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解碼糖的成癮性

葉綠舒
・2016/05/15 ・1173字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 579 ・九年級

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sweet
圖/擷取自YouTube影片The Sugary Truth,點擊圖片可觀看影片。

耶魯大學的團隊,透過偵測大鼠大腦的基底節(basal ganglia)紋狀體區(striatal areas)的多巴胺(dopamine)分泌後發現,紋狀體區的背側(dorsal striatal sector, DS)負責對糖的能量進行反應,而紋狀體區的腹側(ventral striatal sector, VS)則負責對糖的甜味進行反應。

當以葡萄糖餵食大鼠時,大鼠的紋狀體背區與紋狀體腹區都分泌多巴胺;而以人工甘味(蔗糖素,sucralose,為所有人工甘味中口味最接近天然糖)餵食大鼠時,大鼠只有紋狀體腹區分泌多巴胺。而當研究團隊以苦味劑苯甲地那銨(denatonium benzoate,全世界最苦的化合物,即使只有 10 ppm 時也可以感覺到苦味)遮蓋了糖的甜味時,大鼠只有紋狀體背區分泌多巴胺。

苯甲地那銨。圖片來源:wiki
苯甲地那銨。圖/wikipedia

大鼠究竟愛能量還是甜味多呢?研究團隊讓大鼠在只有人工甘味的溶液與加了苦味劑的糖中做選擇,發現大鼠寧可吃加了苦味劑的糖!這個現象在飢餓的大鼠上尤其明顯。當然,獲取能量是生存所需,所以要選擇時,當然能量優先囉!不過,研究團隊想更進一步了解,究竟這個行為是否真的與神經有關?

由於多巴胺分泌會使得 D1r 神經元興奮程度上升,研究團隊將大鼠的紋狀體腹區或背區的 D1r 神經元去除,再觀察這些大鼠的飲食行為。結果發現,在面對美味但不營養或營養但不美味的選擇時,紋狀體背區去除的大鼠會選擇美味;而控制組以及紋狀體腹區去除的大鼠,則都選擇了營養。類似的反應也在果蠅裡觀察到,顯示能量的獲取是所有生物的頭號重點。

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作為一個重要的能量獲取來源,糖的吸引力是難以抗拒的。圖/wikipedia

由於碳水化合物是生物能量獲取的第一順位,因此我們在演化的長河裡學會了喜愛甜味。只是沒想到在我們的腦中,還是將對於糖的能量與甜味進行反應的腦區給分開了

看到這裡,大家是否好奇,為何我們的腦要把甜味與能量分開反應呢?難道天然的糖也有徒具甜味但沒有能量的?

是的!我們平常攝食的糖是 D 構形(D-form),它的鏡像異構物 L 構形(L-form)雖有甜味,但它是不會產生能量的;而由甜菊(Stevia rebaudiana)所產生的甜菊糖苷(steviol),也是徒具美味但不產生能量的天然化合物喔!當研究團隊餵食大鼠 L 構形的葡萄糖時,大鼠的紋狀體只有腹區分泌多巴胺,背區就不會分泌呢!

參考文獻:

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  • Tellez L.A. et. al., 2016. Separate circuitries encode the hedonic and nutritional values of sugar. Nature Neuroscience.

本文原出自臺灣大學科學教育發展中心其他單位需經同意始可轉載

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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動物其實吃不出甜食!因「偏食」而消逝的味覺演化——《舌尖上的演化》
商周出版_96
・2023/01/02 ・2011字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本喵不懂甜食啦!

貓即便有了甜味受器,也不會更容易存活或繁殖,如果牠們花更多時間吸花蜜,吃獵物的時間就會變少,如此一來還可能會影響生存。因此,即便貓的祖先的甜味受器失去功能,牠依舊可以存活。

時任蒙內爾化學感官中心研究員的李夏發現:這個演化對貓不僅有存活的意義,更是現代貓科動物的味覺濫觴,沒有任何一種現代貓科動物具有活化的甜味受器,充滿花蜜與甘甜果實的森林對貓沒有一絲口慾上的吸引力。

如果你給一隻貓一片糖霜餅乾,呃,牠也不會理你;就算牠吃了餅乾,也沒辦法感受到糖霜帶來的愉悅感,因為這個餅乾對牠來說沒有甜味。

貓咪其實無法分辨甜味。圖/envatoelements

除了貓以外,其他肉食動物如海狗、亞洲小爪水獺、斑鬣狗、馬島長尾狸貓以及瓶鼻海豚,牠們的甜味受器也沒有作用,只是這些甜味受器基因出現的破壞性突變都屬於獨立的演化事件,不過也共屬於一種基因功能缺失的趨同演化。

