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食物都丟冰箱還尋求生鮮是否搞錯了什麼?–冰箱的正確使用方法

衛生福利部食品藥物管理署_96
・2017/07/18 ・3662字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 484 ・五年級

本文由衛生福利部食品藥物管理署委託,泛科學企劃執行

諮詢專家/蘇南維教授│國立臺灣大學農業化學系教授
採訪/雷雅淇、李德庭
整理/泛科學編輯部

編按:去年在「食在好棒棒」特輯中,泛科學規劃了「食品保存」主題,討論到泡麵、罐頭與防腐劑的關係以及微生物在食品中的變化等。這次,我們從一般家庭常接觸的生鮮食品切入,一起來看看幾乎人人家裡至少有一台的「冰箱」,是如何幫我們保存食品。

在去年談及食物保存的文章中曾提到,食物會「壞掉」與其中的微生物很有關係。因此一開始,我們就先來回答這題:食物一定含有微生物嗎?其實微生物無所不在,食物有營養源當然也有微生物存在。但微生物的多寡、種類則取決於製造、運送過程中的衛生條件,例如是否經過滅菌以及是否有二次污染。

而冰箱能夠對付微生物、協助保存食物主要是基於以下兩點:

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  • 低溫:多數病原菌都是嗜溫菌(Mesophile),是喜歡 20℃~40℃環境的細菌,當溫度降低至 -1℃~-5℃時,大部分的微生物都會停止活動。
  • 水活性低:首先要解釋,「水活性」不等於含水量,而是指「微生物可直接利用」的水(又稱自由水,free water)之含量。0℃以下的環境會使水活性降低,微生物難以利用活動,食物也就較不容易劣變。
Photo credit: Tino

低的溫度與水活性能夠抑制食品之中或存放環境裡的各種「反應」,包含微生物與害蟲、寄生蟲的生物反應(包含呼吸、代謝等),或梅納反應(沒錯,常溫中也會有些微梅納反應喔)、脂質氧化等化學反應,讓食品較不易腐敗與腐壞。

冷藏和冷凍有什麼差別?

我們把不致將水結凍的 0℃~10℃(也有將上界定為 8℃或 5℃的說法)稱作「冷藏(refrigeration)」,0℃以下稱為「冷凍(freezing)」,實際溫度則會因每台冰箱、低溫儲藏空間的功能規劃與設計有所不同。在食品保存上,冷凍較冷藏多了一種功能,即前面提到的「降低水活性」,冷凍室能將細胞之間與內部的水分結凍,使微生物更難活動,但食品本身的氧化活動仍會緩慢地持續進行。

一般來說,在冷藏環境中,蔬果類能保存 1~2 個月、肉類 1~2 週、水產類 5~7 天;冷凍環境下食品通常能保存 1~2 年。但每樣食品的保存期仍會受種類、包裝方式、冷凍方式等因素影響,因此大家還是要仔細閱讀該食品包裝上的保存期限與建議保存方式喔。

食物在冰箱裡發生了什麼事

冰箱會幫我們抑制微生物活動,食物可以看做是進入了一個「靜止」或「慢動作」的狀態,可是為什麼有些生鮮冰過之後,口感會變得軟軟爛爛、或者濕答答呢?究竟,食物們在冰箱裡經歷了什麼?

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詳細說明首段稍微提過的「冷凍」,廚師兼烹飪教材編寫者伊森‧貝克曾在《廚藝之樂:從食材到工序,烹調的關鍵技法與實用食譜》一書中提到,食品的冷凍是一種「鏈式反應」:先凍結細胞與細胞之間的水分,結成冰之後、這些冰會再將細胞內的水分拉出來結凍。

在鏈式反應中,結凍的「速度」與結凍後的食品狀態非常相關,若為急速結凍,細胞之中與之間的水分會結為較不破壞細胞壁的「細微冰晶」;反之,如果結凍時間較長,則會形成針狀的「大晶體」,使食品解凍後的質地較為粗糙。再者,若保存環境的溫度上下波動,冰晶也會在食物中移動(crystal rearrangement),破壞組織、改變口感。

小時候曾經自製冰棒來吃嗎?裡面也有一番冷凍學問喔!

