飲食文化與化學 李  暉 國立東華大學課程設計與潛能開發學系國立東華大學科學教育中心leehuei@mail.ndhu.edu.tw n  緣起與難處 一年前就接到《臺灣化學教育》主編邱美虹教授的邀請，編輯這一期的《飲食文化與化學》專題，基於多年來對「飲食」與「化學」的愛好，心中立即浮現幾位平日就對此頗為關注也有豐富經驗的學者專家（包括本刊一位知名的顧問），於是毫不思索的就答應了。邀稿還算順利，但在過程中逐漸發現一些原先未想到的問題。首先是主題，化學是絕對必要的部分，飲食則是另一不可或缺的主角，但「飲食文化」和「飲食」是有相當差異的，「飲食」和「美食」又不盡然相同。若是定位在「飲食中的化學」，可以討論「食物中的化學」和「烹飪過程中的化學」，這也是一般人會比較有興趣的議題，但涉及「文化」就有點頭大了。 化學是近代科學的主題之一，當前的理論與內涵幾乎全部來自西方，而飲食卻是每個民族發展自始即有的要角。無論東、西方食物與烹調都可視為是自然物質與化學變化，當然也就可以從今日的化學理論來做分析和討論；但另一方面，科學的發展與生活息息相關，討論化學與西方飲食文化自是十分貼切，但是討論東方文化卻顯得有些牽強附會。此為難處之一。 美食人人皆愛，佐以知性的探討，了解何以美味而提昇烹飪之道，更是許多人喜歡追求的嗜好，即便不親自下廚，在品嚐之餘還能說說所以然亦是美事。烹飪之道不離調味（搭配、拌和）與加熱（火候），是人類最早的化學活動，然而因以往學科與生活分離，致使今日臺灣化學家或有因愛好烹飪而成為友人之間傳頌之美食家（如交通大學李大偉教授），卻未見名廚兼精化學而以之傳世者。而化學家在研究主題上，除了少數食品科學之外亦鮮少以美食為題（或許也很難因此拿到科技部計畫吧！）進行研究。目前無論在美食化學上熟知之「梅納反應（Maillard reaction）」或新興之「分子廚藝（molecular gastronomy）」皆來自國外，本人在邀稿時，幾位熱愛美食的學者即以所知多係引自國外書報，非本人親為之研究而婉拒。此為難處之二。 n  本期專題文章導讀 雖然有前述兩項困難，還是承蒙四位教授幫忙，撥冗賜稿，連同本人共五篇專文，包括元智大學化學工程與材料科學學系廖建勛教授的〈烹飪的熱化學〉；元智大學通識教學部梁家祺教授的〈從馬鈴薯看世界文明史〉；東華大學自然資源與環境學系楊悠娟教授的〈蛋的化學〉；朝陽科技大學應用化學系錢偉鈞教授的〈創意生活趣味化學〉；以及本人的〈烹飪科學資訊介紹〉。 第一篇廖建勛教授的〈烹飪的熱化學〉，從人類最早的化學活動―火的使用―引入熱、能量與溫度，再帶出烹飪方程式：烹飪 = 溫度 ´ 時間，舉出食物的關鍵反應溫度，說明烹飪技藝的科學原理，最後引述分子美食學發起人—牛津大學物理學教授柯第（Nicholas Kurti）名言：「我們對金星大氣層溫度分布的瞭解，比對舒芙蕾甜點內部的溫度與結構的瞭解還多。」，對於一再強調科學生活化的基礎教育，的確是一語中的。 第二篇梁家祺教授的〈從馬鈴薯看世界文明史〉，針對目前世界上除了穀物以外，人類最重要的糧食作物馬鈴薯，在世界文明發展上所產生的重大影響，娓娓道出它在南美、歐洲各國，從古到今對人類的貢獻。尤其引人注目的是，該文詳細說地明了直鏈澱粉和支鏈澱粉在煮蒸加熱過程中所產生的變化差異，解釋各種穀類中鏈結長度的不同對糊化的影響，說明馬鈴薯利於烹煮的原因，以及添加其它食物何以形成絕佳風味，讓人直想立即下廚試試。 