臺灣化學教育
Chemistry Education in Taiwan飲食文化與化學：蛋的化學（上）
楊悠娟
國立東華大學自然資源與環境學系
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每個人都看過或吃過雞蛋吧？專業廚師（Gardiner, Wilson & Exploratorium, 1998）說它：低調卻非凡（unassuming but extraordinary）的大自然傑出創作，是握在手中的巧思；仙女下凡長相好、個性親和、特色足，能夠創造出親切可人的國民美食（蔡穎卿，2015）。中國人吃荷包蛋和糖心蛋，西方人吃太陽蛋和炒蛋，日本人則愛泡溫泉也愛吃溫泉蛋。最簡單的白煮蛋好像灰姑娘，一身樸素但是可以細細品嘗，只要神仙教母一揮魔杖，也可以搖身一變成為公主般風情萬種的魔鬼蛋。
蛋是料理的主角也是配角，蛋餅、蛋捲、蛋包飯、玉子燒、鮭魚卵、茶碗蒸、烤布丁等，可甜可鹹，可以搭配各式食材。蛋連結到不同年齡層的記憶，小嬰兒第一口副食品，最普遍的國民早餐，以及節慶喜宴的歡樂甜點；若沒有蛋，飲食史少了很多精彩，而甜點史也得改寫了！
為何蛋如此滋味豐富又多變呢？食物是複雜的系統，我們常說蛋「由蛋殼、蛋白和中間的蛋黃組成」，卻不知每部分還有更複雜的微結構；透過連續的觀察、操作和研究，才能了解其現象、結構、組成，並得以一窺全貌。
n 蛋的結構與組成
蛋的主要結構分為四部分：蛋殼、蛋白、蛋黃及薄膜，如圖一所示。
圖一：雞蛋剖面圖。數字含義：1.蛋殼；2.蛋殼外膜；3.蛋殼內膜；4.繫帶；5.外蛋白（薄蛋白）；6.中蛋白（厚蛋白）；7.蛋黃膜；8.潘德爾核；9.胚盤；10.黃蛋黃；11.白蛋黃；12.內蛋白；13.繫帶；14.氣室；15.蛋殼膠護膜。
（圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/雞蛋）
(一) 蛋殼（Shell）（見圖一之1、15）母雞下蛋20小時前形成的，由角質層、毛孔及其他部分組成的結構，可保護胚胎完整或避免雞蛋損壞。主要成分為碳酸鈣（95％）、次要為蛋白基質（3%）、以及碳酸鎂（1％）、磷酸鈣（1％）等。蛋白基質可以協助鈣質沉積及礦化，能增加蛋殼硬度，避免過脆。17000個毛孔組成半滲透薄膜，可讓空氣與水分通過。最外層的角質層可防止細菌和灰塵入侵（HealthTips202.Com, 2015）。
(二) 蛋白（Albumen）（見圖一之4-6、12-13）發育中的蛋通過母雞輸卵管時形成的，包含薄蛋白、厚蛋白、繫帶等結構；主要成分約10%的蛋白質水溶液，包含40種以上的蛋白質；其他物質1%，包含核黃素、尼克酸、生物素、鈣、磷、鐵等物質。
薄蛋白（見圖一之5）較靠近蛋殼，環繞厚蛋白；厚蛋白（見圖一之6）是核黃素和蛋白質的主要來源。繫帶（見圖一之4、13）是不透明的加厚蛋白質，形似扭轉的錨，可將蛋黃固定在蛋中央；繫帶越突出代表蛋越新鮮，因為煮熟後繫帶的蛋白緊貼蛋殼薄膜，所以不容易剝殼。蛋白的凝結溫度大約60-65℃（Science of Cooking, 2015）。
(三) 蛋黃（Yolk）（見圖一之7-11）
母雞卵巢表面的數百個卵母細胞組成的，也是雞蛋最早形成的部分；包含蛋黃膜、黃蛋黃（深色）、白蛋黃（淺色）、胚盤等結構。蛋黃是主要的營養來源，富含維生素、礦物質、脂肪、全蛋將近一半的蛋白質，估計水分48%、蛋白質17%、脂肪13%、無機質1%。礦物質包含鐵、鈣、磷酸、硫胺素（維生素Ｂ1）、核黃素（維生素Ｂ12）、卵磷脂（乳化劑）等，維生素包含Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｋ，除了維生素C之外都有（Paul Singh, 2015）。
蛋黃膜（見圖一之7）是包覆蛋黃表面的透明薄膜，可防止蛋黃混入其他部分，能夠保持蛋黃的完整性。若改變母雞品種與飼料，蛋黃顏色可能由黃至橘黃，但不影響其營養成分。蛋黃的凝結溫度大約65-70℃。
(四) 薄膜（Membrance）
薄膜位於蛋殻與蛋白之間，包含外膜、內膜、氣室等結構。外膜（見圖一之2）和內膜（見圖一之3）都是透明蛋白質薄膜，外膜（見圖一之7）比較靠近蛋殼；二者都相當強韌，成分為α-角蛋白（人頭髮成分），空氣和水可以通過，但能防止細菌進入。
氣室（見圖一之14）位於雞蛋較大端或較圓端，介於內、外膜間，深度約2-8 mm。氣室是母雞下蛋後降溫過程中形成的，也是白煮蛋的凹陷部位。新鮮雞蛋的二氧化碳含量較高，但時間越久，二氧化碳微量釋出並伴隨水分蒸發，外面空氣進入造成氣室逐漸變大。氣室愈小，代表雞蛋愈新鮮。
雞蛋成分與母雞品種、年齡、營養及生長環境有關。1顆蛋重量約35-80公克，粗估蛋白60%、蛋黃30%、蛋殼10%。全蛋的成分約水分74%、蛋白質13%、脂肪11%、無機質1%。常見的蛋殼顏色有白、黃、棕、甚至綠色，但是嚐起來都一樣。
