【巴斯夫小小化學家】中學生用故事講化學 設計薑汁撞奶小實驗

撰文:陳樂希
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「薑汁撞奶」可能大家都有吃過,但你了解當中牛奶和薑汁之間所產生的化學作用嗎?兩位來自瑪利曼中學的學生,以故事形式解釋「薑汁撞奶」的製作原理,於「巴斯夫小小化學家–實驗挑戰賽2017」勝出,為小學生設計簡單、安全、有趣的實驗。
攝影:陳樂希

比賽是由香港中文大學(中大)和化工公司巴斯夫聯合籌辦,每年獲勝的實驗將在次年用於亞太區「巴斯夫小小化學家」,為6至12歲兒童而設的暑假互動科學工作坊。今年共有74位來自14間中學的學生接受挑戰,二人一組,以食物和營養為主題。冠軍隊伍為來自瑪利曼中學的衛樂婷(Tiffany)和許昕喬(Clara)。她們的獲獎項目是「薑汁撞奶」,使用簡單的實驗室材料和食物素材展示牛奶凝固的過程,為10至12歲兒童設計科學實驗。

來自瑪利曼中學的衛樂婷(Tiffany)和許昕喬(Clara)以「薑汁撞奶」勝出比賽。

以「小偷偷走外套」故事解釋化學原理

兩位同學對化學、做實驗都滿有興趣,家中亦有妹妹,經常會跟她們解釋在日常生活中看到的化學現象。這個比賽正好讓她們發揮課堂的知識和與小孩相處的經驗。她們以故事形成解釋薑汁撞奶的熱牛奶和薑汁混合過程中,薑的蛋白酶如何與牛奶中的水溶性蛋白產生化學反應,從而凝固牛奶。「牛奶蛋白是一堆很怕冷的小朋友,他們的尾巴(K-牛奶蛋白)就是外套,將他們跟外界隔絕起來(防止牛奶蛋白接觸水)。當接觸到薑汁的酶素,酶就像小偷般抽走小朋友的外套(切斷K-牛奶蛋白)。他們(牛奶蛋白)很冷時,就會凝聚在一起取暖(凝固在一起減低接觸水的面積),形成一個網絡。」

Tiffany以紗布作過濾,榨出12.5毫升的薑汁。

二人即場進行實驗 將薑汁延伸至果汁

除了以故事簡單解釋化學原理,二人更即場示範她們的實驗項目。首先,Tiffany以紗布作過濾,榨出12.5毫升的薑汁;同時間,Clara就在旁邊把100毫升的牛奶煮至攝氏80度。之後,Tiffany把盛著薑汁的容器放在桌上,讓Clara在約15厘米的高度下將熱牛奶倒進薑汁中。

單一實驗未必足夠示範牛奶蛋白和蛋白酶的化學反應,所以兩位同學另外挑選了奇異果、菠蘿和木瓜,這三種同樣含有蛋白酶的水果做實驗。另外,她們認為薑汁撞奶有辣味,未必人人能接受得到,所以想試試其他有蛋白酶的水果可否撞出令奶凝固的狀態,適合更多人食用。

Clara提醒我們在煮熱牛奶時,要稍微攪動一下,避免牛奶黏著燒杯。

無數次試驗找出完美比例 

那麼為什麼一定用100毫升、80度的牛奶,以及12.5毫升的汁液呢?原來這是Tiffany和Clara做過無數次實驗而得出的比例,「我們測驗過1比1、1比2、1比5和1比8的8比例,發現最佳的效果是1比8,所以最終我們使用12.5毫升的薑汁和100毫升的牛奶。」Clara說。至於80度的溫度,Tiffany就指「我們試過40度、60度、80度同100度,40至80度都可以成功令牛奶凝固,但100度時就因高溫破壞薑汁入面的酶素,而無法跟牛奶作化學反應。」

+2

15分鐘過後,實驗有結果了。她們把湯匙放在牛奶混合物上,如果能放穩,就為之成功;亦會舀起混合物,觀察它是否形成固體的狀態。最後,薑汁撞奶是4種測驗品中牛奶凝固效果最成功的,其次是木瓜和奇異果,最差是菠蘿。不過她們表示現場的水果接觸空氣的時間比她們在學校做實驗時長,令酶素受到氧化,所以有些微影響到結果,牛奶凝固效果不夠理想。另外,她們亦發現牛奶蛋白和蛋白酶的化學反應過程中,最重要的因素並非坊間所認為的牛奶脂肪含量,而是牛奶中的蛋白質含量。

中大化學系教授魏濤教授(右)與巴斯夫亞太地區企業事務市場傳訊區域總監林慧敏女士(左)

化學與生活息息相關 望提升學生對科學的興趣

除了Tiffany和Clara,比賽中的第二名是基督教宣道會宣基中學的郭俊彥和鄭心悅,他們的項目「如何用牛奶製造膠水?」是將醋加入牛奶中以提取酪蛋白製造天然膠水;第三名是瑪利諾修院學校的張敏楹和郭沅彤,他們利用酸和牛奶之間的化學作用去製造黏土,展示如何以「牛奶加醋製作自家玩具」。

中大化學系教授魏濤教授指,「實驗挑戰賽每年選取的主題,都跟社會日常生活息息相關,希望中學生透過比賽可以知道化學對人類未來生活的重要性。」而巴斯夫亞太地區企業事務市場傳訊區域總監林慧敏女士就表示:「實驗挑戰賽能讓來自中學的年輕科學家以小學生為對象,活學活用化學課的知識。」來年兩個合辦單位會繼續跟兩位同學合作調整實驗,讓實驗能順利用於次年的亞太區「巴斯夫小小化學家」活動當中。