接下來,我們舉一個不少人共同的童年回憶作為例子:把果汁、乳酸菌飲料放到冷凍庫,等結冰後食用的「自製冰棒」。吃過的人有沒有發現,這樣的冰棒到最後總是有味道的飲料部分先被吸光、剩下碎冰的渣子?這是由於水的密度為 1、冰卻只有 0.9,飲料結冰後體積變大,溶質(有味道的部分)被濃縮,間接影響了食物的風味。同樣的,這個狀況也會發生在其他食物、生鮮食品上。

凍結速度會影響所結成的冰晶狀態,進而影響食品口感與風味。圖/kropekk_pl @ pixabay, CC License

不過這些食物被影響的只是風味,只要沒有劣變,便不會造成中毒或致病等食安問題。

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不是所有生鮮食品都該放冰箱

然而,雖然冰箱能協助延長食品的保存期,卻不是所有生鮮食品都適合放入冰箱保存。

「水果是活的,肉品是死的。」這句話是什麼意思?當你把生鮮食品帶回家,它的呼吸作用是否還持續進行,對如何保存來說可是個重要的考量因素。

以水果來說,人們通常在成熟期(Maturation)採收,但最適合食用的階段其實是完熟期(Ripening),完熟期之後則是老化(Aging);例如買回來還帶點綠色的香蕉(成熟),放了一陣子變成黃色時會更好吃(完熟),若來不及食用完畢則可能逐漸腐爛(老化)。而影響這個過程的因子,便包含了該果實的呼吸作用。

香蕉通常在外皮還帶點綠色的成熟期採收,最適合食用的階段則是亮黃色外皮的完熟期。圖/By Scott Webb @ pexel, CC License

果實在採收之後養分輸送與光合作用皆會停止,只剩下呼吸作用維持生命,就如同人類消耗熱量維持生命般,若無養分補充,呼吸速率越高則壽命越短。而部分蔬果如香蕉、梨子、蘋果、番茄等有個共同特性:在成熟期至完熟期時,呼吸作用速率會急速上升,使果實的保存期縮短,故它們又被稱為「更性水果(climacteric fruit)」。

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另一方面,若蔬果還未至達完熟期,低溫儲藏可能會因呼吸作用被抑制,讓它們無法完熟、達到食用風味最佳的狀態,甚至因為代謝不正常而造成冷傷(chilling injury),使水果果皮凹陷、軟腐或產生褐斑。一般來說,熱帶、亞熱帶地區的水果較容易出現冷傷,而冷傷後的水果回到室溫時,因代謝物易從破裂的細胞流出,會更容易腐爛。

因此,如何保存就很重要了。已熟成、在此階段又容易加劇呼吸作用的水果,建議以低溫延長保存期;而果實還未熟成,或是蘋果、柳橙、檸檬等容易因低溫而流失水分的水果,就比較不適合放進冰箱。當然,想要吃到營養而風味佳的水果,還是趁新鮮──耐心等待熟成、且不去挑戰(?)它的保存期──的時候食用最好囉。

洗選蛋、散裝蛋,怎麼保存?

為從源頭預防病菌傳播,農委會於今年初提出的「全面洗選蛋制度」在前陣子興起一波討論。那麼,洗選蛋在保存上,是否有特別需要注意的地方呢?

