聖保祿學校兩中六女生 為乳糖不耐症患者帶來佳音 (張綺霞)
喝牛奶會肚子痛，是困擾許多亞洲人的問題，有此反應是當中的乳糖在作怪。乳糖由葡萄糖及半乳糖組成，嬰兒一出生就有乳糖酶，將乳糖分解成葡萄糖及半乳糖，因此能吸收奶中養分而不會造成不適。但隨着年紀增長和基因差異，一些人製造乳糖酶的能力會大大減弱，喝牛奶後會因為乳糖酶分泌不足，令細菌借乳糖大量滋生，造成不適。在東亞地區，有接近九成人患乳糖不耐症。
聖保祿學校兩個中六學生陸藝明及姚懿育看到這個問題，製作出一種能緩解乳糖不耐症的乳糖酶水凝膠，能透過浸泡方式分解牛奶中的乳糖，雖然成品未被大量製造，但卻為乳糖不耐症患者帶來好消息。
聖保祿學校中六學生陸藝明（左）及姚懿育（右）共同製作出一種能緩解乳糖不耐症的乳糖酶水凝膠。（吳楚勤攝）
有這個發明，是因為這兩個理科女生身邊都有乳糖不耐症患者。從兩年前開始，她們就着手研究，主要是因為學校鼓勵她們嘗試發明作品參與STEM比賽，於是她們思考有什麼日常生活上的問題，可以透過發明去解決？就想到身邊的乳糖不耐症患者。
姚懿育認真地說：「我們認識很多患有乳糖不耐症的人，飲食上很不方便。」陸藝明認同，她爸爸正是其一：「爸爸平時飲完牛奶或咖啡奶茶後都會肚痛，雖然不是太嚴重，但仍帶來許多不便。」姚懿育附和：「我認識一些嚴重些的，可能會嘔吐、肚屙，甚至要進醫院，因此都會很小心不要吃進任何有乳糖的製品。生活很不方便，經常要看清楚成分標籤。」
於是兩人想到，會否有方便快捷的方法，讓人可以分解牛奶、咖啡等飲品內的乳糖？陸藝明帶笑說：「我們希望這工具可以帶出街，讓人可隨時用。」姚懿育補充：「雖然現在也有無乳糖牛奶推出，但比較少見，通常都只是自己買回家享用，外面也沒有太多無乳糖的奶類飲品，所以我們希望設計浸泡式的水凝膠，解決這個問題。」
減少喝奶所致腸胃不適
乳糖酶是常見的健康補充品，乳糖不耐症的患者可定期進食，增加腸道中的乳糖酶，減少因為喝牛奶而引致的腸胃不適。於是兩個女生想到，將乳糖酶粉製成水凝膠，放進牛奶裏面，就能將當中的乳糖分解成葡萄糖和半乳糖。
陸藝明解釋：「我們把它造成茶包，就能重複使用，不是只能吃一次的補充品，更方便環保。」她們將乳糖酶粉與海藻酸鈉與氯化鈣結合，凝固成凝膠狀，再切成一粒粒顆粒。每1克的乳糖酶水凝膠，都有0.1克的乳糖酶粉。為了讓其可重複使用，她們特別在上面加了一層抗菌外膜，由甲殼素和百里香油組成。
起初她們是想造一條飲管，內壁黏上一粒粒的乳糖酶水凝膠，用來喝牛奶或其他飲品，這樣就能方便分解牛奶中的乳糖。陸藝明解釋這概念：「當初看到市面上有調味牛奶飲管，裏面有一粒粒的味粒，用它來喝牛奶時，就能將牛奶轉化成不同味道。」但她們發現，用這個方法，牛奶接觸到乳糖酶的時間太短，分解乳糖的效果不佳，因此改成可浸泡更久的茶包形式。她表示，室溫的牛奶要浸泡12分鐘，如果剛從雪櫃拿出來，大約攝氏4度的牛奶，就需要浸泡大概20分鐘，乳糖酶水凝膠才能將牛奶的乳糖完全分解。
水凝膠可以重複使用至少20次，只是成效會隨着使用次數而逐漸減低，到使用第二十次時，初始酶活性將跌至約原本的七成，分解速度因此減慢。乳糖酶水凝膠可以在pH3至pH8、攝氏4至75度之間有效使用，冷熱飲品都能應用。每100毫升的牛奶需要用上10克的水凝膠，才能達到效果。
乳糖酶水凝膠部分製作原料。（吳楚勤攝）
被質疑後加上抗菌外膜
整個研究最花時間是合成水凝膠的過程，找出最有效保存和釋出乳醣酶的方法。使用海藻酸鈉與氯化鈣是因為市面許多「爆珠」飲品都是用這兩個原料去做。海藻酸鈣的交聯機制能將乳糖酶固定在水凝膠中，在浸泡中，牛奶會滲進水凝膠，讓凝膠的乳糖酶分解乳糖，釋出分解物。
