谢凤妮

◆摘  要：开展课外实验活动不仅符合中学化学课程标准及新课改要求，也是培养化学学科素养的重要途经。本文以晥鱼鱼鳞为研究对象，进行课外实验探究，研究了其鱼鳞胶的提取方法及提取条件，并对鱼鳞胶进行开发利用。

◆关键词：学科素养;高中化学;课外实验活动

学科素养是学科育人价值的集中体现，教育部制定《普通高中化学课程标准（2017版）》对化学学习的各个方面进行了多维度要求，并指出“科学探究与创新意识”是高中化学的五大核心素养之一。化学是一门以实验为基础的学科，而实验探究是科学探究的主要形式，是培养学生化学核心素养的重要途径。作为课堂实验的延伸及拓展，化学课外实验在化学教学中具有非常重要的地位。课外实验不会受时间、空间及原材料的影响，因而可以充分发挥研究形式多样性和内容丰富性的特点。结合课外实验的特点，笔者指导学生进行了废弃鱼鳞中明胶的提取及应用实验探究。

1研究内容

我国淡水鱼产量丰富，位居世界首位。近年来淡水鱼加工业开始蓬勃发展，主要集中体现在以生产鱼糜、鱼丸等鱼肉加工，而有关下脚料如鱼鳞、鱼骨等大多数都以废物形式被丢弃，既造成资源浪费也易污染环境。若将水产品加工业废弃下脚料鱼鳞中的明胶提取出来，每年可生产大量明胶，不仅可以提高原料利用率，对明胶加工业起到补充作用，也可增加经济效益，同时还能有效减少环境污染。

1.1鱼鳞胶的特点

鱼鳞胶（C55H85N12O22）是由鱼鳞中胶原转变成的一种明胶，其粘度及胶凝强度较高。在结构上它是多种氨基酸聚合而成的链状，机械强度高，难溶于酸、碱、盐等溶液，当与水共热时，会吸水膨胀会生成较小的明胶质分子，易溶于水。

1.2鱼鳞胶的用途

鱼鳞胶是一种乳化力较强的保护胶体，含有除色氨酸以外的全部必需氨基酸，在人或动物体内不仅能辅助食物消化，也可抑制因胃酸引起的蛋白质凝聚作用。此外，还含丰富的卵磷脂，可产生控制脑细胞衰退的作用。在食品上鱼鳞胶常用做胶凝剂、稳定剂、发泡剂、乳化剂和澄清剂;在医药上，鱼鳞胶可以用于生产胶囊;此外还以制成高级摄影胶膜应用于照相工业。

2鱼鳞胶的提取

2.1实验目的

（1）了解鱼鳞胶的性质及用途;

（2）了解鱼鳞的处理方法和提取原理;

（3）掌握鱼鳞胶的提取工艺;

（4）综合开发利用鱼鳞胶制成产品。

2.2主要仪器与试剂

仪器：烧杯，纱布，天平，锥形瓶，胶头滴管，pH试纸，玻璃棒，温度计，恒温水浴锅，玻璃片，冷凝管，圆底烧瓶，尾接管，微型定性盒、保鲜膜、包装纸、笔、墨、纸。

试剂：废弃鱼鳞，3%HCl溶液，3% NaOH溶液，3%石灰水，白砂糖，玉米淀粉，蜂蜜，色素、新鲜柠檬、染料。

2.3实验工艺流程

2.4实验方法与步骤

2.4.1原材料处理

鱼鳞收集预处理：学生利用周末在附近菜市场或水产市场多次收集新鲜废弃鱼鳞（晥鱼），用水漂洗干净，晾干备用;

碱浸：取洗净且晾干的鱼鳞置于烧杯中，向其中加入NaOH溶液，浸泡（以除尽附着在鱼鳞表面的污浊及脂肪）直至鳞片充分膨胀后，用水多次漂洗至洗液中性。

酸浸：将碱浸并洗净的鱼鳞再用稀盐酸浸泡多次（以除去鈣质）。

浸灰：用水多次漂洗酸浸后的鱼鳞片，再置入石灰水中浸泡一段时间，最后再次清洗，测其洗涤液为中性即可。

2.4.2鱼鳞胶熬制

向浸灰且中和后的鱼鳞中加入水（水量为鱼鳞体积的1.5倍），并置于恒温水浴锅中，控制温度70℃，进行胶质提取，每次3h连续熬煮数次，直至胶质充分析出。用纱布趁热过滤，并分装于在多个浅口容器中，便于冷却，待凝固成胶冻后则可进行刮片（用刀片刮成3厘米左右的薄片），干燥保存。