洗選蛋顧名思義經過了「洗淨」與「挑選」的步驟,除清洗表面細菌外,也會剔除有裂痕或軟殼的蛋 [1]。而根據食藥署的說明,洗選蛋或傳統散裝蛋都應儲存於冰箱中,並建議在兩週內食用完畢。

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不論是洗選蛋或散裝蛋,買回家都要放冰箱。圖/DEZALB@pixabay, CC License

注意冰箱擺設、肉品要煮熟

雖然介紹了冰箱保存食物的原理,我們仍要強調:低溫只能抑制生長但無法消滅食物中的微生物,冰箱只能延長食品保存期、可沒有殺菌的功能啊!而新聞上看到的食品中毒案例,便時常是沒將食物煮熟所導致。

這裡討論的微生物包含寄生蟲、病毒與細菌等,以食品中常見的細菌為例,金黃色葡萄球菌為常見病原菌,通常是因處理人員挾帶此菌而感染,此菌本身不耐熱、但其產生的毒素耐熱(也就是一旦產生毒素,烹煮過後食用仍可能造成食品中毒),在約 6.5℃ 以下的環境不生長,所以千萬要記得以低溫保存。另一種近年來已較少在食安事件中看見的肉毒桿菌則廣泛存在土壤、飼料與食品中,此菌較嗜冷(E 型肉毒桿菌的生長溫度可低至 3.3℃)、厭氧,因此,造成肉毒桿菌中毒的食品通常為真空包裝、食用前又不會經過高溫烹調的「罐頭」。[2]

而歐美國家習慣攝食生菜沙拉,在約 8℃ 環境下最為活躍的李斯特菌便成為他們食物中毒常見的原因。

最後,冰箱的擺設也會影響內部的溫度狀況,若使用傳統舊式冰箱,記得注意出風口不要被存放食品擋住,降低冷卻效果。提醒大家,冰箱容量最好別放超過八分滿,才能讓它發揮最好作用,「冷冰冰」地幫我們保存食物喔!

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泛科學整理、委託製作

參考資料

  1. 詳細規定可參考食藥署目前公布的「生鮮雞蛋品洗選作業指引」草案(非強制)。
  2. 罐頭的製作過程應在食品調理、密封於密閉容器後進行「商業滅菌」,會造成肉毒桿菌中毒的食品應是未完全滅菌的結果。更多罐頭食品的資訊請見〈泡麵和罐頭其實是防腐劑絕緣體!你誤會很久的食物保存二三事〉一文。
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衛生福利部食品藥物管理署_96
65 篇文章 ・ 22 位粉絲
衛生福利部食品藥物管理署依衛生福利部組織法第五條第二款規定成立,職司範疇包含食品、西藥、管制藥品、醫療器材、化粧品管理、政策及法規研擬等。 網站:http://www.fda.gov.tw/TC/index.aspx

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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蓋房子高手?建築業的未來新星:科氏芽孢桿菌——《細菌群像》
麥田出版_96
・2023/03/12 ・1528字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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  • Bacillus cohnii   
  • 科氏芽孢桿菌
  • 形狀:圓
  • 直徑:0.6 至 0.7 微米
  • 前進:使用布滿細胞表面的鞭毛
科氏芽孢桿菌。圖/《細菌群像》。

會產生石灰的細菌

細菌不僅可以用於生產食物或提煉金屬,還可以用來建造橋樑和房屋。

例如科氏芽孢桿菌,這是一種一點都不起眼,但會產生石灰的細菌。它喜歡鹼性的生活環境,像是酸鹼值可達八的馬糞裡。但它也生活在鹼性更強的環境,全世界都有其蹤跡,甚至在歐洲、非洲、南美、土耳其的鹼湖裡,它會利用溶在湖裡的碳酸鹽產生石灰。

此細菌最初是在一九九○年代初期,德國微生物及細胞培養保藏中心的細菌學家在尋找偏好鹼性環境的新菌種時所發現,當時的土壤樣本來自一個鹼性土壤的牧場,裡面還殘留著馬糞。

科氏芽孢桿菌除了能夠忍受酸鹼值超過十二的強鹼,相當於氣味刺鼻的氨水的酸鹼值,還能形成孢子渡過長時間的乾旱期。細菌孢子的特性是具有極強的抵抗力,可以存活數十年或數百年,在特定的條件下甚至超過數百萬年(球形離胺酸芽孢桿菌(→ 78頁)還有發芽的能力。

