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丙烯醯胺是如何生成的?哪些食物含量最多?——丙烯醯胺大揭密(上)

社團法人台灣國際生命科學會_96
・2018/07/12 ・2818字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 587 ・九年級

  • 文/葉安義│台灣大學食品科技研究所特聘教授

食物加熱處理有很多優點,除了能降低有害的微生物,也能增添食物的色香味並改善質地。然而,高溫加熱的過程中也可能產生一些危害健康的物質,「丙烯醯胺」就是時下最熱門的例子之一。歐盟 2017 年 11 月已正式立法,強制要求降低食品中丙烯醯胺含量至最新基準值或更低,並於 2018 年 4 月開始執行。

本期 ILSI Taiwan 專欄邀請台灣大學食品科技研究所葉安義特聘教授撰文,從丙烯醯胺的毒性與其暴露風險談起,探討影響丙烯醯胺於食品中含量高低的三大因素與形成機制,並以國內調查資料為依據,整理出丙烯醯胺含量較高的食品類別,對於高丙烯醯胺含量的食品類別,消費者應如何看待?

丙烯醯胺──留校察看的 2A 級致癌物

歐盟自 2003-2007 年進行「加熱後食品毒性物質計畫(Heatox Project)」,針對丙烯醯胺等關注物質進行鑑定、評估風險,與探討降低風險的可行方法。除了本文欲探討的丙烯醯胺(Acrylamide)之外,還有呋喃、羥甲基糠醛、脂質氧化產生的自由基等約 52 種關注物質。

世界衛生組織國際癌症研究中心(IARC)1994 年將丙烯醯胺列為 2A 級致癌物,代表此類物質於動物實驗中被證實具致癌性,但流行病學上尚未被證實對人體有致癌性,只能說它對人體「可能」有致癌風險。丙烯醯胺的神經毒性是目前唯一比較明確且具有人類流行病學數據基礎的研究,但依現有數據看來,一般消費者的暴露量尚不足以致病。關於丙烯醯胺的代謝過程與毒性,國家衛生研究院國家環境毒物研究中心已摘錄丙烯醯胺毒性資料供大眾參閱。

來自聚合物「聚丙烯醯胺」的丙烯醯胺

丙烯醯胺在工業上的應用大部分是它的高分子聚合物「聚丙烯醯胺(Polyacrylamide)」,其黏稠的特性使它常被用於特定工業,包括水處理、鑽油、造紙與礦冶業,其他的應用還有水泥漿、染料、化妝品、塑膠(含食品包裝)、滲透膜、隱形眼鏡和紡織品等。雖然聚丙烯醯胺本身不具健康風險,但其所含非常微量的丙烯醯胺小分子會經由皮膚接觸或空氣吸入,可能對健康造成危害。因此,對於工廠人員與附近居民而言,丙烯醯胺成為上述工業與環境安全需要監測的指標之一。

由於聚丙烯醯胺會與水中固體物質結合,使飲水中不需要的物質容易被過濾或移除,也常被當作飲用水的水質處理藥劑使用,因此飲用水中也有微量的丙烯醯胺。世界衛生組織在飲用水水質準則中,對丙烯醯胺的標準值訂為 0.5 微克/公升,此濃度表示消費者終生飲用均可接受的風險。

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歐盟則規定飲用水中的濃度為 0.1 微克/公升。我國行政院環境保護署則是採用與美國、日本相同的源頭管理,將聚丙烯醯胺列為飲用水可使用水質處理藥劑之一,其最高添加劑量為 1 毫克/公升,而所含丙烯醯胺的最高限量則規定為 500 ppm。

高溫、低水分、澱粉原料,丙烯醯胺在食物中生成的三大要素

2002 年瑞典科學家 Tareke 等人首次發現,澱粉類食品經高溫加熱後會產生丙烯醯胺,故呼籲國際間將其列為重要議題並進行追蹤與合作。經過許多國家不同科學家們的重複試驗發現,雖然在低溫或高水分的蔬果食品也曾檢測出丙烯醯胺,但目前公認 120℃ 以上的調理(包括油炸、烘焙、炙烤、煎炒、工廠加工)與低水分含量,是食品中產生丙烯醯胺的其中兩個重要因素。

