維妙維酵 探討食物料理方式對蔬果酵素活性的影響 壹 摘要 天然也尚好 ~~~, 但是因環境因素的影響, 土壤汙染 使用農藥 寄生蟲等 ; 以及人們喜歡美食, 或是為了保存食物, 常對食物經過一番料理後, 才進入胃裡, 這些料理方式會影響蔬果酵素活性嗎? 影響蔬果酵素活性的因素 : 本研究探討的變因有顆粒粗細 溫度及調味品的酸鹼性 發現 :1. 細顆粒時雙氧水分解速率較快 ;2. 不同蔬果酵素活性最佳溫度不同, 大部分蔬果酵素活性較強的溫度約為 40 ;3. 低溫冷凍或冷藏, 蔬果酵素活性較弱, 但未被破壞 ;4. 高溫烹煮, 幾乎破壞蔬果酵素活性, 無法恢復 ;5. 蔬果酵素活性較佳之酸鹼度是微酸性至中性 本研究之應用 :1. 攝食蔬果, 可幫助去除食物因漂白所殘留之過氧化氫 ;2. 可用於改進國小自然科學 製造和檢驗氧氣 實驗 ;3. 可做為國中趣味科學實驗素材 貳 研究動機 : 國中自然與生活科技 氧氣的製備及性質 實驗中以二氧化錳加速雙氧水分解 ; 國小自然與生活科技 製造和檢驗氧氣 實驗中, 則以金針菇加速雙氧水分解, 效果會有些不同 生活中還有哪些常見蔬果可以取代金針菇或二氧化錳呢? 我們選擇在地性易切成丁塊之蔬果實驗, 探討蔬果催化雙氧水分解效果的差異 生物體內的酵素又稱為 酶, 可促進體內化學反應的進行 生鮮蔬果中含有酵素, 人體中大部分的代謝作用均需要酵素的協助, 它是健康的催化劑 但是人們喜歡美食, 因此廚房中常出現各種不同的料理方式, 包含高溫烹煮 添加調味品, 保存食物時, 常用冷凍 冷藏 醃漬的方法 這些處理食物的作為, 是否造成酵素活性的改變? 我們以處理過的蔬果對雙氧水分解速率的影響, 探討影響酵素活性的因素 參 研究目的 : 一 驗證在地性蔬果可以加速雙氧水的分解 二 尋找加速雙氧水分解效果較佳的在地性蔬果 三 探討廚房中的料理方式 保存食物的方法, 對蔬果酵素活性的影響 ( 一 ) 冷凍 冷藏 常溫及烹煮對蔬果酵素活性的影響 ( 溫度變因 ) ( 二 ) 以調味品醃漬對蔬果酵素活性的影響 ( 酸鹼性變因 ) 肆 研究設備 器材及方法 : 一 反應物 : 雙氧水 (30%) 二 在地性蔬果 : 胡蘿蔔 白蘿蔔 番藷 芋頭 馬鈴薯 三 調味品 : 醋 (PH3.0) 醬油 (PH4.0) 米酒 (PH7.0) 食鹽水 (PH7.0) 糖水 (PH7.0) 四 器材 : 量筒 電子秤 錐形瓶 廣口瓶 玻璃片 水槽 橡皮管 橡皮塞 碼錶 滴管 線香 小刀 PH 計 1
五 方法 : 以量筒收集氧氣的體積, 探討蔬果酵素加速雙氧水的分解速率 伍 研究過程 : 一 驗證在地性蔬果可以加速雙氧水的分解 1. 將蔬果洗乾淨, 切成小丁塊, 以電子秤各秤 30 公克備用 2. 將廣口瓶裝滿水後, 倒立在水槽中 3. 將已備妥之 30 公克蔬果丁塊分別加入錐形瓶中 4. 錐形瓶加入 40 毫升的水, 再量取 10 毫升的雙氧水 (30%) 倒入有側管的錐形瓶中 5. 錐形瓶塞上橡皮塞, 待約 30 秒後將橡皮管放入廣口瓶中, 以排水集氣法收集氧氣 6. 將氣體收集於廣口瓶中, 收集完畢, 以玻璃片在水中蓋妥廣口瓶口, 取出廣口瓶並直立於桌上 7. 以留有餘燼的線香檢驗廣口瓶中的氣體, 是否具有助燃性 二 尋找加速雙氧水分解效果較佳的在地性蔬果 1. 將蔬果洗乾淨, 切成小丁塊, 以電子秤各秤 30 公克備用 2. 將 100mL 量筒裝滿水後, 以廣用夾固定, 倒立在水槽中 3. 