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跟著老師凍次凍!讓美味瞬間定格的冷凍食品技術──《我們如何走到今天》

PanSci_96
・2017/03/27 ・3212字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 509 ・六年級

冰天雪地吃什麼?難下嚥的布魯茲是唯一選擇

1916 年冬,一名特立獨行且結婚沒多久的自然學家和企業家,舉家搬到北邊拉布拉多半島的偏遠凍原上。在這之前,他自己在那裡度過幾個冬天,開了一家飼養狐狸和偶爾將動物和報告送回美國生物調查局的毛皮公司。他妻子生下兒子五個星期後,她帶著小孩過去與他會合。拉布拉多半島,再怎麼說,都不是新生兒的理想居住地。氣候嚴寒,氣溫常掉到攝氏零下十七度,該地區完全沒有現代醫療設施,吃的也很不理想。拉布拉多半島天候酷寒,冬天的食物若非冷凍的,就是醃製的;除了魚,沒別的新鮮食物。正餐吃的通常是當地人所謂的「布魯茲」(brewis):鹹鱈魚和硬餅乾。硬餅乾硬得像石頭,放在水裡煮過,並綴以用鹽處理過並炸過的小豬油塊(scrunchion)。凡是冷凍過的肉或農產品,解凍後都會變得爛糊、風味盡失。

正餐吃的通常是當地人所謂的「布魯茲」:鹹鱈魚和硬餅乾(左),並綴以用鹽處理過並炸過的小豬油塊(右)。圖/By Keith Pomakis, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

但這位自然學家在吃的方面愛嘗新,著迷於不同文化的食物。(他在日記裡記載了他所吃過的各種東西,從響尾蛇到臭鼬都有。)於是他開始和當地一些伊努伊特人去冰上釣魚,在結冰的湖面上鑿洞,擲入釣線釣鱒魚。氣溫在零下十七、十八度,因此魚一被拉出湖面,幾秒鐘內就會凍結變硬。

這位年輕的自然學家,在拉布拉多半島坐下來和家人一起用餐時,無意間發現一個有力的科學實驗。他們把從冰湖釣來的鱒魚解凍,發現它吃起來比平常的冷凍魚新鮮得多。差異如此顯著,使他開始一心要弄清楚為何結凍的鱒魚更能有效保住原味。於是克萊倫斯.伯茲艾(Clarence Birdseye)開始調查此現象,從而最終使他的名字出現在全球超市的凍豌豆、凍魚條的包裝袋上。

瞬間冷凍的鱒魚,充滿香甜好滋味!

最初伯茲艾以為鱒魚保住鮮味,純粹因為鱒魚是較晚近才捕獲,但隨著他更深入研究,他開始認為還有別的因素。首先,與其他冷凍魚不同的,從冰下捕來的鱒魚可保住原味數個月。他開始拿冷凍蔬菜做實驗,發現隆冬時冷凍的蔬菜,吃起來比晚秋或初春時冷凍的蔬菜美味。他用顯微鏡分析食物,注意到結凍過程所形成的冰晶體內有個顯著差異:失去原始風味的結凍農產品有明顯較大的晶體,而且那些晶體似乎正瓦解食物本身的分子結構。

最後,伯茲艾想到一說法來說明口感上的顯著差異:關鍵全在於冷凍速度。慢慢冷凍使冰的氫鍵有機會形成較大的晶體狀。幾秒內完成的冷凍,即我們今日所謂的「瞬間冷凍」,產生小上許多而對食物本身損傷較少的晶體。伊努伊特族漁民未從晶體、分子的角度思考這件事,但千百年來他們都藉由將活魚拉出水面,讓魚瞬間置身極寒氣溫裡,享受瞬間冷凍的好處。

伯茲艾想到一說法來說明口感上的顯著差異:關鍵全在於冷凍速度。慢慢冷凍使冰的氫鍵有機會形成較大的晶體狀。幾秒內完成的冷凍,即我們今日所謂的「瞬間冷凍」,產生小上許多而對食物本身損傷較少的晶體。圖/By Paul Wilkinson @ flickr, CC BY 2.0

