Loading [MathJax]/extensions/tex2jax.js

0

0
0

文字

分享

0
0
0

當乳酸菌遇上牛奶

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2016/07/15 ・2743字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 507 ・六年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文由味全公司委託,泛科學企劃執行

大家都知道,家畜(牛、羊、馬……)所生產的奶必須低溫保存,但是在還沒有先進冷藏宅配技術的古代,這卻是一個艱難的任務。

想像一下自己穿越到千年前,身為遊牧民族一員的你,將羊奶或牛奶放在袋中以利隨時補充水分和營養,然而這些奶在路途中悄悄的產生一些化學變化,等運送到目的地的時候奶都不奶了!你發現奶變得很濃稠,嘗起來有些酸酸的……這可能就是最初我們的祖先發現發酵乳的狀況。

640px-Oman_2010_wahiba_sands_nomads
優酪乳最早可能就是遊牧民族發現的。圖/By D7031tg – Own work, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

發酵乳最早的起源地已經不可考,也有人認為它應該是在不同文化中被獨立發現很多次,不過這樣的飲食文化一直保留到今天,成為現代人的熱門飲品。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

目前認為優酪乳或是發酵乳品,在西元前 5000 年人類開始將牛羊當成家畜之後就出現了,但我們真正了解奶會何會變成優酪乳,卻是近百年以來的事情。1905 年,27 歲的保加利亞學生賽德蒙.格里戈羅夫(Stamen Grigorov)發現了優酪乳中的一種乳酸菌——保加利亞桿菌(Lactobacillus bulgaricus),大家從此知道,原來是乳酸菌造成牛奶發酵,才製作出優酪乳[1]。

Sanitaren_maior_medium_crop
發現第一個乳酸菌的科學家賽德蒙.格里戈羅夫(發現當時還是個學生呢!)圖/Public Domain, wikimedia commons.

所以,乳酸菌怎麼改變牛奶?

乳酸菌不單指一種細菌,它是一群主要能分解乳糖來產生能量的細菌總稱,包含眾多不同種類。因為各家公司、各種產品的配方不同,目前發酵乳中用到的乳酸菌菌株有好幾種,其中以上面提到的保加利亞桿菌(Lactobacillus bulgaricus)和嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)是屬於美國規定的優酪乳發酵菌種,台灣大多數的優酪乳產品也含有這兩種菌種,而有些產品也會額外加入其他菌種如雷特氏 B 菌(Bifidobacterium lactis)、嗜酸乳桿菌(又稱 A 菌,Lactobacillus acidophilus)、龍根菌 B 菌(Bifidobacterium longum)等[2]。

當乳酸菌被加到牛奶之中,遇上牛奶中的乳糖(lactose),對它們而言就像是看到滿滿的生長能量,乳酸菌會將乳糖轉換成乳酸。當乳酸開始產生之後,液體的 pH 值會下降,也就是變得比較酸,同時也讓原先容易流動的牛奶逐漸變得黏稠狀[3]。

到底發生了什麼事?這就要來看牛奶中的酪蛋白如何受到酸的影響。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

原本在牛奶當中的酪蛋白透過磷酸鈣鹽組成「酪蛋白膠粒」(Casein micelles),一粒一粒的膠粒外圍帶有負電,會相互排斥不會聚集在一起。但當環境變酸,首先會造成膠粒本身面臨磷酸鈣鹽溶解、結構被破壞,酪蛋白們先是因為沒有磷酸鈣鹽牽制結構變鬆散,但隨著 pH 值持續下降,反而又使酪蛋白們重新緊密聚集成一團。此外,這些酪蛋白團不再具有負電荷,不再相互排斥,而是相互連結形成一個三維網狀結構。從可以自由跑來跑去的酪蛋白膠粒,轉換為酪蛋白團的三維網狀結構,也就改變了優酪乳的口感,形成濃稠的口感[4]。

  • 從牛奶變成優酪乳的過程中,酪蛋白們發生了什麼事情?

乳糖不耐症為什麼可以喝優酪乳?

許多人無法順利消化乳糖,只要喝到牛奶或一些乳製品,就會腹脹、腹瀉或不斷放屁。這是所謂乳糖不耐症(Lactose intolerance),患者可能是因為小腸中用來分解乳糖的乳糖酶(lactase)分泌量太少,而這些乳糖再進入大腸時,大腸中的細菌將乳糖分解成水和氣體,造成患者腹瀉和放屁[5]。

bottle-841433_640
為什麼有些人可以喝優酪乳,卻無法喝牛奶?圖/pixabay, public domain

許多人以食用優酪乳來取代對牛奶的攝取,只是令人疑惑的是,優酪乳明明就是用牛奶製成的,為什麼乳糖不耐症患者的腸胃不能接受牛奶卻能接受優酪乳?

