日常生活の化学工学 – 問題4 – 既存の正解
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この投稿は、2015年8月20日18時05分にyjqin1によって最終的に編集されました。70年代には、「革命を推進し生産を促進せよ、美味しいマントウを焼き、適切な量のアルカリを使用せよ」というスローガンがありました。 炭酸ナトリウムの商品名は純碱（天津碱厂がかつて付けた名前）で、一般的にはソーダと呼ばれ、北方では碱面とも呼ばれます；重炭酸ナトリウムの商品名はソーダ灰で、北方の人々はそれをアルカリ粉と呼びます。 子供の頃、母が生地をこねたり、発酵させたりして、まんじゅうを蒸したのを見ていました。（私は観察力が鋭いんです。そうでなければ科学者にはなれませんよね？））。冬になると生地が膨らまないので、母は中に重曹を少し加えると、作ったマントウも美味しくなります。夏になると、お母さんは仕事に行く前に生地をこねておき、昼に家に帰って料理をするときにそれを大きなボウルいっぱいにしてくれます。その中にはたくさんの気泡があり、酸っぱい味がします。このときお母さんが加えるのが重曹（アルカリ性の粉）で、これで蒸したまんじゅうや焼いた生地のパンはとても美味しいのです。人を怒らせることを恐れず、青島の硬めのマントウより美味しい。 海外に行っても、昔母が作ってくれた料理を思い出しながら、7、8年に一度くらいはマントウを蒸します。 でも、度が過ぎるとどうしたらいいかわからなくなる。 海外ではソーダは買わず、重曹のみを買っています。 一度目の焼き上がりはまた行き過ぎて、調和が取れなかった。奥様が重曹を少し加えるように言って、もう少し多めに入れればいいとのことだった。聞かずに、またスーパーを一周したけど、ソーダはなかった。 「蒸しパンを作って面目を保つ」という考えのもと、妻に重曹はダメだと知らせたくて、わざと重曹を多めに入れました。（ここ50文字省略）すると最初にできたパンは黄色くて膨らまなかった。どうしてこんなことに？ 化学者の探究心に基づき、もう一度蒸しパンを作り、重曹を少なめにしました。その結果、大きな鍋いっぱいのマントウができ、ふっくらとしていて、食べると香ばしく、甘みもありました。 以上が背景です。質問：重曹（炭酸ナトリウム）の水溶液のpHは11.5前後であり、ベーキングソーダ（炭酸水素ナトリウム）の水溶液のpH値は7.7前後です。発酵後の生地のpH値は4前後ですが、なぜ重曹とベーキングソーダのどちらを使ってもマントウを作ることができるのでしょうか。その原理は何でしょうか？
生地を発酵させる過程で、中では無酸素呼吸が行われ、時間が経つと酸性物質が蓄積されます。そのため、重曹（pH11.5）を使って中性に中和し、蒸した生地は美味しくなります；炭酸ナトリウムを加えることは、2段階の反応と見なすことができ、最初に炭酸水素ナトリウムが生成され、その後二酸化炭素が生じる。以上は個人的な見解です。
皆が専門家なので、誰も発言しようとしないので、恐れ多くも一言申し上げます。私も少しは知っているのですが、蒸しマンホウの生地をこねるには2つの方法があります。まず材料からですが、小麦粉の主成分はデンプンで、それは間違いないでしょう。イーストの主な有効成分はイースト菌や乳酸菌などのプロバイオティクスで、フィターゼも含まれます。発酵させて蒸したマントウを作る方法の中で、最も伝統的なのは、よく発酵させたイーストを使う方法です。イーストとデンプンが発酵することで二酸化炭素が生成され、その結果生地が膨らんだりふやけたりします。もちろん、このような化学反応は遅く、適切な温度も必要であり、そうすることで微生物の成長や反応が促進されます。しかし、発酵の過程をうまくコントロールできないと、乳酸や酢酸などによる酸っぱい味が出てしまうことがあります。その場合は、適量の重曹や小さじを加えて中和するとよく、それによってさらに多くの二酸化炭素が生成され、発酵が促進されます；もう一つは、重曹やベーキングソーダを直接使って生地をこねる方法で、主に二酸化炭素によって生地がふっくらし、蒸す際により多くの気孔ができます。もう一つ、甘みはキノコによって変換されたマルトースなのでしょう。
正解：重曹とソーダのどちらを使っても、美味しいマントウを作ることができます。 生地が発酵すると、炭酸（二酸化炭素）やいくつかのカルボン酸系化合物が生成されます。 酸としての炭酸のpKa1は6.2、pKa2は10であるが、一般的な一価カルボン酸のpKaは4.8前後である（酢酸の3.8を除く）。二価カルボン酸のpKa1およびpKa2はどちらも4.3～5.3の間である（シュウ酸（エチレンジカルボン酸）は例外で、pKa1=1.2、pKa2=4.2）。したがって、酸性条件下では炭酸はほとんど二酸化炭素の形で存在し、その飽和蒸気圧が1atmを超えると逃げ出して多くの泡ができます。 炭酸ナトリウムを加えると、炭酸ナトリウムは強酸弱塩基塩として作用し、その水溶液のpH値は通常11.5前後となる。そのため生地中の有機酸と反応して酢酸ナトリウムと二酸化炭素が生成される。この反応は蒸しマンタオの高温下ではさらに促進され、多孔質なマンタオができあがる。そして、まんじゅうの甘みは発酵後の生成物に由来します。 炭酸水素ナトリウムを加えると、これは強酸弱塩基塩として作用し、その水溶液のpH値は通常7.8前後となる。そのため生地中の有機酸と反応して酢酸ナトリウムと二酸化炭素を生成する。この反応は蒸しマンタオの高温下ではさらに促進され、多孔質なマンタオができあがる。そして、まんじゅうの甘みは発酵後の生成物に由来します。 炭酸ナトリウムの代わりに炭酸水素ナトリウムを使用する場合は、量を多めにする必要があることにご注意ください。 これは、重炭酸ナトリウムが加熱されて分解するためで、2NaHCO3 = N2CO3 + H2O + CO2となり、2モルの重炭酸ナトリウムで1モル分として機能するからです。 その時、私はここで間違った判断をしてしまい、妻とも喧嘩になりました。 その後、国内でプロジェクトに従事し、天然ソーダ工場の炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムの混合溶液の熱湿分解プロジェクトに参加して初めて、この理屈を理解したのです。
もう一つ補足しますが、昔の田舎では冬でも部屋の中がとても寒く、生地が膨らみませんでした。 この場合、お母さんたちも発酵まんじゅうを作らなければならない。特に急にお客さんが来た時。生の小麦粉に重曹を少し加えます。作られたマントウも少しふっくらしているが、黄色くなっており、アルカリ臭がする。 ふんわりとした食感は、重炭酸ナトリウムが加熱されて分解することによって生じ、2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2であり、アルカリ味は分解生成物である炭酸ナトリウムによるものです。