一般認為食品中丙烯醯胺的生成機制主要是透過「梅納反應(Maillard reaction)」,簡單地說就是澱粉分解後產生糖類與胺基酸的化學反應,主要反應物為天門冬醯胺(Asparagine)這個特別的胺基酸與還原糖(如:葡萄糖、果糖、半乳糖)或其含有羰基的類似物。

研究顯示,常見的含澱粉類原料搭配上述易產生丙烯醯胺的兩個重要因素之下,馬鈴薯的丙烯醯胺生成量最多,而若將米、小麥、玉米三種穀類原料進行比較時,在相同的加熱環境下,米的丙烯醯胺生成量最低。因此,食品中產生丙烯醯胺的第三個重要因素就是食品中原料的組成。

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高溫、低水分、澱粉原料,是食物中會出現丙烯醯胺的三大要素。圖/wow_pho@pixabay

高丙烯醯胺含量的食品有哪些?

目前國際間普遍認為,除了香菸煙霧外,食品是一般大眾暴露丙烯醯胺的最大來源。先進國家多年來已針對各類食品進行丙烯醯胺含量的監測,並依其國人的膳食攝取量進行風險評估,以供消費者改善飲食習慣降低暴露丙烯醯胺的參考。

我國於 2003 年起,以食物分類逐步調查市售產品的丙烯醯胺含量。調查結果顯示,禽肉、家畜與水產類等主成分為蛋白質的食品以及蔬果類食品,在偵測極限為 10 ppb 的條件下,幾乎都偵測不到丙烯醯胺;以清蒸、水煮等方式製備的食品,如:白米飯、白麵條(經過烘烤過程的麵條不在此類之中)與真空油炸的薯條也未偵測出丙烯醯胺。有檢測出丙烯醯胺的食品類別為:油炸或烘烤的澱粉類產品,如:五穀根莖類(馬鈴薯產品為最)、點心零食類及堅果類(杏仁果為最)。

將上述結果與西方國家的調查數據相比後發現,在西方國家中,洋芋片、薯條(無論是炸或烤的)、馬鈴薯可樂餅、咖啡與咖啡代用品(來自穀物或菊苣根)皆屬高含量丙烯醯胺食品(≧ 300 微克/公斤),在國內洋芋片與薯條亦屬於高含量的食品。

西方國家點心零食類中,以餅乾(biscuit)、脆餅(cracker)、脆麵包(crisp bread)與軟式麵包(soft bread)等丙烯醯胺的含量較高,國內除了軟式麵包丙烯醯胺含量較低以外,其他數據趨勢皆與之類似,推測軟式麵包的差異可能是烘焙溫度或配方的差異所造成。

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另外國內特有的食品如:油條、麵茶、黑糖與其調味產品,以及紅糖、冬瓜糖等黑糖類似產品的丙烯醯胺含量皆屬於較高的類別。黑糖雖然不是澱粉類,但其原料通常含有醣類與游離胺基酸,在熬煮過程中,有機會增加還原糖的生成,這是黑糖製成後其丙烯醯胺含量也較高的原因。

對丙烯醯胺含量高的食品需留意 ,但不必過度恐慌

過去曾有國內媒體熱烈報導黑糖中丙烯醯胺含量較高的議題,部分偏頗內容引起軒然大波,造成國人的恐慌與相關產業莫大的損失。作為理性的消費者,對於高丙烯醯胺含量的食品類別固然需提高警覺,但若不是當作主食類,或非經常吃的食品,由於攝取量並不高,就無需擔心。

看待「食安問題」,誠如這篇文章中提到的,除了需取得食品中丙烯醯胺的含量(濃度或毒性)之外,還需知道該食品的攝取量(劑量),兩者相乘後才是丙烯醯胺的攝入總量(膳食暴露量),兩者缺一不可。

雖然食品類別與變化繁多,只要我們把握前段所敘述的三個重要因素,就是我們辨識高含量丙烯醯胺產品的最佳線索。此外,關於國內部分高丙烯醯胺含量的食品,近年來降低其丙烯醯胺含量的努力已收到效果,將為消費者帶來新的選擇,實是消費者的一大福音!

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  • 未完待續,關於國人丙烯醯胺膳食暴露情形以及降低丙烯醯胺膳食暴露對策,將於下篇分曉!

