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

• 日常隨手的物品，看起來像是海底世界！？
• 德國紅點大獎 — 兩顆球對準，讓磁鐵相互吸引，觸發開關點亮燈！
• 帶你看見看不見的世界，科學實驗室EP.4 — 史上最小顯微鏡！
• 25 的 16%是多少？ 帶你一起更靈活思考！
• FinTech 持續發燒，玩出 Baas 金融生態圈！
• 夢想覺醒！探索自我潛能、打造夢想藍圖！

為什麼有些人吃不胖，有些人沒抽菸卻得肺癌，有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢？這一切都跟我們的基因有關！無論是想探究生命的起源、物種間的差異，乃至於罹患疾病、用藥的風險，都必須從了解基因密碼著手，而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上，DNA 解碼從 1953 年的華生（James Watson）與克里克（Francis Crick）兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構，闡述 DNA 是以 4 個鹼基（A、T、C、G）的配對方式來傳遞遺傳訊息，並逐步發展出許多新的研究工具；1990 年，美國政府推動人類基因體計畫，接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入，到了 2003 年，人體基因體密碼全數解碼完成，不僅是人類探索生命的重大里程碑，也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成，卻因為基因定序技術的突飛猛進，使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展，早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位，但無法排序；直到 1977 年，科學家桑格（Frederick Sanger）發明了第一代的基因定序技術，以生物化學的方式，讓 DNA 形成不同長度的片段，以判讀測量物的基因序列，成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求，出現了次世代定序技術（NGS），將 DNA 打成碎片，並擴增碎片到可偵測的濃度，再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速，且成本更低，讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對，解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤，也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面，儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因，但對於改善個體健康仍有積極的意義，例如：若透過基因檢測，得知將來罹患糖尿病機率比別人高，就可以透過健康諮詢，改變飲食習慣、生活型態等，降低發病機率。又如癌症基因檢測，可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測：前者可偵測是否有單一基因的變異，導致罹癌風險增加；後者則針對是否有藥物易感性的基因變異，做為臨床用藥的參考，也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者，基因檢測後續的生物資訊分析，包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等，對臨床醫療工作都有極大的助益。

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同，而不同族群之間更存在著基因差異，使得歐美國家基因庫的資料，幾乎不能直接應用於亞洲人身上，這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」（Taiwan biobank），希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起，中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」（TPMI），希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫，促進臺灣民眾常見疾病的研究，並開發專屬華人的基因型鑑定晶片，促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人，這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者，超過 99％ 是來自中國不同省分的漢族移民人口，其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫，其中，漢族的全部遺傳變異中，有 21.2％ 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因；3.1％ 的人有癌症易感基因，比一般人罹癌風險更高；87.3％ 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性，例如：若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型，醫生在開藥時就能使用替代藥物，避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰：個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門，但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上，存在著道德倫理的考量，例如：研究用途的資料是否能放在病歷中？個人資料是否受到法規保護？而且技術上各醫院之間的資料如何串流？這些都需要資通訊科技（ICT）產業的協助，而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言，建議患者做基因檢測是因為出現症狀，希望找到原因，但是如何解釋以及病歷上如何註解，則是另一項重要議題。

從人性觀點來看，在技術更迭演進的同時，對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生？回到了解病因的初衷，在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時，家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等，都是值得深思的議題，也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好，因此，基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統，以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡，將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容，請見「科技魅癮」：https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

• 日常隨手的物品，看起來像是海底世界！？
• 德國紅點大獎 — 兩顆球對準，讓磁鐵相互吸引，觸發開關點亮燈！
• 帶你看見看不見的世界，科學實驗室EP.4 — 史上最小顯微鏡！
• 25 的 16%是多少？ 帶你一起更靈活思考！
• FinTech 持續發燒，玩出 Baas 金融生態圈！
• 夢想覺醒！探索自我潛能、打造夢想藍圖！