其實答案很簡單:優酪乳在成份上與牛奶相似,含有豐富的鈣、磷和鐵等成分,差異在於乳糖量不同,原因是製作優酪乳過程加進的乳酸菌利用了乳糖產生乳酸,因此優酪乳中的乳糖含量比牛奶低,可避免大量乳糖進到大腸中[6]造成腹瀉。而乳酸菌也可以分泌出乳糖酶,在腸胃道中幫助分解剩餘的乳醣,乳糖就不會再聚集在腸道造成乳糖不耐症患者的困擾了[7]。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

優酪乳可以增加腸道好菌、抑制壞菌嗎?

根據中華民國國家標準(CNS),優酪乳、優格等發酵乳產品每毫升要有至少 100 萬個活菌以上(發酵乳 1000 萬個活菌以上,調味發酵乳及稀釋發酵乳 100 萬個活菌以上),在我們喝一口優酪乳的同時,就同時喝下了很多的菌。

我們也常聽到喝優酪乳可以「改善我們的腸胃道細菌相」,「增加好菌、驅逐壞菌」,讓我們的腸胃道更健康。研究顯示,優酪乳中的乳酸菌到小腸末段還能保留足夠發揮效用的活菌數,也帶有一定的活性。但是像保加利亞桿菌(Lactobacillus bulgaricus)和嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)在經過消化道時,並不太會在大腸的黏膜表面駐紮下來,我們似乎很難留下這些好菌,只能希望它們待在消化道的有限期間能發揮作用[8]。在這種情況下,我們不能期待喝一次就能產生很「有感」的腸道變化,而是需要更長時間的觀察。

dessert-447165_640
想要喝一次優酪乳就看出效果,基本上是不可能的!圖/pixabay, public domain.

近年來也有許多關於乳酸菌的研究,但科學家對於優酪乳中的乳酸菌對人體好處有些保留,倒不是說他們找到乳酸菌對人體有什麼危害,而是乳酸菌對人的效果因人而異。人的腸胃道中有 400 種以上的微生物,每個人體內的菌相都有所差異,這些個體差異,讓我們的身體在面對不同種類、數量的菌,可能造成不同程度的反應,產生的效果也不會一致[9, 10]。

所以到底該不該喝優酪乳?優酪乳的成分的確具有高營養價值,內含的好菌也有機會為我們的腸胃道帶來正面效益,對於乳糖不耐症患者來說,是鮮奶的替代品。想讓自己的腸胃道健康,喝優酪乳只是其中一種途徑,我們可以將之視為整體飲食健康的配套,但別把喝優酪乳當成一切腸胃道問題的解藥。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

 

參考資料:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
225 篇文章 ・ 313 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

1
0

文字

分享

0
1
0
拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

👉 更多研華Edge AI解決方案
👉 立即申請Server租借

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
微酸與麥香兼具 透視酸種麵包的小世界
顯微觀點_96
・2024/12/19 ・2726字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文轉載自顯微觀點

sourdough
圖/顯微觀點

오늘도 아침엔 입에 빵을 물고 똑같이 하루를 시작하고(今天早上,我又嘴裡含著麵包,一如往常地開始了一天)

南韓女子偶像團體 (G)I-DLE 的《Fate》,唱出了麵包是不少忙碌上班族的早餐選擇。但有營養師指出,「酸種麵包」(sourdough)成分單純,較容易被消化不易脹氣,升糖指數也更低,適合減重者或是需要控制血糖的人。

酸種麵包是使用野生乳酸菌和酵母發酵麵團製成的麵包。用料通常非常單純,只採用天然酵母、麵粉、水跟鹽,經過長時間發酵而成,因此天然酵母發酵產生的乳酸會賦予麵包酸味並提高保存品質。

而 2020 年開始席捲全球三年多的新冠肺炎疫情,意外讓烘焙成了全球許多因封城、疫情警戒而坐困在家者的紓壓管道。由於人們對家庭烘焙的興趣增加,導致商店麵包酵母短缺,可在家培養麵團的酸種麵包更是因此風靡全球。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
酸種麵包
酸種麵包是使用野生乳酸菌和酵母發酵麵團製成的麵包,用料通常非常單純。圖/unsplash