第三篇楊悠娟教授撰寫的〈蛋的化學〉，詳細地說明了無論東西方都最普遍的重要食物—雞蛋―的結構、組成、以及化學變化。結構與組成分別從蛋殼、蛋白、蛋黃和薄膜加以細說，不僅列表比較，還詳述化學成份；化學變化則先述說蛋白質和胺基酸的基本反應，再分述蛋在加熱、攪打、混合乳化、和脫殼等過程中的物理和化學作用；再運用所述知識和原理，設計白煮蛋實驗及延伸實驗；最後提供簡單的魔鬼蛋料理做法，學習之餘還有美食可享。 第四篇錢偉鈞教授以「創意生活，趣味化學」為主題，彙整趣味實驗單元，針對高工化工科學生化學研習社團設計實作型課程模組，結合食物口感與食安議題，從生活體驗的趣味角度，結合時事增進參與感，讓參與同學透過實務操作，在競賽與遊戲的氣氛中，寓教於樂，不落入正規課程的拘束與框架的同時，又能達到培育專業技能的延伸效果。本文介紹了課程內容的三個主題，包括「米的滋味，顏色密碼」、「甜蜜光影，左旋右轉」、和「毒物現形，食安把關」等，並說明實施過程與活動成果，不僅發揮了延伸正規教學、豐富實作體驗、活潑學習內涵等諸多功能，並提供了實際可行的範例。 最後一篇本人執筆之〈烹飪科學資訊介紹〉則將市面譯自國外的美食科學書籍做一介紹；推薦聲譽卓著的科普網站〈泛科學〉中的相關文章；並介紹哈佛大學與麻省理工學院（MIT）的線上美食化學課程。期望在前述限制（尊重原著與文化議題）之下，仍能分享美食烹製的科學原理。特此，為專業不足有負本刊主編及讀者期望，致上深深歉意。

飲食文化與化學：烹飪的熱化學 廖建勛 元智大學化學工程與材料科學學系csliao@saturn.yzu.edu.tw n  前言 「民以食為天」。「吃飯皇帝大」是生活中最重要的事，也是每天進行中的事，卻一直為人所忽略，直到一連串的食安問題爆發，以及居高不下的大腸癌發生率，才讓人驚覺 “We are what we eat”。 自從二足裸猿在地球上漫步以來，人之所以為人的關鍵，即在於由生食到熟食。烹飪是以外在的能量，行使部分的咀嚼和消化功能，去除毒性和致命微生物，使人類獲得多方來源、具較高能量且易消化的食物，因此大腦得以變得更大，而消化器官則縮小，製造工具的文明於焉誕生。烹飪過程的香味吸引人們一起用餐分享，將人聚在一起的語言交談，使我們變得文明也創造了文化。只是隨著經濟與工業的發展，我們將食物交給了食品製造業，餐點不再從廚房而來，帶著走、拿著吃的速食，將人類再推回獨行的孤寂中。 本文介紹烹飪與熱化學的關係，導入能量、溫度和熱等熱力學的觀念介紹，探討烹飪的溫度與時間對食物結構、口感與味道的影響。 n  熱、能量與溫度 當普羅米修斯從奧林帕斯山盜火，帶給人類之後，在火堆旁，滋滋作響泛著油光的肉，散發出陣陣令人分泌出大量口水的香味時，人們認為這溫暖的火光會產生神奇的粒子，從熱的火中流入冷的肉中，生肉因所增加的熱質變化成熟肉，這流體叫做卡洛里（calorie）。一直到18世紀末，慕尼黑兵工廠廠長—湯姆生（Benjamin Thomson）觀察到鑽砲管時所產生的高溫，這源源不絕的熱不是來自外界的熱流，而是因為「運動」所產生。19世紀中葉，德國醫生梅耶（Julius Mayer）則觀察一匹馬拉著重物上坡，熱得大汗淋漓，他推論這匹馬並非運動跑得很快，而是很吃力作功才產生熱。