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米粥麻糬麵包洋芋片,從黏膩到酥脆,澱粉風貌百變的秘密是什麼?──《口感科學》

大雁出版基地_96
・2018/12/30 ・2392字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 518 ・六年級

來自植物的兩種澱粉

澱粉是廚房裡的經典材料,最常用的增稠劑之一。在植物體內,澱粉以碳水化合物的形式儲存能量,主要集中在種子和可食根部,例如稻米、小麥、玉米和馬鈴薯。在全人類攝入的總熱量中,澱粉佔了約 50%。澱粉由直鏈澱粉支鏈澱粉這兩種多醣類構成,兩者整齊緊密地聚結在一起,在植物組織裡形成小的澱粉粒。不同種類植物裡的澱粉粒大小和形狀各異,稻米裡的通常很小(直徑約 5 微米);而小麥裡的大些(20 微米);馬鈴薯的澱粉粒則更大(30∼50 微米)。

構成澱粉的兩種多醣:直鏈澱粉(左)和支鏈澱粉(右)。圖/出版社提供

澱粉粒外圍包覆著多種蛋白質,這些蛋白質可以和水結合,而它們的性質決定了澱粉的吸水力和抵抗酵素作用的能力。低溫環境中,蛋白質含量高的澱粉比含量較低的容易吸水。蛋白質與水結合之後,澱粉粒之間會相互黏結,澱粉就沒辦法再吸收更多水,這也就是為什麼蛋白質含量高的澱粉特別容易結塊。

電子顯微鏡下生馬鈴薯的澱粉(左)和煮熟馬鈴薯的澱粉(右)。生馬鈴薯裡的澱粉粒直徑通常介於 30~50 微米, 煮熟後會因吸水而崩解,形成澱粉膠。圖/出版社提供

直鏈支鏈兩樣情

直鏈澱粉和支鏈澱粉之間的關係,在不同的植物中會有些許不同。直鏈澱粉通常佔澱粉成分的 20∼25%,但也有可能高達 85%。例如豌豆澱粉就有約 60% 是直鏈澱粉。但也有些澱粉幾乎完全由支鏈澱粉構成,這類澱粉稱為糯性澱粉(waxy starch),可見於糯米、玉米、大麥和綠豆等作物。

就澱粉做為增稠劑的功能而言,這兩種多醣扮演很不同的角色。兩種多醣都是由聚結在一起的大量葡萄糖構成,直鏈澱粉裡的葡萄糖形成長鏈,而支鏈澱粉裡的葡萄糖則形成大型的枝狀網絡,單個支鏈澱粉分子可能包含多達一百萬個葡萄糖。澱粉糊化的時候,直鏈澱粉分子會和水結合,並形成交纏的結構,而結構很大的支鏈澱粉分子不會互相交纏,並會形成比較密實的結構。例如取自木薯根(cassava root)的木薯澱粉(tapioca)裡有 83% 是支鏈澱粉,就可以形成非常厚重黏稠的凝膠。

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澱粉深藏不露的強大吸水力

整顆的澱粉粒不溶於冷水但能吸水,最多可以增加 30% 的水分含量。但只要溫度升高,澱粉的吸水力就會明顯改變。這就是為什麼將馬鈴薯煮熟後可以搗成泥,而穀物可以煮成稀粥。溫度在 55∼70℃(131∼158℉)時,澱粉粒會開始融化並大量吸水,要加熱到 100℃(212℉)才能完全破壞澱粉粒整齊有序的結構。

澱粉粒經加熱時,吸收水分形成凝膠的示意圖。圖/出版社提供

直鏈澱粉含量高的澱粉吸水能力較佳。例如富含直鏈澱粉的馬鈴薯澱粉與水結合的能力就十分驚人,所以增稠效果勝過支鏈澱粉比例較高的玉米澱粉。澱粉粒吸水以後,可以膨脹成原本在生馬鈴薯裡體積的一百倍大。馬鈴薯磨成泥之後,可以輕鬆吸收原本馬鈴薯三倍重的水,卻還能保持原本的形狀。

澱粉粒吸水的同時,一些直鏈澱粉分子會開始向外滲入液體,讓溶液變得更硬。這些長鏈分子會逐漸交纏在一起,並且半困住澱粉粒,讓它們變得比較難移動。上述兩種效應都會讓澱粉溶液變得更濃稠。

