关于苹果变色快慢的实验探究

 

                               作    者: 徐永亮   潘美玲   刘德森       

                               指导老师：单焕娣   姚柳琼

 

一．提出问题。

    大家都知道苹果切开后会变色，但我们尚不清楚苹果在什么条件下会变色，变色的程度、快慢与什么因素有关。因此，我们决定进行几个小实验以了解苹果变色的快慢及其原因。

 

二．资料收集。

    当苹果削好皮或切开后放置一会儿，切口面的颜色就会由浅变深，最后变成深褐色。

    联想我们学过的知识，认为是Fe2+变成Fe3+所致，后来查阅资料才知发生变色反应主要是这些植物体内存在着酚类化合物。例如：多元酚类、儿茶酚等。酚类化合物易被氧化成醌类化合物，即发生变色反应变成黄色，随着反应的量的增加颜色就逐渐加深，最后变成深褐色。氧化反应的发生是由于与空气中氧的接触和细胞中多酚氧化酶的释放。

    在组织没有损伤之前，多酚氧化酶存在于细胞器中，不能与酚类化合物接触，而空气中的氧更没法进入，因而不发生氧化变色反应。当细胞组织受损伤以后，多酚氧化酶就被释放出来与酚类化合物接触，催化酚类化合物的氧化，再加上空气中氧的作用，就会发生变色反应。其中多元酚类能直接被氧化成醌类化合物而变色。而儿茶酚分子则在多酚氧化酶的作用下发生聚合。两个儿茶酚分子连接在一起，形成儿茶酚二聚体，二聚体又可以两两相接，形成四聚体。单个的儿茶酚分子及其二聚体和四聚体都是没有颜色的，但是儿茶酚四聚体可以形成多聚体，而多聚体是紫色的。所以多聚体形成得越多，切口面的颜色就会越深。

苹果变色以后，所含的维生素C会减少，影响营养价值。为了防止切开后的苹果变色，可以不让它与空气接触，最好的办法是把苹果泡在盐水里。   

【以上资料来源见第七部分：附录及资料来源1 】

三．实验目的。

（1）探究使苹果变色的外界条件。

（2）探究苹果变色快慢与盐水浓度的关系。

（3）探究苹果变色快慢与其他溶液的关系。

 

四．实验材料与器材。

材料：苹果、蒸馏水、食盐、葡萄糖、

醋酸溶液、乙醇溶液等。

器材：烧杯、表面皿、水果刀、计时器、

比色卡、标签纸等。

 

五．实验过程。

实验Ⅰ：探究使苹果的变色与外界条件的联系。

 

实验方法：控制变量法。

猜想与假设：苹果变色快慢程度与果肉和空气的接触面积有关、与环境温度有关。

实验步骤：

1．将同一个苹果切成相同厚度的薄块，分别标记为A、B、C、D、E、F块。

2．.A块不做任何处理；B块立刻用保鲜膜密封包住；C块剁碎并暴露在空气中，D块用保鲜膜包住（留有少量空气）并放在60°C水中，E块用保鲜膜包住（留有少量空气）并放在30°C水中，F块用保鲜膜包住（留有少量空气）并放在冰水中,在一定时间内分别观察苹果块变色情况，记录实验现象。

实验结果：

样品编号 经过时间	A （不处理）	B （包住保鲜膜）	C （剁碎）	D (60°C水)	E (30°C水)	F  （冰水）
5 min	变黄	不变色	变黄	不变色	变黄	不变色
10 min	深黄色	不变色	深黄色	变黄	深黄色	不变色
20 min	深黄色	不变色	深褐色	变黄	深褐色	变黄
30 min	深褐色	不变色	深褐色	变黄	深褐色	深黄色
40 min	深褐色	不变色	深褐色	变黄	深褐色	深黄色