19世紀中葉的英國釀酒師焦耳（James Prescott Joule） 則是以科學實驗證明熱與功可以互相轉換，他以懸垂砝碼下降帶動水缸水中的攪動，水缸的水溫隨著砝碼下降距離增加而增加。熱流質的觀念直到此時才走入歷史，取而代之的是度量作功能力的物理量—「能量」的觀念，包括運動的「動能」與位移的「位能」，而熱與功則是能量轉移的表現。至於區分物體熱或冷的物理量則為「溫度」，用來表示構成物體每個分子的平均能量值。當熱的物體（平均能量較高）與冷的物體（平均能量較低）接觸時，代表總能量的「熱」，由高溫物體傳輸至低溫物體，這可視為分子層級的動能作功 [1]。 n  烹飪與熱 人類無法行光合作用獲得能量以自行合成生物體，必須藉由攝食其他生物來獲得能量與維生材料，生物體構成的材料包括：無機的生物礦物質、有機的蛋白質、碳水化合物、脂質與核酸，還有大量的水，熱對這些物質材料的作用與影響就是「烹飪」。這過程，是溫度的高低，且必須有足夠高的平均動能，而非加熱過程所轉移熱量的多寡，才能對食物產生關鍵的化學作用—鍵結斷裂與分子結構改變。欲使食物內部也達到相同的溫度，需時間使熱量由高溫的外部傳導至低溫的內部，因此控制溫度高低和時間長短，即為烹飪的關鍵因素，由此可說烹飪方程式為 烹飪 = 溫度 ´ 時間 [2]。 當人類製作出陶器時，不僅是由火烤變為水煮的烹飪方式改變，也帶動了文明的發展。因為水是食物的主要成分也是很好的傳熱介質，在大氣壓力下，水的沸點為固定的212°F / 100°C，這提供了很方便的烹飪溫度，也足以使許多的食物在這溫度下進行各種反應並改變，如表一所示，除了梅納反應與焦糖化反應之外，其他的食物反應溫度均在100°C以下，水煮提供了夠高的溫度進行食物反應 [3]。再來即為烹煮時間長短的控制，以使整體食材均達所需反應溫度的熱傳導時間。以不同口感熟度的水煮蛋而言，蛋從室溫水煮至沸騰後，由經驗法則續煮3分鐘，即為3分熟，續煮7分鐘為7分熟，全熟水煮蛋煮10分鐘，半熟的溏心蛋則煮4-6分鐘。 表一：食物的關鍵反應溫度 [2] n  烹飪技藝的科學原理 然而水煮蛋不僅僅是水煮蛋，正如「分子美食學」（Molecular Gastonomy）倡導者—艾維×提斯（Hervé This）（法國國家食品及農業局高級研究員）透過精準的實驗控制，研究烹飪過程中的物理和化學性質變化對食物結構、口感和味道的影響，他所建議的完美水煮蛋水溫是65°C （62°C < T < 70°C）。當以精確的溫度與時間控制進行水煮蛋實驗，結果顯示即使很小的水溫差就能對水煮蛋產生口感和結構上的顯著差異，在52°C時，即使經過很長時間的加熱，蛋白和蛋黃仍然保持流動的液體狀態，少部分的蛋白已轉變成白色；58°C時，蛋黃仍保持流動狀態，蛋白則已變成白色不透明；63°C時，蛋白凝固定形，蛋黃仍能流動；一直到67°C時，蛋黃才凝固成形[4]。這些細微的結構差異，賦予水煮蛋不同的口感，而有溫泉蛋、水波蛋、溏心蛋、全熟沙拉蛋…等等不同的風味。 蛋主要由蛋白和蛋黃所組成，蛋白中90%是水，10%為蛋白質；蛋黃則有16%的蛋白質及31%的脂肪。分布在蛋白和蛋黃的蛋白質種類眾多且不同，一維的蛋白質分子鏈經氫鍵鍵結，摺疊成複雜的糾結線團的三維結構，如圖一所示。