お菓子作りの科学実験 — キッチンで学ぶSTEAM教育

お菓子作りが「いちばん身近な理科室」になる理由

クッキーを1回焼くだけでも、そこには理科のいろいろな分野が詰まっています。重曹と酸の反応やこげ色がつく反応は化学、熱の伝わり方や気体のふくらみは物理、イーストや麹の発酵は生物、そして材料の計量や倍量計算は算数。教科書の図ではピンとこないことも、においや手ざわり、味と一緒に体験すると記憶に残りやすくなります。

人が学ぶしくみを整理したアメリカ学術研究会議の報告書でも、子どもがもともと持っている考えを引き出し、自分で確かめながら理解を組み立てていくことの大切さが示されています（Bransford et al., 2000）。「たぶんこうなると思う」と予想してから焼いてみる——お菓子作りは、まさにその練習にぴったりです。

夏休みの自由研究のテーマ探しにも使えます。以下の実験は、かんたんな説明（5〜8歳向け）とくわしい説明（9〜12歳向け）の2段階で紹介しています。オーブンや火、熱いシロップを扱う工程は、年齢にかかわらず大人が担当してください。年齢別にできることの目安は年齢別キッチンの安全ガイドも参考にどうぞ。

実験1：火山マフィン（酸とアルカリの反応）

問い：重曹と酢がまざると、何が起きる？

準備：薄力粉100g、砂糖大さじ2、牛乳90ml、サラダ油大さじ2の生地を2つ作ります。Aには食用の重曹小さじ1/2と酢小さじ1、Bには重曹小さじ1/2だけを入れます。まぜたらすぐにマフィン型の紙ケースに入れ、180℃に予熱したオーブンで18〜20分焼きます。

観察ポイント：Aはこんもりふくらみ、Bはふくらみが小さく、少し黄色っぽく、苦みを感じることがあります。切った断面の穴の大きさもくらべてみましょう。

かんたんな説明：重曹（アルカリ）と酢（酸）が出会うと、二酸化炭素という目に見えない気体の泡ができます。その泡が生地の中に閉じこめられて、風船のようにふくらむのです。

くわしい説明：炭酸水素ナトリウム（重曹）と酢酸が反応すると、酢酸ナトリウムと水と二酸化炭素ができます。重曹は酸がなくても加熱で分解して少し気体を出しますが、そのとき炭酸ナトリウムが残るため、苦みや黄色っぽさの原因になります。理科の授業でおなじみの「重曹火山」と同じ反応ですが、お菓子では小麦粉のたんぱく質がつくる網が泡を逃がさずに受け止めてくれます。

発展：酢の代わりにレモン汁やプレーンヨーグルトを使うと、ふくらみ方や味はどう変わるでしょう。ベーキングパウダーとの違いは重曹とベーキングパウダーの違いでくわしく紹介しています。

実験2：グルテンのびのびテスト（たんぱく質の網）

問い：パン生地をこねると、何が変わるの？

準備：強力粉・水・ドライイースト・塩で同じパン生地を2つ作ります。Aは10分しっかりこね、Bは30秒まぜるだけ。それぞれ発酵させたあと、指で少しずつ薄くのばしてみます。

観察ポイント：Aは向こうが透けるくらい薄くのびても破れにくく（「グルテン膜」の確認）、Bはすぐに破れてしまいます。

かんたんな説明：小麦粉には2種類の特別なたんぱく質が入っています。水を加えてこねると、それらが手をつなぐようにつながって「網」になります。これがグルテン。こねるほど網はじょうぶで、よくのびるようになります。

くわしい説明：グルテニンは弾力（ゴムのように戻る力）を、グリアジンはのびやすさを担当しています。こねることでこの2つがつながって立体的な網目ができ、イーストが出す二酸化炭素を抱えこんで、パンのふんわりした構造が生まれます。

日本のパンとのつながり：日本の食パンでよく使われる「湯種（ゆだね）製法」は、小麦粉の一部を熱湯でこねてから本ごねの生地にまぜる方法です。でんぷんが先に糊化して水分をたっぷり抱えこむため、もっちりしっとりした食感になります。湯種あり・なしの生地をくらべてみるのもおもしろい実験です。手ごねパンに挑戦するならミルクパンロールもどうぞ。

実験3：焼き色グラデーション（メイラード反応）

問い：クッキーやパンは、どうして焼くと茶色くなるの？

準備：同じクッキー生地を3つに分け、140℃・160℃・180℃でそれぞれ12分焼きます。余裕があれば、砂糖で作った生地とアルロースで作った生地もくらべましょう。