3影响鱼鳞胶提取率的因素

3.1酸浸

通过查阅相关文献，选择参照动物皮骨中明胶提取的方法[4]，别对鱼鳞胶提取的酸处理过程中料液比、浸酸浓度、浸酸时间进行对比实验。

3.1.1酸浸料液比对提取率的影响

鱼鳞中含有大量羟基磷灰石（Ca10（OH）2（PO4）6）及少量的 Ca（PO4）2，当进行酸浸时都与酸反应，以以钙离子的形式溶出，达到除钙的目的。由图2可知，鱼鳞胶提取率随料液比的递增先升后降，当料液比为1：20时鱼鳞胶的提取率达到最大值。当酸浸浓度、酸浸时间一定时，鱼鳞中除钙率会随料液比的增大而增大，从而对胶原蛋白的释放和提取有利，而后降低，其原因是由于料液比太大，会导致鱼鳞中的酸溶性胶原蛋白和水溶性胶原蛋白都发生溶解，在过滤过程中胶质会发生损失，由此可选择浸酸料液比1：20。

3.1.2酸浸浓度对提取率的影响

由图3可知，提取率受浸酸浓度影响，呈现先升后降的变化趋势，并在酸浓度为3%时达到最高，随后下降。当料液比和浸酸时间一定时，鱼鳞的脱钙效果及胶原蛋白的提取率均与酸浓度成正比，但当酸浸浓度较高或者过高时，会溶解部分鱼鳞中胶原蛋白，从而造成胶质的损失，在进行鱼鳞浸酸操作时选择盐酸浓度为3%

3.1.3浸酸时间对提取率的影响

由图4可知，提取率随酸浸时间增长先稍微有下降再升高，然后趋于平稳，最后下降，当酸浸时间为12 h此时提取率最高。结合文献分析酸浸初始，提取率会受鱼鳞中的酸溶性胶原蛋白的影响，略有降低，随后升高。当料液比和浸酸浓度一定时，延长酸浸时间不仅有利于鱼鳞脱去钙质，也有利于胶原蛋白的提取。由图可知当酸浸时间6至18小时提取率变化并不大，说明已经基本脱去鱼鳞中的钙质;当浸酸时间过长时会导致鱼鳞中的水溶性胶原蛋白发生溶解，因此提取率最后呈现下降趋势。结合以上因素从胶原蛋白的提取率和实验的效率来考虑，浸酸时间应选择6h。

3.2浸灰

交联的共价键和非共价键大量存在于鱼鳞胶原纤维分子内及分子间，使其结构非常稳定。若要提高鱼鳞胶的提取率和纯度，还需用碱处理破坏其稳定的结构，充分释放胶原分子，并除去非胶原类的杂蛋白。以石灰乳浸泡皮料的碱处理过程称为“浸灰”，而鱼鳞胶浸灰的过程同样需要考虑料液比值、碱液浓度、提取时间的影响。本次探究实验综合了潘杨、王彩理等有关鱼鳞胶提取的工艺方法，在浸灰部分采用料液比1：20、浸碱浓度3%、浸碱时间12h。

3.3实验结论

本课外实验探究活动采用酸碱法与热水提取相结合的方法提取晥鱼鱼鳞胶，最佳浸酸工艺条件为：浸酸料液比1：20、浸酸浓度3%、浸酸时间6h;浸灰工艺条件为：料液比1：20、浸碱浓度3%、浸灰时间12h。相对传统方法采用此工艺条件可以大大缩短周期，而且得到的鱼鳞胶纯度高，品质好。

3.4鱼鳞提取率

鱼鳞胶提取率表示为：DP=B/E*100%，（B为提取的鱼鳞胶质量，E为干鱼鳞质量）。按以上最佳条件提取晥鱼鱼鳞胶，100g干鱼鳞实际提取鳞胶10.12g（折算），其提取率约为10.12%左右。

4鱼鳞胶的综合应用

4.1鱼鳞胶固体清新劑制取

购买新鲜柠檬多个，用小刀取下表层部分约100g（含油质层），将其捣碎，置于圆底烧瓶中，采用水浴法提取柠檬精油;取鱼鳞明胶（20g）将其与柠檬精油混合，并用搅拌器进行充分混合并加热溶解，并控制温度在50℃（温度过高精油易挥发，温度过低鱼鳞胶溶解不充分），趁热倒入定型盒中，待冷却后，在定型盒表面制得带柠檬香味的固体清新剂;此外用类似的方法也制得了桂花香味的固体清新剂如图5。