本文轉載自 ILSI Taiwan 專欄 2018 年 1 月號,原標題為「你知道食品高溫加熱暗藏的危機嗎?認識丙烯醯胺(上)」。

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社團法人台灣國際生命科學會_96
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創會於2013年,這是一個同時能讓產業界、學術界和公領域積極交流合作及凝聚共識的平台。期望基於科學實證,探討營養、食品安全、毒理學、風險評估以及環境的議題,尋求最佳的科學解決方法,以共創全民安心的飲食環境。欲進一步了解,請至:ww.ilsitaiwan.org

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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如何靠溫度控制做出完美的料理?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/06/21 ・2766字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 Panasonic 委託,泛科學企劃執行。 

炸雞、牛排讓你食指大動,但別人做的總是比較香、比較好吃?別擔心,只要掌握關鍵參數,你也可以做出完美料理!從炸雞到牛排,烹調的關鍵就在於溫度的掌控。讓我們一起揭開這些美食的神秘面紗,了解如何利用科學的方法,做出讓人垂涎三尺的料理。

美味關鍵 1:正確油溫

炸雞是大家喜愛的美食之一,但要做出外酥內嫩的炸雞,關鍵就在於油溫的掌控。炸雞的油溫必須維持在 160 到 180℃ 之間。當你將炸雞放入熱油中,食物的水分會迅速蒸發,形成氣泡,這些氣泡能夠保證你的炸雞外皮酥脆而內部多汁。

水的沸點是 100℃,當麵衣中的水分接觸到 160℃ 的熱油時,會迅速汽化成水蒸氣。這個過程不僅讓麵衣變得酥脆,也能防止內部的雞肉變得乾柴。

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如果油溫過低,麵衣無法迅速變得酥脆,水分和油脂會滲透到食物中,使炸雞變得油膩。而如果油溫過高,水分會迅速蒸發,使麵衣變得過於硬或甚至燒焦。

油炸時,麵衣水分會快速汽化。圖/截取自泛科學 YT 頻道

美味關鍵 2:焦糖化與梅納反應

另一道美味的料理——牛排。無論是煎牛排還是炒菜,高溫烹調都會帶來令人垂涎的香氣,這主要歸功於焦糖化反應和梅納反應。

焦糖化反應是指醣類在高溫下發生的非酵素性褐變反應,這個過程會產生褐色物質和大量的風味分子,讓食物變得更香。而梅納反應則是指醣類與氨基酸在高溫下發生的反應,這個過程會產生複雜的風味分子,使牛排的色澤和香氣更加迷人。

要啟動焦糖化反應和梅納反應的溫度,至少要在 140℃ 以上。如果溫度過低,無法啟動這些反應,食物會顯得平淡無味。

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焦糖畫反應。圖/截取自泛科學 YT 頻道


焦糖化反應與梅納反應。圖/截取自泛科學 YT 頻道

油溫與健康

油溫不僅影響食物的風味,也關係到健康。不能一昧地升高油溫,因為每種油都有其特定的發煙點,即開始冒煙並變質的溫度。當油溫超過發煙點,會產生有害物質,如致癌的甲醛、乙醛等。因此,選擇合適的油並控制油溫,是保證烹調健康的關鍵。

說了這麼多,但是要怎麼控制溫度呢?

各類油品發煙點 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

科學的溫度控制

傳統電磁爐將溫度計設在爐面下,透過傳導與熱電阻來測溫,Panasonic 的 IH 調理爐則有光火力感應技術,利用紅外線的 IR Sensor 來測溫,不用再等熱慢慢傳導至爐面下的溫度計,而是用紅外線穿透偵測鍋內的溫度,既快速又精準。

而且因為紅外線可以遠距離量測,如果甩鍋炒菜鍋子離開爐面,也能持續追蹤動態。不會立即斷開功率關掉,只要鍋子放回就會繼續加熱,效率不打折。

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好的溫度感測還要搭配好的溫度控制,才能做出一流的料理。日本製的 Panasonic IH 調理爐,將自家最自豪的 ECONAVI 技術放進了 IH 爐中。有 ECONAVI 的冷氣能完美控制你的室溫,有 ECONAVI 的 IH 調理爐則能為你的料理完美控溫。

