臺灣化學教育

結合微電影於製作豆腐和植物染實驗中—
創意影片拍攝心得分享（上）

劉曉倩

國立彰化高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

n  緣起：我的少女時代

十年前意外接到教育部高中化學學科中心（以下簡稱學科中心）雅雯邀請加入其工作團隊，憶起第一次參加會議時的戒慎恐懼，一個如此強大的學科中心指派的任務可能非同小可，脖子上的毛都快豎了起來，資深大家長龔自敬老師除了將階段性工作事項一一說明外，還播放了學科中心資深教師製作的創意實驗影片，專業的裝扮和實驗設備，前輩實驗動作十分精準，口齒清晰三言兩語就能把實驗精髓完整呈現，內心折服外，潛伏多年的雄心及表演慾也激出渴望的火花，遠目少女時期的自己—運動舞社社長，從劇本編寫、組編舞曲、編舞、到成為表演者，沉寂多年，隨著時光之河容顏及熱情已成乾枯的典藏，如今有了伸展的舞台，內心熱血流竄，即使賣老臉也應兩肋插刀賣力演出，一方面深思創意實驗影片以研發實驗為主，太搞笑恐會失焦，太正經又擔心鄉民在點閱YouTube時，一看到學科中心的招牌音樂就直接按叉忽略，枉費學科中心教育普羅大眾的美意，因此尺寸拿捏端看個人本事。

初期拍攝主題以研發創新實驗為主，筆者平日除了教學就是喜歡蒐集各種稀奇古怪實驗，一次偶然機會跟學生分享拍攝影片經驗，他們覺得很新鮮，想參與拍攝，也因此有了主題呈現的表演方式。實驗準備、試做都是由學生負責，拍攝當天大家集思廣益，學生時期情景重現，小幸運的是，這些孩子雖然來自普通班，卻是靈活手巧的孩子，他們創意無限，也因為此次影片拍攝，他們發現自己，找到自己，意外促成這幾個學生日後參與全國化學創意闖關比賽都有十分傑出的表現。

本文共提供兩則實驗內容及其影片，主要是以家庭化學實驗為主，所謂家庭化學實驗是指在家裡做化學實驗，使用的藥品和器材可以從家裡取得，購自五金行、百貨行、文具店、藥局等，或取自廢棄物，而不使用化學實驗室的場地以及藥品和器材。但因拍攝方便起見此兩個實驗都在實驗室中進行，一是學科中心2012年創意闖關比賽影片「關公賣豆腐」，以三國時期大將關公原先是賣豆腐的小販切入主題，介紹豆漿是膠體溶液，當遇到生石灰或硫酸鈣時會達到蛋白質等電點而沉澱，呈現古人的生活智慧。另一則是2014年拍攝的「神奇的植物染」，片中小男孩所使用布為棉布，洋蔥是染劑原料，當小男孩使用了乞丐給的〝神奇豆子〞時，染布效果大增。過程中主要強調出媒染劑對於染布的神奇功效，並介紹其原理。

n  影片觀賞

一、  關公賣豆腐

本實驗影片是2012年化學學科中心拍攝，提供其製作的詳細過程。

影片網址：https://www.youtube.com/watch?v=EjQpbEoxcRI, YouTube.

二、  神奇植物染

本實驗影片是2014年化學學科中心拍攝，提供其製作的詳細過程。

影片網址：https://www.youtube.com/watch?v=40J1tKBW5xs, YouTube.

n  器材及藥品：

加熱板 1 台、保鮮膜 、玻棒 1 支、燒杯（500毫升） 1 個、燒杯（250毫升）  1 個、培養皿  3 個、餐巾紙 1 張、豆漿、硫酸鈣（食品材料行有販售） 1 克、洋蔥表皮 10克（約兩顆的量）、5%的明礬（KAl(SO₄)₂‧12H₂O）水溶液（食品材料行有販售） 。

n  實驗步驟

一、  關公賣豆腐

1.        配製硫酸鈣飽和溶液：取50毫升的蒸餾水，加入適量的硫酸鈣，建議比例：硫酸鈣與水的重量比例是1：7。

2.        取一個250毫升的燒杯，放入豆漿（無糖豆漿較佳），隔水加熱至80℃。再加入硫酸鈣飽和溶液，稍加攪拌後靜置十分鐘。

3.        靜置10分鐘（必要時可以先加熱再靜置），為加速豆腐沉澱生成，可以再以冷水浸泡5分鐘，加速冷卻。此時豆漿分成兩層，上層為水，下層沉澱物質即為豆腐。

4.        將上層澄清液倒掉，將豆腐倒入鋪有保鮮膜的培養皿，可以餐巾紙輕壓液面吸水。

5.        豆腐成型後小心倒出。蒸發皿內的豆腐倒在鋪有保鮮膜的桌面。下圖為完成作品圖。

 

