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令人驚奇的分子料理是這樣來的:食品科學中的晶球技術(上)

Sophia
・2019/08/09 ・2433字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

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?

圖/pixabay

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。

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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!

海帶。圖/pixabay

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。

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海藻酸鹽與鈣離子的相遇

 

圖/pixabay

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。

a. 海藻酸鈉與鈣離子的交連作用。b. 連續G-G組合與鈣離子形成的蛋盒模式與M-M組合形成的平滑聚合物鏈之示意圖。圖/Ahirrao and others (2014)

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)〉。

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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
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與許多食品人一樣誤打誤撞,只因為愛吃進入了這個領域,一腳踏入後發現這坑太大,不多拉些人進來那怎麼可以!

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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大腦與骨骼的關係,比我們想像的還要深?!阿茲海默症最新病因假說
Y.L._96
・2023/06/12 ・2803字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文翻自<Astrocyte Dysregulation and Calcium Ion Imbalance May Link the Development of Osteoporosis and Alzheimer’s Disease>一文

蔡依良 撰

加拿大的研究報告中指出,阿茲海默症患者罹患骨質疏鬆症和骨折發生率是同年齡神經正常成人的兩倍多 [1]。一項為期兩年的縱向研究也表明,與非失智症的患者相比,阿茲海默症患者的骨骼密度流失的更多 [2]。目前已有少量的實證證據,證明了阿茲海默症的神經病理生理學特徵可能導致骨質流失 [3, 4]。藥物方面,也有報告指出使用鈣離子通道阻滯劑和用於治療骨質疏鬆症的雙磷酸鹽類藥物,可以有效地緩解阿茲海默症的症狀。

為什麼骨質疏鬆與阿茲海默症會有關係呢?這就要從阿茲海默症是什麼開始說起。

阿茲海默症是五種失智症的一種

我們所說的阿茲海默症,只是失智症的其中一種。失智症主要可分為五大類型:路易氏體失智症、額顳葉失智症、血管型失智症、混合性癡呆,以及阿茲海默症。其中阿茲海默症為最常見的失智症,它是一種與年齡相關,認知能力下降的退化性疾病,包括記憶力改變和定向能力下降。

在阿茲海默症的病程中,有高達 70-80% 的患者會表現出非認知症狀,這會導致患者煩躁不安,表現妄想、抑鬱、幻覺、錯誤識別、睡眠障礙、冷漠、攻擊性、進食障礙、不適當的性行為或徘徊。

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70-80% 的患者會表現出非認知症狀。圖/envatoelements

因此我們有必要先強調,這些研究都只說明了其中一種失智症類型——阿茲海默症,與骨質疏鬆有關,不是所有失智症都跟骨質疏鬆有關係。

為什麼阿茲海默症會跟骨質疏鬆扯上關係?

在病理學上,阿茲海默症患者的典型症狀是澱粉樣蛋白-β (Aβ) 斑塊和 tau 過度磷酸化。然而,最近的研究表明,這些症狀並不是疾病的原因,而是發病後產生的。與其他類型的失智症相比,阿茲海默症具有明顯的松果體鈣化及體積縮小,和褪黑激素分泌減少的特徵。

而這幾個跟「松果體」有關的特徵,跟阿茲海默與骨質疏鬆症有密不可分的關係。

松果體是什麼?

松果體位於腦部中央的上視丘,介於兩個腦半球之間,藏在丘腦兩半連接處的凹槽中。是一個對光敏感的小型神經內分泌器官,透過眼球接受光的信息,調整褪黑激素的分泌量,進而控制動物的睡眠時間。它具有高度血管化的構造,不依賴血腦屏障(BBB)所提供的保護。由星狀膠質細胞、小膠質細胞、內皮細胞和釋放褪黑激素的松果體細胞所組成的器官。

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松果體的分泌能力與其體積大小成正比。因此當羥基磷灰石逐漸沉積在松果體形成鈣化時,成為我們俗稱的「腦砂」,勢必將減少褪黑激素的產生。這就是上面提到的「阿茲海默症具有明顯的松果體鈣化及體積縮小,和褪黑激素分泌減少」。

松果體鈣化是導致阿茲海夢症的特徵之一。圖/envatoelements

褪黑激素與骨細胞增殖有關

有趣的是,褪黑激素除了與腦的關聯外,其他研究還發現使用褪黑激素可增加正常人的骨細胞和成骨細胞的增殖。這即是一開始研究所說的「阿茲海默症與骨質疏鬆症有關係」的原因之一。

為什麼是之一呢?因為不只在褪黑激素上,找到阿茲海默症和骨質疏鬆症二種疾病的關聯性,也在其他骨鈣代謝激素,像是:腦雌激素、甲狀旁腺素、維生素 D3、降鈣素、骨鈣素…等,也都有研究找出該激素與兩種疾病之間的關聯性。

