臺灣化學教育

化學教室活動：庶民的分子廚藝教室

郭益銘^1, *、鄭惠華²

¹中華醫事科技大學環境與安全衛生工程系
²巧比諾有限公司
*[email protected]

n  前言

一、分子廚藝讓廚房變實驗室

1985年，法國科學家Herve This與物理學家Nicolas Kurti，正式為共同研究的「分子廚藝」（molecular gastronomy）定名，位於西班牙的El Bulli餐廳是「分子廚藝」的創始店，主廚安德里亞（Ferran Adria）顛覆傳統廚藝，「眼見為憑」已非真理，每一口都是驚喜，還被英國權威雜誌「餐館」（Restaurant）二度評選為全球最佳餐廳。分子美食就是廚師利用各種奇異工具，通過物理或化學的變化，把食材的味道、口感、質地、樣貌完全打散，讓後再重新「組合」成一道新菜，讓傳統的菜肴變得充滿新鮮感，給我們不斷帶來驚喜。

二、熟悉知識卻不曾體驗的學生

現今的課程編排，一個國小學生要學習的科目和細項相當多，因此教育現場實際操作實驗的時間和內容均受到侷限，教師在備課上，除採購物料與準備教材，甚至於在安全考量上，都必須花費比較多的時間。而當今孩子因為科技的進步與家庭的保護下，很多孩子在實作的基本能力上也缺乏實際體驗。更報導指出學童的食育力下降【中華日報新聞網，2018】（見圖1），只會吃「白香蕉」的窘境，一時間發現，熟讀澱粉糊化理論的學生，居然連煮飯要放水這件事情都感到猶豫。

圖1：董氏基金會調查成果發表狀況

（圖片來源：中華日報新聞網，http://goo.gl/TkYLhA）

三、關懷偏鄉縮小落差

2013年起我們在一般地區以及偏鄉和弱勢地區推動「科學小食神」及「點心吃什麼」等科普專案，我們普遍發現學生在生活能力與科學理論的結合上是脫節的。優勢家庭的孩子即使成績優異，能侃侃而談澱粉糊化、蛋白質變性等化學理論，但是在家政領域裡，煮飯不放水、喝鹹豆漿堅持不想放醋，都讓我們感受到實作的需求。而偏鄉弱勢地區由於家長的教育陪伴力量薄弱，閱讀及學習興趣低落，孩子不認識食品添加物，也無人引導觀察生活中食物的化學變化，生活的應變能力與科學的學習無法同時提升。

n  材料與工具

本次實驗所需的材料與工具如下：市售鬆餅粉（通常內含泡打粉與中筋麵粉）、葡萄汁（自製或市售均可）、檸檬汁（自製或市售均可）、電熱烤板或烤箱、叉子、量匙、容器、攪拌棒、盤子。

n  實驗流程、問題提問與觀察引導

1.        酌量取出鬆餅粉，不添加水逕行放在烤板上或烤箱內加溫1-2分鐘，此時詢問同學，鬆餅粉是否會變成鬆餅？

教師角色：引導學生觀察鬆餅粉，確認並未變成鬆餅（見圖2），在進入下一階段觀察。

圖2：未加水鬆餅粉加熱後狀況

2.        鬆餅粉加到水裡，不加熱，是否會變成鬆餅？

教師角色：引導學生觀察鬆餅粉與水混合後，是否有糊化現象，抑或僅為單獨澱粉略為膨脹顆粒懸浮於水中，並確認其並不會變為鬆餅（見圖3）。

圖3：加水鬆餅粉未加熱後狀況

3.        鬆餅粉加到水裡混合攪拌後，並加熱，觀察其是否變為鬆餅。

教師角色：引導學生觀察鬆餅粉與水攪拌均勻後，在加熱過程中，其漸漸糊化的現象，在水分漸漸蒸發後將轉變成可口的鬆餅，且鬆餅上有許多小孔洞（見圖4），可詢問其原因，並引導入小蘇打粉與酸性物質反應後產生二氧化碳的反應。

 

圖4：加水鬆餅粉加熱後：成型狀況（左）；學生操作情形（右）。

4.        加入葡萄汁並已經烤好的鬆餅，觀察其顏色，另外在加入檸檬汁後，再觀察其顏色的變化。

教師角色：引導學生觀察鬆餅的顏色，詢問學生鬆餅粉為淡黃色，葡萄汁為紫色，紫色加黃色後應該呈現紫黃色，為何混合後會變成綠色？另外，添加檸檬汁後為何又變成粉紅色？藉此問題詢問再導入花青素於酸鹼中，顏色會變化的概念，並聯想至酸鹼中和所使用的石蕊試紙，以作為課程的延伸。

  

圖5：加水鬆餅粉在加熱後的外觀：加入葡萄汁和牛奶的鬆餅漿（左上）；沾上檸檬水的鬆餅漿烘烤（右上）；原味與葡萄口味鬆餅漿烘烤成型外觀，加上檸檬水的葡萄鬆餅漿偏粉紅色，未加上檸檬水的葡萄鬆餅漿烤過後偏綠色（下）。

n  問題引導與答案說明

1.        鬆餅粉為何會變成鬆餅？

本次實驗時，先讓學生放置鬆餅粉於烤盤上，發現鬆餅粉即使經過高溫亦不會變成鬆餅，此係因澱粉糊化作用。澱粉分子為長鏈的葡萄糖分子的聚合物，澱粉分子之間以氫鍵方式交聯在一起。澱粉分子於常溫下不溶於水，僅能可逆地吸收水和輕微地溶解脹大，但隨溫度漸增，澱粉分子振動劇烈，造成澱粉分子之間的氫鍵斷裂，進而澱粉分子與較多的水分子結合。由於水分子的進入造成長鏈的澱粉分子的分離，增加澱粉分子結構的無序性、減少結晶區域，溶解脹大並分裂形成均勻糊狀溶液的特性，稱為澱粉的糊化（gelatinization）。