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有人可能會想問,為什麼其他肉食性動物的甜味受器沒有失去功能?例如貓的鹹味味覺受器,就跟其他肉食性動物一樣依舊安在,但牠們獵物體內鹽分的含量就足以應付生理所需,所以牠們的鹹味味覺受器喪失功能可能只是時間早晚的問題。

海獅已經喪失了甜味跟鮮味的味覺,海豚也是,而且海豚的無味人生開始得更早,牠們根本無法嚐出甜味、鹹味或是鮮味。對海豚來說,存在的只有飢餓感與飽足感,餓了就去吃飽,而牠們相信海裡任何長得像魚而且會動的東西都可以餵飽自己。

有人可能也會好奇,到底海豚的獵物要有什麼特色才能為牠們帶來進食的愉悅感?我們不知道。海豚的愉悅感從哪來、是什麼,至少到目前為止都是科學謎團。

不吃肉改吃素的大貓熊

特定味覺受器失去功能的情況,並不單發生在肉食性動物身上,也發生在食物選擇非常專一的動物身上。大貓熊的祖先屬於熊科動物,也跟現代的熊一樣是雜食性動物,會狩獵,會吃酸酸的螞蟻,也會吃甜甜的莓果。但到了大貓熊身上,新的食物偏好出現了,就是愛吃竹子,牠們吃竹子就可以活。

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其實,當牠們才剛開始喜歡吃竹子時,竹子跟肉都是牠們愛吃的食物,但久而久之,仍然愛吃肉的大貓熊就變得難以生存或難以交配繁殖,或另一個機率較小的可能是,牠們的食物偏好無法符合生理需求,所以在覓食時無法專心致志。一段時間後, 大貓熊的鮮味受器就失去功能了,就像貓兒的甜味受器。現在就算你把肉端到大貓熊面前,牠們也不會碰上一口。

即便在多年後的未來,貓、海獅或海豚的後代也不太可能會嚐到甜味,大貓熊也依然無法嚐到鮮味,雖然隨著竹林減少,大貓熊對吃竹子的執著也讓牠們的數量不斷減少。從這些日常生活中的演化故事中我們學到:當某些東西成為需求時,比起破壞,建設是更困難的。但從頭做起雖然很難,也並非完全不可能。

現在的熊貓不在吃肉,演化成只吃竹子。圖/《舌尖上的演化》

過了三億年,蜂鳥才嘗到了「甜」的滋味

以甜味受器為例, 它在某些動物身上曾經失去功能, 但後來又重新復活了。三億年前,現代鳥類、哺乳類與爬蟲類的祖先,應該可以嚐到食物中的鹹味、鮮味與甜味,然而現代鳥類的甜味味覺沒了,不知是什麼原因,牠們的甜味受器都失去了功能。因此鳥類無法嚐出甜味,至少大多數鳥類都無法。

蜂鳥是從古燕演化而來的,而古燕跟現代的燕子一樣專門吃昆蟲,喜歡品嚐蟲子體內會出現的鮮味,對於糖分則沒什麼興趣。但在大約四千萬年前,有一群燕子開始以花蜜與含糖物質為食,可能只是為了解渴。一般鳥類並無法嚐出花蜜的甜味,所以牠們吸食花蜜就像在喝水,但花蜜畢竟不是水,裡面可富含著糖分。

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因此有一假說猜測,那些喝到比較多花蜜的鳥可能獲得更多能量,因此更有機會將牠們的基因傳給後代,而牠們的鮮味受器在演化過程中,變成不只辨識原本的鮮味成分﹙像麩氨酸或是某些核苷酸﹚,也可以同時偵測糖分。

出現這種特徵的古燕就是最早的蜂鳥。蜂鳥跟一般鳥類不同,不僅能嚐出胺基酸,也能嚐出糖分。不過牠們只靠同一種味覺受器,所以胺基酸跟糖分對牠們來說,應該是同一種味道,一樣是帶來愉悅感的「鮮甜味」。

動物吃下新食物而產生美味感受的同時,也滿足了營養所需,這類美妙的演化故事,正是生物藉由愉悅感以精巧調控的生化機制滿足需求的例子。只要持續研究味覺受器的演化,我們就會發現更多類似的故事。

——本文摘自《舌尖上的演化》,2022 年 12 月,商周出版出版,未經同意請勿轉載。

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商周出版_96
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如何以圖表呈現泡菜與辣椒醬味道?從生長背景分析味道五要素——《食戰!數據化的美味行銷》
遠足文化_96
・2021/03/27 ・3523字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 502 ・六年級

