酒精煮蛋與酒精濃度
壹、活動目標 Goal
1. 學習調配不同濃度的酒精。
2. 探究不同濃度酒精對蛋白變性速率影響並記錄。
3. 探究不同濃度酒精對蛋白變性後的軟硬程度與型態並記錄。
大概念 Big Idea
無
核心問題(探究問題) Essential Question
調配不同濃度的酒精，探究其對蛋白變性速率及軟硬的影響。
教學對象
國中生 7-9年級
教學時間
45分鐘 （約1節課）
作者(服務單位)
曾賢德(國立東華大學物理系)
通訊作者e-mail
sdtzeng@gms.gms.edu.tw
貳、課程綱要對照 Course Outline
tr-IV-1
能將所習得的知識正確的連結到所觀察到的自然現象及實驗數據，並推論出其中的關聯，進而運用習得的知識來解釋自己論點的正確性。
tc-IV-1
能依據已知的自然科學知識與概念，對自己蒐集與分類的科學數據，抱持合理的懷疑態度，並對他人的資訊或報告，提出自己的看法或解釋。
po-IV-1
能從學習活動、日常經驗及科技運用、自然環境、書刊及網路媒體中，進行各種有計畫的觀察，進而能察覺問題。
pe-IV-2
能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備及資源。能進行客觀的質性觀察或數值量測並詳實記錄。
ai-IV-1
動手實作解決問題或驗證自己想法，而獲得成就感。
CJe-Va-4
催化劑與酵素的性質及其應用。
CNa-Va-3
廢棄物的創新利用與再製作。
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核心素養
自-J-A1
能應用科學知識、方法與態度於日常生活當中。
自-J-A2
能將所習得的科學知識，連結到自己觀察到的自然現象及實驗數據，學習自我或團體探索證據、回應多元觀點，並能對問題、方法、資訊或數據的可信性抱持合理的懷疑態度或進行檢核，提出問題可能的解決方案。
自-J-C2
透過合作學習，發展與同儕溝通、共同參與、共同執行及共同發掘科學相關知識與問題解決的能力。
參、活動原理 Theory
乙醇(ethyl alcohol)通常被稱為酒精(ethanol)，分子式C2H5OH。一般化學用或藥品用的酒精為濃度99.5%或95%。此濃度為容積比例濃度(v/v)，亦即100毫升的95%酒精中，含有95毫升的純酒精(100%)加上5毫升的水溶液(水及其他微量物質)。添加了甲醇等變性劑的工業酒精(變性酒精)與專供燃燒用(例如酒精燈用)純度不高的燃料酒精，為避免被誤飲，常添加微量粉紅色色素用以區別。
酒精類的試劑是藉由使蛋白質變性與凝結、細胞溶解及干擾細胞代謝的作用，以達到殺菌效果，在1888年即開始使用於手部清潔處置[4]。一般細菌的細胞主要由蛋白質構成，細胞表面的細胞膜為一種半透性的蛋白質薄膜，具有控管外界物質是否能進入細胞體內的功能。酒精也溶解多種脂質，可使被膜病毒(enveloped virus)上的脂質溶解，以破壞病毒功能。雖然對像腸病毒等無外套膜的病毒(non-enveloped virus)的效果可能不如被膜病毒或細菌繁殖體(vegetative bacteria)，但酒精濃度達70%以上仍對被膜病毒具有某些程度的毒殺效果[5]。
70%～75%的酒精最適合用於消毒殺菌。70%～75%的酒精和細菌的滲透壓相近，可以在細菌表面蛋白未變性前向菌體內部滲入，酒精和細胞內的細胞質產生作用，使細胞質凝固而喪失代謝功能，達到殺死細菌的功效[3]。而且純酒精對皮膚太刺激，70%～75%的酒精較不會溶解皮膚上的脂質而傷及皮膚表皮。若酒精濃度<70%時，由於滲透性降低，也會影響殺菌能力。
當遇到濃度過高的酒精時，細胞膜蛋白脫水過於迅速，因凝固作用而變質(變性)的蛋白形成了一層堅固的包膜，反而使酒精不能很好地滲入細菌內部，以致影響其滅菌效果。過一段時間後，由於細胞內的多種代謝作用，會再生成新的細胞膜，使細胞膜又恢復機能，細菌又再度復活。因此，煙酒公司生產的95%(以容積計)藥用酒精若要做一般殺菌，建議用水稀釋到70%～75%。
一般市面上可買到95%的藥用酒精或70%～75%的消毒(滅菌)酒精。如果想調低酒精濃度，可以將酒精跟水以不同比例混和，調配出不同濃度的酒精。