    结果分析：

（1） 苹果变色快慢程度与果肉和空气的接触面积有关，果肉和空气的接触面积越大，苹果变色越快。

（2） 温度接近30°C的苹果片变色比温度接近60°C的苹果片和温度接近0°C的苹果片更快。

我们经过查阅资料，原来苹果中的多酚氧化酶（PPO）是引起苹果及苹果酒褐变的重要原因之一，其酶学性质的研究结果表明：市面上一般的富士苹果的多酚氧化酶催化酚类化合物氧化的最适温度为30℃，多酚氧化酶在60℃以上迅速失活；不同种类的苹果，其多酚氧化酶催化最适温度不同。所以，苹果变色的快慢也与苹果所处的温度有关，具体关系取决于苹果中多酚氧化酶催化的最适温度。

【以上资料来源见第七部分：附录及资料来源2 】

 

实验Ⅱ：探究苹果变色快慢与盐水浓度的关系

（将苹果放在盐水里浸一下再拿出）。

 

实验方法：控制变量法。

猜想与假设：盐水浓度越大，苹果变色速率越快。

实验步骤：

1．将同一个苹果切成相同厚度的薄块，分别标记为A、B、C、D、E、F块。

2．将A块放进清水中，B块放进0.1 mol/L NaCl溶液中，C块放进0.2 mol/L NaCl溶液中, D块放进0.3 mol/L NaCl溶液中, E块放进0.4 mol/L NaCl溶液中，F块放进0.5 mol/L NaCl溶液中，静置十秒，再一一拿出来，在一定时间内分别观察苹果块变色情况，记录实验现象。

实验结果：

样品编号   经过时间	A (清水)	B (0.1 mol/L NaCl溶液)	C (0.2 mol/L NaCl溶液)	D (0.3 mol/L NaCl溶液)	E (0.4 mol/L NaCl溶液)	F (0.5 mol/L NaCl溶液)
5 min	不变色	不变色	不变色	不变色	不变色	不变色
10 min	不变色	不变色	不变色	不变色	不变色	不变色
20 min	变黄	不变色	不变色	不变色	不变色	不变色
30 min	深黄色	不变色	不变色	不变色	不变色	不变色
40 min	深褐色	不变色	不变色	不变色	不变色	不变色

结果分析：

 清水对苹果变色快慢程度影响不大，盐水能大大降低苹果变色速率，盐水浓度大小与苹果变色快慢无明显关系。

推论：盐水影响苹果变色速率的原因根本上是盐水隔绝了苹果果肉与空气（氧气）的接触，因为清水会蒸发，而NaCl溶液中的水蒸发后，盐分继续留在苹果表面阻碍苹果果肉与空气（氧气）的接触。

我们猜想，因为苹果中导致苹果变色的酚类化合物（如多元酚类、儿茶酚等）的含量相对很少，即使是浓度很小的NaCl溶液也能基本上完全阻碍酚类化合物与氧气的接触，可知在NaCl溶液浓度极小（远小于0.1 mol/L）时，NaCl的浓度变化才能显著改变苹果的变色速率，否则实验现象不明显：久不变色。

 

实验Ⅲ：探究苹果变色快慢与其他溶液的关系

（将苹果放在溶液里浸一下再拿出）。

实验方法：控制变量法。

猜想与假设：不同溶质的溶液对苹果变色快慢的影响不同。

实验步骤：

1．将同一个苹果切成相同厚度的薄块，分别标记为A、B、C、D、E块。

2．  将A块放进0.1 mol/L NaCl溶液中，B块放进0.1 mol/L C₆H₁₂O₆溶液中，C块放进0.1 mol/L CH₃COOH溶液中, D块放进0.1 mol/L C₂H₅OH溶液中, E块放进0.1 mol/L NaCl与0.1 mol/L CH₃COOH混合溶液中，静置十秒，再一一拿出来，在一定时间内分别观察苹果块变色情况，记录实验现象。

实验结果：

样品编号     经过时间	A (0.1 mol/L NaCl溶液)	B (0.1 mol/L C6H12O6 溶液)	C (0.1 mol/L CH3COOH溶液)	D (0.1 mol/L C2H5OH溶液)	E (0.1 mol/L NaCl与0.1mol/L CH3COOH混合溶液)
10 min	不变色	不变色	不变色	不变色	不变色
20 min	不变色	不变色	不变色	不变色	不变色
30 min	不变色	不变色	不变色	不变色	不变色

