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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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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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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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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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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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。
