蜂蜜在中学化学中的教育价值研究

伍晓春 曾睿源 吴景文 邓淞

摘要：  蜂蜜作为熟知的天然食品，含有丰富的有机化合物，如糖类、维生素、有机酸、酚类和酮类等物质，这些化合物的性质与中学化学中常见的化学反应紧密相连。从蜂蜜的化学视角探讨其营养成分、酿造过程、存放与冲泡、发酵及应用、质量标准、生化反应，并挖掘其中的教育价值作为教学参考，有利于培养学生对化学与人体健康、食品安全紧密相关的意识及解决生活实际问题的能力。

关键词：  蜂蜜； 中学化学； 化学与生活； 教育价值

文章编号： 1005-6629（2024）05-0094-04

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  引言

蜂蜜，这一古老的甜食，是由蜜蜂从开花植物蜜腺中采集花蜜，经过独特的酿造过程而形成的。两晋时期，郭璞在其《蜜蜂赋》中细腻地描绘了这一过程：“繁布金房，叠构玉室。咀嚼华滋，酿以为蜜，凝如割肪。冰鲜王润，髓滑兰香。穷味之美，极甜之长。百药须之以谐和，扁鹊得之而术良，灵娥御之以艳颜。”这段描述揭示了蜂蜜的酿造奥秘，展现了蜂蜜的独特风味及其在生活中的广泛应用。我国具有源远流长且灿烂辉煌的蜂文化，是生产、出口蜂蜜大国，且蜂蜜中富含有机化合物。为此，本文从化学视角去研究蜂蜜并探索其教育价值，以期为中学化学教师提供教学参考，培养学生对化学与人体健康、食品安全紧密相关的意识以及解决生活实际问题的能力。

2  系统认识蜂蜜的化学视角

元素化合物知识是中学化学的重要部分，教师通常从物质的组成、结构、性质、制备、鉴别及用途等方面进行教学。其中物质性质对物质的制备、鉴别方法、存放方式以及应用均有重要影响。基于以上观点，本文将从营养成分、酿造过程、存放与冲泡、发酵及应用、质量标准、生化反应六方面，对蜂蜜进行探讨。

2.1  蜂蜜中的营养成分

蜂蜜的化学组成因其来源的蜂种、蜜源和环境等因素，表现出较大的差异性。尽管蜂蜜种类繁多，但它们的主要成分均为糖类（60%～80%），其次是水分（15%～25%），此外含有1%维生素、0.2%～1.6%（意蜂蜜）或0.1%～3.3%（中蜂蜜）蛋白质、0.04%（浅色蜜）或0.2%（深色蜜）矿物质、0.57%有机酸和其他植物化学成分［1］。表1列出了蜂蜜中含有的营养物质。

2.2  蜂蜜的酿造过程

春暖花开时，做侦查工作的蜜蜂会飞出去寻到蜜源，并回到蜂群中汇报，此时大量工蜂外出采蜜，将花蜜吸入蜜囊中，与消化液发生一系列的物理变化和化学反应：首先是物理作用，蜂巢中的内勤蜂振翅扇风，除去原料中多余的水分，使含水量从平均60%～75%降低到18%左右，形成高质量的浓缩蜜液；其次是化学反应，主要涉及糖的化学转变。采集的花蜜含有蔗糖和淀粉等糖类物质，蜜蜂通过体内分泌的转化酶，将其分别转化为还原糖——葡萄糖和果糖，使这些单糖类物质的含量由最初20%增加到约75%左右，即将多糖或二糖分解为人体可直接吸收的单糖类物质［8］。这一过程需要蜜蜂多次完成吸入和吐出的动作，相应地，花蜜等采集物经历多次的物理和化学变化，转化或酿造出香甜芬芳的蜂蜜。图1展示的是枇杷花蜜和蜂蜜的液相色谱图，可以发现蜂蜜比枇杷花蜜的葡萄糖和果糖的含量更高，蔗糖含量更低，营养价值相对更高。