他繼續實驗,腦海裡開始浮現一構想:由於人工製冷愈來愈普遍,冷凍食品的需求可能非常大,只要能解決品質問題的話。一如他之前的杜鐸,伯茲艾開始記錄他的製冷實驗,且一如杜鐸,這構想會在他腦海裡佇留十年之後,才轉化為可上市獲利的東西。那並非靈光一閃即成形的東西,而是在無比悠閒從容之中,經過一段時日逐步成形的構想。我喜歡把那稱作「慢慢成形的直覺想法」(slow hunch),那與「靈光乍現」的想法截然相反,要經過數十年才變清楚,而非在幾秒內即呈現。

伯茲艾的第一個靈感來源,乃是拉出冰湖的鱒魚保有無比鮮度一事。但第二個靈感來源的性質與前者南轅北轍:一艘裝滿腐爛鱈魚的商業性漁船。在拉布拉多半島闖蕩之後,伯茲艾回到他在紐約的老家,在漁業協會裡覓得工作。這份工作讓他親眼見到商業性漁業慣有的駭人情況。伯茲艾後來寫道:「鮮魚配送作業的無效率和不衛生,令我非常反感,我於是開始想辦法在生產階段就從易腐食物裡移除不可食的廢棄部位,用堅實、便利的容器包裝,讓魚貨在鮮度完好無損下送到家庭主婦手上。」

有了冷凍技術,人人都可以是廚神!

二十世紀頭幾十年,冷凍食品業被認為是最不入流的事業。你能買到冷凍的魚或農產品,但這種東西被普遍認為無法入口。(事實上冷凍食品品質太差,紐約州立監獄以它未達到獄囚的食品標準予以禁用。)關鍵癥結之一在於食品的冷凍溫度較高,往往只達冰點以下幾度。但此前幾十年的科學進步,已使人得以人工製造出和拉布拉多半島一樣的低溫。到了 1920 年代初期,伯茲艾已研發出一瞬間冷凍流程,把魚裝入紙箱,堆疊起來,用攝氏零下四十度的低溫冷凍。受到亨利.福特 T 型車工廠的新工業模式啟發,伯茲艾創造出「雙輸送帶凍結器」(double-belt freezer),以更有效率的生產線完成冷凍流程。他創立了名叫通用海產(General Seafood)的公司,該公司即運用這些新生產技術。伯茲艾發現,他用這方法冷凍的食品(水果、肉、蔬菜),幾乎樣樣在解凍後仍非常新鮮。

受到亨利.福特 T 型車工廠的新工業模式啟發,伯茲艾創造出「雙輸送帶凍結器」(double-belt freezer),以更有效率的生產線完成冷凍流程。圖/By United States Patent Office, wikimedia commons

這時,冷凍食品還要經過十幾年才會成為美國人主食的一部分(這需要超市和家戶廚房的冷凍庫達到足夠數量才會實現,而這數量要到戰後時期才能達到)。但伯茲艾的實驗大受看好,於是 1929 年,在黑色星期五華爾街股市崩盤前幾個月,波斯特姆穀類食品公司(Postum Cereal Company)買下通用海產公司,並迅即將它改名為通用食品(General Foods)公司。伯茲艾的冰上釣魚冒險,最終使他成為百萬富翁。他的名字出現在不帶骨冷凍魚肉的包裝盒上直至今日。

伯茲艾在冷凍食品上的突破,既是慢慢成形的直覺想法的體現,也是幾個大相逕庭的地理空間、知性空間碰撞的產物。要想像出一個瞬間冷凍食品的世界,伯茲艾需要有在嚴寒的北極區氣候養活一家人的艱苦經驗,需要與伊努伊特族漁民相處,需要檢查紐約港鱈魚拖網漁船的惡臭容器,需要具備製造零度以下低溫的科學知識,需要具體打造生產線的工業知識。一如每個重大的構想,伯茲艾的不凡構想,並非單單一個洞見,而是彼此息息相關,且以新配置方式包裝在一塊的其他數個構想。伯茲艾的構想之所以發揮了這麼大的作用,不只因為他個人過人的天賦,還因為他所結合的地方、專門技術非常多樣。

在伯茲艾取得那一發現後的幾十年裡,興起了加熱即可食的冷凍包裝食品。在如今這種講究本地取材、手工料理的時代,那類食品已經失寵,但冷凍食品問世之初,增進了人類健康,為美國人的日常飲食注入更多養分。瞬間冷凍食品擴大了食品供應的時間與空間:夏季採收的農產品能在幾個月後供人食用;在丹佛或達拉斯能吃到在北大西洋捕獲的魚。與其等五個月吃新鮮豌豆,不如一月時就吃冷凍豌豆。


