分子料理的探究 與「食」作

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Chemistry 分子料理的探究

與「食」作

-以晶球化反應為例

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課程起源

身為自然科教師的我,上個學年竟不務正 業,開設起選修課程─ 「未來廚房」,教學 生做「分子料理」。這一切都是源自於一堂跟 冬至這個二十四節氣之一有關的地球科學課。當 時為了應景,也想讓學生有特別的體驗,我在教 室用電磁爐煮湯圓請同學吃。在等待湯圓煮熟的 同時,我們也沒閒著,大家七嘴八舌討論起:

「為什麼湯圓煮熟會浮起來?」「電磁爐如何加 熱?」最後更從煮湯圓的熱對流現象延伸討論 到「白天吹山風還是谷風?白天吹海風還是陸 風?」等有趣的聯想。學生專注討論的神情中還 帶有一絲期待,閃閃發光,令人難忘。課後,想 開一門「有得吃、有得玩、有得學」課程的念頭 在心中萌芽。同時,學校的餐飲科老師,也想讓 傳統烹飪課添加科學的元素,於是,這門跨自然 科與餐飲的課程─「未來廚房」就此誕生了。

分子料理簡介

介紹分子料理之前,讓我們先從分子料理最 經典的菜色─芒果優格蛋(圖一)、液態氮冰

觀看起來像荷包蛋,放到嘴巴裡品嚐,吃到的是 芒果醬口味的蛋黃,以及優格口感的蛋白,味覺 與視覺的差異,交織成令人驚豔的感官衝突。液 態氮冰淇淋則是利用液態氮低溫(-195.6℃)

的特性,急速將冰品原料冷凍,因為快速冷凍所 以冰晶顆粒小,口感綿密。舒肥牛排的「舒肥」

一詞來自法文,原意為真空,延伸的舒肥法為 抽真空並使用低溫烹調的方法。經由舒肥法控 制加熱溫度及時間烹調的牛排,整塊肉的熟成度 一致,不像傳統煎煮法會有表面焦但中心還不熟 的情況(圖三),且因為低溫烹煮,可以鎖住肉 汁,兼顧美味、營養與健康。

透過以上的例子,我們可知「分子料理」的 內涵,「分子料理」是一門結合烹調與科學的跨 領域技術,透過物理和化學變化將食材重新解 構,讓吃到與看到不一樣,像芒果優格蛋;另一 方面,我們也研究烹調背後發生的物理和化學變 化,讓料理變得更美味,像舒肥牛排及液態氮冰 淇淋。做為科學教師的我,遇到這樣有趣的題 材,可讓學生保有高度學習科學的動機,豈能錯 過。

教師 余怡青 大理高中

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Chemistry

課程設計

有趣的題材若搭配良好的課程設計,將發揮 其最大價值。本課程採用Inquiry-Based Science Education(IBSE)探究式的教案設計。與傳統食譜 式的實驗不同,IBSE是由學生透過觀察或任務 定義自己的題目,並設計實驗自己解決,最後透 過發表互相觀摩(圖四)。

圖四:Inquiry-Based Science Education (IBSE) 圖二:液態氮冰淇淋製作

圖一:芒果優格蛋

圖三:舒肥法與油煎法比較:

a 舒肥法烹調的肉,從裡到外熟成度都一樣 b 傳統油煎法烹調的肉,表面焦但中心還不熟

a 舒肥法 b 傳統油煎法

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Chemistry

科學探究 MIT - 化學

1 課前預備:教師在課前需設定好學習目標,

並依學習目標準備公共桌器材。

2 觀察:依學習目標設計情境讓學生觀察,或 是設計任務讓學生達成。設計的情境、任務 要 有 足 夠 的 趣 味 性 才 能 引 起 學 生 探 究 的 動 機。

3 定題:透過觀察,自己想三個問題之後,與 組內同學分享問題,把相同的問題刪去。小 組派人輪流分享問題,教師從準備的器材將 問題分成兩類:可以當場解決及不能當場解 決。請每一組從可以當場解決的問題中選一 個。