観察ポイント：温度が高いほど色が濃く、香ばしいにおいが強くなります。低い温度のクッキーは白っぽいまま。アルロースの生地は、砂糖の生地より早く色づくことが多いです。

かんたんな説明：小麦粉や卵、牛乳に入っているたんぱく質のかけらと糖が、熱くなると反応して、茶色い色とおいしい香りが生まれます。フランスの科学者メイラードの名前をとって「メイラード反応」と呼ばれます。トーストや焼きおにぎりのこげ色も同じしくみです。

くわしい説明：メイラード反応は、アミノ酸と還元糖が反応して、茶色い色素（メラノイジン）とたくさんの香り成分をつくる反応です。家庭のオーブンでは、表面がおおよそ140℃を超えるあたりから色づきがはっきりしてきます。じつは砂糖（ショ糖）はそのままでは反応しにくく、加熱中に分かれてできたブドウ糖・果糖や、材料に含まれる糖が関わっています。アルロースは還元糖なので反応に加わりやすく、エリスリトールやステビアのように焼いても色がつきにくい甘味料とは性質が違います。くわしくはメイラード反応 — おやつが茶色くなる科学やアルロースのメイラード反応で。

実験4：イースト風船（発酵）

問い：イーストって生きているの？　何を食べるの？

準備：小さなペットボトル3本に40℃くらいのぬるま湯を100mlずつ入れ、ドライイーストを小さじ1ずつ加えます。Aには砂糖小さじ2、Bにはアルロース小さじ2、Cには何も加えません。よく振ったら、口に風船をかぶせて30分〜1時間観察します。熱湯を使うとイーストが働かなくなるので注意。

観察ポイント：Aの風船がいちばん大きくふくらみ、Bはほとんどふくらまないことが多く、Cはしぼんだままです。

かんたんな説明：イーストはとても小さな生き物で、糖を食べて二酸化炭素を「はき出し」ます。そのガスが風船をふくらませます。食べものがないCでは、ガスはほとんど出ません。

くわしい説明：イースト（パン酵母）は、ブドウ糖などを分解してアルコールと二酸化炭素をつくります。これがアルコール発酵です。ただし、どんな甘いものでも食べられるわけではありません。イーストの酵素は特定の形の糖にしか合わず、アルロースはほとんど利用されません。「甘い＝イーストのエサ」ではない、というのがこの実験の発見です。

日本の発酵とのつながり：米麹から作る甘酒は、麹菌（コウジカビ）の酵素がお米のでんぷんを糖に分解して甘くなります。ガスをつくるイーストと、甘さをつくる麹。2つをくらべると発酵の幅広さが見えてきます。甘酒のおやつ活用は甘酒ドリンク3種を、発酵全体については発酵の科学をどうぞ。

実験5：メレンゲチャレンジ（たんぱく質の変化）

問い：とろとろの卵白が、どうしてかたい泡になるの？

準備：卵白を3つのボウルで泡立てます。Aは卵白だけ、Bはレモン汁を数滴、Cは卵黄をほんの少しまぜたもの。ハンドミキサーで、角がピンと立つまでの時間をはかります。

観察ポイント：Bはきめが細かく、時間がたってもへたりにくい泡に。Aも泡立ちますが、Bよりこわれやすい傾向があります。Cはなかなか角が立ちません。

かんたんな説明：卵白のたんぱく質は、小さく丸まった毛糸玉のような形をしています。泡立てるとほどけて広がり、空気の粒を包みこみます。レモン汁は泡を長持ちさせる助っ人、卵黄の脂は泡をこわすじゃま者です。

くわしい説明：泡立てると卵白のたんぱく質（オボアルブミンなど）の立体構造がほどけ、水になじみにくい部分が空気側を向いて泡の膜を支えます。酸を加えるとたんぱく質同士の反発がやわらぎ、より安定した泡になります。脂は泡の膜の場所を横取りしてしまうため、カステラ作りでは「ボウルに油分を残さない」ことが大切にされてきました。生の卵白は食べずに、低温のオーブンでメレンゲクッキーにして楽しみましょう。泡の科学はメレンゲの泡はなぜ立つ？でもくわしく紹介しています。

実験6〜10：もっとキッチンサイエンス

6. カラメル化とメイラード反応をくらべる（糖の化学）

小鍋に砂糖と少しの水だけを入れて加熱したもの（カラメル化）と、砂糖と牛乳を一緒に煮つめたもの（メイラード反応が中心）を作り、色・香り・味をくらべます。カラメル化は糖だけが高温で分解して色づく反応、メイラード反応は糖とたんぱく質（アミノ酸）が一緒にあって起きる反応です。熱いシロップは大やけどの原因になるので、加熱は大人が担当し、子どもは少し離れて色の変化を観察しましょう。温度ごとの変化はカラメル化の科学にまとめています。