馬鈴薯磨成泥之後,可以輕鬆吸收原本馬鈴薯三倍重的水。圖/pixabay

糊化增稠,澱粉吸收水的效果

如果直鏈澱粉分子的濃度夠高,在溫度夠低時,直鏈澱粉分子形成的網絡就會變硬,且形成類似固體的凝膠,而澱粉粒溶化和吸收水的過程就稱為糊化。如果去攪拌凝膠,直鏈澱粉分子形成的網絡會破碎成片,澱粉粒也會開始碎裂,凝膠的黏稠度就會降低。冷卻之後的凝膠只會有部分重組,因為直鏈澱粉分子會再次形成網絡,但澱粉粒本身還是碎裂的。想想看在肉汁醬裡加澱粉讓它更濃稠,還有煮粥時攪拌再放涼的情況,就會發現這些效應其實再常見不過。

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除了溫度和水分含量,澱粉的糊化也會受其他因素影響。如先前所述,澱粉粒維持聚結成團的能力高低,取決於包覆其外的蛋白質,而脂肪在糊化控制上也扮演一角。這對於製作油炒麵粉糊(roux)就很重要,因為等比例的麵粉和奶油會限制澱粉粒吸水的能力。

放置過久水分滲出,直鏈澱粉的回凝離水現象

澱粉形成的凝膠靜置冷卻一段時間之後,凝膠會變硬且具彈性,開始有水滲出。其中不溶於冷水的直鏈澱粉分子,就會開始重新組成類似晶體的結構,但本質上和原本澱粉粒的緊密結構是不同的,這個過程稱為回凝(retrogradation)。這也就是為什麼不應該將麵包放在冰箱冷藏的原因了。雖然大家常說這樣可以防止麵包變得乾而無味,但其實沒弄清楚問題癥結。麵包放久會變得索然無味,不是因為流失水分,而是因為澱粉回凝。直鏈澱粉分子結晶化的時候會排出水分,就可能造成水分滲出,在此情況下稱為離水現象。用澱粉增稠的肉汁醬也可能發生同樣的狀況:肉汁醬靜置放涼一段時間之後會變硬,裡頭的水分可能滲出並累積於肉汁醬表面。

麵包放久會變得索然無味,不是因為流失水分,而是因為澱粉回凝。圖/pxhere

含有澱粉的冷凍食品也可能發生回凝。結果就是將食品解凍之後,裡頭的汁液會滲出,例如造成派餡滲漏。如果採用支鏈澱粉含量高的澱粉,某種程度上是有可能預防回凝。即使支鏈澱粉回凝,也可以藉由加熱來回復,但直鏈澱粉回凝就是不可逆的。另外,含有一定量的脂肪或乳化劑的麵包糕點,可能也不會產生回凝,因為脂肪分子能防止澱粉結晶。

將充滿澱粉的凝膠體如麵團加以烘烤乾燥,可能會讓澱粉形成玻璃態,這也是為什麼新鮮現烤的麵包脆皮、餅乾和洋芋片會具有特殊的酥脆質地。

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本文摘自《口感科學: 由食物質地解讀大腦到舌尖的風味之源》,2018 年 11 月,大寫出版。

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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越南兩千年古早味咖哩?香料的食慾流動
寒波_96
・2023/09/06 ・3133字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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大多數台灣人對東南亞、南亞風格的香料不陌生,甚至有些常見的香料,不特別查詢還不知道起源於東南亞。

一項 2023 年問世的研究,調查將近兩千年前,越南南部的遺址,見到多款香料植物的蹤跡。證實那個時候已經有多款香料,從南亞或東南亞外海的島嶼,傳播到東南亞大陸。

很多香料,搭配是魔法。圖/參考資料3

越南兩千年古早味咖哩?

讀者們對咖哩(curry)想必都很熟悉,不過還是要先解釋一下。現今咖哩的定義範疇很廣,南亞、東南亞等地存在風味各異的香料混合料理,都能算是「咖哩」。此一名詞的讀音轉化自印度南部的泰米爾語,源自大英帝國對南亞的殖民,不過混合使用香料的料理,歷史當然更加悠久。

由澳洲國立大學的洪曉純率領的考古調查,地點位於越南南部的喔㕭(Oc Eo)遺址。這兒在公元一到七世紀,是「扶南國」的重要城市。這個政權以湄公河三角洲為中心,統治東南亞大陸的南部;柬埔寨的吳哥波雷(Angkor Borei)與喔㕭,為扶南國最重要的兩處遺址。

