わかめ、昆布、のり、ひじき。
海藻にはいろいろな種類があります。
その中には、
煮出した液体を冷やすと、ゼリーのように固まる海藻
があります。
例えば、ところてんや寒天の原料として使われるテングサなどです。
でも、ここで不思議なことがあります。
海藻なのに、どうしてゼリーみたいに固まるのでしょうか？
さらに、
「だったら、わかめや昆布を煮てもゼリーになるの？」
という疑問も出てきます。
今回は、海藻に含まれる成分と、
「ゲル」
という状態に注目して調べてみましょう。
- この自由研究は何日かかる？
- まず予想してみよう
- まず結論｜海藻の中に「ゲルを作る多糖類」があるから
- 「固まった」のに中身はほとんど水？
- ゲルって何？
- 海藻を煮ると何が起きる？
- つまり海藻そのものが固まっているわけではない
- 実験① テングサなどからところてんを作ってみよう
- 実験の手順
- 実験② 温度による変化を記録しよう
- 実験③ 容器を傾けてみよう
- 実験④ スプーンで押してみよう
- じゃあ、わかめを煮ても固まる？
- 海藻によって「ぬるぬる」「とろとろ」「ぷるぷる」が違う
- 昆布のぬるぬると寒天のぷるぷるは同じ？
- 実験⑤ テングサと身近な海藻を比べよう
- なぜ冷えると網目ができるの？
- 水が氷になったわけではない
- 「固まる」と「凍る」は違う
- 一度固まった寒天を温めるとどうなる？
- 実験⑥ 固める→溶かす→もう一度固める
- 寒天とゼラチンも同じ？
- 寒天はどうして室温でも固まっていられる？
- 「固まる温度」と「溶ける温度」が同じじゃない？
- 寒天の濃さを変えたらどうなる？
- 実験⑦ 寒天の量と硬さを比べよう
- 「網目が増えた」と考えていい？
- 酸っぱい果物を入れるとどうなる？
- ところてんと寒天にもつながる
- 寒天ができるまでを調べるともっとわかる
- 発展研究① わかめ・昆布・テングサは何が違う？
- 発展研究② 海藻以外にもゲルを作る植物はある？
- 発展研究③ 「ぷるぷる食品」を家中から探そう
- 写真はどこを撮る？
- 何年生におすすめ？
- 実験するときの注意
- 自由研究のまとめ方
- 写真や比較表を印刷してまとめよう
- まとめ｜海藻が固まる秘密は「水を抱え込む網目」
- よくある質問
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この自由研究は何日かかる？
- おすすめ学年：小学3～6年生
- 調べ学習だけ：30分～1時間程度
- ところてん作りまで：半日～1日
- 海藻比較まで：1日程度
- 材料のそろえやすさ：★★★★☆
- 食品科学度：★★★★★
実験まで行うなら、
テングサなどを煮る前・煮た後・冷えた後
を写真に残すのがおすすめです。
まず予想してみよう
実験や調べ学習を始める前に、予想を書きます。
| 疑問 | 予想 |
|---|---|
| 海藻は全部煮ると固まる？ | |
| テングサそのものが溶けて固まる？ | |
| 温かいときから固まっている？ | |
| わかめでもところてんを作れる？ | |
| 固まったものの中には水がある？ |
最初の予想と実験後の結果を比べると、自由研究らしいまとめになります。
まず結論｜海藻の中に「ゲルを作る多糖類」があるから
テングサなどの海藻から作った液体が固まるのは、
海藻にゲルを作る性質を持った多糖類が含まれているから
です。
多糖類とは簡単にいうと、
糖がたくさんつながった大きな分子
です。
テングサなどから抽出される寒天の主なゲル化成分には、
アガロース
などがあります。
これが水の中で網目のような構造を作り、
その中にたくさんの水を抱え込む
ことで、液体だったものがゼリーのような状態になります。
「固まった」のに中身はほとんど水？
ここが面白いところです。
寒天ゼリーを見ると、
完全な固体