科氏芽孢桿菌的名字源自於德國細菌學家費迪南.尤利烏斯.科恩(Ferdinand Julius Cohn),細菌學的奠基者,也是一八七二年第一個鑑識出芽孢桿菌屬這種小桿形細菌的學者。

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研發能「自行修復」的混凝土

科氏芽孢桿菌能生活在鹼性環境中,能產生石灰,孢子經過長時間還具有發芽能力。結合這三種特性,令建築業對之產生興趣。一位荷蘭微生物學家專門研究會產生石灰的細菌,並嘗試研發出一種能自行修復的混凝土。

科學家試圖利用科氏芽孢桿菌研發出能自行修復的混凝土。圖/envatoelements

他的做法是將細菌孢子與銨鹽、磷酸鹽及養分混合在一起,封裝於黏土球裡,然後將這粒只有幾公厘大小的顆粒加入強鹼性的混凝土中。混凝土硬化後若一直保持緊密,便無事發生。但如果出現裂縫,開始長時間滲水,細菌孢子就會開始萌發。當細菌繁殖分裂,會消耗添加進去的物質,並不斷產生碳酸鈣填補裂縫。一道幾公釐寬的裂縫,只需數天時間即可修補完畢。

如此一來,科氏芽孢桿菌就可以解決混凝土結構出現裂縫的難題,否則定期必須進行的繁複維修,造成的損失可高達數十億歐元。除此之外,此細菌也能用在保護現存的建築物,在噴塗混凝土或修復液中皆已測試添加此細菌,用在已出現細微裂縫的建築構件上。

不過,此項產品至今尚未成熟,黏土顆粒仍然占據太多空間,進而影響混凝土的穩定性。還有載體材質、養分及混凝土之間的交互作用,以及孢子平均分布與釋放,與石灰形成的速度及過程等等,都還在改良中。如今,研究人員也測試其他能形成石灰的細菌是否適用。不過無論如何,科氏芽孢桿菌可說是混凝土生物修復劑的先鋒。

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科氏芽孢桿菌這類會產生石灰的細菌,現在也運用在其他目的上。一家德國公司利用它來黏走採礦產生的灰塵。方法是將細菌加入培養液裡,灑在布滿灰塵的泥土上,六至四十八小時內就會產生石灰,將灰塵顆粒黏在一起形成砂岩,即固化灰塵。從前為了抑制灰塵,礦業公司必須使用大量的水,如今,藉由細菌的幫忙,就可以省下這些水了。

——本文摘自《細菌群像:50種微小又頑強,帶領人類探索生命奧祕,推動科學前進的迷人生物》,2023 年 3 月,麥田出版,未經同意請勿轉載。

麥田出版_96
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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。

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高效率生存!生物界的空間利用大師:遍在遠洋桿菌——《細菌群像》
麥田出版_96
・2023/03/11 ・1874字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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  • Candidatus Pelagibacter ubique 
  • 遍在遠洋桿菌
  • 外觀:通常如月牙般略彎之小桿 
  • 長:0.37 至 0.89 微米 寬: 0.12 微米至 0.20 微米
遍在遠洋桿菌。圖/《細菌群像》。

高效率利用生存空間

假使將我們肚裡大腸桿菌的體型比作兔子,遍在遠洋桿菌的體型就如同小老鼠。這種無所不在的海洋細菌不只是能獨立生存的細菌中體積最小的[1],可能也是全世界最有效率也最成功的生物。每公升的海水裡,就有數以百萬計這種細菌,據推測,遠洋桿菌屬的總菌量在地球上高達 1027 至 1028,這個數目是宇宙中目前可觀測到之恆星數量的十萬至一百萬倍。

但這種細菌所創下的紀錄不只這項: 海水所含養分非常貧乏,微生物要生存,就必須主動將所需養分分子輸送進細胞內部。這會消耗能量,最後也一定會有所剩餘。遍在遠洋桿菌則生活在極限邊緣:擁有正好足夠其吸收養分及生長繁殖所需的能量,剛剛好,不多也不少。