當溫度升高時，水分子獲得能量而激烈振動，並將能量傳遞給糾結的蛋白質分子鏈，使其氫鍵斷裂，造成蛋白質變性，分子鏈線團鬆解並重新鍵結組合成網狀的凝結固體結構，如圖二所示。表一的結果顯示蛋白中的蛋白質在62-65°C開始變性凝結，而蛋黃中的蛋白質因為與油脂分子複合成蛋黃顆粒，需在較高溫度65-70°C才能伸展重組凝結。因此，若能將溫度控制在蛋白開始凝結的62°C以上，但避免蛋黃凝結的70°C以下，其中最佳溫度為65°C，所煮的蛋將是蛋白凝結、蛋黃流動的完美黃金蛋。 圖一：透過物理過程的折疊，蛋白質由一級結構變成三級結構（上圖）；最下面是蛋白質的一級（Primary）結構，由右而左展現二級（Secondary）、三級（Tertiary）及四級（Quaternary）結構（下圖） （圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Protein_folding） 圖二：蛋白質的變性（Desnaturalització）和復性（Renaturalització），左方為正常的蛋白質，右方為變性的蛋白質 （圖片來源：https://ca.wikipedia.org/wiki/Proteïna） 魚和肉中的蛋白質主要由肌球蛋白（myosin）和肌動蛋白（actin）所構成，肌球蛋白在40-50°C開始變性而凝固，但肌動蛋白仍保持未變性的柔軟狀態。當溫度升高至65.5°C時，肌動蛋白的氫鍵鍵結斷裂，肌肉失去彈性使肉質變老。因此要吃肉質軟嫩的優質菲力或沙朗牛排，肉體中心的溫度須保持在50-65.5°C之間。另一方面，價位較低的肉，通常有較高比例的結締組織（如筋或膜等），其蛋白質成分為膠原蛋白（collagen），是由三股蛋白質分子鏈如麻花辮般緊緊纏繞成一束，使得肉質又韌又硬，要破壞此結構，溫度須達到68°C以上，且須在有水的環境下長時間加熱，將三股緊纏的膠原蛋白，破壞變性成較軟且容易消化的單股動物凝膠。越是老硬多筋的便宜肉—如腱子、肋條、牛尾、老母雞、老公雞…等，越適合烹煮時間長的細火慢燉。 n  結語 […]

飲食文化與化學：從馬鈴薯看世界文明史 梁家祺 元智大學通識教學部jiachi@saturn.yzu.edu.tw n  馬鈴薯原產於南美 馬鈴薯原產於南美安地斯山脈的高原上，在嚴酷的氣候下仍旺盛生長，由於糧食充足和食物供應系統無虞，才孕育出蒂亞瓦納科文明與印加文明。在安地斯山脈保持馬鈴薯最常用的方法之一是在室外凍結晾乾，目前馬鈴薯的栽培種已經出現各種不同的顏色、形狀和大小，如圖一所示。早期的馬鈴薯多含較高量的有毒物質—龍葵鹼（solanine），是一種有毒的甾族生物鹼苷類化合物，由β-D-葡萄糖（D-Glc）、D-半乳糖（D-Gal）和L-鼠李糖（L-Rha）組成的茄三糖與茄啶相連組成，如圖二所示。這是野生芋薯類的保命機制，可自然的避免病蟲害，經過居住在安地斯山脈的原住民不斷改良品種，才讓現代人能較方便的食用馬鈴薯，然而對於表皮變綠或長芽的馬鈴薯，還是會有發生龍葵鹼中毒的可能，因此馬鈴薯的儲存必須相對注意。馬鈴薯最適合的儲藏溫度為7-10oC，溫度若偏高易發芽或腐敗，溫度若太低則會使塊莖內的部分澱粉分解為醣類（McGee, 2009），所以馬鈴薯不適合放在冰箱冷藏。