4 假設:依選擇的問題討論出假設。提醒同學 解決問題的整個過程要詳加記錄。

5 實驗:設計實驗來證實假設。看過公共桌材 料後,再修正實驗一次。此步驟是培養學生 利用現有工具解決問題的能力(若主題較發 散,學生不容易發揮想像,可以直接看公共 桌器材設計實驗)。在實驗過程中,除用圖 形及表格整理實驗數據、現象,也要將發現 的問題記錄下來。

6 結論與分享:請學生將結論及整個流程寫在 海報紙上,並整理成一分鐘的講稿。輪流上 臺報告,在臺下的各組必須想一個問題問臺 上報告的組別。

7 延伸再應用:教師設計一個新的任務給學 生,要完成此任務必須達到上個階段的學習 目標。

教案分享

1 晶球化反應:本篇將以分子料理最令人驚豔 的晶球化反應為例,談論如何設計探究性的 實作教案。把晶球放進嘴裡,咬破薄膜,裡 面的汁液蹦出,口感就像鮭魚卵。市面上,

冰品飲料店的波波球、魔豆及上述的芒果優 格蛋都是利用晶球反應作成的。如要製作芒 果口味晶球需要將芒果醬加入海藻酸鈉水溶 液混合,滴入鈣離子鹽類的水溶液中(乳酸 鈣、氯化鈣等)等待數秒,芒果口味的晶球 便完成了。海藻酸鈉為褐藻的萃取物,是鏈 狀的高分子聚合物,其水溶液黏稠,常被用 來當作冰淇淋、麵條的增稠劑或是穩定劑。

如碰到鈣離子,鈣離子會取代海藻酸鈉的鈉 離子,發生交聯反應,將原本的鏈狀聚合物 變成網狀聚合物,形成晶球薄膜(圖五)。

2 教案分享(本教案總時數為四小時,分成兩 次上課):

1 爆漿晶球

1 事前準備:教學目標是讓學生透過製作 可食用的晶球,學會交聯反應機制與用 眼 睛 觀 察 高 分 子 聚 合 物 結 構 改 變 的 過 程,最後的延伸應用為檢驗自製晶球的 耐酸性。依教學目標,公共桌上應有海 藻酸鈉、含鈣離子鹽與不含鈣離子的水 溶液,讓學生探究。以下是公共桌的準 備材料:

圖五:海藻酸鈉的交聯反應

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Chemistry

品名 數量 品名 數量

1%海藻酸鈉水溶液 每組預估200mL 滴管 每組5支

0.5%乳酸鈣水溶液 每組預估200mL 滴瓶(50mL) 每組5個

1%氯化鈉水溶液 每組預估200mL 透明杯 每組10個

1%糖水 每組預估200mL 攪拌棒 每組5支

食用色素(紅、黃、藍、綠) 每組一盒 湯匙 每人1支

檸檬(延伸活動使用) 每組一顆 廣用指示劑(延伸活動使用) 一盒

優格(延伸活動使用) 兩組一小盒 養樂多(延伸活動使用) 一組一瓶 2 晶球化反應的IBSE流程

圖六:晶球化反應的IBSE課程設計

圖七:學生提出 圖九:實驗中 的問題

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科學探究 MIT - 化學

2 延伸活動:晶球一粒粒,健康又美麗 1 讓學生閱讀和晶球優酪乳有關的文章,

並回答學習單問題(40分鐘): 問題 是採用聚焦式討論,透過閱讀、理解文 章,知道晶球要進入腸道會面臨哪些問 題,最後利用公共桌的器材設計實驗,

證 明 自 製 晶 球 可 以 抵 擋 胃 酸 , 進 入 腸 道。

2 進行實驗(30分鐘)。

3 將實驗流程及結果畫在海報上,並發表

(30分鐘)。

經驗分享與結語

在課堂中,最常聽到的是師生的笑聲及詢 問:「老師,可以吃了嗎?」的聲音,這樣富含 趣味性的探究與「食」作課程,深受學生喜愛。

對老師而言,能透過不同於講臺的角度觀察學 生,欣賞他們的優點,是種幸福,但過程中也面 臨幾項大挑戰:

1 備課時間:IBSE課程需要比較多的備課時 間。要縮短備課時間,可以靠教師社群共同 備課,除可大幅縮短備課時間,因每位教師 的專業、注意的點不同,可將教案修改得更 完備。