骨質疏鬆症。圖/envatoelements

骨鈣代謝激素對阿茲海默症的影響

腦雌激素由星狀膠質細胞合成,具有神經保護的功能,維生素 D3 除了可以保護骨骼,同時也是一種神經類固醇激素,在大腦中扮演保護和調節作用。Hana 等人研究則是發現「降鈣素基因相關肽拮抗劑(CGRP)」,具有成骨和維持骨穩態的作用,可能成為延緩人類認知衰退的治療靶點 [5]。

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還有,成骨細胞衍生的骨鈣素,發現可以改善與年齡相關的認知衰退、預防抑鬱和焦慮,以及減少星形膠質細胞和小膠質細胞的增殖。綜合上述,我們可以得知阿茲海默症和骨質疏鬆症之間,確實存在著某種相關性。

阿茲海默症與骨質疏鬆有關的可能原因

雖然有不少研究支持阿茲海默症與骨質疏鬆有關聯性,但兩者的因果關係,尚未有統一答案,不過,我們可以藉由以下幾點推測可能原因:

一、松果體中的星狀膠質細胞對鈣離子平衡作用

星形膠質細胞為組成松果體的重要細胞之一,它的功能有維持鈣離子濃度平衡,提供神經細胞營養,並可在體內遷移。鈣離子是人類重要的神經傳遞物質之一,一旦被觸發,星形膠質細胞之間就會形成鈣波,激活其他星形膠質細胞傳遞信息。

二、調節骨頭生長的骨細胞為星狀型態細胞

人體大多數的鈣質儲存在骨骼中,以維持一生的鈣穩態。骨組織主要由骨細胞、成骨細胞和蝕骨細胞組成。在骨重塑當中,成骨細胞是生成骨頭的細胞,蝕骨細胞則是分解骨頭的細胞,而骨細胞是調節蝕骨細胞和成骨細胞活性的星狀型態細胞。在成熟的骨骼中,骨細胞是數量最多的細胞類型,有著與生命體本身一樣長的壽命。

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雖然骨細胞的並非星形膠質細胞,但無論在形態或功能上,都有相似之處,同樣為星形,也都與鈣離子濃度的調節有關,只是松果體內的星狀細胞是直接調整鈣離子,骨細胞是藉由控制成骨與蝕骨細胞,來影響周圍鈣離子濃度。為了方便起見,我們假設骨細胞是星形膠質細胞的一種,而松果體主要也是由星形膠質細胞組成。

骨質疏鬆導致鈣離子被釋放到血液中,從而促進松果體鈣化。圖/envatoelements

在鈣波的影響下,那麼當蝕骨細胞有較高的細胞活性,加上星形膠質細胞逐漸失去功能時,鈣將從骨骼中逐漸流失,從而引發骨質疏鬆症。隨後被釋放到血液中的鈣離子可能在松果體中蓄積並導致異位鈣化,從而促進阿茲海默症的發生。

最後值得我們進一步思考的是,長期的慢性發炎時常伴隨著鈣化現象的發生。如果我們常常半夜不睡覺,或在睡前接收大量的光線刺激。長期不正常的光週期是否會導致松果體慢性發炎,誘發松果體鈣化增加罹患阿茲海默症的風險呢?

參考資料

  1. Weller I I. The relation between hip fracture and Alzheimer’s disease in the canadian national population health survey health institutions data, 1994-1995. A cross-sectional study. Ann Epidemiol. 2000;10(7):461. doi:10.1016/s1047-2797(00)00085-5
  2. Loskutova N, Watts AS, Burns JM. The cause-effect relationship between bone loss and Alzheimer’s disease using statistical modeling. Med Hypotheses. 2019;122:92-97. doi:10.1016/j.mehy.2018.10.024
  3. Dengler-Crish CM, Elefteriou F. Shared mechanisms: osteoporosis and Alzheimer’s disease?. Aging (Albany NY). 2019;11(5):1317-1318. doi:10.18632/aging.101828
  4. Minoia A, Dalle Carbonare L, Schwamborn JC, Bolognin S, Valenti MT. Bone Tissue and the Nervous System: What Do They Have in Common?. Cells. 2022;12(1):51. Published 2022 Dec 22. doi:10.3390/cells12010051
  5. Na H, Gan Q, Mcparland L, et al. Characterization of the effects of calcitonin gene-related peptide receptor antagonist for Alzheimer’s disease. Neuropharmacology. 2020;168:108017. doi:10.1016/j.neuropharm.2020.108017
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烘焙東西軍,有添加麵包 vs. 無添加麵包,今天想吃哪一道?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/09/20 ・2178字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 家樂福食物轉型計畫 委託,泛科學企劃執行。

  • 文 / 陳彥諺

《烘焙東西軍》熱映開播啦!這一集真的很「熱」,因為節目邀請到了兩位烘焙達人來到現場熱烘烘的烤!麵!包!

