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Chemistry PBL | 化学分子与料理-不负美食不负卿

time:2021-01-18 share:

常言道:高端的美食往往只需要最简单的烹饪方式。料理,由于精致的设计和美味的佳肴,一度成为现代妇孺皆知家喻户晓的国民热议话题,但稀缺的料理食材和高昂的用餐费,致使很多人望而却步。


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比如料理界中的鱼子酱,味道鲜美,口感嫩滑,但却因为稀缺和珍贵而让很多人可望不可及,一度成为很多料理粉丝的一大遗憾。


庆幸的是随着科技时代的发展,越来越多的科技服务于料理,起着锦上添花的奇效。今天我们要讲的PBL是分子料理。

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分子料理,又名分子美食学,它利用化学反应原理产生一种既美味又美颜的珠球状凝胶美食,可搭配高级料理的主材,由于完美的晶球状和丰富多彩的外观以及可加入的营养成分,一度热评为未来鱼子酱的平替。因此本次化学PBL既是对美食的探索,又锻炼了学生们动手创新的能力。


分子料理中常用的素材有海藻酸钠,氯化钙,食用色素,优质红茶,绿茶,新鲜的芒果汁,草莓汁,椰子汁等各种果汁,因此配方成分属既健康又营养,随后搭配“烹饪”做法,一道亮丽的美食呼之欲出。


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本次分子料理实验以班级为群体,个人为单位,进行个人随机分组实验。首先通过抓阄法进行实验组编号,再按1号到10号这十个号依次有序进行实验操作,在这个过程中,每个同学都表现出了极大的专注力。


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每组实验材料:氯化钙2.5克,海藻酸钠2.0克,去离子水100毫升,移液枪,烧杯(50毫升)两个,量筒(100毫升),食用色素,日式绿茶,芒果汁,食用碗。


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海藻酸钠属于水溶性盐。常见水溶性海藻酸盐有海藻酸钠(sodium alginate), 海藻酸钾(potassium alginate), 海藻酸铵(ammonium alginate)。


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海藻酸钠的具体化学结构式如图下图所示,当水溶液中有大量海藻酸钠时,它们会发生脱水缩合形成聚合物。


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而海藻酸钙属于不溶性盐,其单体化学结构式如下图所示:


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当用海藻酸钠滴定饱和氯化钙时,钙离子会取代钠离子,并且由于钙离子有两个正电荷,可同时连接两个海藻酸根;由于溶液中有无数个海藻酸钠分子,当遇到钙离子时,每个钙离子会取代两个钠离子连接在两个海藻酸盐上形成钙链,当有大量钙离子出现时,钙链纵横交错最终形成钙网,最终以人肉眼可见的固体凝胶而沉降。这种产生沉淀的现象可通过不同色素而显色出来,使得实验现象更加明显。


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本次实验指导者是橘郡美高的化学老师Peter,师从香港大学化学系终生教授Prof.David Lee Phillips和Prof. Wai Kin Chan,主要研究光导先驱物的化学合成以及肿瘤的光动力治疗,先后发表过的文章有美国化学顶级期刊JACS(Journal of the American Chemical Society, 影响因子IF:14.6)和世界化学顶级期刊Nature Chemistry (影响因子IF:18.1),并以第一poster和presentation的身份先后参加过新加坡国立大学,京都大学,成均馆大学,奥克兰大学,清迈大学,赫尔辛基大学,台湾大学等世界级学术会议。Peter老师为学生们带来了很多的新奇化学知识,我们相信有这么优秀的老师,学生们接下来的化学学习也会熠熠生辉。



实验目的

1. Know the scientific mechanism of molecular gastronomy;

2. Cultivate experimental ability;

3. Apply the theory into practice even used in the future business plan.

实验材料

Mango ingredients, Japanese tea, 2.0g sodium alginate (polysaccharide from the cell walls of brown algae), 2.5g calcium chlorine in 50mL water,pipette, beaker, glass rod; sieve and colander, measuring cylinder.

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实验步骤

1. Weigh 2.0 sodium alginate, mix the sodium alginate in 100mL DI water until the sodium alginate is completely dissolved;

2. Weigh 2.5g calcium chloride, dissolve the calcium chloride by 50mL DI water and prepare the calcium bath in a bowl;

3. Fill a syringe or pipette with the tea-alginate or mango-alginate mixture and expel it drop by drop into the calcium bath, leave the “cooking” for about 1 minute in the calcium bath and then carefully remove it using a sieve or colander;

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实验现象

When tea-alginate or mango-alginate mixture are expelled drop by drop, a solid gel precipitates. The precipitation phenomenon can be more conspicuous and remarkable by using distinct pigments.

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实验讨论与解释

1. Sodium alginate is water soluble and can be mixed with many different fruit / vegetable juices;

2. When dripped into a solution containing calcium ions, each calcium ion Ca2+ replaces two sodium ions (Na+);

3. Each calcium ion coordinates to two alginate chains, linking them together;

4. The flexible chains become less flexible and form a huge network→ a gel.

参考文献

JCST. 2020, 62, 1-10

Acc. Chem. Res. 2009, 42, 575–583

IJGFS. 2020, 22, 100243.

FEBS Letters. 2019, 593, 887-891


本次化学分子料理PBL,同学们摩拳擦掌,争先恐后,表现出了极大的实验兴趣,为我校STEAM课程的普及与实施奠定了扎实的基础,更为想报考橘郡的学子插上了进入大学的翅膀,我们相信功夫不负有心人,学生的自我努力加上学校那么多优秀的师资队伍,你的一只脚已经提前步入理想大学的校门。