全國中小學科展

化學科

釀造葡萄酒之探討

在對假酒的好奇心驅使之下,我們選擇了鮮美多汁的葡萄來釀酒並且探討影響釀造葡萄酒速率及酒質的因素。在符合經濟效益的原則之下,我們找到了較適合釀造葡萄酒的砂糖與葡萄質量比約為1:4,若葡萄較酸澀可以提高比例到1:3。而在研究過程中,我們發現了影響釀造葡萄酒速率及酒質的因素有以下幾點: 1. 糖度:糖度愈低的葡萄溶液對於酵母菌增殖發酵愈有利。但糖度過低,釀造酒的酒精濃度偏低且易受雜菌污染而影響酒的品質;若糖度過高會抑制酵母菌活動,致使產酒率降低。 2. 溫度:若釀造環境的溫度太低,葡萄幾乎不發酵,所以釀酒需考量酵母菌適合生長的溫度。 3. 壓力:在釀造過程中,如果保持抽出瓶中的氣體,不但可以縮短釀酒的時間,還可以提高糖度的利用,酒精濃度也會略為提高一點。 4. 接觸面積:用果汁機將砂糖與葡萄充分打碎混合,增加了酵母菌與葡萄接觸的面積,可以縮短釀造的時間,其酒的色澤會較深,但口感較澀。 5. 加更多酵母菌:在釀造過程中,試著加更多的葡萄皮或添加釀造米酒用的酵母菌,我們發現了酵母菌的多寡會影響釀造的時間及品質,尤其是添加其他種類的酵母菌,會產生難聞的氣味,破壞了葡萄酒的風味。 6. 密封與否:在釀造的過程中,若未密封易受雜菌污染而影響酒的品質。 就經濟觀點而言,我們可以利用不同的方法縮短發酵時間,增加作業效率。調整適當的糖度、溫度、壓力、接觸面積及添加酵母菌,都會讓發酵速率變快,如此可以減少被雜菌污染的機會,具競爭優勢,但風味考量也是重要的,故理想的釀酒過程應同時考量發酵速率,風味,產酒率等條件。 在慎選原料,掌握正確的釀造條件前提之下,釀製水果酒的方法簡易又安全,不會有喝到假酒的風險,又可以享受DIY的樂趣,建議大家不妨試試釀造適合自己口感的葡萄酒!

無毒萬靈丹-過碳酸鈉的過人之處

近年汙染及病菌傳染問題頻傳,在環保意識抬頭下,市面清潔商品添加「過碳酸鈉」,以響應環保並主打其超強效能;因此,我們欲透過改變過碳酸鈉(Na2CO3·1.5H2O2)的濃度,及其中Na2CO3及H2O2之比例,分別探討對漂白、去汙、增加溶氧量與抗菌之應用原理及效果。 研究結果顯示:8%過碳酸鈉漂白效果最佳,去漬率近九成;由於油受鹼分解之能力較氧化還原高出許多,在相同濃度條件下,Na2CO3比過碳酸鈉去油汙效果佳;因過碳酸鈉溶解較慢,使溶氧量增加較少,因此Na2CO3與H2O2分開加入水中會比過碳酸鈉效果佳;0.9%過碳酸鈉反應十分鐘,對大腸桿菌滅菌率達100%。在總觀儲存便利性、多元性及效能後,8%過碳酸鈉是目前最佳應用條件。

二氧化碳難溶於水嗎?

本研究是去年科展評審教授提出「二氧化碳難溶於水嗎?」引發動機而進行研究。第二十五屆全國科展雖有類似研究作品,但我不太瞭解裡面實驗過程,於是設計一組排水集氣裝置當檢測工具,並利用純度較高二氧化碳實驗,因實驗器材較細緻,研究結果應較為客觀。過程先觀察蒸餾水通入二氧化碳前後pH值變化,發現二氧化碳在水中只是一部分溶解,並非立刻完全溶解。再利用檢測工具探討二氧化碳在不同條件溶液的溶解量,發現溫度高低、鹽水濃度、不同pH值酸鹼溶液等對二氧化碳溶解量有影響。最後探討試管頂端殘留氣體,推論二氧化碳鋼瓶裡除二氧化碳外,似乎夾雜少量其他氣體。使用60天收集試管頂端殘留氣體,經檢測發現是氮氣的可能性比較大。

