從炫技料理到可食用水球：食品科學中的晶球技術（下）

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

• 文/陳彥諺

環保行動從源頭出發

說到「環保」，許多人第一時間想到的關鍵字就是「減塑」、「限塑」，在現代社會中，大量塑膠製品、塑膠袋充斥在生活中，而一次性使用的塑膠製品就是環保行動的最大敵人。不過，你知道嗎？發明塑膠袋的初衷，其實是為了拯救地球。
在塑膠袋發明以前，紙袋、布袋是主流的包裝用品。為了讓人們能有好看、方便、低成本的包裝材料運輸物品，1959 年，瑞典工程師斯坦・圖林發明了塑膠袋，其輕便、價格低廉、耐用、可重複使用，也可以取代紙袋以減少伐木量。

卻沒想到，這麼好用又便宜的塑膠袋問世後，在20 世紀末以前，紙袋、布袋幾乎被塑膠袋取代了，但是，人們並沒有如圖林發明當時所設想的，將耐用的塑膠袋重複利用，以減少地球負擔，反而衍生出單次使用後便丟棄的習慣，時至今日，塑膠垃圾更造成了嚴重的環境污染。

然而，地球是大家的，是每一個人的，也是家樂福所關心的。

家樂福十多年來，響應聯合國永續發展目標 SDGs，除了推行友善農業關懷土地，也以透明系列商品支持動物福利，2019 年，更設立影響力概念店，鼓勵消費者自備購物袋，同時把家中不需要的紙袋，帶到店中分享給需要的民眾，家樂福以具體行動響應 SDG 12 責任消費與生產，希望改變從 i 開始。

家樂福賣場實際響應環保行動

(A) 生活區：瓶身再生塑膠的環保洗護產品

日常生活中，洗澡洗髮使用的盥洗用品，是塑膠瓶罐的一大來源。家樂福攜手台鹽生技、台灣設計研究院、點睛設計，從原料到包裝，皆秉持著永續再生、環境友善、天然純淨的原則，推出Re系列永續商品。

Re代表減量（Reduce）、再利用（Reuse）、回收（Recycle），更代表著這項產品的永續再生（Power of Regeneration）。落實的行動包含，瓶身、瓶蓋採用 100% 再生塑料，運輸紙箱採用 FSC 森林環保紙箱等。

(B)食品區：可回收包裝減少食物浪費

食品的包裝，也是生活廢棄物的一大來源。家樂福除了停止使用保麗龍外，更在食品的包裝方法上，採用「貼體包裝」。

以往常見的食材包裝，是將食材放在保麗龍盒上，再以保鮮膜覆蓋，因為保鮮膜並無法完全密合食材本身，保鮮效果有限。而家樂福採用 APET/PE 材質的貼體包裝，結合抽真空原理與加熱技術，讓包材可以貼合食材，形成食材的第二層皮膚，減少與氧氣、微生物的接觸外，更能有效保存食材，減少食物浪費，同時減少保麗龍使用，一年可少用3百萬個保麗龍。

(C) 收納區：減塑收納寶物，再生塑料一級棒

在收納部分，家樂福提供了消費者環保折疊購物袋的新選擇，樣式活潑可愛的環保折疊購物袋，材質為 RPET，是回收寶特瓶材質，每 2.8 個寶特瓶可做 1 個折疊購物袋，不只可供消費者重複使用，且產品本身便已達到循環利用。

另外，居家生活不可或缺的垃圾袋，家樂福也有新實踐！家樂福環保清潔袋，是回收家樂福或各通路的PE膠膜，經過工廠處理、回收篩選、製作成 100% 再生塑膠粒子後添加美國香氛除臭精油製袋，讓以往丟棄的回收膜，經過處理後有了新生命，而且不需添加新塑膠，就能製成接近新料等級的優質產品。

從今天開始、從 i 開始，和家樂福一起減塑、減廢，愛地球！

為了地球，家樂福不遺餘力。從友善農業、動物福利開始，再從減廢減塑著力。當家樂福自有品牌取消了飲料組裝的收縮膜包裝，策略從賣場及商品包裝減塑，每年約減少 340 噸塑膠，1067 噸的碳排。

塑膠產品的誕生初衷，是為了讓地球、讓人們的生活更好。雖然在過去的消費習慣下，對地球造成了嚴重影響，但是，要愛地球，永遠不嫌晚。從今天開始、從i開始，和家樂福一起減塑、減廢，愛地球吧。

• 作者／張凱婷

作者簡介
綠色和平減塑專案負責人。都市與社區規劃背景，從事環境倡議工作六年，致力支持全球與在地的永續與環境保護行動。

• Take Home Message
  • 塑膠廢棄物的汙染愈加嚴重，特別是一次性塑膠包裝。據統計，2040 年全球塑膠廢棄物將會累積至6.46 億公噸。
  • 分析報告指出「源頭控制、減量」比「回收」或「替代材質」更適合作為塑膠汙染的解決方案。
  • 正進行談判協商的全球塑膠公約須以零廢棄為原則限制生產與使用，優先淘汰一次性塑膠，以終結塑膠汙染世代。