7. バターの温度テスト（脂の状態と食感）

同じクッキー生地を、冷たいバター・室温でやわらかくしたバター・溶かしたバターの3通りで作ります。冷たいバターは厚みが残ってほろっと、室温のバターは空気を含んでさっくり、溶かしバターは薄く広がって、ねっちりかためになりやすくなります。バターの中の脂の結晶の状態と、まぜたときに空気を抱えこめるかどうかで、仕上がりが変わるのです。

8. 色が変わる不思議（天然のpH指示薬）

紫キャベツを刻んで煮た紫色の汁を、3つのコップに分けます。重曹を溶かした水を加えると青緑に、酢を加えるとピンクに、レモン汁を加えると赤っぽく変わります。酸性・中性・アルカリ性を、キッチンの材料で目で見て確かめられる実験です。ハーブティーとして手に入るバタフライピーも、青いお茶にレモン汁をたらすと紫に変わり、見た目もきれいです。

9. 結晶を育てる（氷砂糖づくり）

お湯に砂糖をこれ以上溶けないところまで溶かし（過飽和）、少し冷ましてから、糸や竹串をつるしたびんに注ぎます。ほこりが入らないように紙でふたをし、1週間ほど毎日観察すると、糸のまわりに結晶が育っていきます。過飽和・核・結晶の成長が学べます。日本の琥珀糖（こはくとう）は、寒天と砂糖で固めたものを数日かけて乾かし、表面をしゃりっと結晶化させたお菓子。結晶実験のくわしい手順は砂糖の結晶を育てる科学実験ガイドをどうぞ。

10. 乳化の科学（マヨネーズづくり）

卵黄に酢と塩を加え、泡立て器でまぜながら油を少しずつたらしていくと、とろりとしたマヨネーズになります。卵黄に含まれるレシチンが、油と水を仲よくさせる「乳化剤」として働くからです。油を一度に入れすぎると分離してしまうので、そこも観察のポイント。日本のマヨネーズには卵黄だけを使うタイプと全卵を使うタイプがあり、食べくらべるとコクの違いがわかります。生卵を使うので、新鮮な卵を使い、作ったその日のうちに食べきりましょう。乳幼児や卵アレルギーのある子は対象外にしてください。くわしくは乳化の科学 — マヨネーズで学ぶで。

キッチン実験ノートをつけよう

実験は、ノートに残すとぐんと「研究」らしくなります。1つの実験につき1ページ、次の項目を書いてみましょう。

• 問い：何を確かめたい？
• 予想：どうなると思う？　その理由は？
• 材料と道具：何をどれだけ使った？（gやmlで記録）
• やり方：何をした？（小さい子は絵でOK）
• 結果：何が起きた？　色・におい・手ざわり・味も書く
• わかったこと：予想は合っていた？　次に変えてみたいことは？

小学校の理科で使う「予想→実験→結果→考察」の流れと同じです。うまくいかなかった実験こそ、「なぜだろう」を考える材料になります。焼き上がりの写真を貼っておけば、夏休みの自由研究としてそのまままとめられます。

焼き菓子はなぜおいしい？　香りと味の科学

実験のしめくくりに、「おいしさ」の正体も考えてみましょう。

メイラード反応：焼きたてのパンやクッキーの香ばしいにおいは、メイラード反応でできるたくさんの香り成分が合わさったものです。ナッツのような香り、ロースト香、カラメルのような甘い香りなどが重なって、あの「焼きたてのにおい」になります。

カラメル化：糖が高温で分解すると、バターのような香りやカラメルらしい香りの成分ができます。人の鼻は、こうした成分をごくわずかな量でもかぎ分けられます。

うま味とのつながり：パンには、アミノ酸の一種であるグルタミン酸も含まれています。グルタミン酸は、1908年に池田菊苗博士が昆布だしから見つけた「うま味」の正体。甘いだけではない奥行きのある味わいには、日本で発見されたうま味の科学も関わっているのです。

「クッキーのいいにおいは、熱で新しくできた物質のにおいなんだよ」と知ると、お菓子作りは「楽しい」から「おもしろい！」に変わります。もっと実験の種類を知りたいときはおやつで自由研究！子供と楽しむ食の科学実験10選もあわせてどうぞ。

よくある質問