有 ECONAVI 的 IH 爐不只省能源、和瓦斯爐相比減少碳排放,更為料理加分。前面說了溫度就是一切的關鍵,但是當我們將食材投到熱鍋中,鍋中的溫度就會瞬間下降,打亂物理與化學反應的節奏,阻止我們為料理施加美味魔法。

所以常常有好的廚師會告訴我們食物要分批下,避免溫度產生太大變化。Panasonic IH 調理爐,只要透過 IR Sensor 一偵測到溫度下降,就能馬上知道有食材被投入並立刻加強火力,讓梅納反應與焦糖化反應能持續發揮變化。而當溫度回到設定溫度,Panasonic IH 調理爐也會馬上將火力轉小,透過電腦 AI 的迅速反應,掌握溫度在最完美區間不劇烈起伏。

不僅保證美味關鍵,更不用擔心油溫超過發煙點而導致油品變質,讓美味變得不健康。

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透過 IR Sensor 精準測溫並提升火力。圖/截取自泛科學 YT 頻道
IH 調理爐完美控溫 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

舒適的烹飪環境

最後,IH 爐還有一個大優點。相比於瓦斯爐,因為沒有使用明火,加熱都集中在鍋具。料理過程更安全,同時使用者也不會被火焰的熱氣搞得心煩意亂、汗流浹背,在廚房也能過得很舒適。而且因為熱能集中,浪費的能源也更少。

因為沒有使用明火,料理過程安全又舒適。圖/截取自泛科學 YT 頻道
Panasonic IH調理爐火力精準聚集在鍋內。圖/Panasonic提供

為了更多的功能、更好的效能,我們早已逐步從傳統按鍵手機換成智慧型手機。一樣的,在廚房內,如果你想輕鬆做出好料理,同時讓烹飪的過程舒適愉快又安全。試試改用 Panasonic IH 爐,一起享受智慧廚房的新趨勢吧!👉 https://pse.is/649gm5

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丙烯醯胺是如何生成的?哪些食物含量最多?——丙烯醯胺大揭密(上)
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食物加熱處理有很多優點,除了能降低有害的微生物,也能增添食物的色香味並改善質地。然而,高溫加熱的過程中也可能產生一些危害健康的物質,「丙烯醯胺」就是時下最熱門的例子之一。歐盟 2017 年 11 月已正式立法,強制要求降低食品中丙烯醯胺含量至最新基準值或更低,並於 2018 年 4 月開始執行。

本期 ILSI Taiwan 專欄邀請台灣大學食品科技研究所葉安義特聘教授撰文,從丙烯醯胺的毒性與其暴露風險談起,探討影響丙烯醯胺於食品中含量高低的三大因素與形成機制,並以國內調查資料為依據,整理出丙烯醯胺含量較高的食品類別,對於高丙烯醯胺含量的食品類別,消費者應如何看待?

丙烯醯胺──留校察看的 2A 級致癌物

歐盟自 2003-2007 年進行「加熱後食品毒性物質計畫(Heatox Project)」,針對丙烯醯胺等關注物質進行鑑定、評估風險,與探討降低風險的可行方法。除了本文欲探討的丙烯醯胺(Acrylamide)之外,還有呋喃、羥甲基糠醛、脂質氧化產生的自由基等約 52 種關注物質。

世界衛生組織國際癌症研究中心(IARC)1994 年將丙烯醯胺列為 2A 級致癌物,代表此類物質於動物實驗中被證實具致癌性,但流行病學上尚未被證實對人體有致癌性,只能說它對人體「可能」有致癌風險。丙烯醯胺的神經毒性是目前唯一比較明確且具有人類流行病學數據基礎的研究,但依現有數據看來,一般消費者的暴露量尚不足以致病。關於丙烯醯胺的代謝過程與毒性,國家衛生研究院國家環境毒物研究中心已摘錄丙烯醯胺毒性資料供大眾參閱。