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  • 作者/文正薰 (문정훈);譯者/劉宛昀

決定泡菜與辣椒醬味道的5 項要素

將泡菜與辣椒醬味道透過視覺呈現的實驗,比我們預想的還要不容易,問題在於應該如何設下消費者對泡菜味道偏好的分類標準。人在吃泡菜時,究竟看重味道的哪些層面呢?以韓國人來說,由於大部分人是從小就經常吃,因此各自對泡菜口味的標準都很嚴苛。吃下一口熟成的泡菜時,多重的滋味在嘴裡如洪水般依序湧現、擴散的味覺饗宴,究竟該以怎樣的標準來說明呢?然而,圖表也不能因此變得太複雜,我們需要的是任何人都能直接理解的說明。

泡菜的滋味在嘴裡如洪水般依序湧現、擴散,究竟該以怎樣的標準來說明泡菜口味呢?圖/pixabay

最後,我們歸結出甜味、鹹味、辣味與酸味4 項標準,但似乎仍少了什麼,應該還有一樣才對。於是,金美梨教授研究團隊提議加入「鮮味」。似乎就是這個!但有人會不喜歡鮮味嗎?

大家對泡菜甜味的偏好見仁見智,對鹹味、辣味、酸味也各有喜好,但幾乎所有人都愛鮮味。如此一來,有鮮味與否便不是偏好的問題,而是品質的問題了。更何況,消費者要是看到鮮味低的圖案,還會想買這項產品嗎?這部分容易引起誤解,因此最終沒有採納。

幾乎所有消費者都愛鮮味,泡菜有鮮味與否便不是偏好的問題,而是品質的問題了。圖/pexels

我們想了又想,卻意外發現答案近在眼前。來談一點我個人的故事好了。我是釜山人,為了讀大學而搬到首爾,一段時日後,也達成了人生中一項重要的目標,就是「和首爾女人結婚」。在首爾妻子第一次到釜山婆家吃飯的那天,她用筷子夾起了陳年泡菜,卻突然瞪大雙眼、說不出話來,因為她夾起的泡菜底下,默默躺著醃透了的魚頭。沒錯,就是魚醬。韓半島南部濱海地區的人,把魚殺了以後直接和泡菜放在一起發酵,與爽口滋味同時湧現的便是魚醬香!不過,這卻是首爾泡菜中相當缺乏的。因此,我們最後加入的項目就是「魚醬香」了。雖然首爾人大部分都是在泡菜裡加入蝦醬,不過每個地區會在泡菜中加入各式各樣的魚醬,而且可依據偏好設計出各種魚醬香的圖示,所以很適合作為將泡菜特色視覺化的項目。

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每個地區會在泡菜中加入各式各樣的魚醬。圖/Giphy

辣椒醬也和泡菜很類似。整體的味道分為甜味、鹹味、辣味和酸味,但總覺得還少一味。在會議上,金美梨教授以輕柔而堅定的聲音表達了自己的意見:

「大家都知道我們已經吃過市面上賣的和各地農家做的辣椒醬了,不過有一樣很明顯的差異。」

「喔?什麼差異?」

豆醬香。大公司銷售的辣椒醬,幾乎吃不出豆醬的香味,可能是製作過程中很難讓豆醬發酵吧。反而地方農家製作的產品,或多或少都能感覺到豆醬香味。」

「從小就在鄉下成長,或是一直吃著鄉下祖母寄來的辣椒醬長大的人,就會記得也習慣豆醬香味。他們會覺得那是好吃的味道。」圖/pexels

豆醬啊。我對豆醬的香味不太清楚。在釜山都會區長大的我,不曾有過和豆醬相關的經驗。金美梨教授又補充說明:「不是在鄉下長大的那些現代主婦,如果吃到這種豆醬經過發酵後製成的辣椒醬,反而會感覺到一股澀味,但假如是從小就在鄉下成長,或是一直吃著鄉下祖母寄來的辣椒醬長大的人,就會記得也習慣那種香味。他們會覺得那是好吃的味道。」

於是,我們復仇者聯盟最後加了豆醬香這個項目。豆醬香濃郁的辣椒醬雖是以傳統方式製成,但消費者對此的喜好見仁見智,因此有必要事先告知這項差異。也就是說,豆醬香是能夠將消費者對辣椒醬喜好進行分類的一項明確基準。

合成的味覺難以測定

正式開始進行實驗的我們,首先決定測定市面上幾乎所有的泡菜與辣椒醬的味道。該如何著手呢?在第一階段,為了盡可能設下客觀的標準,我們使用測量機器來測定味道。測量甜味使用甜度計、鹹味用鹽度計、酸味用酸度計,而辣度就以能測出史高維爾辣度單位(Scoville Scale)的層析儀器。這些儀器會確確實實地告訴我們食物的甜、鹹、酸、辣程度。然而,得知了這些數值,就能聲稱我們徹底了解味道了嗎?

