藏在柔軟有彈性麵包裡的魔鬼「溴酸鉀」

• 作者／山田昌治；譯者／吳佩俞

小麥蛋白質在麵粉的狀態下是堅硬且不易變形的，不過一旦加水搓揉就會產生變化，成為具有獨特彈性與黏性的物質。這種同時具備彈性與黏性的性質稱為「黏彈性（Viscoelasticity）」。如先前所提到的，因為室溫的水不會造成澱粉糊化，所以可以說這種黏彈性是因為小麥蛋白質才得以出現。

接下來，我們就針對小麥當中的蛋白質種類及性質加以解說。

小麥蛋白質的水合物稱為「麩質（ gluten）」。蛋白質是一種由許多胺基酸聚集構成的串珠狀天然高分子（macromolecule），構造相當複雜。在這裡，我們先省略蛋白質構造的相關說明，把重點放在麩質的物理特性解析，並試著以湯馬斯．奧斯本（Thomas Osborne）的分餾（fractionation）分析法來進行說明。

奧斯本的分餾法是將麩質加入極性（溶解蛋白質的性質）較弱的溶劑當中，接著對溶出的蛋白質性質進行測試檢查，而無法溶出的物質會再繼續浸入極性較弱的溶劑裡，然後再繼續檢查溶出蛋白質的性質，換言之，分餾是一種依序不斷重複進行的手法。使用這種方法可以得知構成小麥蛋白質的蛋白質。也就是表 1-1 的內容。

至於這份表格的閱讀方法，則是若為白蛋白（albumin），可溶在水中，不溶於水的球蛋白（globulin）則是溶入鹽水裡，然後這樣就能由上而下依序看出各種蛋白質能夠溶解和不能溶解的溶劑了。

• 白蛋白

白蛋白的主要成分為澱粉酶抑制劑，不過其特性是只會抑制動物性澱粉酶，並不會對植物性澱粉酶產生抑制。許多研究學者都認為這可能是小麥種子為了避免被動物和昆蟲吃掉，才會發展出此種防禦特性。這也是大家說生吃小麥麵粉會讓胃腸不適的原因之一。

• 球蛋白

所謂的「球蛋白」，就是無法溶入水中、但卻能以「食鹽水」萃取出的「餾分」。目前已經知道這是一種可溶於鹽水的蛋白質。雖然佔比極低，僅有 3 ％，不過球蛋白擁有 α-澱粉酶、β-澱粉酶、蛋白酶（protease）等許多對於植物維持生命活動極為重要的酵素。

• 麥膠蛋白

使用比食鹽水極性更強的「酒精溶液」萃取出的餾分，稱為麥膠蛋白（gliadin）。這種蛋白質具有黏性，置於斜面上會如泥流般滑動。麥膠蛋白與下面提到的麥穀蛋白（glutenin）都與小麥麵粉麵團展現的黏彈性有著密切的關聯。

• 麥穀蛋白

麥穀蛋白是一種無法溶解於酒精溶液的蛋白質，不過卻可以溶在比酒精溶液更強烈的「醋酸溶液」當中。這種蛋白質與極富彈力的性質有著密切的關聯。所謂的極富彈性，就是意味著施加力道後，只要不再使力就會恢復原狀的性質。

小麥麵團黏彈性的祕密

在小麥蛋白質中，佔有關鍵地位的就是極具彈性的麥穀蛋白和富有黏性的麥膠蛋白。那麼，麥穀蛋白又為何會富有彈性呢？

我們在前面曾提過，小麥是生長在沙漠高原地帶並持續進化的植物。在這樣的環境中，與水同為小麥所必須的氮應該會出現常態性缺乏的情況。不過，即使在如此嚴苛的環境，有時還是會因為降雨而以銨離子（ammonium ion）與硝酸鹽離子（nitrate ion）的形式來取得氮的供給。

雖然無法獲得大量的補充，但小麥還是會盡其所能地留下這些氮的養分並加以儲存。銨離子雖然會保持原狀，但硝酸鹽離子一旦轉換成銨離子，就會改以麩胺酸（glutamic acid）及麩醯胺酸（glutamine）這類胺基酸的形式儲存在種子當中。

小麥麩質的胺基酸組成

麩胺酸與麩醯胺酸都是蛋白質的原料，利用這些原料所合成的蛋白質即被稱為儲藏蛋白（storage protein）。因此，小麥種子當中的蛋白質就是由麩胺酸、麩醯胺酸，以及作為誘導體的脯胺酸（proline）以極高比率所構成的。

麥穀蛋白加水揉和，結構開始變化

如同圖① 所顯示的，麥穀蛋白的構造是兩條帶子於末端互相連結。因為麥殼蛋白也是一種蛋白質，所以這種「帶子」其實是由胺基酸連結成為一長串而形成的。

我們在前面提過，麥殼蛋白的構成胺基酸因含有較多麩醯胺酸，所以乾燥狀態下會因麩醯胺酸彼此結合而變成兩條軌道般的形狀。此時加水揉和的話，水分就會進入這兩條軌道之間，成為圖② 那樣的小圓圈。