2.3  蜂蜜的存放与冲泡

在一定条件下，蜂蜜能够保存很久，并没有特定保质期。这一现象源于以下几点原因：一是蜂蜜渗透压高，水分含量低，微生物对低水分环境较不适应，容易脱水死亡；二是天然蜂蜜呈酸性，pH都在3.2～4.5，而大多数病原菌生长繁殖的适宜pH多在7.2～7.4，因此蜂蜜的这种酸度足以抑制多种病原菌的生长繁殖［9］；三是蜂蜜中含有葡萄糖氧化酶（GOD），可将葡萄糖氧化为葡萄糖酸和过氧化氢，其化学方程式为C6H12O6+H2O+O2GODC6H12O7+H2O2，产生的H2O2依靠其强氧化性，破坏组成细菌和真菌的蛋白质，具有消毒杀菌作用；四是蜂蜜中含有酚類化合物、类黄酮和脯氨酸，具有抗炎、抗氧化、高效的抑菌活性等功能［10］。

尽管蜂蜜保质期很长，在存放上仍有诸多注意事项。蜂蜜存放于玻璃或陶瓷器具最佳，此外也可短时间存放于食品级材料的塑料容器中，切勿存放于金属容器中。这是由于蜂蜜呈酸性，许多金属能在酸性环境下发生氧化反应，使蜂蜜变黑，遭受重金属污染。此外需要减少蜂蜜与空气接触，温度保持在5～10℃，空气湿度不超过75%的环境中。这是由于高温和氧气存在下，蜂蜜中的一些营养物质会发生化学变化。如图2表示蜂蜜中的维生素C（L-抗坏血酸）在高温或氧气中被氧化破坏的过程，此反应是一个质子解离过程，氧化为L-脱氢抗坏血酸，并进一步水解形成2，3-二酮古洛糖酸，有氧条件下再被氧化为草酸和L-苏阿糖酸，使营养成分失效，因此冲泡蜂蜜要使用60℃以下的温水，选用陶瓷或玻璃杯。

2.4  蜂蜜的发酵及应用

虽然蜂蜜是高渗透压物质，一般微生物不能在其中生存，但耐高渗透压的酵母菌可以在水分活度0.88以上、25～35℃下、pH=5～6时不断繁殖［11］，分解蜂蜜中的糖分，生成醋酸、酒精、二氧化碳和水，即蜂蜜的发酵。若在开放环境下，蜂蜜发酵产生的气体就会在表面形成白色气泡，若在密闭容器中，则可能导致蜂蜜爆炸。蜂蜜发酵以后，色泽变深，含水量升高，酸度增加，酶值下降，含糖量也下降，降低了食用和利用价值。

虽然酵母菌是蜂蜜发酵变质的“罪魁祸首”，但也可以利用它酿造口感醇厚的蜂蜜酒。自古以来蜂蜜酒被视为各种风味的酒精原料，如图3是其制备工艺流程。其中发酵这一步骤主要是将糖转化为醇，主要包括以下反应：酵母菌在Ehrlich途径中代谢葡萄糖，α-酮酸通过丙酮酸或氨基酸的转氨基/脱氨基作用从糖类中提取，经脱羧作用生成相应的醛。然后，这种醛与NADH辅酶一起还原成相应的醇，如图4所示。除醇外，酵母菌还会产生少量甘油、高级醇、双乙酰、乙酰丙酮、2，3-丁二醇、琥珀酸和微量乙酸、乳酸和乙醛，这些物质会对香气成分和最终口感产生影响［12］。利用发酵原理，蜂蜜还可以进一步加工为蜂蜜醋、蜂蜜酸奶等。

2.5  蜂蜜的质量标准

根据蜜源花种和色泽、香气、味道等特点，我国将蜂蜜划分为三个等级。一般来说色泽浅、透明度好、气味清香、滋味甜润的蜂蜜等级高，反之色泽深、透明度差、气味浓香、味道甜腻的蜂蜜等级低。理化指标是判断蜂蜜质量的重要依据，按照理化品质不同，纯蜂蜜分为一级品和二级品，为确保蜂蜜的品质和安全，中华全国供销合作总社对此颁布了《GH/T 18796-2012蜂蜜》［13］。为鉴别蜂蜜的质量是否达到标准，常利用相关的化学反应来进行检测。