 

 

本文摘自《我們如何走到今天?印刷術促成細胞的發現到製冷技術形塑城市樣貌,一段你不知道卻影響人類兩千年的文明發展史》,麥田出版。

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廚房與食品工廠如何確保食品安全?認識傳統食品加工
社團法人台灣國際生命科學會_96
・2019/10/26 ・2957字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

  • 作者/朱中亮,財團法人食品工業發展研究所資深研究員

蔬菜與生鮮魚肉等食物,從採收或屠宰一直到送到廚房或餐桌之前,會經過各種生化反應,同時微生物也會在其中繁殖,當菌數過多或產生毒素時,就會對人體產生危害。為了確保食品安全,必須進行適度加工以便保存,許多食品加工技術都是因此發展出來的。

食品加工對食品的重要性不容忽略,本期的 ILSI Taiwan 專欄邀請財團法人食品工業發展研究所朱中亮資深研究員為您介紹這些基礎且重要的傳統食品加工技術。

食品加工的初衷:為人類生活帶來便利

美國知名的商業雜誌《彭博商業周刊》(Bloomberg Businessweek) 2014 年慶祝創刊 85 周年時,列舉 85 項為人類生活帶來便利的發明及創造,其中與食品有關的包括:麥當勞的誕生、冰箱(製冷技術)的發明、高果糖糖漿的問世、瓶裝水的製造、嬰兒奶粉配方的發明、星巴克的誕生。

美國《彭博商業周刊》列舉 85 項帶來人民生活便利的發明及創造,其中與食品有關的包括六項。

這些發明中,高果糖糖漿被認為是造成肥胖、人體危害的元兇而備受批評。

其實高果糖糖漿的發明是為了避免自然資源的浪費,由於許多食品製造時都需要糖,但糖從原料甘蔗或甜菜的種植到採收、再加工變成蔗糖所需的程序非常繁複與漫長,科學家便想到利用澱粉含量極高的玉米,透過酵素直接轉換成糖,不僅簡化製程,也能避免自然資源的浪費。

掌握美味與安全的秘訣:火候

不少人認為食品工廠就是放大版的廚房,其實並不然,如果只是將廚房的一個灶擴增為十個灶來生產,勢必無法對食品品質進行嚴格的控管,更將導致食品品質參差不齊的狀況發生。

廚師製作料理時經常談到火候,所謂「小火慢燉、大火快炒」,食品工廠進行調理生產時,也必須精確掌握溫度與時間,否則將無法維持食品的品質。

火候掌握得宜不僅是美味的秘訣,更是食品安全的重要關鍵。因為加熱殺死微生物是一種很有效保存食品的技術。若兩者無法同時兼顧時,食品業者絕對是要犧牲美味,做到足夠的殺菌或滅菌,以確保食品的安全。

在此必須與讀者們介紹兩個名詞:「滅菌 (sterilization)」與「殺菌 (pasteurization)」,在食品科技上有非常明確的定義,可惜卻時常被大眾所混用。

兩者最大的差別在於:滅菌後的產品能夠室溫保存,而殺菌後的產品必須冷藏保存

延長保存時間大招:冷凍冷藏技術

談完「熱」接著提到「冷」的技術。將溫度降低的冷凍冷藏技術能減緩食品腐壞的速度、延長食品保存時間。

如果要問冷凍與冷藏孰優孰劣?其實各有優缺點,兩者最主要的區別在於溫度差異,將食品冷凍所產生的冰晶容易破壞其質地,解凍復熱時也較為不便;將食品冷藏保存雖然復熱較快速,但保存期限較短。

食品業者也會針對產品的特性,而選擇使用冷凍或是冷藏來保存食品。便利商店的三角飯糰大多擺放在 18℃ 的冷藏櫃,目的是兼具食品安全與美味。

因為米飯在 12℃ 以下口感會開始變硬,更別提一般的 4℃ 冷藏,食品業者必須在美味與食品保存的綜合考量下做出妥協,以至於飯糰的保存期就變得很短。在此也呼籲消費者購買飯糰後應儘速食用,切勿放置在室溫下一陣子才吃。

