甘蔗汁与西瓜汁的还原糖再检测

摘要

深度梳理斐林试剂的作用原理，借此探究甘蔗汁和西瓜汁的还原糖检测过程。其实验结果及研究显示：甘蔗汁中的蔗糖因水解等原因产生还原糖，从而与斐林试剂发生反应；而特小凤西瓜汁和经过滤脱色的西瓜汁并不干扰还原糖检测，即使未过滤的红色西瓜汁，其还原糖检测也能产生Cu₂O沉淀，且沉淀颜色与反应速度有关。

关键词

还原糖检测 / 甘蔗汁 / 西瓜汁 / 斐林试剂 / 实验验证

在模拟试题中，常常明示或暗示某些物质，如甘蔗汁和西瓜汁，不适合作为还原糖检测的实验样品，这一观点已广泛地被教师所认可并传递。如试题：（2023—2024学年高一上·内蒙古鄂尔多斯·期末）下列相关实验叙述正确的是：A.检测生物组织中还原糖的实验中，用颜色较浅的甘蔗汁效果很明显；B.用苏丹Ⅲ染液对花生子叶薄片染色后，需滴加体积分数为50%的酒精洗去浮色；C.黑藻可以用来观察叶绿体的形态和分布，但不能用于观察质壁分离及复原；D.向煮沸冷却的豆浆中同时加入等量的双缩脲试剂A液和B液后，溶液呈现紫色。其中，A项解析描述为：“甘蔗汁中富含蔗糖，蔗糖为非还原糖，不适合用于生物组织中还原糖的检测与观察，A错误”。然而，这种普遍的认知是否经过严格的实验验证？面对这些疑问，笔者深入实验室，与学生共同探究这一科学命题，期望通过实证研究，揭示问题背后的科学真相。

1 材料与方法

本实验选取了新鲜广西红甘蔗的茎组织样液、阜阳“半截楼”西瓜和特小凤西瓜的瓤组织匀浆作为原料，材料均通过机械压榨后获得实验样液。采用常规的还原糖检测方法，如斐林试剂检测法，对甘蔗汁和西瓜汁中的还原糖进行定性分析。同时，将这些汁液的还原糖检测结果与空白对照组（斐林试剂组）、对照组（实验材料本身组）和标准对照组（葡萄糖样品组）的实验结果进行比较。

2 实验原理

斐林试剂是用于检测还原糖的常用试剂，其实验原理是基于还原糖在碱性条件下与斐林试剂中的铜（II价）离子发生氧化还原反应的特性。斐林试剂由两部分组成：甲液和乙液，当两种液体混合时会发生络合反应，形成一种碱性络合状态的蓝色Cu（OH）₂，若放置过久，Cu（OH）₂便会完全沉淀，而酒石酸根（C₄H₄O₆^2-）溶液可增强其稳定性，使其不易发生沉淀^［1］。当斐林试剂与还原糖反应时，加热的目的是电离出更多的醛基（-CHO），增加与铜离子的接触概率，加快反应速度，此时铜（II价）离子被还原为铜（I价）氧化物，形成Cu₂O砖红色沉淀，这种颜色变化是检测还原糖存在的明确指标。然而有研究发现，含有色素的植物组织样液在与斐林试剂反应前后，颜色和状态有明显的区别，且Cu₂O沉淀的颜色取决于反应的速度^［2］，因而还原糖检测生成的黄色或其他颜色的沉淀也应该是Cu₂O，由此说明可以采用有色植物组织作为可溶性还原糖检测的实验材料。斐林试剂检测还原糖的相关反应方程式如下。

①Cu²⁺+2OH^-→Cu（OH）₂（新制的氢氧化铜溶液）；

②2C₄H₄O₆^2-+Cu（OH）₂→［Cu（C₄H₄O₆）₂］^2-（络合状态）+2OH^-；

③2［Cu（C₄H₄O₆）₂］^2-+R（CHO）+5OH^-→RCOO^-+Cu₂O↓+4C₄H₄O₆^2-+3H₂O。

人教版高中生物学教材其实是简化了添加酒石酸根的步骤，直接使用NaOH溶液作为斐林试剂的乙液，因而不会发生络合反应，形成的Cu（OH）₂溶液稳定性较差，故斐林试剂虽需现配现用，但检测速度和灵敏度较好。而浙科版教材选择改良的本尼迪克特（班氏）试剂，尽管可长期保存，但检测速度和灵敏度较差^［3］。人教版中斐林试剂检测还原糖的相关反应方程式如下。

①Cu²⁺+2OH^-→Cu（OH）₂（新制的氢氧化铜溶液）；

②2Cu²⁺+RCHO+5OH^-\stackrel{\mathrm{水浴}\mathrm{加热}}{\to }RCOO^-+Cu₂O↓+3H₂O。

在上述反应中，RCHO代表还原糖的醛基团，而Cu₂O是砖红色的铜（I价）氧化物沉淀。需要注意的是，并非只有含醛基的糖类才能与斐林试剂发生反应，一些糖类的酮基团可在碱性条件下异构化为醛基团，进而与斐林试剂发生反应，比如果糖。

