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綿密、柔韌、酥脆、耐嚼,食物的結構如何影響吃出來的口感?──《口感科學》

食物的結構與組織

食物的物理狀態和結構, 可以定義為和其物理組成( physical composition)有關的一切,也就是食物的不同部分和分子,從最小到最大各個層級是怎麼組合在一起。理論上,我們多少可以用量化的方式去觀察、測量和描述食物的結構。食物結構的一些層面是肉眼可以看到的,有些可以用顯微鏡觀察,還有些必須利用特殊儀器才能看到。無論物質是固體、液體、氣體、混合物或乳化物,都具有特定的重力、熱能和黏稠度等性質。

食物的「形狀」和「形態」這兩種物理性質,對於風味經驗中的視覺層面而言也極為重要。舉例來說,一顆又大又圓的蘋果、一粒小巧多瘤的核桃、一塊透明的果凍和一些可可粉的外觀,都會讓人心中產生不同的期待。

食物的外型會讓人們產生不同的期待。圖/pxhere

不管是物理狀態或結構,都是食物這個物質本身具備的性質,但質地卻是我們體驗食物之後的感覺,其中又以口感最為重要。雖然「質地」和「口感」兩詞一般使用時往往可以替換,但實際上,質地成了我們形容食物口感時最重要的概念。質地其實就是入口後感受和辨認出的食物結構。

我們通常是在將食物放入口中的時候,才會認知到它的結構,所以我們很容易搞混一些食物的結構和組織。吃義式冰淇淋的時候,要等咬嚼到小冰晶咔滋作響,我們才知道冰淇淋不是均質的。同理,吃果凍時要等果凍接觸上顎,並因為口中的溫度加熱而融化,我們才知道果凍柔軟易融;用餐時舌頭接觸到肉汁醬(gravy),我們才知道是濃稠有團塊或稀薄滑順。

要等咬嚼到小冰晶咔滋作響,我們才知道冰淇淋不是均質的。圖/pixabay

一個「質地」,各自表述?

質地的定義從前並不清楚一致,不同的科學家和食品產業界的專家各說各話。有些食品業界人士的用意,是希望使用的詞語,要有助於減少產品質地可能的缺陷或不一致。直到最近幾十年,科學界才逐漸發展出一套理性、精準的詞彙來描述食物的質地,包括「綿密」、「柔韌」、「硬脆」、「耐嚼」等描述用的詞語都有明確的定義,對於定量感官實驗的執行和食品工業的應用都有莫大助益。所達到的成效中,一方面在於描述質地時依據的不同參數的定義更加清晰,而在改良特定食物帶來的感官經驗方面,質地的運用也更形重要。

有些質地的參數只是機械式的性質,可以在實驗室裡以量化方式測量。有些參數則定義較不明確,最理想的是透過個人的感官印象以質性方式檢測。其中以口感最為重要,但視覺和聽覺也牽涉其中。由於食物入口之後會和唾液接觸,受到口腔中的溫度影響,並經過舌頭翻攪和牙齒咬嚼,其質地就會改變,一切就更形複雜。再者,進食時的機械式動作因人而異:嚼很快的人覺得硬脆的食物,由一個嚼很慢的人來吃,卻會覺得柔軟有彈性。

質地的感受會受口腔環境及咀嚼速度而改變。圖/wiki

很多種食物都處在不平衡的狀態,隨時會自動產生變化,而且變化速度時快時慢,這一點的重要性與食物本身可保存的特質有關。餐廳裡的菜餚都是現煮現吃,適用於現煮食物的,就不會適用於食用前可長久保存的量產加工食品。麵包等食物在質地上的變化,往往決定了該項加工食品的保存期限。

固態、液態和氣態,食物有多樣的相態

不管是生鮮食材或加工食品,是固體、液體或氣體,所有物質的結構都是與其物理狀態相關的一種靜態性質。但結構不會一直保持平衡,隨著時間過去,可能會從一種相態轉變成另一種相態,也可能因為受到外力而產生劇烈改變。舉例來說,糖的結晶原本是硬實的固體,可以放入嘴裡嚼碎;奶油是較軟的固體,含入嘴裡或放在長柄平底鍋裡加熱就會融化變形;果汁之類的液體會流動;食物散發出的氣體分子等氣味物質,被鼻子吸進之後會在鼻腔中盤旋向上。