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東南亞大陸南部的喔㕭,與延伸的地理格局。圖/參考資料1

喔㕭地處湄公河三角洲的西南部,離海 25 公里。這兒一到八世紀有過不少人活動,四到六世紀最興盛。遺址中出土的 12 件工具,外型看來相當類似年代更早,南亞用於處理食物的工具。

進一步分析發現,工具上總共保存著 717 個澱粉顆粒,大部分年代可能介於距今 1600 到 1900 年左右的數百年間。不同植物產生的澱粉形狀有別,有時候可以用於識別物種,近年常用於考古學。

喔㕭遺址出土的研磨工具。圖/參考資料1

這批澱粉中有 604 個可以分辨物種,作為糧食的稻以外,還有八種常用於香料的植物,以薑科植物(Zingiberaceae)的存在感最高,包括五種:薑黃、薑、高良薑、凹唇薑、山奈;還有今日依然常見的丁香、肉豆蔻、肉桂。

解讀這些材料時必需注意,出土工具上能見到的澱粉,只是當年的一小部分,不能直接代表古代使用的比例,只能證明確實有過那些種類。

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越南南部,曾經相當繁榮的喔㕭遺址遠眺。圖/參考資料1

來自亞洲大陸:薑黃、薑、高良薑、凹唇姜、山奈

喔㕭遺址中出土數目最多的是薑黃(turmeric,學名 Curcuma longa)。薑黃的家鄉應該在南亞,早於四千年前的哈拉帕遺址中已經存在;後來薑黃向各地傳播,遠渡至地中海地區。這項發現則是東南亞大陸最早的紀錄。

台灣人大概對薑(ginger,學名 Zingiber officinale)更熟悉,薑可能起源於東亞與南亞,一路向西傳到歐洲。台灣飲食習慣中,薑不只是特定用途的香料,從海鮮湯中的薑絲,到餃子肉餡的蔥薑水與薑末,可謂無所不在的添加物(對!薑默默躲在很多食物中)。

另外三種比較少見的薑科植物,如今東南亞都有種植,包括高良薑(galangal,學名 Alpinia galanga)、凹唇姜(fingerroot,學名 Boesenbergia rotunda)、山奈(sand ginger,學名 Kaempferia galanga,也叫沙薑)。

香料考古的世界觀。圖/參考資料1

來自亞洲海島:丁香、肉豆蔻、肉桂

三種不屬於薑科的香料,如今台灣也都不陌生。肉豆蔻(nutmeg,學名 Myristica fragrans)原產於摩鹿加群島南部的班達群島。摩鹿加群島就是大航海時代歐洲人稱呼的「香料群島」,雖然算是東南亞外海的島嶼,不過靠近新幾內亞,和東南亞大陸有相當距離。

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丁香(clove,學名 Syzygium aromaticum)也原產於摩鹿加群島,早在公元前便已經傳播到歐亞大陸。越南南部的丁香應該是進口產品,不過無法判斷原本種在哪兒,是摩鹿加群島或更西邊的爪哇。

肉桂(cinnamon,學名 Cinnamomum sp.)可能源自好幾個物種,這回光靠澱粉無法準確判斷。不過從其餘植物遺骸看,喔㕭人使用的肉桂,大概是原產於斯里蘭卡,印度外海島嶼上的錫蘭肉桂(Ceylon cinnamon,學名 Cinnamomum verum)。

跨越空間,貫穿時間,香料的食慾流動

喔㕭出土的研磨器具上,除了澱粉還有另一種植物遺骸:植物矽酸體(phytolith),根據型態差異,也能用於植物的分門別類。棕梠、香蕉屬(Musa)植物的矽酸體,見證當時利用的植物種類相當多樣。

公元 1870 年,印度南部泰米爾的留影。 越南南部出土的工具,與她們使用的極為相似。圖/參考資料1

儘管缺乏直接證據,不過以常理推敲,東南亞大陸南部的喔㕭人,使用源於南亞的道具,研磨多款外地引進到當地種植,或是直接進口的香料植物,可能的一項目的,就是製作混合香料的咖哩料理。

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喔㕭遺址也保存許多稻米的碳化穀粒遺骸,稻米飯應該是當時菜單中的重要組成。我猜,當時的人會吃咖哩飯。

