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)

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。

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。

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)〉。

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

華人世界第一堂系統性地方創生課程

泛科學院《風土經濟學》線上課全台首賣

如何運用在地文化的元素,打造出獨一無二的「體驗經濟」? 洪震宇老師累積 10 年走訪各地的實務經驗,梳理出一套將在地風土文化資產轉化成地方特色產業「風土經濟學」模式。 想要投入鄉村振興、文化創意、地方創生的人,這是最值得投資的一門課!➡️ http://bit.ly/35tCFO5


泛科學院獨家新課募資 限量5折預購 🚀

【兒童基礎財商養成-家長篇:10堂課搞懂兒童理財教育】

孩子從 3 歲開始知道錢有支付的功能,5 歲之後孩子想要的東西越來越多。財商(FQ)即生活,這堂由泛科學院與布萊恩兒童商學院攜手共同企劃「兒童基礎財商養成-家長篇」線上課程,以家長的視角理解如何與孩子溝通金錢觀念!➡ http://bit.ly/2kMxsOV

關於作者

Sophia

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!

網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策