2.        烤鬆餅時孔隙從何而來？

鬆餅成品有大量細微孔洞，顯示烘烤過程當中產生氣體，本次實驗所使用的鬆餅粉主要成份含中筋麵粉與泡打粉，中筋麵粉與水混拌加熱後會產生糊化現象，並凝結成鬆餅，而泡打粉主成分為小蘇打粉（Sodium bicarbonate, NaHCO₃）、弱酸性物質如塔塔粉（cream of tartar）、磷酸二氫鈣（Monocalcium phosphate, Ca(H₂PO₄)₂）或硫酸鋁鈉（Sodium aluminum sulfate, AlNa(SO₄)₂）等，再加上乾性介質如玉米粉等，因此其在高溫環境下產生CO₂，導致鬆餅中孔隙的產生，發生的化學反應如式[1]所示。

NaHCO₃(aq) + H⁺(aq) → CO₂(g) + Na⁺(aq) +H₂O(g)    [1]

3.        加入葡萄汁的鬆餅，再加入或檸檬汁後，為何鬆餅顏色產生變化？

當鬆餅粉加入葡萄汁考完後，其顏色呈現綠色，但在加入檸檬汁後，卻呈現粉紅色，其關鍵在於葡萄汁中所含的花青素（anthocyanidins），其結構式如圖6所示，係屬水溶性的植物色素，存在於液泡內的細胞液中。其與醣類物質以醣苷鍵結合的後即為花色素苷（或稱花色苷）（anthocyanins），與花的顏色、葉變紅等有關，屬天然的抗氧化劑。花色素苷的顏色會隨著環境的pH值而有所變化，可用於試紙測試酸鹼性。以紫色葡萄汁為例，其花色素苷變色範圍之pH = 4.3 ‒ 6.4，當pH < 4.3時呈現紅色，當pH > 6.4時呈現綠色。由於鬆餅本身近中性或弱鹼性，因此加葡萄汁烤乾的鬆餅呈現綠色。在添加檸檬後，鬆餅的pH < 4.3，且鬆餅本身為淡黃色，因此紅色和淡黃色混合而呈現淡紅色。

圖6：花青素的化學結構圖（R¹-R⁷為取代基，為−H、−OH或−OCH₃）

（圖片來源：Anthocyanins, https://en.wikipedia.org/wiki/Anthocyanin）

n  教學反思與回饋應用

1.        廚房或教室可以變成實驗室，庶民也是生活的科學家

教師透過教材的設計和教學教法，可將廚房活動與教學演示融合為一。透過廚房將食品以物理化學的方式組合成一道新菜的過程，能讓學生在活動當中體驗科學的奧妙，這類型實作型之課程延伸性最強，課程成果還能一口吃下，充分與生活結合的科學教育，最能引發學生的高度興趣。

2.        最貼近生活的科學理論

透過鬆餅粉加水烘烤成主食的烹調可讓學生看見：澱粉糊化、泡打粉產生氣體以及花青素隨pH變色等三種科學現象，實驗過程均為生活經常使用的食材，相關的概念也與化學理論緊緊相扣，讓我們談一場食指大動的化學教室課程吧！

3.        隨手可得的食品材料

在食品的科普課程中，課程所用的材料絕大部分可在廚櫃或冰箱裡找到，孩子在教室裡實際體驗過後，回到家裡看見熟悉的素材，還能拿起來再次演練，超市裡便可採買，家長樂在其中無負擔，偶而加入孩子的討論與操作，還能分享激盪出不一樣的火花。

4.        不斷改良的烹煮用具

實驗裡的燒杯、培養皿或酒精燈，學生在使用時，教師總是必須擔心受怕學生受傷，近年來廠商於廚具市場中，推陳出新許多烹煮或切割的器具，操作簡易且安全，適度使用可避免國小低年級同學於明火的操作中，有引燃及燙傷的危險，電鍋、鬆餅烤盤等均為加熱實驗的好幫手，食物剪刀與切菜神器更可讓同學們能安全地使用刀具切割。

5.        安全易懂的微實驗

食品科學實驗中的酸鹼藥劑使用量不多及其強度也不高，學生們不慎接觸時，以清水即不至於造成危害。透過酸鹼中和的實驗中，小蘇打、食用醋、檸檬汁等素材，均可提供孩子在中和過程中，觀察到氣體與顏色的轉變等。

6.        免費即時的延伸助教

學校教室的實驗課程，一位教師須帶領二十多位學生，學生輪流操作，而教師須在掌控其動作，對於教師而言是甚大的挑戰。廚房的化學教室中，家長都可成為助教，沒有學歷限制，均可為這場學習做免費而即時的延伸教學。每當孩子上課時，眉飛色舞地描述回家後，媽媽如何更厲害的做出成品，祖父母分享早年他們是如何在拮据的環境下做出一樣的東西，這項課程就得到最大的回饋，來自學生的體驗，也來自家庭的支持。

7.        科學實驗無所不在

讓大家把實驗白袍換成廚房圍裙，把燒杯換成鍋子，把攪拌棒換成湯匙。讓親子走進生活的實驗室，讓科學變成生活日記，一起動手做科學遊戲吧！

n  結語

庶民的分子廚藝教室教案嘗試將冰冷的試管與燒杯，換成同學們都熟悉的餐具與美食，引導父母親與孩子們走進生活化的科學教室，將艱深的化學原理，以遊戲方式呈現在學生面前，讓學生都能以愉快地學習科學知識，並將這些知識以圖像實踐的方式牢記在腦海裡，相信透過這樣的學習，能夠讓同學們達到寓教於樂的效果。