來自聚合物「聚丙烯醯胺」的丙烯醯胺

丙烯醯胺在工業上的應用大部分是它的高分子聚合物「聚丙烯醯胺(Polyacrylamide)」,其黏稠的特性使它常被用於特定工業,包括水處理、鑽油、造紙與礦冶業,其他的應用還有水泥漿、染料、化妝品、塑膠(含食品包裝)、滲透膜、隱形眼鏡和紡織品等。雖然聚丙烯醯胺本身不具健康風險,但其所含非常微量的丙烯醯胺小分子會經由皮膚接觸或空氣吸入,可能對健康造成危害。因此,對於工廠人員與附近居民而言,丙烯醯胺成為上述工業與環境安全需要監測的指標之一。

由於聚丙烯醯胺會與水中固體物質結合,使飲水中不需要的物質容易被過濾或移除,也常被當作飲用水的水質處理藥劑使用,因此飲用水中也有微量的丙烯醯胺。世界衛生組織在飲用水水質準則中,對丙烯醯胺的標準值訂為 0.5 微克/公升,此濃度表示消費者終生飲用均可接受的風險。

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歐盟則規定飲用水中的濃度為 0.1 微克/公升。我國行政院環境保護署則是採用與美國、日本相同的源頭管理,將聚丙烯醯胺列為飲用水可使用水質處理藥劑之一,其最高添加劑量為 1 毫克/公升,而所含丙烯醯胺的最高限量則規定為 500 ppm。

高溫、低水分、澱粉原料,丙烯醯胺在食物中生成的三大要素

2002 年瑞典科學家 Tareke 等人首次發現,澱粉類食品經高溫加熱後會產生丙烯醯胺,故呼籲國際間將其列為重要議題並進行追蹤與合作。經過許多國家不同科學家們的重複試驗發現,雖然在低溫或高水分的蔬果食品也曾檢測出丙烯醯胺,但目前公認 120℃ 以上的調理(包括油炸、烘焙、炙烤、煎炒、工廠加工)與低水分含量,是食品中產生丙烯醯胺的其中兩個重要因素。

一般認為食品中丙烯醯胺的生成機制主要是透過「梅納反應(Maillard reaction)」,簡單地說就是澱粉分解後產生糖類與胺基酸的化學反應,主要反應物為天門冬醯胺(Asparagine)這個特別的胺基酸與還原糖(如:葡萄糖、果糖、半乳糖)或其含有羰基的類似物。

研究顯示,常見的含澱粉類原料搭配上述易產生丙烯醯胺的兩個重要因素之下,馬鈴薯的丙烯醯胺生成量最多,而若將米、小麥、玉米三種穀類原料進行比較時,在相同的加熱環境下,米的丙烯醯胺生成量最低。因此,食品中產生丙烯醯胺的第三個重要因素就是食品中原料的組成。

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高溫、低水分、澱粉原料,是食物中會出現丙烯醯胺的三大要素。圖/wow_pho@pixabay

高丙烯醯胺含量的食品有哪些?

目前國際間普遍認為,除了香菸煙霧外,食品是一般大眾暴露丙烯醯胺的最大來源。先進國家多年來已針對各類食品進行丙烯醯胺含量的監測,並依其國人的膳食攝取量進行風險評估,以供消費者改善飲食習慣降低暴露丙烯醯胺的參考。

我國於 2003 年起,以食物分類逐步調查市售產品的丙烯醯胺含量。調查結果顯示,禽肉、家畜與水產類等主成分為蛋白質的食品以及蔬果類食品,在偵測極限為 10 ppb 的條件下,幾乎都偵測不到丙烯醯胺;以清蒸、水煮等方式製備的食品,如:白米飯、白麵條(經過烘烤過程的麵條不在此類之中)與真空油炸的薯條也未偵測出丙烯醯胺。有檢測出丙烯醯胺的食品類別為:油炸或烘烤的澱粉類產品,如:五穀根莖類(馬鈴薯產品為最)、點心零食類及堅果類(杏仁果為最)。

將上述結果與西方國家的調查數據相比後發現,在西方國家中,洋芋片、薯條(無論是炸或烤的)、馬鈴薯可樂餅、咖啡與咖啡代用品(來自穀物或菊苣根)皆屬高含量丙烯醯胺食品(≧ 300 微克/公斤),在國內洋芋片與薯條亦屬於高含量的食品。