のように見えます。
でも実際には、その中にたくさんの水が含まれています。
イメージするなら、
ものすごく細かい網の中に水を閉じ込めている状態
です。
このような状態を、
ゲル
といいます。
ゲルって何？
身近な食品には、ゲル状のものがたくさんあります。
- 寒天ゼリー
- ゼラチンゼリー
- ところてん
- プリン
- ジャム
ただし、
全部が同じ物質・同じ仕組みで固まっているわけではありません。
寒天なら海藻由来の多糖類。
ゼラチンなら動物由来のたんぱく質。
ペクチンなら果物などに含まれる多糖類。
「ゲルになる」という結果は似ていても、そこまでの仕組みは違う
のです。
海藻を煮ると何が起きる？
テングサなどを水と一緒に加熱すると、
海藻に含まれている成分が煮汁へ溶け出します。
煮出したあとに海藻をこすと、
見た目はただの液体のように見えます。
ところが、その液体を冷ましていくと、
寒天成分の分子同士が集まり、網目状の構造を作ります。
そこへ水が抱え込まれることで、流れにくいゲルになります。
つまり海藻そのものが固まっているわけではない
ここは自由研究でぜひ書いてほしいポイントです。
テングサを煮てところてんを作ると、
「煮た海藻がそのままゼリーへ変身した」
ように感じます。
でも実際には、
海藻から煮汁へ溶け出した成分がゲルを作っています。
だから途中で海藻をこして取り除いても、
残った液体が冷えると固まる
のです。
実験① テングサなどからところてんを作ってみよう
用意するもの
- ところてん作りに使える海藻
- 水
- 鍋
- ざるや布など、こすためのもの
- 耐熱容器
- 記録用紙
- カメラ
材料によって必要な水の量や加熱時間が違うため、
使用する商品の作り方に従ってください。
余った材料も、レシピ付きの商品なら別の料理やおやつ作りに活用できます。
実験の手順
- 乾燥した海藻を観察する
- 商品の説明に従って下処理する
- 水と一緒に加熱する
- 煮ている途中を観察する
- 海藻をこす
- 温かい煮汁を容器へ入れる
- 冷まして変化を観察する
- 固まった状態を記録する
鍋や熱い液体を扱うため、
加熱する工程は必ず大人と一緒に行いましょう。
実験② 温度による変化を記録しよう
できれば、
- 熱いうち
- 少し冷めたとき
- しっかり冷えたとき
の状態を比べます。
| 状態 | 見た目 | 流れる？ | 固さ |
|---|---|---|---|
| 熱いうち | |||
| 少し冷めた | |||
| 冷えたあと |
「何℃で完全に固まった」と正確に調べたい場合
は、温度計を使ってさらに細かく記録してみましょう。
実験③ 容器を傾けてみよう
温かい状態と冷えた状態で、
容器をゆっくり傾けます。
温かいときは液体なので流れます。
冷えてゲルになると、容器を傾けても簡単には流れなくなります。
動画を撮れる場合は、
同じ角度まで傾けたときの違い
を撮影しても面白いでしょう。
実験④ スプーンで押してみよう
固まったものをスプーンの背で軽く押します。
- へこむ？
- 元に戻る？
- 割れる？
- 水が出る？
を記録します。
「固体か液体か」だけでなく、どんな固まり方をしているか
まで観察できます。
じゃあ、わかめを煮ても固まる？
ここで出てくるのが、
「海藻なら全部同じじゃないの？」
という疑問です。
わかめも海藻です。
昆布も海藻です。
のりも海藻です。
でも、
どの海藻を煮てもテングサと同じような寒天ゲルができるわけではありません。
なぜなら、
海藻の種類によって含まれている多糖類が違うから
です。
海藻によって「ぬるぬる」「とろとろ」「ぷるぷる」が違う
海藻にはさまざまな多糖類があります。
例えば、
- 寒天に関係する成分
- アルギン酸
- カラギーナン
などがあります。
種類や性質が違うため、
水へ溶けたときの状態や、ゲルの作り方も違います。
「海藻」という大きなグループだけで、