如果再繼續加入大量水分，即會出現如同圖③ 的大圓圈。看到這張圖，大家應該就能夠感受到小麥麵粉具有的彈性了。

擁有泥土般黏性的小麥麵團

另一方面，若從分子等級來觀察，可以發現麥膠蛋白呈現微小球狀，直覺上就給人似彈珠滾來滾去那種滑動的感覺，所以在目視程度時，就會有如泥土般地溢流移動。這種泥土般流動的性質稱為「黏性」。

因此，麥穀蛋白的彈性與麥膠蛋白的黏性彼此混合在一起後，就形成了小麥麵粉麵團的性質。從這層意義來看，小麥麵粉麵團的物理性質也可以稱為黏彈性質。

麥殼蛋白、麥膠蛋白的每一個單位（domain，結構域）大小約僅有數奈米（奈米：10億分之1公尺），不過，這些結構域會因各種相互作用而連結起來，並且聚合（polymerization）成為目視程度尺寸的薄膜般構造。

上圖就是將小麥麵粉與水混合並充分搓揉後的麵團狀態。這點從麵團延展性極佳，且呈現為可透光至對側的薄膜就能看得出來。

掌控空間、溫度與時間，做出專屬口感

麵團之所以延展良好，其實是來自於結構域彼此結合的相互作用，但其中原因為何正是長年研究小麥學者們的課題。目前知道的是這與名為交聯（cross-link）的結合作用有著密切的關係。

因為交聯的形成屬於一種化學反應，所以也會依循化學反應的一般規則。換言之，只要充分混合拌勻，就能提高與反應相關部分的促發機率，進而開展交聯作用。這種情況就稱之為「空間效果」。

另外，我們也可以說溫度較高時亦較容易進行化學反應。這種情況被稱為溫度效果。還有，花費較多時間也能使化學反應持續進展。這個情況則稱之為時間效果。

空間效果、溫度效果，以及時間效果這三大原則，對於思考麩質的形成與控制是很有幫助的。

舉例來說，烤點心時，如果充分揉和麵團，就會做出脆硬口感的餅乾，但若只是稍加搓揉，就會成為鬆軟口感的點心。不同揉製方法帶來不同口感，應該就是交聯作用的空間效果。此外，製作烏龍麵時，也是有個充分揉和後放上一晚靜置醒麵的作業，這個程序的重點應該就是交聯作用的時間效果了。

——本文摘自《麵的科學：麵粉如何創造豐富的口感、香氣和美味》，2020 年 3 月，晨星出版

作者：CFSA_鍾凱

流言：

Subway 承認在北美出售的食物中有種叫 Azodiacarbonamide 的化學製品，一種麵粉漂白劑，也被用於瑜伽墊和鞋底，在歐盟、澳大利亞等地被明令禁止用於食物。世衛組織曾將它與呼吸、過敏和哮喘等聯繫在一起。CNN 稱市面上大部分麵包都有這種成分，包括星巴克和麥當勞。

真相：

「Subway 承認食物中有鞋底成分」的新聞，乍一看很嚇人。想到之前「老皮鞋酸奶」的新聞，這回連鞋底也上場了。仔細一瞧，原來是一群美國人搞了一項表決，要求禁用一種叫偶氮二甲酰胺的食品添加劑。

人們對食品品質的追求可謂永無止境，以前吃飽就行，現在不僅要吃好，還要色香味俱全。正是食客們對色澤、口感的挑剔，造就了一大批「改良劑」，比如麵粉增白劑、麵粉增筋劑。其中有一種食品添加劑「文武雙全」， 既可以增筋，又可以漂白，這就是偶氮二甲酰胺。

偶氮甲酰胺其實很安全

偶氮二甲酰胺其實也只是一個後起之秀。以前麵製品不夠筋道的時候，人們添加一種叫做溴酸鉀的東西，但是後來科學家發現溴酸鉀是一種致癌物，於是它被廢棄。可大家還是想吃有勁道的麵製品怎麼辦？科學家找到了偶氮二甲酰胺這個接班人。這一點類似於皮蛋工藝中的硫酸銅替代鉛丹，相對來說能避免影響人體健康。

偶氮二甲酰胺和乾麵粉可以相安無事，但加上水一和，偶氮二甲酰胺就迅速釋放活性氧，自己轉變為更加穩定的聯二脲。釋放出來的活性氧可以奪取蛋白質巰基（-SH）上的氫原子，兩個失去「氫伴侶」的巰基相依為命成為二硫鍵（-SS-）。這些二硫鍵就像搭建在蛋白分子間的橋樑，使蛋白質形成立體網狀結構，於是麵就更有勁道、有彈性。

