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藏在柔軟有彈性麵包裡的魔鬼「溴酸鉀」

行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2017/12/22 ・2385字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

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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。

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去年(2016),印度科學與環境中心檢驗出香噴噴的麵包中含有被列為 2B 類致癌物的「溴酸鉀」。示意圖,非檢驗麵包。圖/Pexel BY CC0 License

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: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)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。

麩脘(黃色球球)是一種醇溶蛋白(Prolamin,prolamina是西班牙文),在麵粉和水後會協助穀蛋白(Glutenin,glutenina是西班牙文)與氧氣反應,最後它們會糾結在一起變成麩質(Gluten)。 圖/ Marinasauri @ wikimedia, CC BY-SA 4.0

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。

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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。

溴酸鉀化學式及外觀。 左圖/ Asawarraich @ wikimedia BY CC0 右圖/ Ondřej Mangl @ wikimedia BY CC0

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!

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參考資料

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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
52 篇文章 ・ 10 位粉絲
行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/

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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。

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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)」!

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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。

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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)。

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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。

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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。

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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!

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小麥麵團可以任我們搓圓捏扁,其實跟小麥蛋白質很有關係!——《麵的科學》
晨星出版
・2020/07/08 ・2983字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

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  • 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。

任由我們揉捏的麵糰。圖/pixabay

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。

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表 1-1 奧斯本的分餾法。圖/晨星出版提供

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

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  • 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。

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含量(質量%)
麩胺酸 34.7
脯胺酸 11.8
絲胺酸 4.4
天門冬胺酸 3.7
甘胺酸 3.4
精胺酸 3.1
丙胺酸 2.6
蘇胺酸 2.4
離胺酸 1.9
芳香族胺基酸 11.0
含硫胺基酸
(branched-chain amino acid)
4.1
支鏈胺基酸
(ammonia)
13.1
3.8
合計 100

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。

麥穀蛋白的構造。圖/晨星出版提供

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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。

麥穀蛋白的構造。圖/晨星出版提供

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。

麥穀蛋白的構造。圖/晨星出版提供

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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。

我是一坨充分揉和的小麥麵團。圖/晨星出版提供

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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。

因為交聯效應而聚合體化(macropolymer)示意圖。圖/晨星出版提供

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」。

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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

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Subway 麵包裡有鞋底成分,純屬標題殺人
果殼網_96
・2014/02/20 ・2151字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

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。

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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。

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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。

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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。

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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

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