全部同じ性質だとは考えられない
のです。
昆布のぬるぬると寒天のぷるぷるは同じ？
昆布などの海藻にも、ぬめりに関係する多糖類があります。
しかし、
寒天と同じ成分ではありません。
そのため、
「ぬるぬるする＝冷やせば寒天のように固まる」
というわけではありません。
ここから、
「海藻のぬるぬる成分は全部同じ？」
という発展研究もできます。
実験⑤ テングサと身近な海藻を比べよう
さらに実験するなら、
- ところてん作り用の海藻
- 乾燥わかめ
- 昆布
などを観察してみましょう。
ただし、
同じ条件で煮れば科学的に完全な比較になるわけではありません。
海藻ごとに成分の抽出条件が違うためです。
今回は、
「見た目や煮汁にどんな違いが出るかを観察する実験」
として行うとよいでしょう。
| 海藻 | 煮る前 | 煮汁 | 冷えた後 |
|---|---|---|---|
| ところてん用海藻 | |||
| わかめ | |||
| 昆布 |
「全部海藻なのに結果が違った」
となれば、その理由を調べるところまでが自由研究です。
なぜ冷えると網目ができるの？
寒天成分が熱い水の中に溶けているときは、
分子が比較的自由に動ける状態
になっています。
そこから温度が下がると、分子同士が集まりやすくなります。
そして、
立体的な網目構造
を作ります。
その網目の中に水分が閉じ込められることで、
流れていた液体が、形を保つゲルへ変わります。
水が氷になったわけではない
ここも重要です。
液体が固まったと聞くと、
「水が凍ったの？」
と思うかもしれません。
でも、寒天が固まるときに、
水が氷になっているわけではありません。
水そのものは液体のまま、寒天成分が作る構造の中に抱え込まれています。
だから、
0℃より高い温度でも寒天は固まる
のです。
「固まる」と「凍る」は違う
| 寒天が固まる | 水が凍る | |
|---|---|---|
| 状態 | ゲル化 | 凍結 |
| 水 | 主に液体としてゲル中に存在 | 氷になる |
| 0℃以下が必要？ | いいえ | 通常は必要 |
| 仕組み | 寒天成分が網目を作る | 水分子が氷の結晶を作る |
「固まって見えるものが全部凍っているわけではない」
という発見も、この自由研究の面白いところです。
一度固まった寒天を温めるとどうなる？
寒天ゲルを再び十分に温めると、
網目構造がほどけて液体へ戻ります。
そして再び冷やすと、
またゲルを作ることができます。
ここから、
「寒天は何回固めたり溶かしたりできる？」
という発展実験も考えられます。
実験⑥ 固める→溶かす→もう一度固める
粉寒天などを使って寒天液を作り、
- 一度冷まして固める
- 少量を取り分ける
- 再び加熱する
- 液体になったことを確認する
- もう一度冷ます
- 再び固まるか観察する
という実験もできます。
| 段階 | 状態 |
|---|---|
| 最初に加熱したとき | |
| 冷ましたあと | |
| 再加熱したあと | |
| もう一度冷ましたあと |
温度によってゲルと液体を行き来できる
ことを実際に観察できます。
寒天とゼラチンも同じ？
寒天とゼラチンはどちらも、
温めて溶かし、冷やしてゲルを作る
ことができます。
しかし、
- 寒天 → 海藻由来の多糖類
- ゼラチン → 動物のコラーゲン由来のたんぱく質
と、成分がまったく違います。
さらに、
固まり始める温度や溶ける温度、食感も違います。
寒天はどうして室温でも固まっていられる？
寒天は、
固まり始める温度よりも、溶ける温度のほうがかなり高い
という特徴があります。
一度固まると、一般的な室温程度では簡単には液体へ戻りません。
そのため、
室温でも形を保ちやすいゼリー
を作ることができます。
この特徴をゼラチンと比べても面白いでしょう。
「固まる温度」と「溶ける温度」が同じじゃない？