偶氮二甲酰胺的性能優異，但安全性如何呢？國際權威機構糧農組織/世界衛生組織食品添加劑聯合專家委員會（Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives，JECFA）於1966年就對偶氮二甲酰胺作出了評估，結論就是「很安全」，給出的安全劑量是0-45毫克/千克。到目前為止，還沒有足夠有力的研究質疑這一結論。中國目前的食品添加劑標準就是依此規定的：麵粉可以使用偶氮二甲酰胺，限量為45毫克/千克。美國FDA將偶氮二甲酰胺定為「GRAS」，也是很安全，所以美國、加拿大都在用它，使用量的上限（美國）和中國一樣。

那偶氮二甲酰胺產生的聯二脲會不會有問題呢？研究表明，聯二脲在烘焙條件下很穩定。它在體內是一種惰性物質：毒性很低，在消化道裡不被消化酶破壞，可以很快通過糞便和尿液排出，不會累積在我們的臟器中，也沒有發現致癌、致腫瘤或影響生殖。

偶氮二甲酰胺處理過的麵粉會不會使蛋白質營養破壞、流失？研究發現，用偶氮二甲酰胺處理麵粉後，氨基酸構成沒有明顯變化，而且維生素B1、B2和菸酸等成分都沒有變化，所以這一擔憂也是沒必要的。

日常接觸與職業暴露大不同

對於偶氮二甲酰胺的安全性，國際上確實出現了一些「爭議」。比如聯合國環境計劃署曾經在1999年對偶氮二甲酰胺的職業暴露做過分析（很多資料來自英國），他們認為在職業暴露的條件下（比如生產、運輸），偶氮二甲酰胺的確有可能誘發哮喘。但對普通消費者而言，日常接觸不太可能達到職業暴露的量。更重要的是，引起這些呼吸道症狀的原因是吸入，而不是吃到肚子裡。因此這種風險在普通消費者身上是很難複製出來的。

也有文獻報導，偶氮二甲酰胺可能會產生氨基甲酸乙酯、氨基脲等物質。但這些研究都沒有足夠有力的證據來推翻偶氮甲酰胺的安全性結論，畢竟主要產物是聯二脲。比如氨基二甲酸乙酯，在一些酒中（例如黃酒）含量高得多。「潛在致癌」的氨基脲是在高溫焙烤下產生的，不過很多食品 ​​經高溫處理都會產生另一種潛在致癌物丙烯酰胺。模擬實驗中，用偶氮二甲酰胺處理過的麵粉烤製麵包後，氨基脲大約是200微克/千克，而高溫處理的食物中丙烯酰胺是幾十至上千微克/千克。（國際癌症研究機構（IARC）的致癌物分級中，氨基脲為3類，不明確是否導致人類癌症；丙烯酰胺為2A類，很可能導致人類癌症。更多相關分類的含義請參閱〈打破致癌物的核威懾 〉）

當然出於謹慎的考慮，歐盟、澳紐等國要規避上述可能的風險，禁用偶氮二甲酰胺倒也無可厚非。但使用某一食品添加劑或禁用某一食品添加劑本就是各國自己的選擇，譬如，果凍裡山梨酸鉀的允許量，歐盟就是中國的2倍；中國禁用的過氧化苯甲酰（一種麵粉增白劑）在美加等國仍照常使用。

至於說偶氮二甲酰胺是工業成分，這其實挺正常的，食品添加劑中的磷酸鹽、亞硫酸鹽、EDTA等，個個都是工業領域的高強好手。其實只要消費者還喜歡彈力十足的麵製品，食品工業就需要麵粉增筋劑。如果現在想淘汰偶氮二甲酰胺，得找到一個比它更好的接班人。

好消息是科學家們正在試驗用酶製劑、多醣等新方法改良麵製品。相信將來一定會有更多、更經濟實惠的選擇。Subway 近日已經表態準備停用偶氮二甲酰胺，但偶氮二甲酰胺依然是一種合法的食品添加劑。Subway 的聲明，一方面可能是迎合消費者的需求，更重要的是，他們很可能已經有了更好的替代品，否則放棄一個合法的食品添加劑，導致產品失去消費者喜愛的口感，似乎不是商家的明智選擇。

參考資料：

1. wikipedia：Azobisformamide​
2. Concise International Chemical Assessment Document 16: AZODICARBONAMIDE
3. FAO Nutrition Meetings Report Series No. 40A,B,C WHO/Food Add./67.29
4. Semicarbazide Formation in Azodicarbonamide-Treated Flour: A Model Study
5. 食品安全國家標準食品添加劑使用標準GB2760-2011