例如1.00毫升的95%酒精(內含0.95 ml的乙醇與0.05ml的水)加入0.9毫升的水，可以配成1.90毫升含有0.95 ml乙醇的酒精溶液，濃度為 0.95/1.90 = 0.5 = 50%。
例如2.0毫升的75%酒精(內含2.0 x 75% = 1.5 ml的乙醇)，加入1.0毫升的水，可以配成3.0毫升含有1.5 ml乙醇的酒精溶液，濃度為 1.5/3.0 = 0.5 = 50%。 因此得到的酒精濃度同樣是50%。
本實驗將讓學員練習調配不同濃度的酒精溶液，並觀察蛋白質(雞蛋蛋白)遇到不同濃度酒精溶液時，變色(變性)的速率快慢。經過一些反應時間之後，比較這些“被煮熟”的蛋白的軟硬程度及分佈型態。
肆、活動材料 Material
器材
雞蛋、杯子或碗數個、乳頭刻度吸管3隻。常見的塑膠刻度吸管管身標記到3毫升、塑膠培養皿、水(建議用飲水機出的逆滲透水)、試管數隻、可裝酒精的小容器(例如20毫升的小玻璃瓶，樣品瓶)數個、黑色紙。(或深色背景的桌面，方便蛋白變色觀察)
藥品
酒精。75%或70%的防疫酒精，以及95%的藥用酒精。
伍、活動步驟 Step
第一部分
準備工作:
1. 蛋白。實驗前準備多顆雞蛋(約5組實驗一顆)，將蛋打到容器中時小心不要弄破蛋黃。將蛋黃以湯匙撈出(可食用掉避免浪費)。若離實驗還有一段時間，應將蛋白用適當容器封好，放進冰箱冷藏。
2. 蛋白。實驗前用筷子將蛋白攪拌打到均勻，形成容易流動的蛋液。切勿在蛋白中加水。打蛋後蛋白若有起泡，則稍微靜置等待泡沫減少。可用碗或小容器分裝給各組。
3. 酒精原液分裝。教師將95%的藥用酒精以及75%(或70%)的防疫酒精分別分裝到小容器(例如20毫升的玻璃樣品瓶)中，蓋好瓶蓋，並在瓶身標示濃度。
第二部分
教學課程:
1. 老師簡介本關主題。簡介酒精殺菌原理。可示範將75%防疫酒精噴在蛋白上，產生變色的效果。(科普闖關示範)
2. 老師教學員如何計算需要的混和比例，以調配多種濃度的酒精溶液。
3. 學員計算調配多種濃度的酒精溶液所需的加水比例。35%(或37.5%)酒精，只需將70%(或75%)酒精加水1:1稀釋。50%酒精之配法參考原理說明。教師可指定一濃度讓學員嘗試計算需要的混和比例。
4. 調配多種濃度的酒精。依照前面計算結果，調配出所需濃度及總體積的酒精溶液。以配製濃度50%的酒精6毫升為例：用(吸取水專用的)刻度吸管吸取2毫升的水，加入一個空樣品瓶中。再用另一隻(吸取酒精專用的)刻度吸管吸取4毫升的75%酒精(吸管刻度通常只到3毫升，4毫升可分2次吸取)，加到有2毫升水的樣品瓶中。配製好後蓋好瓶蓋，並在瓶身標示濃度。
5. 將多個培養皿放在黑色紙上，並用物體墊高培養皿一側，使培養皿傾斜。可用一個空培養皿墊底，讓其他培養皿墊在周圍靠上傾斜。如下圖。
6. 用(吸取蛋白專用的)刻度吸管吸取2毫升的蛋白，加到傾斜的培養皿中。加入蛋白液時，應讓吸管在培養皿最低的位置釋出蛋白液，使蛋白僅集中在培養皿一側。(加入蛋白後，直到實驗結束，注意不要改變培養皿角度)
7. 用(吸取酒精專用的)刻度吸管吸取2毫升的酒精(建議先用低濃度的酒精開始實驗)，讓酒精在培養皿中央緩慢釋出(勿直接沖入蛋白中)。將不同濃度的酒精加到不同培養皿上。觀察蛋白從透明變白的過程及約略時間。
8. 觀察並比較不同濃度的酒精讓蛋白變色的過程所需的時間。
9. 經過一小段時間(例如5分鐘)，觀察各培養皿蛋白變色的狀況。從側邊觀察是否還有蛋白未發生變色。
10. 用手輕輕壓使用95%酒精“煮熟”的蛋白，以及輕輕壓使用75%或70%的酒精“煮熟”的蛋白。定性比較兩者的軟硬。
11. 將實驗結果拍照或文字記錄。
12. 撤收時，將培養皿用水清洗乾淨。
【圖一】
【圖二】
教案學習單
（待調整）
1. 以下哪一種濃度的酒精，殺菌效果最好? (a) 95%酒精，(b) 75%酒精，(c) 50%酒精，(d) 都一樣好。
2. 當蛋白遇到酒精時，會如何? (a) 發熱並將蛋煮熟，(b) 酒精造成蛋白變性，會硬化變白，(c) 酒精會快速揮發，聞到濃濃酒香味，(d) 不會發生甚麼有趣的事。
3. 以下哪一種配方可以調配出85%的酒精? (a) 8毫升75%的酒精加5毫升的水，(b) 6毫升95%的酒精加3.5毫升的水，(c) 3毫升95%的酒精加3毫升75%的酒精，(d) 以上皆非。
解答: 1(b), 2(b),3().
