杯中配製好澱粉液之後,把其中一個燒杯放入沸水隔水加熱使其糊化,但這樣的做法最後會無法將所有糊化澱粉取出放在試管中。

所以後來我改順序之後,那就可以定量了。在一個燒杯中配置好澱粉液之後,分別倒入兩根試管。其中一個試管放入沸水中加熱糊化,另一根就是維持原本生澱粉的狀態。這樣兩管的澱粉就是相同含量了。

3.澱粉糊化後是否會產生比較多的糖?

使用上述的做法做出一管生澱粉液和糊化澱粉液之後,再加入唾液,等待唾液和澱粉反應之後加入本氏液隔水加熱之後,就可以觀察到現象。其實「等待唾液和澱粉反應」要等多久?放在什麼溫度裡頭?這個是後續實驗才做的,不過因為我已經事先知道答案了,所以這部分我直接示範來完成。

其實只要在室溫中搖個十幾秒,糊化澱粉就可以有反應了。如果是生澱粉,就要更久的時間。

這部分其實也延伸出幾個問題,想想我們是怎麼吃澱粉類食物-五穀根莖類是怎麼吃的?從來就不是生吃的,都是煮熟來吃的。而煮熟來吃究竟有什麼意義?第一就是幫助消化,這從實驗結果可以很明顯看得出來,只要煮熟了,消化就可以非常有效率。第二是風味,既然已經幫助消化了,當然就可以產生麥芽糖這些糖類,使得這類食物增加風味。第三是減少毒性,加熱的過程可以破壞一些植物鹼,使得人類可以吃得了根莖類。

其實反過來想想,如果煮熟和沒煮熟都是一樣的消化速率,那麼我們的午餐就發一杯磨碎的米和一杯水就好了,何需煮飯呢。

4.唾液澱粉酶需要多少時間使糊化澱粉分解產生糖?

在前述實驗已經知道澱粉糊化後可以增進消化效率,那麼就來試試看需要多少反應時間吧?在教科書裡的實驗設計是「35-40度的溫水中靜置15-20分鐘」,真的需要這麼久嗎?

準備好糊化澱粉液之後,加入口水就開始計時,分別是0秒、15秒、30秒、60秒。時間到就立刻加入本氏液,隨即放入沸水中隔水加熱看反應。你沒看錯時間,的確就是這樣。事實上只要15秒,糊化澱粉就會開始分解產生糖

其實你從現實面來想也知道,我們吃飯有在咬一口飯15-20分鐘的嗎?你去咀嚼飯來感覺甜味的產生需要多少時間呢?

如下圖的試管,由右至左依序為0秒、15秒、30秒、60秒



5.唾液在沸水中加熱多少時間,就會失去活性?

回到課本的實驗設計「隔水加熱10分鐘」讓唾液澱粉酶失去活性,但是呢?真的需要這麼久嗎?這個實驗只改變唾液浸泡於沸水中的時間,分別是0分鐘、1分鐘、2分鐘、3分鐘...。

在此一提,我們的實驗器材是電磁爐加熱的沸水,實驗結果顯示只要加熱1分鐘,酵素就已經失去活性。不過啊,如果你是從溫水開始加熱的水,可能就要加熱很久了。


6.本氏液是否會影響酵素的活性?

在實驗設計中,通常本氏液都是最後在隔水加熱前才加入的,但是如果是在酵素反應期間就加入本氏液是不是會影響酵素反應呢?如果先加了本氏液也不會影響酵素活性,那麼是不是就可以改變實驗流程,讓實驗流程更加簡便呢?

想想看,「本氏液加入順序」作為操縱變因的話,我們應該怎麼規劃設計這樣的實驗?唾液該加熱嗎?澱粉液該糊化嗎?反應時間應該多久?

其實,實驗規劃沒有先加入本氏液的原因,就是因為本氏液會影響酵素的反應。唾液與澱粉反應時,若先加入本氏液,則反應有可能會受阻。

7.反應時靜置或搖動是否影響酵素反應?

在前述的實驗都已經得到最佳解之後,接下來可以再試試反應時候的靜置或搖動是不是會影響酵素反應。想想消化過程中的物理消化,其中的意義是什麼?為什麼吃東西要細嚼慢嚥?

8.反應時的溫度是否影響酵素反應?

在教科書的實驗設計是讓酵素在35-40度的溫水環境靜置15-20分鐘,但是實際上我們在室溫24度的環境下,搖晃15秒就可以看到酵素反應的結果。根據酵素作用的原理,溫度提高當然可以提高酵素活性,那麼24度和35度的反應環境溫度是否會產生可觀測的現象差異呢?





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