未煮過的乾燥義大利麵(硬韌有彈性)和煮過變軟的義大利麵(可塑形)。圖/出版社提供

純物質平衡時的狀態判定起來相對容易,最典型的例子大概就是水了:凝結成固體時是冰,是液體時會流動,蒸發時是氣體。

固體多半呈結晶形式,例如食鹽的分子結構很有秩序,所有分子之間維持很穩定的關係。相對的,固體在分子層次的結構也可能混亂無序,可能是缺乏結晶體結構的非晶質(amorphous)物質,或是像焦糖這樣屬於玻璃態物質。非晶質物質的分子彼此之間的關係還算穩定,但經過長時間之後可能產生位移,會像極濃稠的液體一樣緩緩流動。玻璃態這樣的狀態看似怪異少見,但卻是影響多種食物的性質和口感的重要元素,舉凡巧克力、硬糖果、麵包脆皮、乾燥義大利麵、粉末和冷凍食品,都是玻璃態的食物。

液體的結構在分子層次很混亂。雖然分子彼此之間有部分相互結合,但多少可以自由移動。液體會流動,而像濃稠糖漿這樣的液體,流動的速度可能慢到不可思議。

氣體的分子彼此之間並未接觸,可以很自由地流動,甚至可以移動到很遠的地方,這就是為什麼有時候隔很遠也能聞到食物的味道。雖然沒有製成氣體狀態的加工食品,但食品本身卻可能含有大量氣體,包括打發鮮奶油(whipped cream)、蛋白霜(meringue)和烘焙食品。很多生鮮食材裡也含有大量空氣,例如蘋果全部體積裡有 25%是空氣。

顯微鏡下的蛋白霜。泛白的區域是氣泡,其中最大的直徑約 80 微米。圖/出版社提供

還有一種純物質稱為液態晶體(liquid crystal),它的結構屬於中間相(mesophase),也就是介於傳統的固體和液體之間的相態。很多種脂肪都可以形成液態晶體,常見的包括細胞壁裡的脂肪和巧克力裡的可可脂。

固液氣通通來,食物還能更複雜

食物裡只有一些是成分全都處於相同狀態,其中以液體居多,例如油、葡萄酒和啤酒,也有一些固體如純脂肪和焦糖形式的糖。但一般的食物飲料多半是由處於不同狀態的成分混合構成,狀態也就更為複雜。以沙拉醬、醬汁和啤酒泡沫為例,是由兩種不同狀態的成分構成,而奶油和黑巧克力的成分則分別處於三種不同狀態,聖代和牛奶巧克力含有四種不同狀態的成分, 至於白脫奶的成分則分屬五種不同狀態。

要知道不同的狀態如何在食物裡共存,可以舉幾個簡單的例子:魚肉裡有一滴一滴的魚油,固態的果凍裡會有水珠,還有乳化物裡混合了兩種液體。有一些食物的泡沫,是由氣體和液體混合組成的結構,狀態變化和固體相似。有些如優格和卡士達醬,則處於所謂的半固體狀態(semisolid state)。還有一些如膠凍等物質,雖然看起來不太像,但卻是貨真價實的固體。

還有一些如膠凍等物質,雖然看起來不太像,但卻是貨真價實的固體。。圖/pxhere

從「物理-化學」的觀點來看,食物的狀態和物理結構,基本上取決於本身成分以及融於或混合其他物質時接觸到的成分之間,發生的各種物理作用和分子間的作用力。這些作用力往往會互相競爭,而且在很大程度上受到其他因素左右。影響因素可能包括:可溶鹽類具有的帶電粒子,酸類和鹼基之間平衡決定的酸鹼度,或醣類和大的碳水化合物分子等高分子聚合物,與水和油裡對應之乳化劑的互溶性。有時候只要輕微的變動,就能造成一種成分結構的實質改變。例如,在煮菜的水裡加一點氯化鈣,就能讓蔬菜變得硬韌,在牛奶或奶油醬汁裡加檸檬汁會讓乳蛋白凝結成塊,在美乃滋裡加一點卵磷脂會讓油和醋的結合更穩定,而加入果膠有助於讓水果點心或果凍定形。

為了讓一些液體、溶液或混合物的口感更好,我們會想將它們變得質地更均勻、更黏稠或更硬實。傳統上有很多方法都可以運用,包括加入增稠劑、安定劑、乳化劑或膠凝劑,這些添加物可以改變食物或飲料的狀態、黏稠度以及與其他物質的互溶性。

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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