3 实验结果

当甘蔗汁、过滤后的西瓜汁及特小凤西瓜汁与斐林试剂分别反应时，均能观察到明显的砖红色沉淀，这是铜（I价）氧化物的特征色泽，表明这些样品中均含有还原糖，且这两种西瓜汁都未影响Cu₂O砖红色沉淀的观察；而未过滤的红色西瓜汁与斐林试剂反应后，却生成Cu₂O黄色沉淀。对标准葡萄糖样品进行实验，以验证实验条件的可靠性及斐林试剂的反应活性。结果显示，葡萄糖溶液与斐林试剂经水浴加热后迅速生成砖红色沉淀，证明了实验的有效性和斐林试剂的活性。通过对照实验，发现空白对照组和材料对照组水浴加热后没有产生任何沉淀，进一步确保了实验的严谨性与结果的准确性。

同时对甘蔗汁进行实验，结果显示甘蔗汁与斐林试剂反应能产生砖红色沉淀，这表明甘蔗汁中的确存在还原糖。这一实验结果与周金成等人的研究结果截然不同，他们认为甘蔗汁在50~60 ℃水浴加热条件下的还原糖检测不会出现砖红色沉淀，溶液仍然呈现蓝色^［4］。

对于红色西瓜汁，为了确保实验结果的准确性，可采用定性滤纸过滤，获得接近无色的透明液体，再检测还原糖，不仅消除了色素的干扰，还避免了杂质的影响，从而确保实验结果的可靠性^［5］。与甘蔗汁相比，过滤的西瓜汁与斐林试剂的反应速度更快，生成的砖红色沉淀量也更多，可以清晰地观察到砖红色沉淀的存在。除此之外，像特小凤西瓜，瓜瓤榨汁均呈现淡黄色，其还原糖检测产生明显的砖红色沉淀，对实验结果也无明显干扰作用。

以上实验结果可以明确证实，甘蔗汁中富含还原糖，过滤后的西瓜汁和特小凤西瓜汁都能与斐林试剂反应生成明显的砖红色沉淀。

4 实验分析

当讨论甘蔗汁与斐林试剂是否反应时，需要考虑甘蔗汁的整体成分。尽管蔗糖是非还原性糖，但在某些条件下，可以水解为葡萄糖和果糖。甘蔗茎秆的各节间还原糖含量与蔗糖含量表现为逆向趋势，在成熟过程中还原糖含量从下到上逐节上升，而蔗糖含量自下而上逐节下降^［6］。此外，甘蔗汁中可能还含有其他还原性物质（某些有机酸或其他化合物），这些物质也可能与斐林试剂反应。因此，尽管甘蔗汁中含有丰富的蔗糖，但其与斐林试剂反应生成砖红色沉淀的能力会受到蔗糖的水解产物（还原糖）或甘蔗汁中其他还原性物质的影响。

特小凤西瓜汁和过滤后的西瓜汁本身接近无色，与斐林试剂反应后生成的砖红色沉淀非常明显；而未经脱色的西瓜汁虽然本身有颜色，但能生成黄色沉淀。

综上所述，试题中的“甘蔗汁不可与斐林试剂发生反应”的描述是不科学的，应改为“蔗糖不可与斐林试剂发生反应”；试题中“不可选用西瓜汁作为还原糖检测实验的材料，因有颜色干扰”的说法是不严谨的，并未考虑到对西瓜汁进行过滤脱色处理或更换西瓜品种，这也可能是近年高考试题中从未出现此类说法的原因之一。

5 结语

基于对甘蔗汁和西瓜汁中还原糖的检测，对教学中的一些共识提出疑问。甘蔗汁中的蔗糖在特定条件下可水解生成还原糖，能够与斐林试剂发生显色反应；而红色西瓜汁经过过滤脱色或选用特定品种后，仍可用于还原糖检测，即使是未过滤的红色西瓜汁与斐林试剂反应也能产生Cu₂O沉淀，只是颜色并不一定是砖红色，具体颜色取决于反应速度。这一结论为教学提供了新的视角，强调了实验验证在科学教育中的重要性。在未来的教学和试题设计中，教师应更加注重实证研究，避免误导学生。

参考文献

[1] 吕小兰，彭邹君，芮嘉晗，等.基于斐林试剂检测柿霜中还原糖含量的实验设计［J］.化学教育（中英文），2022，43（20）：62-66.

[2] 张云，林颖韬，陈巧，等.“生物组织中可溶性还原糖检测”的疑问探讨［J］.生物学教学，2014，39（10）：60-61.

[3] 倪伟海.斐林试剂和本尼迪特试剂检测效果对比分析［J］.生物学通报，2021，56（11）：38-40.

[4] 周金成，陈维.与还原糖鉴定实验相关结论的验证［J］.中学生物学，2017，33（04）：49.

[5] 徐宜.深度探究检测生物组织中的糖类：用西瓜汁作还原糖检测的材料［J］.中学生物教学，2020（05）：78.

[6] 陈迪文，吴庚福，周文灵，等.甘蔗糖分调控因素与增糖应用研究现状［J］.甘蔗糖业，2020（03）：43-51.