2 準備公共桌器材:公共桌的器材的選擇,要 讓學生從中學會教師設定的教學目標,同時 又不失探究性,所以不能太過直接,有時還 要加入其他器材,混淆視聽,教師需要比較 多的經驗才能拿捏得恰到好處。

3 問題的轉換:在定題時,有時學生的問題和 教學目標脫離太遠,有時問題會變成假設,

例如:晶球薄膜的厚度與浸泡時間有關,這 時教師要將問題轉化成:「晶球薄膜的厚度 與什麼因素有關?」有技巧性地轉化問題,

才能切合教師預設的教學目標。

圖十:實驗成果

圖十一:

 製作海報  及發表

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4 實驗中,忍住不說:學生在實驗時,教師的 任務為確保學生的實驗及活動切合要解決的 問題,所以當學生做實驗出現問題,詢問要 怎麼辦時,請學生記錄問題,不要忍不住把 答案說出來了。

5 課程時間:IBSE的課程,學生需要多比較 多時間進行探究,受限於教學時間,無法每 個教學主題都依照這樣的流程學習,這時可 以採取折中的做法,在學期初,從觀察到結 論、發表及延伸,做一次完整的IBSE學習,

讓學生對於如何探究有架構性的概念,之後 每次只針對某幾個步驟的能力做課程設計,

例如:請學生調整海藻酸鈉及乳酸鈣濃度做 出最薄的晶球,訓練其實驗步驟中探討變因 關聯的能力。

透過探究式(IBSE)的課程設計,學生除學會 教師設定的課程目標、知識內容,更重要的是熟 悉解決問題的流程,盼望我們的學生能透過一次 又一次的練習,累積經驗,增進其科學素養,以 後遇到人生中難解的習題,也會利用這套方法自 己去解決。這不就是身為教師的你我,最殷切的 期盼嗎?

歡迎加入我們臉書社群─「106-感動美味- 分子料理-探究與實作課程研發」,跟我們 一起探究與「食」作吧!

圖片來源

圖一、圖二、圖六∼圖十一:余怡青老師提供 圖三:shutterstock

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科學探究 MIT - 化學

輔助配套:學習單

晶球一粒粒 健康又美麗

一聽到晶球,大家馬上就會想到廣告台詞「晶球一粒粒,健康又美麗」。晶球優 酪乳為何有這樣的功能呢?這是因為晶球把乳酸菌包埋起來,提供保護效果,避免優 酪乳中的乳酸菌在飲用後,通過人體腸胃道時,被胃酸、膽鹽破壞。乳酸菌除了怕 酸,食品加工階段乾燥、低溫的環境,也會使乳酸菌的存活率下降,這時將乳酸菌包 裹於晶球中,便可以克服加工環境,保存下來。

晶球外層的膠膜原料為K-紅藻膠及褐藻酸鈣,製造方式可以採用擠出法或乳化 法。擠出法是用針筒吸取含乳酸菌的膠態溶液,用針頭滴入促凝劑,使它凝固成晶 球。乳化法則是讓乳酸菌膠液分散於大量油中,形成乳化狀態,與擠出法相同,再加 入促凝劑便可形成晶球。但使用擠出法製作的晶球較大,其大小與針頭粗細有關,也 因為製作方式較簡單,較常採用。

乳酸菌晶球有多元化的製作方式及應用,預期將來可以將晶球技術運用在更多方 面,發揮其價值。

Q:你看到什麼?

晶球可以保護乳酸菌,防止被胃酸、膽鹽破壞;晶球可以克服乾燥、低溫的環境;可 以用擠出法、乳化法製做晶球;擠出法晶球大小與針頭粗細有關。

Q:你直覺的想法?

晶球可以提供很好的保護。

可以做多大的晶球?

Q: 乳酸菌到達腸道要克服哪些困難?可能會跟晶球的哪些因素有關?

酸鹼值、壓力、溫度。

膜的厚薄、晶球大小。

Q: 請設計一個實驗證明,乳酸菌晶球可以克服胃酸到達腸道。

1 找資料,查詢胃酸的pH值、食物在胃裡停留時間。

2 用檸檬或鹽酸調配與胃酸相同pH值溶液。

3 自製晶球。

4 將自製晶球放入與胃酸相同pH值溶液。

數據

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參考文獻

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