轉載自果殼網

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託，泛科學企劃執行

撰文／陳衍達│自由寫手

2016 年，印度科學與環境中心（Center of Science and Environment，CSE）的「污染監測實驗室」發布了一項調查：他們買了德里市面上 38 個品牌的麵粉產品到實驗室做分析，結果發現高達 84% 的品牌（32 件）殘留溴酸鉀（Potassium bromate）或碘酸鉀（Potassium iodate）。

而事實上，溴酸鉀在國際癌症研究總署（International Agency for Research on Cancer，IARC）的分類中屬於「對人類懷疑為致癌物」的第 2B 類物質；聯合國糧農組織（Food and Agriculture Organization, FAO）和世界衛生組織的食品添加物專家委員會（Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA）更早在 1992 年就已提出指導性的建議，指出溴酸鉀不適合用在麵粉處理上，許多國家也已立法禁止。CSE 的新聞稿發表後，立刻造成民眾恐慌，而印度政府也迅速地在一個月後修法，正式禁止這兩樣物質用於製作麵包。

揉出麵團中蛋白質的秘密

看到這裡你是否也感到疑惑，人們為什麼要在麵包裡加入溴酸鉀呢？這得從「麵包為什麼有彈性」談起。

五穀根莖類是人類獲取碳水化合物的主要來源，但不曉得大家有沒有發現，我們的兩種主食稻米和小麥，在型態變化的「自由度」上有很大的差異：米大多數在去殼、去胚之後就能被煮熟吃掉，但小麥幾乎都會先被磨成麵粉後，才接著被塑造成各種形狀 ── 當然米也可以被做成米粉，偶爾也會有人在牛奶裡面加一些小麥粒，但比例相對並不高。造成這個差異的最大原因，在於小麥含有的蛋白質比例較高，讓麵粉擁有較高的可塑性；而稻米主要由澱粉組成，相對沒有彈性，要做成各種形狀就比較困難。

其中，麵粉的蛋白質統稱為麩質（Gluten），主要由穀蛋白（Glutenin）和麩脘（Gliadin）組成。麩脘圓圓胖胖的，對水有較好的親和力，和水一起負責製造一個適合穀蛋白和氧化劑反應的環境；穀蛋白在微觀的尺度上則是長鏈狀的結構，上面有許多可以被氧化的硫氫基（thiol group，-SH），平常沒有水的時候這個長鏈會「揪」在一起，麩脘把水引進來之後才會舒展開。

揉麵團的時候，我們把麵粉與水和在一起，讓氧氣在揉製的過程中混進去，將穀蛋白上的硫氫基氧化。兩條穀蛋白上的硫氫基氧化之後，便有機會橋接在一起形成雙硫鍵（disulfide bond，-S-S-），進而增加蛋白質鏈之間的緊密程度。這個反應帶來的影響就是麵團會越揉越有彈性；在下一階段發酵膨脹時也較能夠留住酵母菌生成的二氧化碳，而不至於洩氣塌掉。

溴酸鉀的崛起與衰亡

不過麻煩的來了，以氧氣氧化硫氫基的速度並不快，在大量生產上不是很理想；於是生產者開始嘗試在麵團中加入更強的氧化劑，而其中，CP 值最高的就屬溴酸鉀了。它的所需用量少（1 公斤麵團只需要不到 0.1 克的溴酸鉀），烤完麵包後又能夠「幾乎」全部反應完。

筆者回顧了很久以前的論文（是 1979 年呢！），在過去，它其實是被使用最廣的麵團氧化劑呢！但是，添加進食品中的物質難免有殘留風險，加上動物實驗研究指出溴酸鉀會讓老鼠得到癌症，IARC 和 JECFA 最後還是為溴酸鉀的麵包之路宣判了死刑。

那它會出現在臺灣嗎？

其實早在 1994 年，JECFA 提出建議的兩年後，當時的衛生署（即現在的衛生福利部）就已經公告禁用溴酸鉀。可雖然近年來幾乎不曾傳出溴酸鉀被違法使用於麵包製程中，各種不肖業者將工業用原料用於食品、甚至藥品製造的食安事件仍不時登上新聞版面，讓人有些擔心，如果溴酸鉀沒有被更嚴格規範的話，會不會成為下一個食安事件的主角呢？

好消息是，行政院環保署毒物及化學物質局在今年（2017）九月公告了最具食安風險的 13 種優先化學物質為毒性化學物質，其中便包括了溴酸鉀。這代表什麼意思呢？當一項化學物質被列為毒性化學物質時，無論是製造、輸入、使用或販賣，都需申請並經主管機關核可才可以執行，而且必需定期申報運作情形。如此一來，便能更有效地掌握化學品的流向，防止它們進到民眾的口中喔！

參考資料

• What’s in our bread?– Centre for Science and Environment
• WHO: POTASSIUM BROMATE
• Effect of Potassium Bromate, Potassium Iodate and L-ascorbic acid on the consistency of heated dough