     结果分析：

不同的溶液对苹果变色快慢程度影响基本相同。可知，以上几种溶液影响苹果变色快慢的确是因为隔绝了苹果果肉与空气（氧气）的接触，阻止苹果上的化学物质与氧气反应。

 

六．心得体会。

通过这次对苹果变色快慢的实验探究，增长了我们的化学知识，提高了动手能力，增强团队协同能力。特别是在实验过程，小组间各成员在一起讨论、争议，最后达成共识，通力合作，才能将事情办好。这令我们认识到团队的强大比个人强大要重要得多。在这次探究实验中，我们亲手操作，对我们在生活中常见的问题进行了仔细认真的思考和实验，运用学过的知识解决生活中遇到的问题。这不仅增长了我们的化学知识，提高了我们的动手操作能力，也很好地培养了我们的合作精神。特别是实验过程，让我们充分地认识到有时猜想与假设与实验结果并不符合，我们要尊重实验事实，在正确认识错误后，通过组员之间积极热烈地讨论，不断得到机会去改进。我们通过小组成员分工合作的方式和控制变量法的探究方法，猜想了几个可能的影响因素，并对猜想因素进行了多次认真严谨的探究实验。在实验的过程中，通过多次对实验结果的分析和讨论，我们对实验方法做了多次的改良，也上网查找了相关的资料分析，从而得出了最后的实验结论。

结束这次试验后，我们充分地认识到有时猜想假设与实验结果并非完全相符合，我们得要认真地分析实验与猜想不相符的原因，不能违背事实，找出问题所在，并在这实验过程中反思自己的思路，令自己的思路变得更谨慎，更全面。

尽管，这只是一次简单的实验探究，但在其中我们也认识到活学活用化学知识来解决问题是十分必要，十分实用的。生活离不开化学，学好化学，用好化学，才能贴近生活中的化学。

 

七．附录及资料来源

    1． “资料收集”的内容来自网上“百度知道”，网络地址为：

http://zhidao.baidu.com/question/299909.html

    2． “多酚氧化酶（PPO）”的内容来自网上“苹果中多酚氧化酶的性质”和“富士苹果多酚氧化酶特性研究”，网络地址为：

http://www.cqvip.com/qk/95990a/2003001/7345461.html

http://www.cqvip.com/qk/95115a/1999004/3841760.html

    3．（附）时代新信息。

一种不会烂的苹果

    东京的一家高档法国餐厅里，总是人满为患，要预约用餐起码得等半年。这里的招牌菜就是“木村先生的苹果汤”。主厨介绍说“这种苹果居然不会烂，可能是汇聚了生产者的灵魂。”通常，苹果切开后放一阵子就会变色、坏掉。然而，餐厅厨房里切成两半、放了两年的木村苹果却不会烂，也不会变黄色，只会越缩越小，最后变成红色的散发着甜甜果香的干果。

    苹果“不会烂”的奥妙何在？答案要到木村的苹果园去找。木村的果园简直就像荒芜的野山（青森县 岩木山）。为什么会荒芜到这种程度？原因是从1978年开始，木村就不曾在果园里用过一滴农药、一撮有机肥料。一直到第8年，整个果园开出了7朵花，其中2朵结了果。那两个苹果是那一年的全部收成，木村把苹果放在佛堂祭拜后，全家人一起分享。这两个苹果好吃得令人惊讶。第11年，这个果园才为木村先生赚得了第一笔财富。有志者，事竟成。返璞，方可归真，科学的探讨，有时又何尝不是一个会烂苹果？不放弃，我们照样可以用自己的双手，种出不败的“苹果”。

4．（附）《苹果的营养价值》内容来自网上“百度知道”，网络地址为：

http://zhidao.baidu.com/question/117234149.html