利用手持技術探究膨松劑中酸式磷酸鹽對膨松速率的影響

摘 要：日常生活中人們經常使用的膨松劑為復合膨松劑，其中所含的有效成分主要為酸式磷酸鹽，其起到的是雙重活性（Double-acting）的作用，但不同化學復配膨松劑中其含量和所占比例相差甚遠.以魯科版化學必修一（2019版）第一章的微項目“探究膨松劑”為藍本，借助手持技術探討酸式磷酸鹽在化學復配膨松劑中對膨松速率的影響，為微項目教學實踐提供多維設計思路與多元探究方式.

關鍵詞：酸式磷酸鹽；膨松速率；膨松劑；手持技術

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2024）21-0106-03

本文以魯科版必修一（2019版）第一章《認識化學科學》的微項目“探秘膨松劑”為藍本，利用手持技術探究膨松劑中酸式磷酸鹽對膨松速率的影響，并嘗試確定碳酸氫鈉和酸式磷酸鹽的最佳配比.這個項目是與生產生活相聯系的一些實際問題，具有較強的趣味性和實用性，能使學生真實感受到化學的價值所在[1].

1 實驗原理及問題預設

1.1 基礎實驗原理探析

膨松速率，定義為壓強差與時間差的比值[2].復合膨松劑，有很多不同的種類.一般是將固體的堿和酸的粉末混合，在干燥的條件下不接觸，也不發生反應，一旦遇水就會溶解接觸，反應放出氣體.固體堿粉常用碳酸氫鈉，固體酸粉有酒石酸鹽（塔塔粉，tartar）和磷酸鹽（phosphate， 如磷酸鈣和焦磷酸鈉），它們的反應速度都很快.另外，還有用明礬（S.A.S.）作為固體酸的，反應速度要慢很多，但在高溫下很快.明礬常見于雙重活性泡打粉[Double-acting （D.A.） baking powders].雙效的意思是指在加水和面粉混合后，小蘇打首先和快速的固體酸（如塔塔粉）反應放出第一批氣體，此時明礬和小蘇打基本不反應，但在加熱時，明礬和小蘇打受熱放出第二批氣體，這就是所謂的雙重活性（Double-acting），市場上常見的是雙重活性泡打粉[3].

1.2 實驗預期

在保證裝置氣密性的條件下，本實驗將采用壓強計進行數據分析，然后根據數字顯示系統間接得出三種膨松劑膨松速率的大小，初步得出酸式磷酸鹽對膨松劑膨松速率的影響.再改變酸式磷酸鹽和碳酸氫鈉的比例，設置不同的濃度梯度，最終驗證酸式磷酸鹽對膨松劑的膨松速率的影響.

2 實驗設計與實施

2.1 實驗條件的確定

2.1.1 膨松劑用量的探究

第一步：連接好朗威數字傳感裝置；第二步：在已經選取好的實驗裝置中加入6.0 g膨松劑，加入80 mL蒸餾水，并迅速蓋上連接壓強計的橡膠塞，點擊電腦的開始收集按鈕.

朗威數字顯示系統上壓強的變化先增大后來迅速減小，帶有壓強計的橡膠塞被產生的壓強頂了出去.6.0 g的膨松劑產生的壓強太大，因此嘗試5.0 g、4.0 g、3.0 g、2.0 g膨松劑進行實驗，4.0～2.0 g的膨松劑所產生的壓強都在實驗器材的可承受范圍內.考慮到膨松劑所產生的二氧化碳屬于溫室氣體，所以在實驗現象明顯的條件下，選擇了產生的壓強較小的用量，即2.0 g.

2.1.2 碳酸氫鈉和磷酸二氫鈉用量的確定

選用2.0 g碳酸氫鈉和2.0 g磷酸二氫鈉進行預實驗時，壓強到達8 500 Pa的時候就迅速下降，會將橡膠塞沖出.也就是本裝置的最大壓強能承受8 500 Pa，所以最后只能決定碳酸氫鈉選取用量與膨松劑中碳酸氫鈉質量相接近.在此，本實驗選擇0.8 g碳酸氫鈉進行實驗.