將已備妥之 30 公克蔬果丁塊分別加入錐形瓶中 4. 錐形瓶加入 40 毫升的水, 再量取 10 毫升的雙氧水 (30%) 倒入有側管的錐形瓶中 5. 錐形瓶塞上橡皮塞, 待約 30 秒後, 將橡皮管放入裝滿水的量筒中, 以排水集氣法收集氧氣 6. 測量收集 100mL 氧氣所需的時間 7. 將蔬果丁塊切得更細, 重複步驟 1-6 三 探討廚房中的料理方式 保存食物的方法, 對蔬果酵素活性的影響 ( 一 ) 冷凍 冷藏 常溫及烹煮對蔬果酵素活性的影響 ( 溫度變因 ) 1. 將切成丁塊之蔬果各 30g, 以冷凍 冷藏及加熱等不同方式處理 2. 將 100mL 量筒裝滿水後, 以廣用夾固定, 倒立在水槽中 3. 將以冷凍 冷藏及加熱等不同方式處理過之 30 公克蔬果丁塊分別加入錐形瓶中 4. 錐形瓶加入 40 毫升的水, 再量取 10 毫升的雙氧水 (30%) 倒入有側管的錐形瓶中 5. 錐形瓶塞上橡皮塞, 待約 30 秒後, 將橡皮管放入裝滿水的量筒中, 以排水集氣法收集氧氣 2
6. 測量收集 100mL 氧氣所需的時間 ( 二 ) 以調味品醃漬對蔬果酵素活性的影響 ( 酸鹼性變因 ) 1. 將蔬果洗乾淨切成丁塊, 以電子秤各秤 30g, 以廚房調味品 ( 醋 醬油 米酒 食鹽水 糖水 ) 醃漬一天 三天備用 2. 以 PH 計測量調味品的酸鹼性變化 3. 將 100mL 量筒裝滿水後, 以廣用夾固定, 倒立在水槽中 4. 將已醃漬過之 30g 蔬果丁塊分別加入錐形瓶中 5. 錐形瓶加入 40 毫升的水, 再量取 10 毫升的雙氧水 (30%) 倒入有側管的錐形瓶中 6. 錐形瓶塞上橡皮塞, 待約 30 秒後將橡皮管放入裝滿水的量筒中, 以排水集氣法收集氧氣 7. 測量收集 100mL 氧氣所需的時間 陸 研究結果 : 一 驗證在地性蔬果可以加速雙氧水的分解 蔬果胡蘿蔔白蘿蔔番藷芋頭馬鈴薯 助燃性 ( 線香餘燼復燃 ) 復燃復燃復燃復燃復燃 胡蘿蔔白蘿蔔番藷芋頭馬鈴薯 二 尋找加速雙氧水分解效果較佳的在地性蔬果 蔬果種類 ( 粗 ) 胡蘿蔔白蘿蔔番藷芋頭馬鈴薯 集氧 100mL 所需時間 ( 分 ) 8.36 13.37 6.01 5.25 7.41 雙氧水分解速率 (ml/ 分 ) 11.96 7.48 16.64 19.05 13.50 雙氧水分解成氧氣順序 4 5 2 1 3 蔬果種類 ( 細 ) 胡蘿蔔白蘿蔔番藷芋頭馬鈴薯 集氧 100mL 所需時間 ( 分 ) 6.41 9.51 4.14 2.32 4.33 雙氧水分解速率 (ml/ 分 ) 15.60 10.52 24.15 43.10 23.09 雙氧水分解成氧氣順序 4 5 2 1 3 3
三 探討廚房中的料理方式 保存食物的方法, 對蔬果酵素活性的影響 ( 一 ) 冷藏 冷凍 常溫及烹煮對蔬果酵素活性的影響 ( 溫度變因 ) 蔬果種類胡蘿蔔 蔬果處理方式 4 15 19 40 60 80 集氧 100mL 所需時間 ( 分 ) 22.14 21.50 8.36 7.05 8.42 雙氧水分解速率 (ml/ 分 ) 4.52 4.65 11.96 14.18 11.88 0.00 無 蔬果種類 白蘿蔔 蔬果處理方式 4 15 19 40 60 80 集氧 100mL 所需時間 ( 分 ) 無 21.10 13.37 7.12 8.47 無 雙氧水分解速率 (ml/ 分 ) 0.00 4.74 7.48 14.04 11.81 0.00 蔬果種類 番藷 蔬果處理方式 