一年多前就曾有知名速食店提供帶皮馬鈴薯（黃金薯），消費者因吃到綠皮的馬鈴薯而嘴巴發麻、噁心想吐，新聞公布後此種品項即下架，至今都未再販售，主因即是綠皮或發芽的馬鈴薯龍葵鹼的含量會增加，且煮熟或高溫油炸也無法降低其毒性。   圖一：在高安第斯山脈在室外凍結晾乾的馬鈴薯（左），和目前馬鈴薯栽培出現各種的顏色、形狀及大小（右） （圖片來源：由左而右，https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chu%C3%B1o.jpg和https://en.wikipedia.org/wiki/Potato） 圖二：龍葵鹼的化學結構式 （圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/茄碱） 由於氣候環境的嚴酷，安地斯山脈的原住民利用冷凍乾燥法研發出馬鈴薯乾—丘紐（chuno），冬天的安地斯山脈日夜溫差可高達30度以上，馬鈴薯透過重複結凍、解凍的過程而多汁鬆軟，接著再利用雙腳踩踏使其出水，一併將毒素排出而完成去澀的工作，之後再讓太陽完全曬乾即為丘紐（Sakai, 2013），丘紐在不透水的密閉空間裡可長期存放達數年之久。丘紐對於南美印度安人的意義就好比麵包之於歐洲人，甚至丘紐可當作商品來換取其他來自深谷或海岸的產品（玉米、木薯、陶器等），時至今日，丘紐仍是玻利維亞和祕魯山區印地安人很重要的食物來源之一。 n  馬鈴薯成為歐洲和北美常用食材 西元1531年，西班牙侵略者法蘭西斯克·皮薩羅（Francisco Pizarro）奇襲印加帝國後，馬鈴薯偶然地隨著軍隊首次橫渡大西洋，返回歐洲。在初登陸歐洲大陸時，其食用性未受青睞，民間傳說吃馬鈴薯會得痲瘋病，甚至連貧窮家庭也不太願意吃馬鈴薯，再加上西班牙人比較喜愛同樣也來自新大陸的番薯，為推銷番薯使其價格高漲，西班牙人大力煽動馬鈴薯是只有窮光蛋才吃的食物，時至今日，仍有些負面語詞影射此偏見，如：懶臥在沙發上看電視的人被稱作沙發馬鈴薯（couch potato）、描述走路沒有保持優雅體態的人為馬鈴薯麻袋（Erdapfelsack）（Haslinger, 2014）。歐洲第一個真正將馬鈴薯當成主食的國家是德國（當時的普魯士），當時的歐洲大國爾虞我詐，小國在烽火連綿中求生不易，普魯士的腓特烈大帝特別舉辦馬鈴薯試吃會，並強迫民眾種植馬鈴薯，在寒害下仍能穩定豐收的馬鈴薯使得其人口穩定成長，13年之間（西元1740-1753年），普魯士的軍力從8萬人增加至13萬人（Sakai, 2013）。 然而，真正讓馬鈴薯料理發揚光大的則是法國的藥學家帕門提爾（Antoine-Augustin Parmentier），一場由歐洲列強發動的七年戰爭（西元1756-1763年），主因是來自殖民地與貿易的競爭，當時在法國軍隊擔任藥劑師的帕門提爾被普魯士軍隊擄獲，在收容所裡待了三年，收容所的主食就是馬鈴薯燉肉湯，他發現馬鈴薯是可讓人飽餐一頓且富含營養的食物，回到家鄉後傾力鼓吹農民種植馬鈴薯，在路易十六的幫助下，當時實驗農場採收時，帕門提爾做了許多馬鈴薯料理款待名流，包括拉瓦節、富蘭克林等名人，至此上流社會與農民開始推動馬鈴薯普及運動，大幅改善糧食的穩定狀況。