料理科學

作者:羅伯特.沃克(Robert L. Wolke)
出版社:采實文化
出版日期:2015 年12 月3 日

文/白榮銓
 

廚藝精湛的廚師能「做出一桌好菜」,卻未必能像美食評論家「說得一口好菜」。因為色香味俱全、令人讚嘆的美食,結合了廚藝技術、飲食文化及美學,還應用到料理相關的科學。到底廚師說不出的美味祕密,包含了那些科學現象和問題?烹調時有那些變化和原理?

本書作者羅伯特.沃克(Robert Wolke,1928-),美國康乃爾大學(Cornell University)核化學(nuclear chemistry)博士,匹茲堡大學(University of Pittsburgh) 榮譽化學教授, 曾撰寫《華盛頓郵報》(Washington Post)「美食101」專欄(Food 101),著有多本暢銷科普書籍。本書中的問題大多來自「美食101」專欄讀者的提問,內容涵蓋八大類食物,作者以淺白幽默的文字,引領讀者品嚐美味又有趣的料理科學佳餚。

酒類
市售的啤酒,常可見到主要原料標示:大麥麥芽、啤酒花(hop)、酵母和水,什麼是啤酒花?具有什麼功能?啤酒花是將葎草屬的蛇麻(Humulus lupulus)雌花乾燥後而得,使啤酒具有特殊的芳香和苦味,還可以沉澱麥芽汁中的蛋白質,讓啤酒變清澈。

市售的啤酒通常以鋁罐或深色玻璃瓶盛裝,目的是避免保存期間受到光的照射,因為從啤酒花精油裡已辨識出的150餘種化合物中,存在一類稱為「異葎草酮」(isohumulone)的光感化學物質「萜烯」(terpenes),只要受到可見光或紫外線的照射,它們會分解成活性很高的自由基,與啤酒裡的硫發生作用,產生帶異味的化合物「硫醇」(thiol),可能被人類的味覺與嗅覺察覺,而嚴重破壞啤酒品質

許多葡萄酒的標籤都會標註「含亞硫酸鹽」(contains sulfites),為什麼要特別警告呢?這是因為部分氣喘病患者,可能對亞硫酸鹽過敏。美國紅酒的亞硫酸鹽合法限量為350 ppm,依據美國聯邦法規,只要亞硫酸鹽含量超過10 ppm 的食品,都須標示「含亞硫酸鹽」(圖1)。

葡萄酒瓶外的contains sulfites 標示圖1 葡萄酒瓶外的contains sulfites 標示。(圖片來源:白榮銓攝)

葡萄酒是由葡萄汁發酵而成,在發酵過程中,酵母菌會把葡萄汁中的糖轉化成酒精,發酵愈充分,最後成品所含的酒精就愈多、糖愈少;為了釀造葡萄酒的獨特風味,必須控制酵母菌的活動程度,故釀造時常添加亞硫酸鹽,以達到抑制葡萄酒氧化、防止變質及滅菌的效果;事實上,葡萄酒發酵過程中,也會自然形成亞硫酸鹽的天然硫化物。

馬丁尼(martini)是雞尾酒(cocktail)的一種,基本配方是琴酒(gin)與苦艾酒(vermouth)的組合,常因不同的調酒師及顧客而有不同的調配變化。在007 系列電影中,詹姆士龐德(James Bond)愛喝馬丁尼,點酒時有一句經典台詞:「用搖的,不要攪拌。」(shaken, not stirred, 影片網址:https://www.youtube.com/
watch?v=OUUq5mRCimo
),為什麼龐德點的馬丁尼要用搖的?因為他指定的馬丁尼是「伏特加」加「苦艾酒」,而伏特加的酒精濃度較苦艾酒高,味道較銳利,故搖動不僅可以使杯中的冰塊部分融化成水,也會使伏特加包覆住空氣,讓馬丁尼更順口好喝,故冰塊融化成水的量,不但影響酒的溫度,還會影響某些酒的口感。