便利商店的三角飯糰大多擺放在18℃的冷藏櫃,目的是兼具食品安全與美味。

提到冷凍就不得不提「急速冷凍技術」。急速冷凍能維持較良好的食品品質,蔬菜與肉品都是細胞組成,緩慢冷凍容易使食品中的冰晶聚集形成大冰晶穿破這些細胞使裡面的細胞質流出,所以在解凍時會有「湯汁」滲出,食物中的美味與營養也容易就這樣「付諸流水」。

而急速冷凍技術的可貴之處就是讓細胞中的水份結凍時維持小冰晶,在解凍時較能保持質地完整,使食品風味保存更佳。

食品品質的關鍵:掌握「水活性」

影響食品安定性的因子可以分為物理性、生物性及化學性,物理性如同冷凍結晶、乾燥收縮或受壓破損等會影響食品品質;生物性因子最常見的如麵包上的黑黴、橘皮上的青黴、酵素分解食品產生異味等;化學性如氧化、褐變等造成食品外觀改變,這些因子都會影響食品的安定性與消費者對食品的接受度。

影響食品安定性的因子。

無論是物理、化學或是生物性因子,控制水份都是重要的手段,因此在食品中,便出現水活性的概念。水活性是由澳洲學者 William James Scott 所提出,他雖然不是第一位研究水份對食品品質影響的人,但卻是第一位把這些變化因素,用科學方法歸納成水活性這個指標,且發現控制該指標就能確實掌握食品品質。

Scott 提出一個聰明又簡單的方法:將食品盛裝在容器中量測食品能產生多少水蒸氣,如果產生的水蒸氣越多,就代表水越容易被微生物利用。

如果食品中含有某些成分比微生物或者其他化學物質更能抓住水,那水就不會被微生物或化學反應使用,也就不會發生食品劣變反應,因此我們定義取得水的容易程度為水活性。

許多糕點師傅知道降低含水率能避免發霉,但也容易使產品過乾,導入水活性的概念後,師傅們了解即使含水率高,仍能藉由降低水活性阻止糕點發霉。

降低水活性的方法有很多,如醬油加鹽、水果乾加糖、榨菜及德式酸菜除了鹽漬降低水活性之外,還會透過發酵來增加酸度降低 pH值,這些步驟都能增加食品的保存期限。

食品保存期限的意義到底是什麼呢?

我曾經在報導上看到日本研發出 20 年不會變質的防災食品,以現在食品加工技術來說,製造 20 年不會發霉的食品並不困難,難的是除了不發霉之外,還要兼具美味。

請試著思考一下,20 年不會發霉的防災食品是否代表產品標示上的保存期限就該寫 20 年?我們該如何看待食品的保存期限呢?

灰姑娘的故事相信讀者們都耳熟能詳,「……灰姑娘飛快地奔出皇宮大門時,12 點的鐘聲剛好響完。剎那間,所有的東西都恢復原樣……」,如果食品標示上寫的保存期限是 7 月 1 日,是不是代表一旦到了 7 月 2 日的 0 時 1 分,食品剎那間就會對食用者造成嚴重後果呢?絕對不是如此。又如同梅干菜、酒這類的食品都是越陳越香,它們的保存期限又該是多久呢?

保存期限的概念非常複雜,對食品業者而言,決定保存期限的指標包含兩種:微生物產生的腐敗成分變化帶來的感官品質劣變。

大多數生鮮產品的保存期限到期是因微生物生長而造成產品腐敗,但有些產品如罐頭、冷凍食品,所謂的過期並非因為微生物生長,而是產品的風味變差。

我曾經做過一個實驗針對超過保存期限的罐頭果汁進行感官測試,發現真正產生風味變化的產品的百分率並不高,但對食品企業而言無法接受這樣的不良率,因此在訂定保存期限時會採取較保守的作法,也往往出現有些食品即使到達保存期限仍然還可食用的現象。

然而這已非單純的科學議題,如何在減少食物浪費的情況下,同時確保食品品質與安全,使食物資源能更有效地被運用?這是一個值得大家思考與重視的議題。

  • 本文轉載自 ILSI Taiwan-2019 年第 6 期《走進廚房與食品工廠,認識傳統食品加工》,歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 ILSI Taiwan 喔!
  • 作者/朱中亮│資深研究員
    德國Hohenheim大學食品科技研究所博士,現任財團法人食品工業發展研究所資深研究員。專長為食品加工與製程,目前研究技術領域為食品非熱加工技術、冷藏食品保存期限預測及溫度管理技術等。
社團法人台灣國際生命科學會_96
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