酸種麵團可說是歷史悠久,最早可追溯到西元前3000多年的古埃及文明,直到中世紀歐洲使用酸種麵團仍是發酵常用方式。

除了歐洲,其實世界各地都有使用酸種麵團製作麵包的文化,「酸種麵包」的風味也和不同地區的歷史人文息息相關。

例如,義大利普利亞區的經典麵包「阿爾塔穆拉麵包(Pane di Altamura)」;墨西哥將啤酒和雞蛋加入酸種麵團,製作墨西哥傳統麵包「比羅特麵包(Birote)」;日本木村屋( Kimuraya bakery)用酸麵種麵包來製作紅豆麵包,再將八重櫻花瓣醃製後放進麵包中心,提供給日本天皇享用。至於中式「老麵」饅頭,也是所謂的「酸種麵團」。

而在加州淘金熱期間(1848–1855),法國麵包師將酵母技術帶到了北加州,出現了著名的舊金山酸麵包(Sourdough bread):一種白麵包,特徵是具有明顯的酸味。這至今仍然是舊金山文化的一部分,當地美式足球隊-舊金山 49 人隊的吉祥物就是牛仔造型的「Sourdough Sam」(酸麵團山姆)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

一般市售麵包常使用 19 世紀末巴斯德(Louis Pasteur)發現的麵包酵母(或稱商業用酵母),以高產氣的單一菌種酵母來醒發麵團,通常可在不到兩小時內發酵,醒發時間短而促進量產。

和一般市售麵包不同,酸種麵包是利用原料或空氣中存在的天然微生物群來發酵麵粉,因此需要很長的醒發時間,通常麵團發酵並形成風味需要長達 24 小時。

酸種麵包的靈魂-微生物聚落

酸麵團是麵團和麵包製備的中間產品,含許多代謝活性微生物。發酵中 1 公克的麵團通常超過 108 個單位(CFU)的菌落形成,通常含有乳酸菌(LAB)和酵母,乳酸菌:酵母比例常為 100:1;依據麵包師傅處理方式和不同地區的風土,而有多種乳酸菌和酵母菌株來源。

但傳統酸麵團製程通常不依賴偶然的菌群,而是依賴母麵團的使用。這些母麵團保存很長一段時間,甚至可能持續數十年,為後續麵團做天然微生物接種。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

母麵團的微生物生態取決於內在和外在因素。內在因素主要由麵團的化學和微生物組成決定,外在因素則是溫度和氧化還原電位決定。諸如麵團產量(水活性)、鹽的添加、繁殖步驟的數量以及發酵時間等,都會對酸種麵包風味產生很大的影響。

微生物為酸種麵包帶來個性,但你有想過這些微生物在顯微鏡下的樣子嗎?俄亥俄州立大學電子顯微鏡與分析中心資深研究副工程師丹尼爾‧維蒂(Daniel Veghte)就透過電子顯微鏡觀察酸種麵團微生物群像。

酸種麵包的電子顯微圖像
酸種麵包的電子顯微圖像。圖/The Conversation/Daniel Veghte, CC BY-SA

影像中呈現綠色顆粒、相對較大球狀結構的是麵粉中的澱粉粒,直徑約 8 微米(µm)。

紅色是作為起發氣劑的酵母菌,隨酵母生長會發酵澱粉粒中的糖,並產生二氧化碳和酒精作為副產品,使麵團發酵,大小通常在 2 至 10 微米。這張圖像中的酸種麵團,可以看到兩種不同酵母類型,一種接近圓形,一種則是細長型。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

科學家在酸種麵團中發現了 20 多種酵母。而在不同的麵團中所發現的酵母數量和類型差異,取決於幾個因素,包括麵團水合程度、所用穀物類型、發酵溫度和酸麵團維持溫度。 例如,義大利酸麵團通常使用杜蘭麥粉製作,95% 以上的酵母屬於 C. humilis,且其優勢地位隨時間拉長而穩定。

圖像中藍色的則是細菌,通常是乳酸菌,酸種麵包獨特的風味便是由此而來。影像中細菌呈藥丸狀,大小約為2微米。

乳酸菌(lactic acid bacteria, LAB)是指能利用碳水化合物進行發酵生產大量乳酸的細菌總稱,酸種麵團中常見的 LAB 為乳酸桿菌,特別是在發酵時間較長或溫度較高的麵糊中。

乳酸桿菌占主導地位有幾個因素。首先,它們對碳水化合物的代謝機制非常適合將麵團、麥芽糖和果糖作為主要能量來源。其次,有些乳酸桿菌(如舊金山乳桿菌,L. sanfransiscensis)對溫度和 pH 值的生長需求與酸麵團發酵過程的條件相符。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