適量的飲酒可增加生活情趣,但西方有句諺語:“In wine there is truth."( 酒後吐真言),也就是喝酒過量,會導致自制力降低、肢體協調力不佳、自我控制力或節制力喪失、嗜睡、意識不清、嚴重昏眩、昏迷,甚至有致命危險,到底有沒有酒量的多寡標準,能讓我們判斷是否已喝酒過量?實際上,影響人體對酒精反應的變因包含:基因、體重、新陳代謝率、個人飲酒史,更重要的是飲用純酒或稀釋過的酒,飲用時是否搭配食物或一飲而盡,可說是錯綜複雜,因此我們很難精確控制酒精的攝取量,讓自己不致喝酒過量。

飲用含有酒精的飲料,經由胃、小腸與大腸吸收,數分鐘後,即分布在血液中,經由血液循環遍達全身各個組織;每100 毫升血液中含酒精的毫克數,稱為「血液酒精濃度」(blood alcohol concentration,縮寫BAC),常做為醫學或法律上對於酒精毒性的一種量化標準;若執法上不方便採取血液檢體,則改為檢測每公升吐氣中所含的酒精毫克數,稱為「呼氣酒精濃度」(breath alcohol concentration, 縮寫BrAC)。

研究證實,血液酒精濃度大約是呼氣酒精濃度的2100 倍,依據「道路交通安全
規則」,臺灣的駕駛人經攔查檢測,如果呼氣酒精濃度達0.25 毫克/ 公升(即1 公升的呼氣中,含有0.25 毫克以上的酒精),換算為血液酒精濃度0.25 mg/L × 2100 =525 mg/L =52.5(mg/100mL)以上,則依公共危險罪移送法辦。
由上述可知,啤酒的釀造原料是穀物,含有澱粉,需經糖化酵素作用產生糖類,才能利用酵母菌進行發酵;葡萄酒的釀造原料是水果,含有糖分,不需糖化即可直接利用酵母菌進行發酵;像這樣以穀類、水果類及其他含澱粉或糖分之原料,經微生物發酵作用,製成酒精濃度在20%以下的飲料,稱為「釀造酒」。至於伏特加和琴酒,都是以穀物為原料,經微生物發酵,生成含有酒精成分的酒液,再經蒸餾處理,製成酒精濃度在20% 以上的飲料,稱為「蒸餾酒」。

蔬菜類
為什麼綠色的青菜,烹煮後容易變黑?植物的綠色來自葉綠體中的葉綠素,葉綠素能夠吸收陽光的能量,將二氧化碳和水,轉變成葡萄糖與氧氣,植物會直接利用葡萄糖作為生長的能量,或是透過聚合反應(polymerization),將數以千計的葡萄糖分子聚合成澱粉,因此葉綠素在光合作用中,扮演著非常重要的角色。
葉綠素的分子內,含有碳、氫、氧、氮原子聚集形成的「紫質」(porphyrin),中心包著一顆鎂原子,但葉綠素並非單一化學化合物,而是由葉綠素a 和葉綠素b組成,葉綠素a 呈藍綠色,葉綠素b 呈黃綠色,葉綠素a 與葉綠素b 的結構比,決定各種綠色植物的實際色調。

在烹煮綠色蔬菜時,溫度上升會先改變葉綠素的結構,產生異構化(isomerization),如果蔬菜帶弱酸性,則氫離子容易進入葉綠體,置換鎂,形成去鎂葉綠素(pheophytin),稱為「脫鎂反應」(pheophytinization);其中,葉綠素a 會變成灰綠色的去鎂葉綠素,而葉綠素b 會變成橄欖綠色的去鎂葉綠素,由於葉綠素a 較為常見,且異構化速率比葉綠素b 快,因此會出現灰綠色。

烹煮綠色蔬菜時,開鍋蓋烹調,可以使蔬菜中的有機酸揮發,減少葉綠素與酸的反應,有助於蔬菜保持綠色;另外,加鹽(氯化鈉)的高湯,也有助於蔬菜保持綠色,可能原因是它們會使氫離子較難通過細胞膜,因而無法取代鎂,減少去鎂葉綠素的形成。

洋蔥的品種很多,為什麼有些洋蔥切開後,會使人流淚?很多人可能認為,切洋蔥會流淚,是因為洋蔥裡的化學物質,不但會讓「眼睛不適」,還會產生「嗆辣口味」。其實這兩種效果,主要是由不同的化合物造成,最辛辣的洋蔥,未必是最厲害的催淚彈。