第一位華麗登場的,是有著亮麗小鬍子、動作咻咻咻超有效率的「有添加師傅」,另外一位古意老實、動作慢條斯理的,則是近年來越來越被看重的「無添加師傅」——這是一場「有添加」與「無添加」的世紀大對決!

《烘焙東西軍》這次邀請了「有添加師傅」和「無添加師傅」來烤麵包。圖/家樂福提供

「有添加」與「無添加」的世紀大對決

外表亮麗的有添加師傅,其實早已憑著「三好」稱霸市場多年。所謂的三好,是好快、好吃、好美!為何會這麼說呢?

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食品添加物存在於食品中許久,早期因為食物加工技術不夠精良,為了食品安全無虞,便添加可以讓食物安定的添加物,延長保存期限。又因為食品添加物可以改變食品的外觀、口感、縮短製作時程等,因此,長期以來受到業者及消費者的偏愛。

有添加師傅憑著「好快、好吃、好美」稱霸市場多年。圖/家樂福提供

不過,近來由於食安事件頻繁,食品添加物早已偏離了原先讓食物安全的初衷,在追求好吃、好快、好美的背後,卻可能造成身體上的負擔與健康風險!製造過程是否安全合理?乾淨衛生?也是打了許多問號。

再加上現在因健康養生的意識抬頭,消費者們越來越注重吃下肚子的食物成份,開始努力追求簡單無添加。也因為隨著食品加工技術越來越棒,能夠透過改善製程,有效減少添加物的必要性。終於,在消費者意識抬頭、技術成熟等各方條件皆備下,古意老實、耗費工時的無添加師傅,多年以後,開始受到矚目啦!

在這場世紀對決中,有添加師傅在民眾都還來不及反應時,就已經做好了熱騰騰的麵包,每一個麵包都飽滿好看、香氣濃郁,簡直是施了魔法一樣!但見到這麼多食品化工添加物做出來的麵包,難道就不能有更健康的材料選擇或做法嗎?

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反觀無添加師傅,他按部就班的從麵粉開始精心挑選,接著再逐一加入可以溯源的材料,接下來,順應麵包的特性自然發酵。即使有添加師傅已經端出熱騰騰的麵包了,無添加師傅仍然不為所動,他循序漸進,寧可耗時製作,堅持做自己的無添加麵包。

無添加師傅之所以堅持,那是因為他秉持著麵包不用任何添加物,不講求快速便利,用純淨的原料配方、遵循傳統法國工法,做出來的麵包也可以照樣香氣四溢、美味好吃,更重要的是每一口都吃的健康又安心!

無添加師傅堅持不用任何添加物,不講求快速便利,用純淨的原料配方、遵循傳統工法。圖/家樂福提供

當兩位師傅的麵包端上評審桌⋯⋯

有添加師傅的麵包外表金黃澎潤漂亮,無添加師傅的則是外表非常質樸。

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不過,當評審們吃下麵包後,外表質樸的無添加師傅,竟然擄獲了評審們的心!

怎麼辦到的呢?這是因為花了較多時間製作的無添加麵包,保濕度較佳,口感也較有層次。當評審一口接著一口品嚐,會發現吃的都是食物的鮮甜原味—無添加麵包是名為「裸麵包」的寶藏男孩啊!他不同於外表上看起來質樸敦厚,只要用心切開,裏頭包裹著滿滿新鮮在地的果乾和堅果,是誠心誠意的美味。

烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」,是怎麼來的?

堪稱烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」,是來自於家樂福自製的烘焙產品。長期關注食物真實性與為顧客把關健康的家樂福,2014 年就開始著手了「無添加驗證計畫」,也在 2019 年取得了「A.A. 無添加驗證標章」,更透過第三方專業機構親赴產線檢驗、不定期抽查等層層審核程序,取得了嚴謹認可。

要打造寶藏男孩般的「裸麵包」,並不是容易的事。許多標榜安心安全的麵包,都只能做到製程及配料上的無添加;而追求極致的家樂福,自製白吐司則從特製 100% 的無添加麵粉開始,掌握源頭,做最純淨、最真實且赤裸的麵包。

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這是一款依循歐盟規範,取得 A.A. 無添加標章,第三方驗證後可信賴的麵包。

這是關注在地的暖心麵包,嚴選在地好食材、講求動物福利,選用當季水果、非籠飼雞蛋、透明鮮奶、以安佳奶油取代人造奶油⋯⋯。

這是減塑又減廢,以醜蔬果製作配料,減少食材浪費,更導入環保包材,友善環境的麵包。

烘焙東西軍「有添加師傅」與「無添加師傅」的對決,我們看到了,天公疼憨人,穩扎穩打、工法較繁複的無添加製程,受到消費者的青睞——這一場對決,由純粹、誠實、充滿善意的裸麵包,「無添加師傅」獲勝。

【家樂福食物轉型計畫】烘焙東西軍「有添加麵包」v.s.「無添加麵包」的世紀對決,今天你選哪一邊?影/YouTube
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