帕門提爾後來幾乎變成了馬鈴薯的代稱，許多以馬鈴薯為主的菜餚都以他的名字命名，如：碎牛肉燉馬鈴薯泥（hachis parmentier）、鹽鱈魚佐馬鈴薯湯（brandade de morue parmentier）等（Laws, 2014）。 雖然馬鈴薯開始被部分人士認可，但仍沒有被廣泛的接納，在歐洲不少地方，馬鈴薯仍只被用來當做動物飼料和饑民的食物，這一點可從文森·威廉·梵谷（Vincent Willem van Gogh）創作的油畫《吃馬鈴薯的人》（The potato eaters, 1885）中看出，畫中描繪了貧困農家晚上在油燈的光線下吃馬鈴薯的景象，抓起馬鈴薯的手還彷彿沾著泥土的味道（見圖三），真實的透露人們辛勤地在土地上耕作，從畫裡很容易了解當時貧窮與馬鈴薯的關係。愛爾蘭是最早廣泛接受馬鈴薯，也是一個深受馬鈴薯影響的國家，在正式獨立之前，愛爾蘭土地大都為英國地主所有，有些愛爾蘭人還要跟地主承租土地來種植食用作物，經常要面對糧食不足的情形，自從馬鈴薯普及後，缺糧問題大幅改善，短短90年（1754-1845年），人口暴增2.5倍。愛爾蘭人在最肥沃的土地上生產英國所需的糧食，而在最貧脊的土地上種馬鈴薯維生，透過這樣的供養關係，可說是馬鈴薯助長了最初十年的英國工業革命（Standage, 2009）。西元1845年，歐洲各地出現馬鈴薯病害，生病的馬鈴薯整顆腐爛，此病害長達近5年的時間無法控制，貧窮的愛爾蘭人陷入生存的困境，這段時間裡餓死了約150萬的愛爾蘭人，另外的150萬愛爾蘭人離開故鄉前往英國的殖民地（新大陸美國），當時移民的後裔中出現了好幾位美國總統（甘迺迪總統、雷根總統、柯林頓總統），馬鈴薯雖發源自南美的安地斯山脈，卻是由愛爾蘭人逆向帶回到北美大陸（Sakai, 2013）。 圖三：梵谷的《吃馬鈴薯的人》（The potato eaters） （圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/吃馬鈴薯的人） n  馬鈴薯的熱量和養分 自從馬鈴薯擠身歐洲料理常用食材後，人們不再只靠麥類作物提供熱量，馬鈴薯不只養活眾多人口，也有剩餘存糧，亦可當家畜飼料，讓歐洲人擺脫飢餓的恐懼，也有機會整年都吃得到新鮮的豬肉，也就是說歐洲國力蓬勃發展全拜馬鈴薯之賜。馬鈴薯3個月即可收成，生長在地底不易受氣候的影響，其所供應的熱量是麥類的4倍以上，除此之外，馬鈴薯含有維他命C，由於馬鈴薯中的澱粉，一加熱就化成糊狀，進而避免維他命C溶解於水中，所以馬鈴薯所含的維他命C較耐熱且不容易流失。馬鈴薯的法文是「pomme de terre」，德文是「Erdapfel」，意思都是地底的蘋果（土蘋果），歐洲冬季中部到北部的農田會覆蓋白雪，人們無法獲得新鮮蔬果，還好有馬鈴薯可長期保存又富含維他命C，這富含維他命C的土蘋果可避免歐洲人得到壞血病（Haslinger, 2014）。 n  馬鈴薯澱粉分子和澱粉顆粒結構 馬鈴薯是含高澱粉質的蔬菜，澱粉是由葡萄糖組成的醣類聚合分子，是植物用來儲存能量的分子，主要形式有二：一種是會形成雙螺旋形的直鏈澱粉（amylose），又稱可溶性澱粉，其分子結構如圖四左所示；另一種是有很多分叉像樹枝狀的支鏈澱粉（amylopectin），又稱膠體澱粉，其不溶於水，在熱水中形成糊狀且有很強的黏性，其分子結構如圖四右所示。每一個澱粉粒裡含此兩種分子都是以結晶的形式存在，而這兩種分子以一圈一圈的方式堆成一個澱粉顆粒，相似於樹木年輪的結構。   