2003 年，解構主義代表費朗‧亞德里亞 (Ferran Adrià) 使用特殊烹調法製作了一系列讓美食家與世人驚奇的分子料理，包含液態晶球橄欖、哈密瓜仿魚子醬，可說是為餐飲開啟了新世界大門。
但是你知道早在那之前就存在的「素魚子」與「素魚翅」就是用一樣技術製作出來的嗎？這到底是什麼技術呢？
隨著亞德里亞公開製作食譜，各式球化技術料理如雨後春筍般萌發，各種可大可小的球體、多樣色澤、具有蹦開口感的菜餚大量湧現。填充的內餡可能是濃郁的高湯、清新的果汁、原汁原味的橄欖油、別具特色的香醋，又或是細緻的奶昔泡沫。不管是單獨食用或是搭配其他菜餚，都可以帶來口感、味覺與視覺上的驚喜，而這些驚喜可要歸功於亞德里亞遇見了早在 1980 年代就出現的「人工魚卵製造技術」。
「人工魚卵製造技術」在分子料理中被稱作晶球技術 (Spherification) ，在食品科學中則進一步稱作微膠囊化技術 (Microcapsulation) 。為了達到球化效果，各式膠體、乳化劑、安定劑與鹽類等食品添加物進入餐廳與調理場中，它們主要藉由凝膠化改變液體食材的黏性以保持形狀，乳化改變製品口感。
晶球技術的核心：海藻酸鹽的化學作用
其中最值得一提的添加物，莫過於海藻酸鹽 (Alginate) 了。「海藻酸鹽」凝膠與成膜的特性，可保留液體狀的中心，常應用於包裹或製作特色食品，如素魚子、仿果肉、爆爆珠等；而獲得 2015 歐盟永續競賽獎的「食用水球」也是利用此原理所製作的。褐藻酸鹽除了方便操作，又具有室溫下可凝膠與原料安全的性質，使其成為現今大多數分子料理、食玩與科學研究套組選用的熱門材料。接下來就讓我們一起來了解海藻酸鹽是如何對料理產生化學作用！
海藻酸鹽主要萃取自褐藻，如海帶、馬尾藻、囊葉藻或巨藻等，是細胞壁中的一種天然多醣。
海藻酸鹽的生產方式，使用乾或濕的海草（藻）經碾碎、水洗去除雜質、再經由鹼水進行萃取、藉離心去除不溶殘渣，得到粗海藻酸鹽溶液，後續再生產成不同型式。經脫色、脫味後用酸處理，降低溶解度，除去可溶性雜質與部分水，得到海藻酸沉澱，再與碳酸鈉作用得海藻酸鈉，經乾燥、粉碎、過篩得到適當顆粒大小的海藻酸鈉粉末，外觀通常為白色到棕黃色纖維、顆粒或粉末。
海藻酸鈉是目前產量與應用較為廣泛的種類，其他還有像是海藻酸銨，海藻酸鈣，海藻酸鉀等不同的鹽類化合物，在溶解度，成膠性等特性上會有些微不同。
海藻酸鈉為一種線性不分支的高分子聚合物，單體包含有 D-甘露糖醛酸 (D-mannuronic acid，M) 以 β-(1→4) 鍵結，和 L-古羅糖醛酸 (L- guluronic acid，G) 以 α-(1→4) 鍵結。M 和 G 單元會以 M-M，G-G 或 M-G 的組合方式通過糖苷鍵相連成為嵌段共聚體。M/G 比例會隨著原料種類、季節和產區有所不同，這些不同會導致褐藻膠的產率和黏度有所差異，使用高 G 型海藻酸鈉製備的凝膠，較硬脆、熱穩定性好；高 M 型的海藻酸鈉凝膠，硬度差但是較有彈性。
海藻酸鈉分子鏈上，含有大量的羧基 (-COO-) ，溶於水後具有一定的黏附性，因此有較高的黏度海藻酸鈉水溶液，常作為食品中的增稠劑、穩定劑、乳化劑等。此外，在酸性條件下，展開的 -COO- 因轉變成 -COOH，導致電離度降低、分子鏈收縮，使得海藻酸鈉的親水性降低；在 pH值增加時，-COOH 基團會不斷地解離，讓分子鏈可以自由伸展開，親水性得以上升。這樣對酸鹼值敏感、影響溶解度特性，讓海藻酸鈉在料理中的應用，有一定的侷限性，黏性最安定的範圍落在 pH值 6-9 之間。
海藻酸鹽與鈣離子的相遇
黏稠的膠體要轉變成透明，堅韌、具有彈性的「熱不可逆膠體」，需要與二價以上金屬離子（即鎂、鈣、鍶、鋇）產生交聯作用 (Cross-linking)。這個不可逆膠體的特性受海藻酸鈉類型、鹽類種類、價數、離子半徑、是否存在離子螯合劑、溫度和 pH值的影響。