平均而言，1顆重60公克的雞蛋，熱量78大卡（kcal），提供蛋白質6.7公克、脂肪6公克、多元不飽和脂肪酸1.17公克、單元不飽和脂肪酸2.46公克、飽和脂肪酸2公克、所有維生素（維生素C除外）及微量礦物質。蛋不僅富含營養，也有優異的抗菌性質，可結合化學物質；例如：溶菌酶，可抗菌及當防腐劑，用於製作起司、酒等。卵白素可鍵結生物素，卵黃高磷蛋白、卵轉鐵蛋白都可鍵結鐵，並能抗菌。卵磷脂可作為乳化劑，用於製作蛋黃醬（美乃滋）等。蛋白可作為凝膠，亦可結合其他物質，在不同溫度下有不同的變性，衍生不同風味的食物（ISA, 2015）。
表一：蛋的結構分析表
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主結構 |
次結構 |
成分 |
性質與功能 |
結構圖 |
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蛋殼 |
角質層 毛孔 其他 |
碳酸鈣（95％）、蛋白基質（3%）、碳酸鎂（1%）、磷酸鈣（1%）。 |
母雞下蛋前1天內形成的。 可保護胚胎完整，避免雞蛋損壞。 蛋白基質能協助鈣質沉積，增加蛋殼硬度。 17000個毛孔組成半滲透的薄膜，可讓空氣與水分通過。 角質層能防止細菌和灰塵入侵。 |
註1 註3 |
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蛋白 |
繫帶 厚蛋白 薄蛋白 |
水分88%、蛋白11%、其他1% |
發育中的蛋通過母雞輸卵管時形成的。 凝結溫度大約60-65℃。 薄蛋白較靠近蛋殼，環繞厚蛋白。 厚蛋白是核黃素和蛋白質的主要來源。 繫帶是不透明的加厚蛋白質，可固定蛋黃， 繫帶越突出代表蛋越新鮮。 煮熟後的蛋白與蛋殼的薄膜緊貼而不容易剝殼。 |
註1 註3 |
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蛋黃 |
蛋黃膜 黃蛋黃 白蛋黃 胚盤 |
水分48%、蛋白質17%、脂肪13%、無機質1% |
雞蛋最早形成的部分，由母雞卵巢表面的數百個卵母細胞組成。 凝結溫度大約65-70℃。 蛋黃膜可防止其他部分混入。 主要營養來源，富含維生素、礦物質、脂肪、蛋白質，以及全部脂溶性維生素。 顏色因母雞品種與飼料不同，可能由黃至橘黃。 |
註1 註3 |
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薄膜 |
外膜 內膜 氣室 |
蛋殻與蛋白之間的透明蛋白質薄膜。 氣室位於雞蛋較大端或較圓端，深度約2-8 mm。 |
成分為α-角蛋白（人頭髮成分），可讓空氣與水分通過，能防止細菌進入。 氣室為母雞下蛋後降溫過程中形成的，氣室愈小，代表雞蛋愈新鮮。 |
註2 註3 |
註1：Paul Singh, R. (2015). Encyclopædia Britannica: Egg. Retrieved from http://global.britannica.com/topic/egg-food.
註2：Wikimedia. (2015). Anatomy of an eff labeled. Retrieved from https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fb/Anatomy_of_an_egg_labeled.jpg.
註3：ISA. (2015). Structure and compositions of eggs. Retrieved from http://www.isapoultry.com/en/support/publications/at-isa-our-business-is-eggs/structure-and-composition/.
n 蛋的化學變化
蛋最主要的化學變化是凝結（coagulation），蛋白凝結溫度大約60-65℃，蛋黃凝結溫度大約65-70℃。
蛋白又稱為球形蛋白。蛋白質為多個氨基酸失水形成醯胺鍵的鏈狀高分子化合物，依照特定順序排列，來決定蛋白質的特性和生物功能。胺基酸之間透過氫鍵、離子鍵、雙硫鍵、疏水性交互作用、親水性交互作用等作用力，相互盤繞、捲曲、摺疊成球狀物，漂浮於水中。疏水性交互作用代表蛋白質內部非極性基之間的交互作用，親水性交互作用代表蛋白質內部極性基或游離基與結構表面的水之交互作用（Seeling, 1996; Science of Cooking, 2015; Herve This, 2015）。
常用方法包含加熱、攪打、乳化、脫殼等：
(一) 加熱
因為加熱引起的攪動、碰撞和彈跳，所有分子開始振動，打斷原先鍵結，鬆綁球形蛋白，破壞原來的立體結構，稱為變性（denaturation）。若變性後的蛋白質分子碰撞後會再結合，並且抓住水分子使其減少滑動，進一步形成連接的網狀物並反射更多光線，逐漸讓蛋白變硬且不透明，稱為凝結。如果加熱溫度越高，時間越久，提供能量越多，形成的網狀物越堅固，蛋白的口感就會變得像橡膠般堅韌。除了溫度之外，鹽、檸檬汁、酒精也可以凝固蛋白，造成變性，失去原有的生物活性。
可能的變性劑包含熱、酸、鹼、紫外線、有機化合物、重金屬離子和機械式攪動。代表食物：白煮蛋、凝乳等。