4.2鱼鳞胶软糖的制作

据调查在制糖工业中传统的做法是使用明胶作为胶凝剂，但用来提取明胶的皮革原料一般都需要加工处理，很容易残留化学试剂而影响明胶的品质，而本探究实验提取的鱼鳞明胶主要通过水解熬制而得，营养成分丰富，且纯天然工业化学杂质较低。鱼鳞胶软糖制备主要分为两部分：①造胚。将制备好的鱼鳞胶放入250ml小烧杯中，按比例加入砂糖和玉米淀粉，加热并不断搅拌至黏稠状，再按比例加入蜂蜜、柠檬酸（也可适当加入可食用色素）、香精，继续加热搅拌混合均匀。②造型。待粗胚充分冷冷却后，铺膜、造型、裹膜、包装，即可得到鱼鳞胶软糖。其具体操作工艺流程如图6：

4.3鱼鳞废料制工艺品

鱼鳞胶提取过滤后可分离得到胶质和鱼鳞废料，本着既环保又充分利用原料的原则，孩子们发现剩余鱼鳞废料质地透明，且纹理清晰又像极一片片花瓣，于是灵机一动，想到将最后本要丢弃的废料制成工艺品。他们发挥自己的创造力，选用绘画纸、画上梅花树干、树枝，在将鱼鳞片废料粘在画纸上，用涂料上色、晾干、制得鱼鳞立体梅花，再将其进行装裱，便可得到一幅精美的立体梅花工艺品如图7。

5实验讨论

5.1实验优点

本实验选取了废弃鱼鳞为研究对象，研究产品成本低，进行废物再次开发利用符合绿色环保理念，不危害身体健康;并为鱼鳞胶的提取工艺提供可参考依据;变废为宝，将废弃的鱼鳞进行充分开发利用，从食品、日用品、工艺品三方面着手，分别制得鱼鳞胶软糖、固体清新剂、手工工艺品（立体梅花）

5.2实验困惑

在提取过程中鱼鳞胶分子易发生部分水解和降解，影响鱼鳞胶产率;温度、时间、酸碱浓度、水与鱼鳞的比率、溶液pH对鱼鳞胶的提取影响也很大;用纱布过滤时，在纱布上有残留胶质，部分损失。本实验为高中课外实验活动，受实验条件限制对鱼鳞明胶粘度及胶凝胶强度的测定受酸、碱、温度影响无法测定，在鱼鳞胶的提取工艺部分主要以相关文献的提取方法进行实验。此外鱼鳞胶的干燥及部分产品的保存也受到限制;本次研究对象仅为晥鱼，后续还可以研究不同种类鱼的鱼鳞胶提取，如鳙鱼、鲢鱼、鲤鱼及罗非鱼等。在鱼鳞胶的综合应用方面也只能处于初步探究，如鱼鳞胶软糖的制备，仅仅是模拟实验阶段，真正达到食用级别则需要更高的要求，今后继续探索，努力提高提取率及产品的纯度。在软糖的制备中使用了极少量食品添加剂色素，后续将着力于天然色素的提取，并将其利用到各种产品开发中。

中学化学课外实验活动的开展，对化学教学起了很好的补充作用，可以激发学生学习化学的热情。学生利用课余时间在经历观察、调查、实验、分析等一系列探索的过程中，不仅培养了科学精神和创新能力，形成自主研究意识，也可获得更高层次的情感体验，此外还锻炼了学生的合作能力和交流能力。本课外实验研究属于广州市中学生“我与化学”活动研究案例，其开展可以帮助学生认识化学与生活及社会的密切联系，培养学生独立自主的研究能力，学会将所学知识运用到实践中解决实际问题，尤其是废物资源再次利用，发展化学学科核心素养，也有利于培养学生的社会责任担当。

参考文献

[1]中化人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）.北京：人民教育出版社，2018.

[2]石维焕，许永安.鱼鳞利用的研究进展[J].福建水产，2011，33（04）：67-72.

[3]王彩理，朱伯清.鱼鳞胶及其在食品上的应用[J].北京水产，2004（02）：32-33.

[4]陈莹艳，陈运中.草鱼鱼鳞明胶的提取工艺及特性研究[J].农产品工程技术2014（02）：77-80.

[5]郭润霞，谭兴和，张喻，等.橘皮精油的提取与应用研究进展[J].食品工业，2011，32（08）：100-102.

[6]项雷靖.鱼鳞胶软糖制作工艺的研究[J].福建轻纺，2007（06）：10-13+18.

本文是广东省教育学会2019年教育科研规划小课题《基于学科素养的高中化学课外实验活动研究》（GDXKT20799）研究成果。