寒天の面白い特徴のひとつです。
例えば、
ある温度まで冷えたから固まったとしても、同じ温度まで温め直した瞬間に溶けるわけではありません。
固まる温度と溶ける温度には差があります。
このような性質を、
ヒステリシス
と呼びます。
小学5～6年生なら、この言葉まで調べてみても面白いでしょう。
寒天の濃さを変えたらどうなる？
同じ量の水に対して寒天の量を変えると、
できあがるゲルの硬さも変わります。
そこで、
- 寒天が少ない
- 標準量
- 寒天が多い
の3種類を作って比較することもできます。
ただし、極端に量を減らすと固まらない場合があります。
まずは商品の標準使用量を確認し、その範囲を参考に実験しましょう。
実験⑦ 寒天の量と硬さを比べよう
| 寒天の量 | 固まった？ | 硬さ | 弾力 | 切れやすさ |
|---|---|---|---|---|
| 少ない | ||||
| 標準 | ||||
| 多い |
同じ「寒天ゼリー」でも、
寒天と水の割合によって食感が変わる
ことがわかります。
「網目が増えた」と考えていい？
寒天の濃度が高くなると、ゲルを作る成分も多くなります。
そのため一般的には、
よりしっかりしたゲルになりやすくなります。
ただし食品の硬さには、
- 寒天の種類
- 濃度
- 糖分
- 酸
- 加熱条件
なども関係します。
「寒天が多ければ何を入れても必ず同じ硬さになる」わけではありません。
酸っぱい果物を入れるとどうなる？
寒天は、強い酸性の材料と一緒に長時間加熱すると、
ゲルを作る力が弱くなることがあります。
そのため果汁などを使う場合は、
寒天を十分に溶かしたあとで加える
など、レシピに合わせた作り方が必要です。
ここから、
「レモン汁の量で寒天の固まり方は変わる？」
という発展研究もできます。
ところてんと寒天にもつながる
テングサなどから取り出したゲル化成分を利用して作るところてん。
そして、そのゲルから水分を取り除いて乾燥させた寒天。
どちらも「海藻に含まれる多糖類がゲルを作る」という性質を利用した食品
です。
寒天ができるまでを調べるともっとわかる
海藻から寒天になるまでには、
抽出・ゲル化・脱水・乾燥
などの工程があります。
「なぜ海藻が固まる？」から、
「そのゲルをどうやって乾燥寒天にする？」
まで調べると、さらに理解が深まります。
発展研究① わかめ・昆布・テングサは何が違う？
全部「海藻」ですが、分類や含まれる成分は違います。
| 海藻 | 見た目 | よく使う料理 | 煮たとき |
|---|---|---|---|
| テングサなど | ところてんなど | ||
| わかめ | みそ汁など | ||
| 昆布 | だし・煮物など |
写真を貼って比較すれば、
「海藻にもいろいろな種類がある」
ことが一目でわかります。
発展研究② 海藻以外にもゲルを作る植物はある？
あります。
例えば果物には、
ペクチン
という多糖類があります。
ペクチンも条件がそろうとゲルを作るため、ジャムなどに利用されています。
つまり、
植物や海藻の中には、人間が食品を固めるために利用している成分がいろいろある
のです。
発展研究③ 「ぷるぷる食品」を家中から探そう
冷蔵庫や食品棚から、
- ゼリー
- プリン
- ジャム
- ヨーグルト
- 豆腐
- こんにゃく
- ところてん
などを探して、
「何の力で固まっている？」
を調べるのも面白い研究です。
見た目は似ていても、
固まる仕組みは驚くほど違います。
写真はどこを撮る？
- 乾燥したところてん用海藻
- 水に入れたところ
- 煮ているところ
- 海藻をこしているところ
- こした直後の液体
- 少し冷めた状態
- 完全に固まった状態
- スプーンで押したところ
- わかめ・昆布との比較
- 寒天を再加熱したところ
- もう一度固めたところ
- 実験結果の比較表
特におすすめなのが、
「こした直後は液体→冷えたら固体のようになった」