遍在遠洋桿菌可說是生物界的空間利用大師,其用來維持新陳代謝和繁殖的胞內空間,少到令人難以想像。細胞內三分之二的空間用於新陳代謝,剩下的三分之一被遺傳物質占滿。在小小的空間裡備有感應系統,能偵測含碳、氫、鐵化合物及光線的位置,擁有必要的運輸系統,以及一切所需的酵素,能自行生產二十種維持生命不可或缺的胺基酸。

體積若是再小,就只能放棄全部或部分的新陳代謝。例如,更小的病毒基本上就是壓縮緊密的基因,會侵入其他生物的細胞中,將別人的新陳代謝系統據為己用。

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如果養分充足,細胞內無須再具備持家基因,生活在這種環境的細菌或古菌的確可以小過遍在遠洋桿菌。例如生殖道黴漿菌(Mycoplasma genitalium),這是一種對人類致病的病原體,會在尿道、子宮等黏膜造成感染,體積僅有三百乘以六百奈米左右,但無法獨立生存[2]。二○一五年有學者聲稱在地下水裡發現更小的細菌,但直至今日為止尚未能成功培養,因此學界相當懷疑是否真實存在。

精簡而高效的演化結果

此外,遍在遠洋桿菌的維生機制,效率也出奇地高。它只有一百三十萬組鹼基對,共含約一千四百個基因,是至今已知可獨立生存的物種中最少的。沒有任何多餘的東西,只有必要的配置。甚至連遺傳密碼,也似乎為了減少能量消耗而有過最佳化的調整。

一如其他生物,遠洋桿菌的遺傳密碼由四種鹼基 A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鳥嘌呤)、T(胸腺嘧啶)所組成。但比起其他細菌,遠洋桿菌裡 A 與 T 出現較為頻繁,此點便是出於效能,因為 C 與 G 含有較多的氮(而這在海水中是稀有元素),製造起來較為困難,如同人們以盡可能節省墨水的方式寫作一樣。

遍在遠洋桿菌在其所屬的立克次體目裡,算是特異獨行的一支。因為除了它之外,所有立克次體目的細菌,都必須在其他生物細胞內才能存活,其中也有不少病原菌,例如普氏立克次體菌,流行性斑疹傷寒的病原菌,透過蝨子傳染。

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生物學家研究遍在遠洋桿菌並不只因為其驚人的能源效能和基因體的構造,對生態而言,它也相當重要。因為所有遠洋桿菌加起來的重量,比全球海洋魚類總重量還要多,且占有海洋細菌生物量的四分之一;在溫暖的夏季,甚至可能高達二分之一。由於它的主要食物來自死亡生物殘留下來的可溶性有機物,因此在地球的碳循環上,也扮演一個重要的角色。

遍在遠洋桿菌加起來的重量,比全球海洋魚類總重量還要多。圖/envatoelements。

由於數量實在太龐大,因此也容易引起敵人的覬覦:至今已知有數種病毒,會侵占並消滅此種細菌。

遲至二○○二年,人們才知道遍在遠洋桿菌的存在。在那之前,人們只認得它的 rRNA(核糖體核糖核酸)序列,是一九九○年研究人員在北大西洋馬尾藻海的海水樣本裡所發現。這也是首批運用當時最新的序列鑑定方法檢測到的細菌之一,但當時無法成功地培養出來。最後研究人員用了養分很低的培養基,以及高度稀釋的樣本,並添加一種能附著在核糖體上的染劑用以判別才成功。

註解

  • [1] 審定注:一些寄生型細菌和古菌更小。
  • [2] 審定注:該菌倚賴人類細胞裡的現成養分存活。

——本文摘自《細菌群像:50種微小又頑強,帶領人類探索生命奧祕,推動科學前進的迷人生物》,2023 年 3 月,麥田出版,未經同意請勿轉載。

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