圖四：直鏈澱粉（左）和支鏈澱粉（右）的分子結構 （圖片來源：由左而右，https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Amylose_3Dprojection.corrected.png，https://en.wikipedia.org/wiki/Amylopectin） n  馬鈴薯的澱粉糊化與烹調 […]

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ycyang@mail.ndhu.edu.tw 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 主結構 次結構 成分 性質與功能 結構圖 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。 […]

飲食文化與化學：蛋的化學（下） 楊悠娟 國立東華大學自然資源與環境學系ycyang@mail.ndhu.edu.tw 〔承《飲食文化與化學：蛋的化學（上）》〕 n  蛋的化學變化 (二) 攪打 蛋白質包含親水性與疏水性的胺基酸，若透過攪動來引進空氣並打斷原先鍵結之後，展開的蛋白質其親水端會抓住水，疏水端會抓住空氣，一起形成互相連接的網狀物。如果控制溫度得當，加熱時空氣會膨脹，而且環繞空氣的網狀物會凝固，不會因為氣體爆裂而倒塌或垮掉。代表食物：奶油蛋白甜餅（Pavlova）。 (三) 混合或乳化 油與水不互融，低密度的油會懸浮並分散於水中；若劇烈搖晃裝有油與水的容器，油會均勻分散至水面上，再逐漸聚集。若加入可以同時結合油與水的乳化劑（emulsifier），就可以幫助油維持水面上的均勻分散。由於蛋黃富含親水性與疏水性胺基酸，可作為乳化劑。卵磷脂也是十分優異的乳化劑，其結構與脂肪酸鹽相近，長鏈結構可以深入油滴中心，親水端可以伸出油表面抓住水，有效分離並隔絕油滴與油滴的接觸。代表食物：蛋黃醬 （mayonnaise）、荷蘭醬（hollandaise sauce）。 (四) 脫殼 碳酸鈣是鹼性物質。利用酸，溶解蛋殼的碳酸鈣，進行酸鹼反應，產生二氧化碳氣體，將蛋膜保留。可設計脫殼蛋實驗，觀察酸鹼反應和滲透性，如實驗一所述。 實驗一：脫殼蛋實驗 一、材料 雞蛋 數顆、加蓋容器（可放入雞蛋） 1個以上、白醋 適量、大湯匙 1支。 二、步驟 1.        將蛋放入容器，而且彼此分開。 2.        加入白醋並蓋過雞蛋，可看到氣泡產生，將容器放入冰箱內24小時。 3.        用大湯匙小心地舀出雞蛋，再將白醋倒掉。 4.        重複步驟1-3。 5.        完成半透明、有彈性、可彎曲的脫殼蛋，如圖二所示。   圖二：剝殼前（左）、剝殼後（右）的生雞蛋 （圖片來源：楊悠娟 攝） 三、原理 白醋的醋酸可以分解蛋殼的碳酸鈣，進行酸鹼反應，產生二氧化碳氣體，但能保留蛋膜，此反應如式[1]所示。 CaCO3(s) + 2CH3COOH(aq) → Ca2+(aq) + 2CH3COO–(aq) + H2O(l) + CO2(g)    [1] 四、延伸 1.        […]