2.6  蜂蜜的生化反应

蜂蜜因含有酶等生物大分子而闻名，其来源包括蜜蜂、植物花蜜、吸食植物的昆虫的分泌物或排泄物及微生物（如酵母菌）。蜂蜜的生化反应可分为酶催化反应和非酶催化反应两种，这些反应会影响蜂蜜的质量和生物活性，如表2所示［14］。

3  蜂蜜的教育价值

新课标更注重情境素材的具体化和情境教学的可实施性［15］。在化学教材中，真实情境素材往往来源于生活经验、自然情境、化学史、科学探究、生产应用等；在化学试题中，情境可分为STSE、生活经验、科学史实、科学探究、模型模拟等。基于上述对蜂蜜的综合研究，将其中的教学情境素材分为自然生态类、生活经验类和生产技术类，并分类阐述。

3.1  自然生态类情境

自然界的化学物质和反应丰富多样，引导探索能增进学生对化学和生态的认识，深入研究其原理及应用。酿造蜂蜜时，糖类经历的化学变化主要是由蜜蜂唾液中的转化酶参与糖的水解反应。在人教版高中化学必修第二册中，要求学生对糖类进行分类，了解糖类的结构和性质，掌握蔗糖、淀粉水解的化学方程式。蜂蜜酿造的一个重要过程是将多糖和双糖转化为单糖，这与学生需要掌握的糖类知识紧密关联。蜂蜜中还存在各种酶促的生化反应，可作为“化学反应速率”中解释生命现象也存在大量催化作用的实例。蜜蜂是人类的良师益友，蜂蜜是人类的健康之友，教师可通过讲述或让学生去室外观察蜜蜂采集蜂蜜、酿造蜂蜜的过程，学生既能初步了解有机化学中糖类物质的知识，认识到生物体内几乎所有化学反应都存在酶的催化，还能培养观察与探究能力，增进对生命和自然的热爱。

3.2  生活经验类情境

化学与生活有着密切联系，如食品和营养、医疗和健康、环境和能源等领域均需要化学知识才能使其不断发展。学生意识到化学知识可以用来解决日常生活中的问题时，自然对化学产生浓厚兴趣。教师可引入更多生活实例，充实课堂内容，提升教学效果。表3列出了中学化学教材里学生需要掌握的内容以及有关蜂蜜知识的应用。

3.3  生产技术类情境

遵循STSE教育理念，结合工业生产、科学技术进行化学教学，是推动理论与实践相结合的重要途径。蜂蜜发酵过程中产生的糖类、醋酸和乙醇等有机物是高中化学教材的重点内容，课标也将我国酿酒技术与酒文化、我国酿造技术与食醋文化纳入了情境素材建议。在人教版化学教材必修第二册“乙醇与乙酸”一节中，教师可利用波士顿蜜糖爆炸事件的新闻作为引入，启发学生思考为什么蜜糖会高中化学选择性必修3要求学生认识有机酸、酮类、酚类物质的性质。

蜂蜜是一种新型的抗氧化剂，其强大的抗氧化能力主要归功于其中的有机酸、酚类、类黄酮类等生物活性成分。如酚类化合物能抑制DNA损伤，对机体中自由基的清除效果显著［16，17］。深入了解蜂蜜的抗氧化性作用，有助于学生体会化学与食品、医疗的紧密联系。

爆炸，从而学习葡萄糖、乙醇、乙酸之间的转化关系。此外动手实践和跨学科实践活动对发展学生技术素养以及发挥课程育人功能有重要作用［18］，因此可以开展制备蜂蜜酒或蜂蜜醋为主题的课外活动，作为化学和生物学科融合的教学实践。另外，根据课标要求，学生需要了解测定有机化合物分子结构、组成等常用仪器分析方法。由于蜂蜜的質量因成分差异而有所不同，教师可以向学生介绍检测蜂蜜中果糖和蔗糖含量的现代仪器，如液相色谱仪、糖度折光仪和红外光谱仪等，来评估蜂蜜的品质，以展现现代科学仪器在物质成分和结构测定方面的价值。

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