2.2 酸式磷酸鹽作用的初步探究

第一步：檢查裝置的氣密性；第二步：連接裝置；第三步：稱取2.0 g百鉆牌膨松劑放入抽濾瓶中；第四步：點擊開始收集，接著迅速往其中倒入40 mL蒸餾水，并快速塞上塞子，打開恒溫磁力攪拌器的開關，觀察現象；第五步：分別再稱取2.0 g新良牌和展藝牌膨松劑，重復實驗.實驗最后，數字顯示系統顯示的三種品牌的膨松劑壓強隨時間的變化圖像如圖1所示.

據圖像利用公式：V-=ΔP/Δt ΔP=P1-P2 Δt=t1-t2算出三種品牌的膨松劑的平均膨松速率見表1.三種膨松劑中所對應的碳酸鹽和酸式磷酸鹽的成分比例見表2.

根據表1、表2，可以初步發現在這三種膨松劑中，碳酸鹽∶酸式磷酸鹽的比例越小，實驗過程中的膨松速率就越小.

2.3 酸式磷酸鹽作用的進一步探究

從三種膨松劑產生的壓強隨時間的變化圖，初步得出酸式磷酸鹽降低膨松劑的膨松速率，與預期效果不符.為了進一步探究酸式磷酸鹽對膨松速率的影響，用食品級碳酸氫鈉和加了酸式磷酸鹽的碳酸氫鈉做對比實驗，并設置不同的濃度梯度，來繼續做以下實驗.

第一步，計算碳酸氫鈉的質量：根據膨松劑中碳酸氫鈉和酸式磷酸鹽的比例，在此碳酸氫鈉的質量稱取0.8 g（先期條件篩選確定用量）；第二步，檢查裝置氣密性；第三步，稱取一定質量比例的碳酸氫鈉和磷酸二氫鈉，按照表3質量配比進行稱量；第四步，將稱取的碳酸氫鈉和磷酸二氫鈉分別加入干燥的容器中；第五步，用量筒量取40 mL蒸餾水備用；第六步，按下朗威數字采集系統的開始收集鍵，倒入蒸餾水，并迅速蓋上連接壓強計的橡膠塞；第七步，收集圖像.

3 實驗數據分析與結論

通過食品級碳酸氫鈉和碳酸氫鈉中加不同比例磷酸鹽對比，得出的圖像如圖2至圖6所示.

根據以上圖像，利用公式：V-=ΔP/Δt ΔP=P1-P2 Δt=t1-t2算出不同比例碳酸氫鈉和酸式磷酸鹽的膨松速率，見表4.

根據表4可以看出，在碳酸氫鈉與磷酸二氫鈉比值小于等于2大于1的時候，膨松速率是隨著磷酸二氫鈉的增加而增加的，并且二者的比例在靠近1∶1的時候膨松速率是最快的.在碳酸氫鈉與磷酸二氫鈉比值小于等于1大于等于0.66時，膨松速率隨著磷酸二氫鈉的增加反而呈現降低的趨勢.所以，在選擇膨松劑制作面制品的時候，如果需要的是高膨松速率的膨松劑，選擇碳酸鹽與酸式磷酸鹽比例在1∶1更符合要求，并且其中酸式磷酸鹽含量也沒有那么多.

4 結束語

膨松劑組分中除了碳酸鹽和酸式磷酸鹽之外，還存在其他食品添加劑，如淀粉、食鹽、葡萄糖酯，可以延長膨松劑的保存性，增強面筋的強韌性和延展性.本實驗做的只是酸式磷酸鹽對膨松速率的影響，而面制品口感的好壞不僅僅只看產生二氧化碳速率的快慢，還與二氧化碳產生的量有關，并且與其他成分都有關系[4]，所以只能作為選擇膨松劑的一種參考，并不能最終決定膨松劑的選擇.

參考文獻：

［1］臧發寧.魯科版高中必修化學新教材中“微項目”的分析及教學研究[D].濟南：山東師范大學，2020：20-24.

[2] 壽慶豐.膨松劑及其應用[J].食品科技，1999（01）：30-31.

[3] 紀銘.食品中磷酸鹽檢測技術研究進展[J].現代職業教育，2015（15）：152-153.

[4] 岳瑩.數字化實驗促進高中化學“四重表征”教學的實踐研究[D].天津：天津師范大學，2019：6-9.

［責任編輯：季春陽］