越南等地,香料搭配的魔法,顯然將近兩千年前已經存在惹。時至今日,和出土古物超過 87% 相似的研磨器具,依然有人使用。食慾流動的慾望,跨越空間,貫穿時間。

延伸閱讀

參考資料

  1. Wang, W., Nguyen, K. T. K., Zhao, C., & Hung, H. C. (2023). Earliest curry in Southeast Asia and the global spice trade 2000 years ago. Science Advances, 9(29), eadh5517.
  2. Researchers find evidence of a 2,000-year-old curry, the oldest ever found in Southeast Asia
  3. Curry may have landed in Southeast Asia 2000 years ago

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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烘焙系動畫利用米做麵包——淺談米的科學與應用
Evelyn 食品技師_96
・2022/05/24 ・2985字 ・閱讀時間約 6 分鐘

「英國麵包、德國麵包、法國麵包通通都有,就是沒有屬於日本的麵包,既然這樣,今後只好自己創造」,這句熟悉的旁白有沒有令你想起日本動畫《烘焙王》呢?

擁有太陽之手的主角東和馬,在摩納哥盃決賽中遇上一位強勁對手夏多,在這場決賽中,夏多製作出的 Gopan 米貝果讓評審小丑讚嘆,是實現了人類前所未見的頂級口感麵包[1],到底用米做的麵包口感會是如何呢?米還能怎麼應用?

秈米、梗米和糯米特性、用途大不同

動畫中,夏多使用夢幻的「女鶴糯米」做米貝果,是日本山形縣的特產,雖然柔軟卻很有嚼勁,非常適合做紅豆飯或麻糬。

但除了糯米,改用秈米或粳米製作又是如何?首先需要瞭解這些米特性的差異。

稻米依照直鏈澱粉(amylose)及支鏈澱粉(amylopectin)比例不同,而有不同的特性,應用的加工用途也就不同,主要概分成秈米、粳米及糯米,如下表。

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秈米、粳米及糯米直/支鏈澱粉含量、外觀特性及用途比較。表 / 彙整自參考資料 23
秈米、粳米及糯米(秈糯與粳糯)之外觀。圖 / 參考資料 2

糯米因支鏈澱粉含量愈高,產品黏性愈強,愈不容易消化;直鏈澱粉含量較高的秈米則反之,因此不同的米所製作出來之產品特性就有所差異。

支/直鏈澱粉含量差異是造成米種特性不同的主因

動畫中,夏多是用蒸熟的糯米去製作貝果,而不是生米,這牽涉到澱粉的糊化與老化特性:

  1. 糊化(gelatinization):生澱粉顆粒經過加水、加熱後,澱粉結晶型態發生改變,澱粉顆粒體積及黏度增加形成膨潤狀態(swelling),此過程即稱之為糊化,一般剛煮好的熟飯即是這種狀態。
  2. 老化(retrogradation):經過糊化完全的澱粉,於室溫緩慢冷卻時,會形成半固體狀之膠體物質,隨著時間逐漸乾燥脫水,最終形成無法再復水的固體物質,即為老化,或稱回凝。如剛蒸好的飯經長時間放置,飯會變硬、外表龜裂並呈半透明狀。

通常支鏈澱粉含量愈高,澱粉顆粒愈容易糊化,老化速度愈慢,而直鏈澱粉含量愈高則反之。

而現在市面上有一種預糊化(pre-gelatinization)米穀粉,即是利用高溫使生米糊化,並直接將「糊化狀態的米」乾燥,如此便不會發生老化。

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預糊化米穀粉的優點在於易溶解於水,可增加米穀粉跟水分的結合力,讓烤出來的米麵包更濕潤,表面不易有裂紋[4]

更有研究發現,以熟飯(糊化狀態)取代配方中部分麵粉所製作的米麵包,比使用生米穀粉所做的米麵包膨發效果更佳[5],這或許是夏多的米貝果長得特別巨大的原因吧。

小丑評審準備要試吃米貝果。圖 / 參考資料 1

糯米特性適合加進麵糰裡做軟 Q 的貝果

我國臺南區農業改良場(以下簡稱臺南場)即利用上述特性,開發出使用多種米種調配之米穀粉,一般直鏈澱粉含量為 16~23% 米適合做鬆軟的麵包,具半糯性的粳米(直鏈澱粉含量 5~15%)則適合做快速麵包類產品,如英式鬆餅及瑪芬[6]

亦有研究探討添加糯米、粳米以及秈米的米穀粉於生麵糰中,對麵包品質的影響,結果添加「糯性」米穀粉所做的麵包不但硬度較低,且麵包切面有較多細緻的孔洞,具有彈性與嚼勁,且因支鏈澱粉含量高,還可以延緩麵包的老化(變硬)發生[7]

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聽起來加「糯米」去做麵包的質地,是不是非常適合同樣擁有多細緻孔洞,口感軟 Q 帶勁的貝果呢!