圖1：手工豆腐示範實驗結果（左），豆腐成型後出現粗浮渣（右）

【評審評分注意事項】

1.        提醒學生可善用實驗室中的器材，除了「創意實驗說明」不得提醒學生實驗技巧。

2.        只要在時間內成型就算及格，如果在時間內仍呈現水狀，無法順利倒出，就是不及格。

3.        豆腐成型，但出現粗浮渣，得分70分。

4.        豆腐成型，無出現浮渣，得分90分。

5.        豆腐成型完整，無出現浮渣且質感細緻，得分100分。

二、  神奇植物染

1.        配製5%明礬溶液：23克的明礬加入水，直至溶液總重250克。

2.        取一個500毫升的燒杯，內裝水約八分滿，剝開兩顆洋蔥的表皮，約10克重，加入燒杯中，於加熱板上加熱10分鐘後，過程中以玻棒不時攪拌，洋蔥表皮的色素溶於水中至溶液的顏色呈黃色為止。

3.        將一塊折捲成圓柱形，以橡皮筋固定的方形棉布，放入熱的溶液中，靜置10分鐘。

4.        將2.3克的明礬粉，加水至250毫升，配製5%的明礬溶液作媒染劑備用。

5.        10分鐘後，在綿布取出，鬆開橡皮筋，置入裝有明礬溶液的燒杯中，以鑷子夾著綿布在溶液中漂洗，3分鐘後染色隨即完成。

n  安全注意及廢棄物處理

l  本實驗的製作過程有殘留的明礬溶液等，請依實驗室廢棄物規定，統一回收處理。

n  原理與概念

一、  關公賣豆腐

豆漿為含有多量蛋白質的黃豆水溶液，是一種膠體溶液；蛋白質為胺基酸所組成，胺基酸具有羧基（carboxyl）及胺基（amino）兩種官能基，當在不同的pH值環境下時，羧基與胺基為布忍斯特–羅瑞的酸與鹼，可分別擔任提供質子、接受質子的角色，故為兩性物質；若胺基酸在某一pH值的溶液中，其淨電荷為0，且在電場中不移動時，我們稱這pH值為它的等電點（isoelectric point，又稱pI值）；以丙胺酸（Alanine）為例，其等電點pH = 6.00。丙胺酸在不同的酸鹼溶液中，其結構式的變化如2圖所示。

圖2：丙胺酸在不同pH值下，官能基結構的變化

天然蛋白質的種類很多，由於不同蛋白質的胺基酸組成的種類及數目不同，當蛋白質分子位於等電點時，其正負電荷數量相等，膠體粒子間的靜電斥力消失，所以分子之間極易相互碰撞凝聚而沉澱，溶解度下降。不同蛋白質等電點是不同的，例如黃豆水溶性蛋白質的等電點約為4.3，小麥的麵蛋白質的等電點約為6.5。相反而言，當溶液的pH值低於或高於pI值時，膠體所帶淨電荷必為同號，彼此之間有相互排斥力，穩定存在水中，因而較不會發生凝聚現象。

天然蛋白質之性質，會受到很多因素（如光、熱、酸、鹼、有機溶劑、金屬離子等）的影響而改變，此性質的改變稱為變性。利用鈣、鎂離子使黃豆之水溶性蛋白質凝聚而製造豆腐，就是一種變性反應。

本實驗中加入生石灰（CaO）或石膏（CaSO₄），是利用鈣離子與蛋白質膠體形成難溶性鹽類而凝聚沉澱。加入食醋、橘子汁而凝聚沉澱，即利用其等電點。至於加入食鹽、醬油不凝聚，是因為未達等電點，加入糖不凝聚，則是因為糖為非電解質之故。

二、  神奇的植物染

明礬，通常是鉀明礬的簡稱，學名為硫酸鋁鉀，化學式為KAl(SO₄)₂･12H₂O。為硫酸鋁與硫酸鉀的複鹽，常用於自來水的淨水（凝聚劑），及媒染劑。什麼叫作媒染劑？原來當纖維缺乏與染色劑之間的親和力時，染色時顏色會不明顯，這時需用一種藥劑，作為纖維與染料間的媒介，以達到染色的目的，這種藥劑稱〝媒染劑〞。常用的媒染劑分為天然的和合成化學的，前者如鐵銹、烏梅、稻草灰、木灰、茶花…等。後者如醋酸酮、醋酸鋁、醋酸鐵、明礬等。而本次實驗染色的洋蔥表皮內含有色素檞皮黃酮，當纖維上的檞皮黃酮與媒染劑的鋁離子發生配位共價作用時，會形成金屬錯合物，此即鋁的媒染作用。此錯合物吸收光線並反射時，會使顏色變得更加鮮艷（因為光譜變得尖銳 且吸收的光更多）。除了布的顏色更加鮮艷以外，經明礬水溶液浸泡後，染料的附著力會比原本只浸泡洋蔥表皮的水溶液還要更加穩固。

〔續《結合微電影於製作豆腐和植物染實驗中—創意影片拍攝心得分享（下）》〕