4 15 19 40 60 80 集氧 100mL 所需時間 ( 分 ) 18.25 17.10 6.01 7.43 13.38 無 雙氧水分解速率 (ml/ 分 ) 5.48 5.85 16.64 13.46 7.47 0.00 蔬果種類 芋頭 蔬果處理方式 4 15 19 40 60 80 集氧 100mL 所需時間 ( 分 ) 26.08 14.03 5.25 4.54 9.31 無 雙氧水分解速率 (ml/ 分 ) 3.83 7.13 19.05 22.03 10.74 0.00 蔬果種類 馬鈴薯 蔬果處理方式 4 15 19 40 60 80 集氧 100mL 所需時間 ( 分 ) 57.00 19.53 7.41 9.22 無 無 雙氧水分解速率 (ml/ 分 ) 1.75 5.12 13.50 10.85 0.00 0.00 4
摘錄康軒自然科學圖 2-5 溫度與人體內酵素活性的關係 ( 二 ) 以調味品醃漬對蔬果酵素活性的影響 ( 酸鹼性變因 ) 1. 以調味品醃漬蔬果 1 天酸鹼性的變化 PH 值 調味品 醋 醬油 米酒 食鹽水 糖水 蔬果名稱 未醃漬蔬果 2.71 4.82 7.01 6.22 7.07 胡蘿蔔 3.47 4.84 6.19 5.20 5.49 白蘿蔔 3.33 4.81 6.20 5.05 5.09 番藷 3.40 4.85 6.37 4.80 5.23 芋頭 3.49 4.85 6.34 5.15 4.84 馬鈴薯 3.53 4.90 5.88 5.59 6.01 5
2. 以調味品醃漬 1 天, 蔬果酵素活性的變化 操縱的變因 : 家用調味品 ( 醋 醬油 米酒 食鹽水 糖水 ) 控制的變因 : 雙氧水濃度 雙氧水的體積 蔬果丁塊的質量 集氧的體積 醃漬時間 (1 天 ) 應變的變因 : 集氧 100mL 所需的時間 集氧時間蔬 ( 分 ) 果調味品 胡蘿蔔白蘿蔔番藷芋頭馬鈴薯 未使用調味品 8.36 13.37 6.01 5.25 7.41 醋無無無無無 醬油無無 13.30 無無 食鹽水 6.51 無 9.52 22.50 37.37 糖水 26.37 26.57 8.14 29.06 18.57 米酒 9.51 30.49 3.58 4.31 77.27 雙氧水分解蔬速率果 (ml/ 分 ) 調味品 胡蘿蔔白蘿蔔番藷芋頭馬鈴薯 未使用調味品 11.96 7.48 16.64 19.05 13.50 醋 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 醬油 0.00 0.00 7.52 0.00 0.00 食鹽水 15.36 0.00 10.50 4.44 2.68 糖水 3.79 3.76 12.29 3.44 5.39 米酒 10.52 3.28 27.93 23.20 1.29 6
3. 以調味品醃漬蔬果 3 天酸鹼性的變化 PH 值 調味品 醋 醬油 米酒 食鹽水 糖水 蔬果名稱 未醃漬蔬果 2.71 4.82 7.01 6.22 7.07 胡蘿蔔 3.52 4.89 6.46 3.86 4.09 白蘿蔔 3.37 4.90 5.74 4.20 3.95 番藷 3.47 4.90 5.93 3.85 3.89 芋頭 3.55 4.91 6.40 4.84 3.59 馬鈴薯 3.60 4.91 5.90 5.27 4.08 4. 