實作注意事項
實驗安全事項
實驗前提醒學員，酒精屬易燃性物質，切勿靠近火源或高溫。不可食用。
實驗廢棄物處理
大量的蛋白需作為廚餘處理，勿倒入水槽以免發臭。
教學心得
參考資料
1. Kruse RH, Green TD, Chambers RC, Jones MW. Disinfection of aerosolized pathogenic fungi on laboratory surfaces. 1. Tissue phase. Appl. Microbiol. 1963;11:436-45.
2. Kruse RH, Green TD, Chambers RC, Jones MW. Disinfection of aerosolized pathogenic fungi on laboratory surfaces. II Culture phase. Appl. Microbiol. 1964;12:155-60.
3. http://www.sinlau.org.tw/mode05_02.asp?num=20100129161304&page=6&t=menu&c
4. https://zh.wikipedia.org/wiki/乙醇#殺菌效果
5. 許家瑜、沈依慧、王恩慈、周玉民、楊靖慧，2018年新生兒腸病毒伊科11型流行之因應，疫情報導2019年第35卷第8期。DOI: 10.6524/EB.201904_35(8).0001
6. 行政院衛生署疾病管制局101年度科技研究發展計畫:酒精性乾洗手液產品確效方法的建立與測試研究報告。https://www.cdc.gov.tw/uploads/files/8ec60a01-93b5-4f1b-9530-bd7929cb62c2.pdf
闖關活動(十分鐘)
壹、準備活動
★教師準備：
一、準備器材及材料(60分鐘)
二、準備學習單
三、學生動線安排及分組
四、告知學生實驗的安全守則
五、確保學生實驗之安全
六、本實驗的科學原理
七、前置作業：事先完成至步驟(60分鐘)
★學生準備：
一、 遵守實驗安全守則，注意實驗安全
二、 發揮團隊合作的精神
三、 由做中學，瞭解本實驗的科學原理
貳、闖關之前
一、闖關負責關主及學生就位。關主負責解說指導，副關主負責指導與通過與不通過判定。
二、集合參加同學，以小組隊伍排列。
三、說明關卡配置與發下小組闖關卡。
四、安全宣導，請學生注意安全，不可以在場地內奔跑。
五、請學生注意禮貌，進入關關卡和離開關卡都要跟關主問好。
参、進入關卡
一、(0.5分鐘)學生向關主問好，教師說明規則及建立默契。
二、(1.5分鐘)關主介紹活動內容、實驗方式及安全事項(使用ppt或海報)
三、(5分鐘)關主事先完成步驟至 ，協助學生由步驟 開始操作至
四、(1分鐘)關主指導學生填寫實驗記錄單。
五、(1分鐘)學生完成實驗後，關主請學生分享結果。
六、(1分鐘)關主說明實驗反應機制及總結。
七、關主掌握時間，隨時指導與提醒闖關學生。
伍、闖關結束
一、收回闖關集點卡。
二、學生心得分享(包括成功與失敗的原因) 與關卡的相關科學原理。
三、鼓勵學生設計更多的科學美食活動。
四、關主視通關人數給予評分。
五、關主在闖關卡上簽名或蓋通過章。
六、學生心得分享(包括成功與失敗的原因) 與關卡的相關科學原理。
七、鼓勵學生設計更多的科學美食活動。
預算表
每人次／每組的材料及預算（*以一組為單位）