刺激人體眼睛,使淚腺分泌淚液,是洋蔥的自我保護機制,切洋蔥的過程涉及複雜的化學反應,洋蔥內的蒜胺酸酵素(alliinase) 與一群S-alk(en)yl cysteine sulfoxides 化合物,隔離在洋蔥細胞的不同部位中;一但細胞遭受破壞,它們會被釋放出來,然後相互反應,產生催淚瓦斯,這是一種稱為thiopropanal sulfoxide 的揮發性含硫化合物。

另一組同樣由蒜胺酸啟動的反應,會產生氨、丙酮酸與不穩定次磺酸,其中次磺酸會更進一步反應,形成若干帶有辛辣味道與刺鼻感的化合物,主要以alkylthiosulfinates 為主。

切洋蔥前,可先置放於冰箱內冷藏數小時,低溫能降低蒜胺酸酵素的活性,降低切開洋蔥後,蒜胺酸酶與硫氧化物的反應速率;另一個訣竅就是使用鋒利的刀刃,快速有效地切洋蔥,也可減少洋蔥細胞遭破壞的數量,降低刺激性氣體的釋放。

有時候,我們吃到的小黃瓜帶有苦味?吃下肚會有危險嗎?人類種植小黃瓜的歷史有數千年之久,早期的食譜中,料理小黃瓜會有去苦味的步驟;現代的品種除了皮以外,很少會有苦味,小黃瓜有一部分的味道,來自於略帶苦味的化合物「葫蘆素」(cucurbitacin)。假如小黃瓜必須長期處於炙熱乾燥的天氣,或須與病蟲害對抗,出於防禦目的,葫蘆素就會在瓜肉與瓜皮中累積至一定的含量,苦味代表「別自討苦吃」的警告信號,植物中常見的毒性化學物質「生物鹼」(alkaloid)都有苦味,當然小黃瓜裡的葫蘆素含量,不會讓人有致命的危險。

小黃瓜常被切片鹽漬,並非為了去除苦味,而是讓口感變脆。作法是將小黃瓜切片,置於碗盤裡,撒上食鹽,放進冰箱約1 小時,食鹽會吸收小黃瓜細胞間的水分,使其結構變得堅固,食用前再把多餘的鹽分沖淨。小黃瓜切片鹽漬會脫水,是由於小黃瓜細胞外的水溶液濃度較大(滲透壓較高),細胞內的水溶液濃度較小(滲透壓較低),故水分會從滲透壓較低的溶液,通過細胞膜,流向滲透壓較高的溶液,稱為「滲透作用」(osmosis),若鹽漬濃度愈大,則小黃瓜滲透出來的水量愈多。

由上述可知,烹調可使蔬菜發生物理及化學變化,導致外觀、氣味、風味和分子結構均可能發生改變,故瞭解不同蔬菜的特性及烹調原理,掌握正確的處理方法及烹調變化,除了可以保存食物的營養,更可以享受到色香味俱全的健康蔬食。

肉類
牛肉上的「彩虹光澤」(圖2)是什麼?
帶有彩虹色澤的牛肉

圖2 帶有彩虹色澤的牛肉。(圖片來源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Meat_Iridiscence.png, CC-by-Kilologin)

我們可以忽視它,放心安全地食用嗎?牛肉有時呈現的彩色並非因為黴菌或腐敗所導致,這只不過是光學效應。肉類或動物肌肉是由肌絲(myofilament)組成,「肌絲」為小形蛋白束,平行捆成束狀,形成整條肌肉;以利刃或切割機沿著特定角度橫切肌絲,當肌絲的切割端與光波長度大小相當時,可能發生「雙折射」(birefringence),也就是:如果物質在不同的方向,具有不同的折射率(refractive index),則這兩道折射光進入眼睛時,會互相干擾,因而分散成彩虹中的顏色。

另一種說法是:因為間隔緊密的肌絲端,形成繞射光柵(diffraction grating),所以會將入射光線分散,發生「繞射」(diffraction),導致肉的表面呈現彩虹顏色;至於看到的顏色大多為綠色,是因為人的眼睛對於綠色最為敏感,我們可以安心地吃下彩虹光澤的肉,它對人體不會造成傷害。

