冷めて固くなったご飯から考える
炊いたご飯が時間とともに固くなると、「水が蒸発したから」と説明したくなります。乾燥が影響する場合はありますが、それだけで全てを説明できるわけではありません。デンプンを水とともに加熱したときの糊化と、その後に分子の並び方が変わる老化も関係します。中学入試では、容器全体の質量がほぼ変わらないのに硬さが変わる資料から、乾燥だけに原因を限定できないことを考えられます。
生のデンプン粒へ水を加えただけでは、十分に加熱したときのような糊状の状態にはなりません。水を伴う加熱によって粒が水を取り込み、内部の整った構造が崩れていく変化が糊化です。砂糖を水に溶かす場合と全く同じ意味で「溶けた」と済ませず、粒の状態と水の取り込みに注目します。デンプンの種類や水分量によって変化する温度などは違います。
老化は元の生デンプンへの完全な巻き戻しではない
糊化した後、時間の経過などに伴って分子の一部が再び集まり、硬さや食感が変わることを老化と呼びます。生の粒と全く同じ構造に戻るわけではありません。水の分布が変化したり、離水が起きたりする場合もありますが、容器の外へ全ての水が出ていくという意味ではありません。水分量の測定と構造の変化を分けて扱います。
冷めたら必ず同じ速さで老化するという単純な規則でもありません。デンプンの組成、保存温度、水分、ほかの成分によって進み方は変わります。資料問題では、同じ試料の条件を一つ変えたときの比較を読みます。ご飯とパンの硬さが違うことを、温度だけの差として説明すると、材料と水分の違いを見落とします。
密閉と開放を比べる意味
同じデンプンの試料を密閉容器と開いた容器に入れれば、外へ水が逃げる条件の違いをつくれます。ただし硬さを比べる際には、測定時の温度もそろえます。熱い試料と冷たい試料をそのまま押した結果では、保存中の変化だけでなく、その瞬間の温度の影響も混ざるからです。容器の重さを含めた全体の質量を測る場合は、初めと終わりで同じふたを含めます。
密閉容器の質量が変わらなかったという結果から言えるのは、測定精度の範囲で容器外へ逃げた質量が確認できなかったということです。内部で水が移動していない、結露していない、構造が変わっていない、とまでは言えません。中と外を区別すると、質量保存を使う範囲もはっきりします。水がどこにあるかを考えず、総量だけで食感を決めないことがポイントです。
例題1｜質量と硬さの資料
同じ加熱済み試料を保存しました。密閉したAは保存前後とも容器込みで150g、硬さの指標は10から18になりました。開放したBは150gから142g、硬さの指標は10から25になりました。測定温度はそろえています。硬くなる原因を水の外への蒸発だけで説明できますか。
答え・解説：できません。Aは全体の質量が変わらないのに硬さが増えているので、外へ水が失われることだけでは結果を説明できないからです。Bでは8g減っていますが、その全てを水とするには、ほかの物質の出入りがないという条件も必要です。Aの結果は老化など内部の変化を検討する根拠になりますが、質量と硬さの二つだけで分子の構造を直接確認したことにはなりません。
例題2｜乾燥後の水の割合
別の計算用模型では、初めにデンプン20gと水80gだけを含む試料を考えます。保存中に水だけが10g外へ出ました。残った試料全体の質量と、水の質量の割合を求めます。割合は分数で答えてもよいものとします。
答え・解説：全体は90g、水の割合は9分の7です。残る水は80－10＝70g、全体は20＋70＝90gなので70÷90＝7/9です。水が10g減ったから水の割合も10ポイントだけ減るわけではありません。分子の水量だけでなく、分母の全体量も減っているからです。この計算は水分量を求めるものであり、90gの試料の硬さを数値で予測する式ではありません。
食感の言葉を測定の言葉に直す
「ぱさぱさ」「固い」という言葉を資料にするときは、一定の力で押したへこみ、一定量を変形させる力など、比較できる測定へ置き換えます。測り方が違う二つの指標を同じ尺度として比べないようにしましょう。糊化と老化という名称を覚えるだけで終わらせず、水の総量、水の位置、デンプンの構造、測定温度を分けると、身近な食べ物の変化を丁寧に説明できます。
加熱前後に同じ検査をしたらどうなるか
デンプンの糊化を、消化によってデンプンが糖へ変わることと混同しないようにします。水と熱によって粒の構造が変わることと、分子が分解されて別の小さな物質へ変わることは違います。加熱して糊状になったからデンプンが全てなくなった、という説明にはなりません。何が変わり、何が残るかを、形や硬さだけでなく成分を調べる資料で確認します。
ヨウ素液の色を使う場合にも、検査時の温度の影響を分ける必要があります。熱い試料と冷やした試料で色が違うことを、そのままデンプンの有無の違いとしないようにします。硬さを比べる測定と同じく、検査する時点で条件をそろえることが重要です。加熱した履歴と、測定している現在の温度は、別の欄に記録すると混乱しません。
密閉容器のふたに水滴が付いた場合、試料の部分から水が移動していても、ふたを含む全体の質量は保存されます。試料だけを取り出して量った結果と、容器全体を量った結果を同じグラフへ混ぜないようにします。どこまでを一つの系として量るかを確かめると、内部の水の移動と外への蒸発がきれいに分かれます。
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