一「氮」遇見你,氯化銨與亞硝酸鈉的邂逅

原理 : NH4Cl + NaNO2=>N2 + 2H2O + NaCl 反應速率:R=k[NH4Cl]m[NaNO2]n 活化能: k=Ae-Ea/RT 本實驗以NH4Cl及NaNO2的水溶液為主要反應物製造氮氣,測量出此反應之基本數據後,再以NH4Br或KNO2取代原反應物,探討不同離子、濃度、溫度......對產生氮氣之反應速率的影響。 實驗中,我們發現溫度及濃度為影響反應速率的主要因素,藉由實驗數據亦可得知此反應R=k[NH4Cl]1[NaNO2]1 為二級反應。再由計算出的反應速率常數,可算出反應活化能,並由此得知反應速率與溫度的關係。均相反應中依碰撞學說所說,反應物濃度愈高,總碰撞次數及有效碰撞的機會愈多,故速率愈快。

利用熱力學探討香蕉泥中過氧化酵素熱變性反應

本省香蕉常因生產過剩,沒人要而亂丟棄,任其腐敗,多麼可惜。目前為何尚無法拿它來加工,主要原因是香蕉在加工過程中,有嚴重的褐變現象。目前尚找不到有效方法來克服。一般食品在加工前必須先經殺菁(以熱破壞酵素)手續以抑制酵素褐變,香蕉的褐變非常特殊,兼具有酵素性褐變和非酵素性褐變,當以熱來破壞酵素以抑制酵素褐變,若加熱溫度與時間超過,卻相反地促進非酵素性褐變,本研究主要探討一種迅速又經濟之方法,能測出殺菁所需之「溫度與時間」之組合,有效地破壞酵素活性,抑制酵素褐變,同時又不會引起非酵素性褐變。

農業溫室用透明聚氯乙烯(PVC)塑膠布配方研究、改良

頃見農家秧苗、花卉、蔬菓之栽培,使用透明 PVC塑膠布做為溫室,但經日曬或內部恆溫,保溫處理後,在溫室內層膠布表面附著水氣或水滴,致使溫室外觀霧面而模糊,無法看清內部植物之生長情況,甚或影響陽光之照射,造成植物生長畸型或不良,遂引發改良膠布配方的動機。

許我一個長命泡泡吧!---氫氣泡泡會比較長命嗎?

泡泡好美麗,可惜都很「短命」。金氏世界記錄裡最長命的泡泡可以活一年,我們試?找出使泡泡「長命」的方法。因為吹出來的泡泡極難掌控,我們用注射針筒將泡泡打在玻璃片上,形成一個半球形的薄膜泡泡,如右圖。並設計實驗來探討多種變因對泡泡存活時間的影響。結果我們做的最長命的泡泡活了4 天又13 個小時!這個記錄用的泡泡水配方是 Joy:水:甘油=1:60:8,半球泡泡半徑3 ㎝,填充氫氣並將泡泡關在小箱中。觀察泡泡的生命史,我們將它先後分為「白膜期」、「彩虹期」、「幻影期」及「水牆期」。分別用不同氣體打成泡泡,發現只有二氧化碳泡泡會迅速縮小,可見二氧化碳的「穿透力」驚人。

熱化學之極致─暖暖包

由分析暖暖包內各成分的質量,推論放熱的主反應是4Fe + 3O2→ 2Fe2O3。再進一步研究各個成份在暖暖包的作用性為何。最後我們用其他物質代替暖暖包中的主成份觀察實驗的結果。在實用性、簡便性及商業的利益的考量之下,我們想看看暖暖包未來還有什麼發展空間。

熬夜聖品-咖啡因之探討

高一基礎化學介紹不同烘培方法與發酵程度會影響茶中咖啡因的含量,本實驗研究結果有: 1. 不同溫度及低溫下紅茶、綠茶咖啡因含量的不同。 2. 乙酸乙酯與二氯甲烷對萃取咖啡因含量有所影響,極性高的乙酸乙酯對咖啡因而言不是最好的萃取溶劑。 3. 咖啡因是神經興奮劑,由水蚤心博實驗證明咖啡因會影響生物。

紫蝶飛舞-抗氧新花現─蝶豆花抗氧化研究

從媒體報導及文獻研究顯示蝶豆花富含花青素具有良好的抗氧化效果,所以我們想針對蝶豆花進行抗氧化力的深入研究,針對不同水溫、沖泡時間、靜置時間及在花茶中添加檸檬汁、牛奶、果糖等不同物質,分別研究探討蝶豆花的抗氧化能力。 研究結果顯示,以高溫沖泡五分鐘的抗氧化效果最為良好,靜置時間愈長則會使其抗氧化性變較差,在茶中添加物質方面,發現牛奶可增加蝶豆花茶的抗氧化力,但添加果糖和檸檬汁則會降低其抗氧化力。 因此蝶豆花茶最適合的是高溫沖泡,現泡現喝並且可搭配牛奶一同飲用,可讓抗氧化達到最佳效果。