為什麼肉商不賣「真空包裝」的肉品?肉的顏色主要取決於三種肌紅蛋白(myoglobin) 的相對分量, 例如現切牛肉時深紫紅色的「去氧肌紅蛋白」(deoxyhemoglobin),暴露在空氣中一段時間後,肉表面的去氧肌紅蛋白與空氣中的氧結合,生成鮮豔粉紅色的「氧合肌紅蛋白」(oxyhemoglobin),此時肉的色鮮紅誘人,賣相極佳;若繼續暴露在空氣中,肉表面的水分逐漸散失,空氣中的氧氣無法再進入肉內,氧合肌紅蛋白變褐色的「變性肌紅蛋白」(methemoglobin)。肉的顏色會影響消費者的購買意願,若是在幾乎無氧的真空包裝環境下,則肉表面將保持去氧肌紅蛋白的紫紅色,但是因為消費者不喜歡紫紅色,導致肉商很少將新鮮肉類以真空包裝。

牛肉顏色由紅轉褐的另一個主因,是去氧肌紅蛋白與氧合肌紅蛋白的分子結構, 皆有還原態的亞鐵離子(Fe+2), 若二價的亞鐵離子,被氧化成三價的鐵離子(Fe+3), 則蛋白質分子會轉變為褐色的變性肌紅蛋白;肉品中的抗氧化酵素,多半能預防這類變化,但若儲存時間過久,即使處於低溫狀態,酵素的活動力仍會減小,有利於褐變的發生。隨著褐變發生,肉品的風味也會逐漸喪失,這也是人們看見肉不紅的聯想,不過,褐變也可能只是無害的缺氧現象,除非被細菌掌控,變性肌紅蛋白就會變成綠色的膽綠蛋白(choleglobin)和硫肌紅蛋白(sulfymyoglobin),並釋放出惡臭的硫化氫氣體。

鹽漬與醃製是以特殊處理方式來避免肉類腐壞,以食鹽醃製肉類,往往呈現不討人喜歡的灰褐色,約在100 多年前,人類發現將硝石(硝酸鉀)加入鹽中,能有效地抑制醃製肉品中的肉毒桿菌生長,並使肉品變成玫瑰般的粉紅色,這是因為硝酸鉀會被肉類裡的微生物還原為亞硝酸鉀,故現在都直接加入亞硝酸鉀或亞硝酸鈉,很少再使用硝石。亞硝酸鹽會與肌紅蛋白作用,形成氧化氮肌紅蛋白(nitric oxide myoglobin),它能抑制腐敗,避免發生異味和惡臭。

亞硝酸鹽會與加熱肉類蛋白質中胺基酸的二級胺,形成亞硝胺(nitrosamine),而亞硝胺被證實有致癌風險,依據衛生福利部食品藥物管理署法規,生鮮肉類及魚肉不得使用亞硝酸鹽類或硝酸鹽類,至於准許使用的肉製品及魚肉製品,用量以NO2 殘留量計,須在0.007g/kg 以下。

由上述可知,新鮮的牛肉色澤,應該呈現紫紅或暗紅色,脂肪部分呈白色,用手輕按有彈性,沒有出水現象,因為滲出的水中含有汁液,而汁液會帶出水溶性蛋白質與養分,使得肉的風味與營養價值大打折扣;含亞硝酸鹽的肉類, 包含:臘肉、香腸、培根、火腿和熱狗等,經油炸或煎烤之後,會產生亞硝胺致癌物質,應避免經常食用,以免造成亞硝胺攝取過量,危害身體健康。

綜合上述,酒是以穀類及水果為原料,經發酵及蒸餾製成的酒精飲料,與美食之間有微妙的搭配關係;蔬菜經烹煮之後所保留的養分多寡,與烹調方式及時間長短有關;肉類要挑選無異常鮮紅的色澤,不要過量食用醃製肉品,並於保存期限內烹煮食用完畢;至於牛奶、起司、蛋、水果、穀類、海鮮、調味料、廚具裡,有哪些有趣的問題?這些都有待您進一步的閱讀與思考!

 

白榮銓 臺中市立居仁國中退休教師

 

06/07/2016 12:17

當日人數:1  累積人數:1278

本篇文章引用網址 
  

««誤入都市叢林的白蟻...  »»與科學相遇的最初感動—105年科教館...

 轉寄

相關標籤


推薦連結




留言者 : *
 

E-mail :
 

網址 :
 

文章內容 : *
 

圖形驗證碼 : *