海藻酸鈉中連續的 G-G 組合，溶於水中形成長鏈聚合物，與鎂離子反應後會增加膠體的黏稠度，而鈣離子則最常被使用於食品中。
當海藻酸鈉溶液滴入氯化鈣溶液中，鈣離子會取代海藻酸鈉羧基上的鈉離子 (Na+) ，再結合另一醣醛酸分子上的羧基，形成離子架橋（圖a），這樣手拉手的結構，使海藻酸鈉分子間的聯結性更強，形成一個三度空間的網狀組織結構，像蛋盒一樣（圖b），也就是凝膠的形成，並可將內容物包裹於凝膠結構中，形成半透膜，於特定環境下將內容物釋出。
不過由於對酸鹼值敏感的特性，比較酸的液體像是蘋果汁就會受到影響。當pH值低於3.5時，海藻酸膠體溶液溶解度降低，阻礙晶球膠膜產生，則需藉由添加螯合劑、調整pH值，或是改變流程作法解決這個問題。
讀到這裡，我們知道了褐藻酸鹽的基本資料與晶球技術的操作模式，但這種食品添加物到底是如何應用在食品料理，乃至於日常生活中呢？讓我們繼續看下去〈海藻酸鹽從食品加工的「假食品」添加物，搖身一變開啟分子料理的新世界（下）〉。
參考文獻
- 黃玉鈴, 蔡豐富, 張修銘, 王文良, & 江伯源. (2012). 海藻酸-“鈣鹽”-微膠囊成型性及粒子品質比較. 農林學報, 61(2), 185-202.
- 詹現璞, & 吳廣輝. (2011). 海藻酸鈉的特性及其在食品中的應用. 食品工程, 1(7).
- Ahirrao, S. P., Gide, P. S., Shrivastav, B., & Sharma, P. (2014). Ionotropic gelation: a promising cross linking technique for hydrogels. Res Rev J Pharm Nanotechnol, 2, 1-6.
- Fu, S., Thacker, A., Sperger, D. M., Boni, R. L., Buckner, I. S., Velankar, S., … & Block, L. H. (2011). Relevance of rheological properties of sodium alginate in solution to calcium alginate gel properties. Aaps Pharmscitech, 12(2), 453-460.
- Lee, P., & Rogers, M. A. (2012). Effect of calcium source and exposure-time on basic caviar spherification using sodium alginate. International Journal of Gastronomy and Food Science, 1(2), 96-100.
- Tsai, F. H., Chiang, P. Y., Kitamura, Y., Kokawa, M., & Islam, M. Z. (2017). Producing liquid-core hydrogel beads by reverse spherification: Effect of secondary gelation on physical properties and release characteristics. Food Hydrocolloids, 62, 140-148.
- The Making of Sodium Alginate and Its Surprising Uses, Alginic Acid
- Spherification
- 利用微流道操控技術生成褐藻酸鈣微粒子作為奈米金載體之研究
- Notpla