第三則是存在於酸種麵團的乳酸桿菌具有多種壓力反應機制來克服酸、高(低)溫、高滲透壓(脫水)、氧化和飢餓。第四是會產生乳酸、醋酸鹽等有機酸和細菌素等抗菌胜肽,可作為防腐劑、提高生存競爭力,並有助於發酵的穩定持久。

基於這些機制,乳酸菌和酸種麵包的風味、質地、陳化和保存期等息息相關,例如 L. sanfransiscensis 和 L. pontis 菌株被證明可以改善麵包的口感和氣味。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

顯微觀點_96
28 篇文章 ・ 5 位粉絲
從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。

0

2
1

文字

分享

0
2
1
喝鮮奶真的能長高?拆解營養素與身高的關鍵連結!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/17 ・3185字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與 食力foodNEXT 合作,泛科學企劃執行。

日本的兒童與青少年在 1960 年代開始,身高像是坐上了成長的直升機!有人說,關鍵就在於1964年推動的學童乳政策,這一喝就是 60 年,讓孩子們「蹭蹭蹭」地長高。

那麼台灣呢?從 2010 年與 2015 年,嘉義、雲林率先實行學童乳政策,到 2024 年在進一步全國推動「班班有鮮奶」,我們的孩子也有這樣的機會長高嗎?但如果孩子長不高,真的是因為牛奶喝不夠嗎?其實,想要孩子長個子,還有更多「長高密碼」!

為什麼長不高?哪些因素決定身高?

人的身高是高是矮,有 80% 來自於基因決定。圖/envato

到底是先天還是後天在主宰我們的身高?科學家告訴我們,影響身高的原因,有 80% 來自基因!到目前為止,已經辨識出 700 多個基因和身高有關,其中一部分是影響骨骼中的生長板,另一部分則影響身體荷爾蒙的分泌,這些基因一起合力,最終決定了我們的身高表現。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

影響荷爾蒙分泌的基因,就像人體的「身高總指揮」,主要控制三大荷爾蒙:生長激素、甲狀腺素和性激素。

  • 生長激素是由腦下垂體分泌的,如果人體生長激素分泌較少,身高也會明顯受影響,也就是身高比較矮。
  • 甲狀腺素則是幫助粒線體這個「細胞能量工廠」順利運作,讓細胞有充足能量來代謝與生長。如果甲狀腺素分泌不足,細胞發育自然跟不上,就會影響身高表現。
  • 性激素則是影響生長板與肌肉的關鍵!例如,女性賀爾蒙分泌旺盛,會促使骨骼中的生長板提早關閉,所以女性平均身高比男性矮。而男性賀爾蒙不僅有助骨骼發育,還能增加肌肉量,讓身材更高挑結實。

所以,基因是命定的,後天就無法再突破了嗎?其實不然!雖然基因決定了大部分,但後天的努力也有很大空間來改變結局!接下來,我們就來看看後天四大關鍵:飲食、運動、睡眠和環境,如何影響孩子的身高成長!

後天逆轉勝!抓住長高的四大黃金關鍵

長高需要什麼?首先,飲食是關鍵!長高需要足夠的營養素,充足的蛋白質、鈣質與維生素能幫助骨骼發育,而均衡飲食則是孩子長高的基石。除此之外,運動也不可或缺,發育中的孩童建議每天至少一小時的運動,包括阻力訓練、有氧運動和放鬆運動等,能讓肌肉與骨骼的發育更加堅實,並且維持正常體重,促進生長激素分泌。

睡眠則是很多家長容易忽略的重要因素 。研究顯示,生長激素的分泌高峰在晚間 11 點至凌晨 1 點,以及清晨 5 點至 7 點。因此,確保孩子有規律且足夠的睡眠時間,可以顯著提升骨骼生長效率。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

最後,外在環境因素也會影響兒童身高。例如,空氣污染及鉛、鎘等有害物質可能阻礙發育。為了給孩子最好的成長環境,就要避開這些污染源。

盤點完這些後天因素後,我們不禁要問:牛奶真的能幫助長高嗎?答案將隨著我們深入探討後揭曉!

喝牛奶真的能幫助長高?

後天因素同樣會影響兒童身高,那喝牛奶會有幫助嗎?圖/envato

聯合國對於發育遲緩之定義,是該年齡孩童所測量身高,低於世界衛生組織制定的身高標準中位數 2 個標準差,就視為發育遲緩。

2023 年一篇跨國研究研究顯示,增加乳製品攝取能降低發育遲緩比例。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

當然,乳製品消費量增加可能也代表當地正在經濟成長,可能從其他面向影響飲食。為了避免其他因素干擾,這份研究也納入了人均 GDP、兒童扶養比、人口成長率、農村電氣化比例與女性參與勞動比等等變數進行控制。此外,該篇研究還另外指出乳糖不耐症常見於青少年與成人,對孩童沒有影響,因此不必過於擔心。

總之,喝牛奶的確可能對長高有幫助,但牛奶只是眾多因素之一。而更重要的是,台灣孩童真的缺這一杯鮮奶嗎?