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人類進食的時候與機械不同,我們會感受到各種滋味同時在嘴裡「融合」而成的味道。人從嘴裡嚐到的味道,是由各種味道相互作用後合成的,因此實際上非常鹹的味道,在與其他味道相互作用後,感覺起來並不那麼重。所謂味覺的世界,越想越覺得深奧。

人類進食的時候與機械不同,我們會感受到各種滋味同時在嘴裡「融合」而成的味道。圖/Giphy

就以燉湯來說好了。燉湯時想讓湯頭更甜,於是加了糖進去。加了糖後味道會變甜,可是如果加了太多會有問題。比起「味道變甜」的訊號,人類大腦收到糖特有的「甜膩味」訊號反而更強。同時,我們會意識到這鍋燉湯毀了。這種情況下,如果想讓湯頭變甜,先別貿然加入糖,試著放一點鹽吧。天啊,這下子甜味全湧了上來。儘管沒加糖,也能感覺到變甜了。以甜度計測量的話,實際上的甜度並無變化,這不過是味道相互作用的結果而已。

那麼湯太鹹時該怎麼辦呢?一旦加了水,湯頭會整個變淡。解決方法是放入能釋出甜味的洋蔥稍微燉煮一下,或加入半匙的糖,就會發現鹹味竟然降低了。以鹽度計測量看看,鹽度其實沒什麼改變。果然,這是味覺相互作用的效果。

燉湯時想讓湯頭更甜,不一定是加糖喔!有時其實應該放點鹽!圖/Giphy

人類並不是分別感受每一種味道,而是像這樣,透過相互作用去體驗味覺。為了盡可能測量出最接近人類實際感受到的「合成味覺」數值,光以儀器檢測是不夠的。因此,第一階段中我們以檢測儀測量了各種味道,第二階段就讓忠南大學食品營養科的30名學生共同參與研究。他們擔當了親嚐味道,並將自己感受到的味覺轉換為數值的角色。這種實驗稱為感官實驗(sensory test)。

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藉由這篇文章,我再次向共同參與感官實驗的30位學生表達謝意。為了進行準確的實驗與確實的分析,他們在一個月內每天反覆地吃泡菜,假如沒訓練出對特定產品群的味覺敏感度,便無法把味道數值化。吃了泡菜後,漱漱口,接著吃另一種泡菜,再漱漱口,我們以這種辛苦的方式,將學生鍛鍊成如料理漫畫中對味覺相當敏銳的評審委員。那辣椒醬呢?幾乎沒有人會喜歡不搭配任何小菜,一口接一口吃辣椒醬的訓練吧。不斷有學生哀號著「快要吐了」、「做不下去了」,但是我們無法中途放棄研究,於是所有人都噙著淚,繼續進行後續的實驗。他們確實是值得尊敬的學生。

好,現在進入正題吧。我們依序提供市面上販售的大品牌泡菜、辣椒醬產品給經過高強度訓練的試味員。泡菜以一週內生產的為限,因為泡菜發酵期越長,酸味會越發濃郁。我們將感官實驗小組所提交的數值套用在檢測儀器測出的數據上,再經過校正後得出了最終數值。依產品分類的鹹味、甜味、酸味、辣味與魚醬味、豆醬味(正確來說應該是魚醬香、豆醬香)相關數據開始一個個冒出來,匯集了這些資料的我們,推導出大公司生產的所有泡菜、辣椒醬產品的各種味道平均值。在左頁的圖表裡,以圓圈標示處即代表當時大韓民國泡菜與辣椒醬的平均味道。

以四方形標示處,即代表在地方上生產的泡菜與辣椒醬味道。

然而,學生們的痛苦尚未結束。這回要一個個品嚐的是地方上的農家、小公司所生產的泡菜與辣椒醬!學生們將嚐過的產品味道數據化,再校正成儀器檢測出的數值後,計算出最終的結果值。經歷這番痛苦的過程,完成了10種泡菜、8種辣椒醬味道,一共18幅的視覺化圖表。

——本書摘自《食戰!數據化的美味行銷》,2020 年 11 月,遠足文化

遠足文化_96
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