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西方國家點心零食類中,以餅乾(biscuit)、脆餅(cracker)、脆麵包(crisp bread)與軟式麵包(soft bread)等丙烯醯胺的含量較高,國內除了軟式麵包丙烯醯胺含量較低以外,其他數據趨勢皆與之類似,推測軟式麵包的差異可能是烘焙溫度或配方的差異所造成。

另外國內特有的食品如:油條、麵茶、黑糖與其調味產品,以及紅糖、冬瓜糖等黑糖類似產品的丙烯醯胺含量皆屬於較高的類別。黑糖雖然不是澱粉類,但其原料通常含有醣類與游離胺基酸,在熬煮過程中,有機會增加還原糖的生成,這是黑糖製成後其丙烯醯胺含量也較高的原因。

對丙烯醯胺含量高的食品需留意 ,但不必過度恐慌

過去曾有國內媒體熱烈報導黑糖中丙烯醯胺含量較高的議題,部分偏頗內容引起軒然大波,造成國人的恐慌與相關產業莫大的損失。作為理性的消費者,對於高丙烯醯胺含量的食品類別固然需提高警覺,但若不是當作主食類,或非經常吃的食品,由於攝取量並不高,就無需擔心。

看待「食安問題」,誠如這篇文章中提到的,除了需取得食品中丙烯醯胺的含量(濃度或毒性)之外,還需知道該食品的攝取量(劑量),兩者相乘後才是丙烯醯胺的攝入總量(膳食暴露量),兩者缺一不可。

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雖然食品類別與變化繁多,只要我們把握前段所敘述的三個重要因素,就是我們辨識高含量丙烯醯胺產品的最佳線索。此外,關於國內部分高丙烯醯胺含量的食品,近年來降低其丙烯醯胺含量的努力已收到效果,將為消費者帶來新的選擇,實是消費者的一大福音!

  • 未完待續,關於國人丙烯醯胺膳食暴露情形以及降低丙烯醯胺膳食暴露對策,將於下篇分曉!

本文轉載自 ILSI Taiwan 專欄 2018 年 1 月號,原標題為「你知道食品高溫加熱暗藏的危機嗎?認識丙烯醯胺(上)」。

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社團法人台灣國際生命科學會_96
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創會於2013年,這是一個同時能讓產業界、學術界和公領域積極交流合作及凝聚共識的平台。期望基於科學實證,探討營養、食品安全、毒理學、風險評估以及環境的議題,尋求最佳的科學解決方法,以共創全民安心的飲食環境。欲進一步了解,請至:ww.ilsitaiwan.org

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為什麼咖啡、焙茶、烤吐司都很香?關鍵在於烘烤過程產生的「梅納反應」!——《飲食的香氣科學》
麥浩斯
・2022/10/07 ・2486字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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為何加熱後會産生香氣?

透過加熱會產生梅納反應和焦糖化反應。

加熱烹調如炒、烤、煮可產生香氣,而且可能產生新的風味。這個現象和透過梅納反應或焦糖化反應(見本書 P107)去生成香氣息息相關。

  • 梅納反應

梅納反應是糖和胺基化合物的化學反應,1912 年時由法國科學家 Maillard(梅納)所提出故得名。當用平底鍋煎烤肉或魚,或者用烤麵包機烤吐司時,食材會變成褐色並散發出好聞的焦香味,這些現象都與梅納反應有關。

因梅納反應作用,烤過的吐司會變成褐色,並散發出焦香味。圖/Pixabay
  • 因原料和温度不同,會產生各種香氣

雖然統稱為梅納反應,但因食材中所含的胺基酸和糖的種類以及加熱時的溫度不同,所產生的香氣分子類型也會不同。例如,胺基酸的一種「白胺酸」和糖所產生的化學反應裡,用 100°C 加熱時會產生香甜如巧克力般的香味,而用 180°C 加熱時則會產生烤起司般的香味。

而另外一種胺基酸「纈胺酸」在 100°C 時會產生如裸麥麵包的香味,而在 180°C 時則會產生高刺激性的巧克力般香氣。實際上食物中不僅僅含有一種胺基酸,而有各式各樣的種類,因此加熱時產生的香氣範圍相當廣泛。其複雜的香氣造就了食物新鮮出爐時的美味。

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  • 醬油和味噌

梅納反應雖然較容易在高溫下發生,但其實也可在長時間的低溫下發生。例如日本料理的經典調味料醬油和味噌便是很好的例子。這兩者的褐變及香氣的生成與熟成過程中的梅納反應有關。此外,使用醬油和味噌去烹調可更容易引起梅納反應。

在烹調時加入味噌,更容易引起梅納反應。圖/維基百科
  • 香氣的原理

一些研究顯示,梅納反應所產生的氣味甚至與食物的美味及濃郁度有關。此外,近年來有一些非常有意思的研究也顯示梅納反應產生的香氣會影響人體的自律神經系統,活化副交感神經,具有緩解焦慮或緊張的情緒和使人放鬆心情的可能性。

圍繞著火爐烤肉之所以會讓參加者感到放鬆和和諧的氣氛,說不定就是受到了加熱香氣的影響呢。

咖啡豆、焙茶為何聞起來那麼香?

烘烤會使成分產生變化,產生造就美味的關鍵香氣。

  • 什麼是烘烤

「烘烤(Roast)」是不使用油脂等介質,用乾煎去加熱的方法,除了減少水分改變口感外,運用此手法的目的多為希望藉著加熱去產生新風味。例如,烘烤過程中產生的香氣在創造咖啡和焙茶的美味上就扮演了重要的角色。

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  • 咖啡香氣的變化

咖啡是世界三大飮品之一,在世界各地擁有合適氣候和地理條件的許多地方都有栽種。咖啡的魅力來自於其複雜的香氣和風味,目前已在咖啡中發現了超過 800 種的香氣分子。

咖啡豆在未經烘烤前,並不會有「咖啡香」圖/Pexels

各種咖啡生豆品種和不同產地間的成分差異顯而易見,但在烘烤前,就算是再知名產區的生豆也不會有 「咖啡香」 。親身嘗試過實戰體驗 4(見本書 P41)的讀者應該能體會到。通過烘烤,生豆中所含的脂質、碳水化合物、蛋白質、綠原酸、咖啡因、葫蘆巴鹼等成分會產生變化並確立香氣的特徵。

在淺焙階段會產生醋酸等淸爽的風味,但隨著烘烤程度加重,經過前頁所提到的梅納反應所產生的呋喃類的甜香會隨之增加,同時會產生酚類的煙燻香氣以及吡類的烘烤香氣(芳香偏焦的香氣),創造出濃厚的風味。即便是使用相同條件的生豆,因烘烤程度不同,香氣也可能大不相同。

  • 棒茶香氣的變化

焙茶也是可品嘗到烘烤香氣的飮品。與咖啡一樣,焙茶中含有吡類和呋喃類等香氣成分。

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焙茶當中,發源自石川縣金澤市的「棒茶」香氣濃郁,以石川縣為中心廣受歡迎。其最大特點是,它不像普通的焙茶用茶葉來製作,而是烘烤茶莖所製成。

棒茶(bōchaKukicha)最大特點為烘烤茶莖製成。圖/維基百科

棒茶香氣的分析報告顯示,其香氣濃烈的秘密就來自於莖。比較葉和莖的胺基酸含量後發現,莖的含量是葉子的 1.5 倍。因此,梅納反應較旺盛,可產生很多吡類的分子。讓「棒茶」香氣逼人的秘密就在於胺基酸。此外,棒茶還含有香葉醇和芳樟醇等花香調的香氣。厚實的烘烤香氣搭配花香造就了棒茶迷人的香味。

葡萄糖與各種胺基酸以 100°C 加熱時所產生的香氣:

胺基酸種類香氣類型
麩醯胺酸巧克力般的香氣
甘胺酸焦糖般的香氣
丙胺酸啤酒般的香氣
絲胺酸楓糖糖漿般的香氣
甲硫胺酸馬鈴薯般的香氣
脯胺酸玉米般的香氣
將葡萄糖與各種胺基酸以 100°C 時加熱,產生出不同的香氣。由於食材中含有多種胺基酸,故會產生複雜的香氣。表/作者參考〈梅納反應及風味的生成〉之內容所製成。

——本文摘自《飲食的香氣科學:從香味產生的原理、萃取到食譜應用,認識讓料理更美味的關鍵香氣與風味搭配》,2022 年 8 月,麥浩斯,未經同意請勿轉載。

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