然而米麵包的保濕性不佳,烤焙時水分更容易散失,所以夏多為了改善米貝果烘烤後會整個硬梆梆的缺點,就改用油炸的方式。

「油炸」使米麵團表面溫度迅速上升,水分亦快速汽化蒸發,使其表面形成金黃酥脆的硬殼,水分保留在內部組織。且由於高溫烹調產生梅納反應[註 1],增添米貝果誘人的色澤與香味,替美味程度大大加分。

如此可推論,夏多的米貝果表面金黃酥脆,內部組織鬆軟又具嚼勁,保濕性好,而且還不容易硬掉,形成小丑評審所說的「頂級口感」。

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米的應用多元,還可做米糆包、蛋糕或植物米奶

除了米貝果之外,臺南場出版《米糆包製作技術》一書,介紹如何使用米穀粉,製作各種發酵類糆包及點心,如美國貝果、德國布雷結、法國長棍、義大利巧巴達、瑞典肉桂捲、比利時鬆餅、法國瑪德蓮、墨西哥捲餅和鳳梨米蛋糕等,充分發揮米產品的特色。

另外,財團法人食品工業發展研究所也開發植物米奶、沖泡穀粉及穀物棒,以及低過敏性的米蛋白機能飲品,不但容易消化吸收,更可作為高蛋白營養補充劑原料,解決乳糖不耐問題[8]

之所以要鼓勵國產米的應用,主要是為了為提升稻米消費量。據農委會統計,1980 年代時,國人每年平均食米量有 90 公斤,糧食自給率至少還有 55%;但到了 2020 年,每年平均食米量已經跌到 44.1 公斤,是史上最低,糧食自給率更是下滑至 31.4%,已衝擊稻米產業發展[9]

食工所開發植物米奶、沖泡穀粉及穀物棒。圖 / 參考資料 8

尤其近期國際小麥價格大漲,而國產米供給充裕、價格穩定、食物里程短、營養價值高、應用層面廣泛,優點如此之多,鼓勵大家可以多吃國產米食喔!

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註解

  1. 梅納反應(maillard reaction):在烹調過程中,食物中的碳水化合物與胺基酸、蛋白質在烹調加熱時發生的一連串複雜的反應,生成了棕黑褐色的大分子物質,即是梅納反應。反應過程中會產生不同氣味的分子,包括還原酮、醛和雜環化合物,這些物質提供了誘人的色澤與風味。

參考資料

  1. Muse木棉花,2021。烘焙王 第51話【網羅頂級食材!!史上最大的決戰! 】
  2. 教育部食品加工科學習加油站。米食加工
  3. 陳凱詩,2019。長糯米、圓糯米哪裡不同?紫米原來也是其中一種!。自由時報
  4. 陳盈方,2012。米食加工產品之開發-稻米預糊化技術。行政院農業委員會臺東區農業改良場
  5. 張舒涵,2014。米穀粉或糊化米混合麵粉製備米包之特性探討。國立宜蘭大學食品科學所碩士學位論文。宜蘭
  6. 陳曉菁、王仕賢,2012。米穀粉品質對烘焙產品之影響。行政院農業委員會臺南區農業改良場
  7. 林玫欣、蔡明原。2004。米穀粉對於烘焙類產品性質之影響。烘焙工業 118: 27-33
  8. 行政院農業委員會,2021。植物蛋白新選擇 成功開發國產米蛋白休閒食品。農業科技專案計畫服務網
  9. 林怡均,2021。2020統計》糧食自給率和食米量雙下跌!肉類攝取量超過米麵總和,成台灣人「主食」。上下游 News&Market
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Evelyn 食品技師_96
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一名食品技師兼食品生技研發工程師,個性鬼靈精怪,對嗅覺與味覺特別敏銳,經訓練後居然成為專業品評員(專業吃貨)?!因為對食品科學充滿熱忱,希望能貢獻微薄之力寫些文章,傳達食品科學的正確知識給大家!商業合作請洽:10632015@email.ntou.edu.tw