「我們都是在網上搜尋學者發表的論文，才明白當中原理，其實可以合成凝膠狀的原料很多，我們試過很多方法，最後發現這兩種原料合成的效果最好。」姚懿育一口氣說。而水凝膠的形狀，她們也做過長時間嘗試，顆粒狀、小珠狀、微球狀，不同乳糖酶濃度都做過測試，最後確定顆粒狀最好。
陸藝明看一看面前的茶包說：「微球狀就是肉眼看不到的顆粒，雖然它與牛奶觸碰的面積大為增加，但能包裹的乳糖酶也很有限，不像顆粒狀包裹到10%的乳糖酶粉，（微球狀）只能做到2%至3%，效果不太好。」經多次實驗，她們才做出如今的作品，姚懿育解釋：「最初的成品要約6小時才能將牛奶的乳糖完全分解，做過很多改良後變成如今的12分鐘。」
她們帶着作品參加過不少比賽，有次被評審質疑：如果將水凝膠反覆使用，不是會滋生病菌嗎？於是她們決定為水凝膠加上抗菌外膜。甲殼素抗菌功效很好，但如何可以提高殺菌力？她們起初想到加上麥芽糖，後來又嘗試加上百里香油，最後發現甲殼素加百里香油功效最佳。
如今的抗菌外膜效能，與一般的抗生素效果無異，讓水凝膠維持在無菌狀態，功效可以維持多個月或更長。而加入外膜後，水凝膠的功效反而更好，能更防止乳糖酶自水凝膠中流失，可以重複使用多次。在研究和實驗過程中，她們也經過很多次失敗，例如一些搞亂原料、做錯步驟的蝦碌情況，姚懿育回憶說：「我們用的物料很多，起初做過很多不同嘗試，因此很容易混淆。」有次更發生意外，導致小型爆炸。當時她們打算加熱麥芽糖為水凝膠加上外膜，要在焗爐以100度焗5小時，但由於焗爐溫度未達標，她們放了另一個更容易受熱的容器，誰料就因為太熱而整個爆開，把她們嚇一跳。
姚懿育在假期做實驗時經常會很晚才回家，但家人也很體諒及支持。（受訪者圖片）
兩人今年就讀中六，即將要應考英國A-level的公開試，平時上學功課繁忙，除了平時下課時間，她們主要都是在假期做研究和實驗，她們笑言都能應付。在學校無法種菌和做某些實驗，她們到城大或港大借用實驗室去做，確定抗菌外膜的功效。不斷改良下，最近她們才做出最滿意的成品，並會在本周六出發到美國參加英特爾國際科學與工程大獎賽。陸藝明期待地說：「到那邊再聽聽別人的建議，可能仍會改良下去也不一定。」
邀家人同學擔任「試用員」
作品完成後，家人和同學也被邀請擔任「試用員」，測試作品成效，陸藝明滿意地說：「他們的意見都正面，乳糖不耐症患者喝了浸泡過的牛奶之後，也沒有不良的反應。」
姚懿育接口說：「我們找的都是徵狀不太嚴重的人，他們都沒有不適。」她們自己也曾嘗試使用。
陸藝明表示：「我們只是想嘗試味道有無改變，因為乳糖酶會將乳糖分解成葡萄糖和半乳糖，不知道會否變得更甜，但發現因為牛奶中乳糖含量不太多，變化其實不明顯。」
雖然水凝膠帶有百里香油的氣味，但香油不會溶解到奶中，所以不影響牛奶的味道。陸藝明解釋：「百里香油其實已經黏附在水凝膠的表面，不會溶掉。用完後，沖走表面的牛奶，就可再次使用，也不會將表面的外膜沖走。如果泡在咖啡中，顏色會變得比較深，可能要沖長一點時間讓其變淺色。」
她們這個作品多次獲獎，在羅氏少年科學家大獎獲得第二名；在香港青少年科技創新大賽則獲一等獎及最優秀項目大獎，去年暑假到重慶參加全國青少年科技創新大賽也得到二等獎。
得獎都在她們意料之外，陸藝明在初中時曾與其他同學組隊，參加香港青少年科技創新大賽，以菊花製作的消毒劑等參賽，但只取得優異獎。後來同組的同學到外國升學，中四那年，她找來小學就認識的好朋友姚懿育組隊，本身沒有很大期望，誰知道在不斷改良後，作品也能獲得評審賞識。
撰文 : 張綺霞
早前陸藝明（中）和姚懿育（右）在香港青少年科技創新大賽獲一等獎及最優秀項目大獎，由特首林鄭月娥頒獎。 （香港新一代文化協會科學創意中心圖片）
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