牛奶的確對身高的發育有幫助,但台灣的學童真的缺奶嗎?

根據《國民營養健康狀況變遷調查》,除了 1-3 歲的幼兒外,其他年齡層的乳品攝取量都遠低於建議標準。特別是 7-18 歲的學童,乳品攝取量僅達建議量的一半,顯示台灣兒童的乳製品攝取明顯不足。事實上,7-18 歲的學童中,有 8 成每天攝取不到 1 份乳品,這對正在生長期的孩子來說,營養攝取遠遠不夠。

然而,學童缺的不僅是鈣,還有維生素 D。根據 2008 年一篇回顧性的研究,維生素D對身高發育與鈣質同等重要。如果鈣和維生素 D 攝取不足,會影響骨骼發育。1999 年中國的實驗研究指出,飲用牛奶能有效促進身高,尤其是加強維生素 D 的補充後,骨密度顯著提高。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

那麼,台灣學童的鈣與維生素 D 攝取是否足夠呢?答案是遠遠不夠!根據國民健康署的調查,7-18 歲的學童,鈣的攝取量平均不到建議量的一半,維生素 D 的攝取量甚至只有四成多。這樣的營養狀況,怎麼能夠提供足夠骨骼發育的營養環境?

更令人關注的是,這些營養缺口與乳品攝取不足有直接關聯。每份乳品大約含有 240 毫升牛奶,其中含有 240 毫克的鈣質及 3 微克的維生素 D。根據國民健康署採用的推薦膳食攝取量(RDA),每天需要的鈣質約為 1000 毫克,維生素 D 則是 15 微克,如果每人每天攝取2份乳品類,加上其他的飲食攝取,就有機會補足鈣與維生素 D 的缺口。

此外,牛奶中的鈣質容易被人體吸收。牛奶有三分之一的鈣是以游離態存在的,能夠直接被吸收,剩餘的鈣與酪蛋白結合,當人體消化酪蛋白時,這些鈣質也會被釋放,然後被人體吸收。事實上,人體對牛奶鈣質的吸收率為 32.1%,遠高於其他食物。因此,想要補充鈣質,牛奶無疑是最佳選擇。

人體對牛奶的吸收率達 32.1%,是補鈣的理想選擇。圖/envato

喝的不是鮮奶,而是加溫處理後的保久乳,營養素會被破壞嗎?

至於保久乳的營養價值問題,根據國民健康署 2021 年針對這個問題,提出了說明。鮮乳是生乳經過短時間高溫或超高溫殺菌方式所製成,所以無法達到完全滅菌,保存期間較短,而且需要冷藏。保久乳則是透過高溫或高壓滅菌,並且以無菌的填充方式放入無菌包材,所以能夠保存較久。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

根據食品藥物管理署營養成分資料庫,鮮乳跟保久乳中的蛋白質、脂肪、碳水化合物(乳糖)、礦物質及維生素都沒有太大差異,只有少數熱敏感的營養素,像是維生素 C 會稍微少一點外,其他成分大致上都一樣。所以,不管是鮮乳還是保久乳,在營養成分上差異不大!

另外,許多父母擔心乳糖不耐症影響孩子喝牛奶、容易引起腹瀉。牛奶中含有乳糖,而乳糖是一種雙醣,由半乳糖與葡萄糖所構成。人體想要運用乳糖,需要先把它分解成半乳糖與葡萄糖,這時候需要一種特別的腸道酵素:乳糖酶。在兒童時期乳糖酶會正常分泌,這是為了要分解母乳,隨著年齡增加,乳品類食物逐漸減少,人體的乳糖酶漸漸地分泌越來越少。然而,這並不代表不能喝牛奶。透過逐步攝取少量低乳糖的牛奶製品,或使用乳糖酶補充品,都有機會能改善不適,重新恢復對牛奶的耐受力。

總結來看,牛奶確實能補足我們失落的鈣質和維生素 D 缺口。這些營養素,也確實與身高有關。但別忘了,影響身高的因素有很多,飲食、運動、睡眠和環境等各方面都不可忽視!補充足夠的營養素,並搭配運動和良好的作息,將會是孩子的身高發育的關鍵。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
225 篇文章 ・ 313 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia