鳳梨軟化牛肉
壹、活動目標 Goal
After this experiment, students 經過這個實驗之後，學生能夠
1. Can find out that every part of pineapple can soften the beef
發現鳳梨的每個部位都能軟化牛肉
2. Can find out which part of the pineapple is the most effective for softening pineapples
找出鳳梨能最有效軟化牛肉的部位
3. Can distinguish the texture of beef that is soft or not
可以分辨牛肉質地的柔軟程度
4. Can know about ethnochemistry around the environment
可以了解周圍環境的民族化學
大概念 Big Idea
1. Enzyme 酶
2. Waste treatment technology 廢棄物處理技術
核心問題(探究問題) Essential Question
1. How to make the beef tender?
如何軟化牛肉?
2. How to use the waste parts of the pineapples?
如何善用不可食用的鳳梨部位?
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)
蔡正立(蔡正立科學實驗室主持人)
仿生與環境工作坊團隊主持人：楊悠娟)
吳怡穎、吳聿璿(東華大學應用數學系大學生)
通訊作者e-mail
Leny Novita
lenynovita8@gmail.com
楊悠娟
ycyang@gms.ndhu.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
Molecular structure 分子結構
Bromelain is an enzyme system composed of various molecular weights and molecular structures, including at least five proteolytic enzymes. Besides, some bromelain also has phosphatase, peroxide, cellulase, glycosidase, and non-protein substances. Bromelain is a glycoprotein with an oligosaccharide in its molecular structure consisting of xylose, fucose, mannose, and N-acetyl glucosamine. Ishihara and Yasuda et al. inferred the structure of the oligosaccharide molecule of bromelain, respectively.
鳳梨蛋白酶是一種酶系統，由多種不同分子量和分子結構的酶所組成，包含至少5種蛋白水解酶。 此外，有些鳳梨蛋白酶具有磷酸酶、過氧化物、纖維素酶，糖苷酶和非蛋白質物質。鳳梨蛋白酶是具有寡糖的糖蛋白，分子結構由木糖、岩藻糖、甘露糖和N-乙酰基葡糖胺組成，並由研究者(Ishihara and Yasuda et al.)分別推斷其結構。
【圖一】The molecular structure of the oligosaccharide molecule of bromelain (speculated by Ishihara and Yasuda et al.)
Bromelain is a plant protease isolated from pineapple. Its strong proteolytic activity has created a broad interest in numerous applications, mainly in tenderization, foods, detergents, and the textile industry. Besides, it is also an active ingredient in tooth-whitening dentifrices and skin products (Arshad et al., 2014).
鳳梨蛋白酶是一種從鳳梨中分離出來的植物蛋白酶，其強大的蛋白水解活性已被廣泛應用，例如：嫩化、食品、洗滌劑和紡織工業等。此外，它可作為美白潔齒劑和皮膚產品中的活性成分（Arshad等人，2014）。
【圖二】The skeletal muscle structure
From the ethnochemistry viewpoint, we get natural ingredients such as pineapple and papaya leaves to soften beef. Meat consists of muscle and connective tissue, which is made up of protein. Proteins contain many amino acids that are linked together in chains to make large molecules. Meat tenderizers work by breaking down amino acids. Seasonings designed to tenderize meat usually contain acids or enzymes (https://www.sciencelearn.org.nz/resources/1945-fruit-enzymes-tenderise-meat). The beef ratio to marinade was set at 1 :1 (meat: marinade), cut into 1.5 cm thick slices, perpendicular to the run of meat fibers (Prejsnar et al., 2019).
基於民族化學的觀點，我們使用天然成分，例如：鳳梨和木瓜葉來軟化牛肉。肉類是肌肉和蛋白質成分的結締組織所組成。 蛋白質是許多氨基酸鏈接形成的大分子。肉類的嫩化劑目的為切斷/分解氨基酸。常用的肉類嫩化劑包含酸或酶（https://www.sciencelearn.org.nz/resources/1945-fruit-enzymes-tenderise-meat），牛肉與醃泡汁的比例設定為1：1（肉：醃泡汁），切成1.5厘米厚的切片，並垂直於肉纖維的走向（Prejsnar等人，2019）。
【圖一】
【圖二】
肆、活動材料 Material
器材
Pineapple Juice 5 grams 鳳梨汁 5克
Pineapple skin 鳳梨皮
Pineapple diced 5 grams 鳳梨切丁 5克
Pineapple crown 鳳梨冠
Pineapple core 5 grams 鳳梨心 5克
Beef slice (30 grams; 5 grams each, total 6 pieces) 牛肉肉片 (30克；每片5克，共6片)
Knife: 2, plastic/glass container: 6, toothpicks: 15 toothpicks, stew pot or pan: 1, food tongs: 1, gloves: 1
刀x2，塑膠/玻璃容器x6，牙籤x15，燉鍋或平底鍋x1，食物鉗x1，手套x1
藥品
無
伍、活動步驟 Step
第一部分
【圖三】
1-1 Peel the pineapple, wash the pineapple, then separate the skin and flesh from the pineapple and the pineapple heart or core.
1-2 Prepare 6 plastic/glass containers to put the pineapple and beef to be weighed. Put a number on the plastic container (number A until F).
1-3 Weigh each pineapple flesh, pineapple heart, pineapple skin by 4 grams, respectively. For pineapple meat, do it 2 times because we will make pineapple juice from the pineapple meat. Place the pineapple in the containers provided.
1-4 Wash the beef to be smeared with pineapple and drain the water. Then weigh the beef by 100 grams with a thickness of 1 cm of meat. Divide the beef into 6 equal-sized portions. Place the beef in the containers provided.
1-1剝皮鳳梨，洗淨鳳梨，分開鳳梨皮、果肉和鳳梨心/核。
1-2準備6個塑膠/玻璃盒，稱重鳳梨和牛肉稱重。各自編號（A到F）。
1-3分別稱重鳳梨肉、鳳梨心和鳳梨皮各4克。鳳梨肉重複兩次來製作鳳梨汁和鳳梨丁。將鳳梨放入容器中。
1-4洗淨牛肉，瀝乾水分。稱重100克牛肉，厚度約1厘米(公分)，再將肉等分成6份。將牛肉放在提供的容器中。
第二部分
2-1 Put the pineapple juice in container number A. Pineapple juice is made by crushing/squeezing the pineapple meat.
Place the pineapple meat diced cut into small cubes in container number B.
Place the pineapple core cut into small cubes in container number C.
Place the pineapple skin cut into small cubes in container number D.
Place the pineapple crown cut into small cubes in container number E.
Place beef in plastic container number F without pineapple.
2-2 Prepare a pot, filling with 1 liter of water. Boil the water until it boils with the maximum temperature of the electric stove temperature 3.
2-1 容器編號，A-E為實驗組，F為控制組(對照組)。
A號容器：鳳梨汁，將鳳梨肉壓碎成汁。
B號容器：鳳梨丁，將鳳梨肉切成小方塊。鳳梨心，將鳳梨心切成小方塊。
C號容器：鳳梨心，將鳳梨心切成小方塊。
D號容器：鳳梨皮，將鳳梨皮切成小方塊。
E號容器：鳳梨冠，將鳳梨冠切成小方塊。
F號容器：無鳳梨。
2-2準備裝滿1升水的鍋子，將水煮沸至沸騰(電爐最高溫度3）。
第三部分
【圖四】
3-1 In containers number A to E, place and soak the beef slices (one piece for each container). Leave it for 5 minutes. In container number F, place the beef slice only.