以調味品醃漬 3 天, 蔬果酵素活性的變化 操縱的變因 : 家用調味品 ( 醋 醬油 米酒 食鹽水 糖水 ) 控制的變因 : 雙氧水濃度 雙氧水的體積 蔬果丁塊的質量 集氧的體積 醃漬時間 (3 天 ) 應變的變因 : 集氧 100mL 所需的時間 集氧時間蔬 ( 分 ) 果調味品 胡蘿蔔白蘿蔔番藷芋頭馬鈴薯 未使用調味品 8.36 13.37 6.01 5.25 7.41 醋無無無無無 醬油無無 47.95 無無 食鹽水無無無 16.13 無 米酒 5.39 無 12.49 3.37 97.92 糖水無無 21.55 無無 7
雙氧水分解蔬速率果 (ml/ 分 ) 調味品 胡蘿蔔白蘿蔔番藷芋頭馬鈴薯 未使用調味品 11.96 7.48 16.64 19.05 13.50 醋 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 醬油 0.00 0.00 2.09 0.00 0.00 食鹽水 0.00 0.00 0.00 6.20 0.00 糖水 0.00 0.00 4.64 0.00 0.00 米酒 18.56 0.00 8.01 29.67 1.02 5. 以調味品醃漬蔬果 1 天及 3 天酸鹼性的變化 PH 值調味品醋醬油米酒食鹽水糖水胡蘿蔔 未醃漬 2.71 4.82 7.01 6.22 7.07 醃漬 1 天 3.47 4.84 6.19 5.20 5.49 醃漬 3 天 3.52 4.89 6.46 3.86 4.09 PH 值 調味品 醋 醬油 米酒 食鹽水 糖水 白蘿蔔 未醃漬 2.71 4.82 7.01 6.22 7.07 醃漬 1 天 3.33 4.81 6.20 5.05 5.09 醃漬 3 天 3.37 4.90 5.74 4.20 3.95 PH 值 調味品 醋 醬油 米酒 食鹽水 糖水 番藷 未醃漬 2.71 4.82 7.01 6.22 7.07 醃漬 1 天 3.40 4.85 6.37 4.80 5.23 醃漬 3 天 3.47 4.90 5.93 3.85 3.89 PH 值 調味品 醋 醬油 米酒 食鹽水 糖水 芋頭 未醃漬 2.71 4.82 7.01 6.22 7.07 醃漬 1 天 3.49 4.85 6.34 5.15 4.84 醃漬 3 天 3.55 4.91 6.40 4.84 3.59 8
PH 值 調味品 醋 醬油 米酒 食鹽水 糖水 馬鈴薯 未醃漬 2.71 4.82 7.01 6.22 7.07 醃漬 1 天 3.53 4.90 5.88 5.59 6.01 醃漬 3 天 3.60 4.91 5.90 5.27 4.08 6. 以調味品醃漬 1 天及 3 天, 蔬果酵素活性的變化 摘錄康軒自然科學圖 2-6 酸鹼性與人體內酵素活性的關係 9
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柒 討論 : 一 本研究強調在地取材, 及易切成丁塊之蔬果進行探究與實作, 減少碳足跡 二 本研究是以測量雙氧水分解成 100mL 氧氣所需的時間, 檢測蔬果酵素活性 三 本研究之各種蔬果皆易切成不同粗細丁塊, 採切成邊長約 1cm 及 0.5cm 兩種, 若要更細可研磨成泥狀 四 溫度之變因, 使用本校家政教室之冰箱, 以溫度計測溫, 冷凍約 4 冷藏約 15 常溫約 19 五 實驗時, 錐形瓶先加入 40mL 的純水, 再加入 30% 的雙氧水 10mL, 目的是將濃度稀釋, 以利觀察 六 結果中, 部分空格寫 無, 