という2枚です。
海藻そのものではなく、
海藻を取り除いたあとの液体が固まる
ことがよくわかります。
何年生におすすめ？
小学1～2年生
海藻を煮て、
「液体だったのに冷えたら固まった」
という変化を写真と絵でまとめます。
小学3～4年生
テングサ・わかめ・昆布などを比較し、
海藻によって性質が違う
ことをまとめましょう。
小学5～6年生
多糖類・アガロース・ゲル・網目構造などまで調べ、
なぜ液体が流れなくなるのか
を考察すると本格的です。
実験するときの注意
海藻を煮たり、固まった寒天を再加熱したりする実験では熱湯を使います。
加熱する工程は必ず大人と一緒に行いましょう。
また、実験で長時間室温に置いた食品や、何度も加熱・冷却した食品は、観察用として扱い、無理に食べないようにしましょう。
自由研究のまとめ方
- 疑問：海藻なのにどうしてゼリーみたいに固まる？
- 予想：海藻そのものが固まるのか考える
- 実験：海藻を煮出す
- 観察：海藻を取り除いた液体を見る
- 実験：煮汁を冷ます
- 観察：液体からゲルへの変化を見る
- 調査：寒天の成分を調べる
- 比較：わかめや昆布との違いを調べる
- 考察：なぜ海藻によって結果が違うか考える
- 結論：ゲルを作る多糖類についてまとめる
写真や比較表を印刷してまとめよう
今回の自由研究は、
- 海藻の写真
- 煮出す工程
- 液体の状態
- 固まった状態
- 海藻の比較表
- ゲルの仕組みを描いた図
を組み合わせると、とてもわかりやすくなります。
写真や比較表を自宅で印刷する場合は、プリンターに対応した互換インクを比較してみるのもひとつの方法です。
▶ 自由研究の写真・比較表の印刷に使える互換インクをチェックする
まとめ｜海藻が固まる秘密は「水を抱え込む網目」
テングサなどの海藻を煮出した液体がゼリーのように固まるのは、
海藻にゲルを作る多糖類が含まれているから
です。
海藻を加熱すると、その成分が水へ溶け出します。
そして温度が下がると、
分子同士が集まって網目状の構造を作ります。
その網目の中に水分が抱え込まれることで、
水分がたくさんあるのに、流れにくいゲル
になります。
ただし、
海藻なら何でも寒天のように固まるわけではありません。
海藻の種類によって含まれる多糖類が違い、その性質も違うからです。
つまり、
「海藻だから固まる」のではなく、「その海藻にどんな成分が含まれているか」がポイント。
見た目はただの海藻でも、
分子の世界まで見てみると、ゼリーになる秘密が隠れている
のです。
よくある質問
海藻は全部煮ると固まりますか？
いいえ。海藻の種類によって含まれる多糖類やその性質が違うため、すべての海藻がテングサなどと同じように固まるわけではありません。
テングサそのものがゼリーになるのですか？
海藻そのものがそのままゼリーへ変わるわけではありません。加熱によって海藻から煮汁へ溶け出した成分が、冷えることでゲルを作ります。
寒天が固まるのは水が凍ったからですか？
違います。寒天成分が網目構造を作り、その中に液体の水を抱え込むことでゲルになります。
わかめから寒天を作れますか？
一般的な寒天はテングサ類やオゴノリ類などを原料として作られます。わかめには異なる多糖類が含まれるため、同じ方法で寒天を作れるわけではありません。
寒天は一度固まったらもう溶けませんか？
いいえ。十分に加熱すると再び溶け、条件を整えて冷ますと再びゲル化させることができます。
ゲルとは何ですか？
分子が作った網目構造の中に水分などを抱え込み、液体のように簡単には流れなくなった状態です。
関連記事
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- ところてんと寒天は何が違う？
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