3-2 After 5 minutes, clean each meat in containers A to E from the smeared pineapple residue by hand only. Mark the meat by using a toothpick to distinguish between the meat covered with pineapple juice (A=1 toothpick), pieces of pineapple meat (B=2 toothpicks), pieces of pineapple core (C=3 toothpicks), pieces of pineapple skin (D=4 toothpicks), pieces of pineapple crown (E=5 toothpicks), beef without any pineapple (F=no toothpick)
3-3 Put all the pieces of meat into the boiling water prepared before. Boil and cook the beef for 5 minutes, then remove all meat. Let it be cold.
3-4 Check the beef texture, classify the level of tenderizing beef with numbers, and record your observations on the observation sheet.
3-5 Repeat procedure for 3 rounds to obtain averaged experimental data.
3-1 容器A至E：放入牛肉片各1片，與盒中的鳳梨部位充分混合，浸泡5分鐘。容器F： 放入牛肉片1片，無鳳梨。
3-2 5分鐘後，只能用乾淨的手或戴手套，抹除容器A至E號的牛肉上沾附的鳳梨殘渣。再用牙籤標記肉來區分：鳳梨汁vs肉（A=1根牙籤），鳳梨丁vs 肉（B=2根牙籤），鳳梨心vs 肉（C=3根牙籤），鳳梨皮vs肉（D=4根牙籤）， 鳳梨冠vs肉（E=5根牙籤），無鳳梨的牛肉（F=無牙籤）。
3-3 將所有肉片放入已沸騰的水中，煮5分鐘，撈出，冷卻。
3-4 檢查牛肉質地，分級牛肉的嫩度分類，記錄觀察結果至學習單。
3-5 重複操作3次，計算實驗數據的平均值。
【圖一】
【圖二】
教案學習單
（待調整）
學習單請至教案下載點，下載觀看
實作注意事項
實驗安全事項
Be careful when you cut pineapple with a knife, and be cautious in using the electric stove.
用刀切鳳梨時要小心，也要小心使用電磁爐。
實驗廢棄物處理
Organic waste, including waste from pineapple and its parts, can be disposed of in the food dump. You can dispose of plastic containers, gloves, and toothpicks either in the recycled or general waste sections.
有機廢棄物，包括鳳梨等產生的廢物，皆可回收至廚餘或堆肥箱。無法再使用的塑料容器、手套和牙籤放至資源回收區或一般垃圾區。
教學心得
有趣及結合生活的實驗。觀察鳳梨軟化牛肉，以及品嚐牛肉的體驗很新奇；牛肉浸泡過鳳梨汁之後，除了原本的牛肉味之外，還帶有微微的鳳梨香氣，每個人都變身為廚師、美食評審及科學家。回家後可以煮給家人吃一起試試看！
參考資料
Arshad, Z. I. M., Amid, A., Yusof, F., Jaswir, I., Ahmad, K., & Loke, S. P. (2014). Bromelain: an overview of industrial application and purification strategies. Applied microbiology and biotechnology, 98(17), 7283-7297.
Augustyńska-Prejsnar, A., Ormian, M., Hanus, P., Kluz, M., Sokołowicz, Z., & Rudy, M. (2019). Effects of marinating breast muscles of slaughter Pheasants with acid whey, buttermilk, and lemon juice on quality parameters and product safety. Journal of Food Quality, 2019.
Ishihara, H., Takahashi, N., Oguri, S., & Tejima, S. (1979). Complete structure of the carbohydrate moiety of stem bromelain. An application of the almond glycopeptidase for structural studies of glycopeptides. Journal of Biological Chemistry, 254(21), 10715-10719.
Useful website:
https://www.creative-enzymes.com/similar/bromelain_90.html#:~:text=Bromelain%20is%20an%20enzyme%20system,at%20least%205%20proteolytic%20enzymes.&text=Bromelain%20is%20a%20glycoprotein%20with,%2C%20mannose%20and%20N%2Daceltylglucosamine.
https://www.sciencelearn.org.nz/resources/1945-fruit-enzymes-tenderise-meat
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3-1 (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3-1，協助學生由步驟3-2開始操作至3-4。
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）