代表沒有氣體進入裝滿水的量筒中, 我們以放大鏡觀察錐形瓶內冒氣泡情形, 雖然可看到極少數氣體產生, 但無法用排水集氣法收集氧氣 七 本研究採用之變因, 皆為一般家庭食物料理常用之方式, 包含顆粒大小變因 ( 切塊 切丁 切絲 磨泥 ) 溫度高低變因 ( 冷凍 冷藏 常溫 加熱 ) 酸鹼度變因 ( 使用不同調味品 醃漬不同時間 ) 捌 結論 : 一 選用金門在地性蔬果, 胡蘿蔔 白蘿蔔 番藷 芋頭 馬鈴薯, 皆可加速雙氧水分解, 它們都含有過氧化氫酶, 可去除食物因漂白所殘留之過氧化氫 二 以線香餘燼檢測雙氧水分解所收集之氣體, 皆可使線香餘燼復燃, 證明是氧氣 三 比較加速雙氧水分解之效果, 發現蔬果酵素活性 : 芋頭 > 番藷 > 馬鈴薯 > 胡蘿蔔 > 白蘿蔔, 可用於改進國小自然科學 製造和檢驗氧氣 實驗 四 蔬果丁塊粗細會影響雙氧水分解速率, 細顆粒時雙氧水分解速率較快, 邊長 0.5cm 顆粒約為 1cm 顆粒的 1.3~2.3 倍, 可縮短國小自然科學 製造和檢驗氧氣 實驗時間 五 冷凍或冷藏會使蔬果酵素活性降低, 並不會破壞蔬果酵素活性 ; 但高溫將使蔬果酵素活性破壞殆盡 六 研究發現 : 不同蔬果酵素活性最佳溫度不同 蔬果名稱胡蘿蔔白蘿蔔番藷芋頭馬鈴薯 蔬果酵素活性最佳溫度 40 40 19 40 19 蔬果酵素活性完全喪失溫度 80 80 80 80 60 七 以調味品醃漬蔬果 1 天或 3 天, 酸鹼度變化 : 調味品 醋 醬油 米酒 食鹽水 糖水 酸鹼度變化 PH 值升高酸鹼度 PH 值降低 PH 值降低 PH 值降低酸度減弱幾乎不變中性 酸性變成微酸性中性 酸性 3 天的酸度較強 3 天的酸度較強 11
八 以調味品醃漬蔬果 1 天, 蔬果酵素活性變化 : 研究發現 : 不同蔬果酵素活性最佳酸鹼度不同 醃漬時間 1 天調味品酵素 無 活性之蔬果醋胡蘿蔔 白蘿蔔 番藷 芋頭 馬鈴薯 ----------- 破壞王醬油胡蘿蔔 白蘿蔔 芋頭 馬鈴薯食鹽水白蘿蔔 醃漬時間調味品醋醬油食鹽水糖水米酒醃漬時間調味品醬油食鹽水糖水米酒 3 天酵素 無 活性之蔬果胡蘿蔔 白蘿蔔 番藷 芋頭 馬鈴薯 ----------- 破壞王胡蘿蔔 白蘿蔔 芋頭 馬鈴薯胡蘿蔔 白蘿蔔 番藷 馬鈴薯胡蘿蔔 白蘿蔔 芋頭 馬鈴薯白蘿蔔 1 天酵素 微弱 活性之蔬果番藷番藷 馬鈴薯 芋頭 馬鈴薯胡蘿蔔 番藷 芋頭馬鈴薯 醃漬時間 3 天 調味品 酵素 微弱 活性之蔬果 醬油 番藷 食鹽水 芋頭 糖水 番藷 九 以調味品醃漬蔬果 1 天或 3 天, 蔬果酵素活性變化 : 研究發現 : 不同蔬果酵素活性最佳酸鹼度不同 醃漬時間 1 天 3 天 酵素活性尚存之蔬果 調味品 調味品 胡蘿蔔 食鹽水 米酒 米酒 白蘿蔔 糖水 米酒 番藷 米酒 米酒 糖水 芋頭 米酒 米酒 馬鈴薯 糖水 米酒 十 蔬果酵素活性對調味品的抗破壞力 : 番藷 > 芋頭 > 胡蘿蔔 > 馬鈴薯 > 白蘿蔔 十一 調味品對蔬果酵素活性的破壞力 : 醋 > 醬油 > 食鹽水 > 糖水 > 米酒 十二 蔬果酵素活性較佳之酸鹼度是微酸性至中性 12
玖 參考資料 : 一 康軒版, 國小自然與生活科技, 第六冊, 民國 109 年 2 月四版 二 康軒版, 國小自然與生活科技, 第八冊, 民國 108 年 2 月三版二刷 三 康軒版, 國中自然科學, 第一冊, 民國 108 年 9 月初版 四 康軒版, 國中自然與生活科技, 第三冊, 民國 108 年 9 月四版二刷 13