自人類開始使用各種形態、材質的塑膠，只花了不到一個世紀的時間，就讓塑膠汙染成為全球性、最緊急的環境挑戰之一，影響著我們的健康、自然生態及氣候。

即使全球統一的回收標誌已運行了 40 年之久，但所有被產生出來的塑膠垃圾只有 9％ 進入回收利用。塑膠廢棄物的末端處理成效令人沮喪，但塑膠用量仍年年升高。根據統計，全球自 1950 年代至今已累積製造了 83 億噸的塑膠，2021 年的塑膠產量更已達到 3.9 億公噸，與半個世紀前 1964 年的 1500 萬噸相比，相差了 20 倍。

根據世界經濟論壇（World Economic Forum，WEF）估計，一次性塑膠包裝占所有塑膠產量的 40％，為塑膠產業的最大宗，相當於每年有 1.61 億噸的塑膠包裝在市面上僅用一次就被丟棄。塑膠包裝也因此成為海洋及全球淨灘統計中最大量的垃圾。

塑膠演變成環境汙染的原因在於它幾乎無法完全被分解，而且會隨著陽光長期照射，脆化、分解、破碎成更小的碎片或顆粒，形成塑膠微粒。由於塑膠微粒的尺寸小、重量輕，透過大氣可以使它的傳播距離更遙遠，不僅漂浮在我們呼吸的空氣中，甚至可以進入並積聚在我們的器官、組織、血液中。

單靠回收無法解決問題 「減量、控制」才是最具吸引力的解決方案

皮尤慈善信托基金會（The Pew Charitable Trusts）2020 年出版的海洋塑膠分析報告書——《打破塑膠浪潮》（Breaking the Plastic Wave）指出，全球塑膠汙染的情形會愈來愈嚴重，若沒有系統性的轉變，到了 2040 年全球每年產生的塑膠廢棄物將會倍增，累積在海洋中的塑膠垃圾會比現在多出四倍，來到6.46 億公噸（圖一）。

不過，這份報告也提出相關解決方案，包括：

• 源頭控制、減量：直接淘汰塑膠、擴大消費者重複使用方案、推出新的包裝商業模式
• 替代材質：紙、紙＋淋膜、可分解材質
• 回收：機械回收、化學回收
• 終端處理：廢棄物燃料化、焚燒、掩埋

報告指出，若要解決塑膠汙染，無法靠單一的解決方案，且每一個解決方案可以帶來的減量效果都有所不同。其中，「源頭控制、減量」——透過直接淘汰包裝、擴大消費者重複使用的選項、新興的商業模式，在綜合環境、經濟和社會角度成為最具吸引力的減量方案，可以最大程度減少塑膠汙染，還能帶來經濟效益並緩解溫室氣體排放（圖二）。

我們必須要以前所未有的速度和規模創建新的商業模式、產品設計、材料、技術和回收系統，以加速朝向循環經濟發展。

企業自願性承諾減塑緩不濟急

2018年，艾倫麥克阿瑟基金會（Ellen MacArthur Foundation）邀請眾多企業及政府簽署自願性的「新塑膠經濟全球承諾」，包含使用大量一次性塑膠包裝的零售商、觀光業、食品業及包裝製造商要在 2025 年達到以下減塑目標：

• 剔除不必要或有問題的塑膠包裝。
• 達成可重複使用塑膠的商業模式，以替代一次性的塑膠使用。
• 全面使用 100％ 可重複利用、可回收或可堆肥的塑膠包裝。
• 對所有使用中的塑膠包裝設定採用可回收塑膠比例的目標。

然而，艾倫麥克阿瑟基金會去（2022）年度的追蹤報告卻顯示，以目前企業落實的程度看來，2025 年幾乎不可能達成此目標。值得一提的是，重複使用的商業模式雖然每年都有成長，但是成長幅度並不高，企業以及政府相對投注更多資源在「回收」或「替代材質」。

這突顯大品牌空洞的自願性承諾，需要更強而有力的導正，大幅減少塑膠的生產和使用，並且應大力加速轉型往「重複使用包裝」的經濟模式。

進行中的全球塑膠公約

好消息是，要阻止塑膠汙染持續惡化的呼聲也來到高峰。去年 3 月的聯合國環境大會（United Nations Environment Assembly，UNEA 5.2），各國家及地區代表均認同解決塑膠汙染的迫切性，決議確立公約。為了立法處理塑膠汙染問題，全球規劃透過「政府間談判委員會」（Intergovernment Negotiating Committee）商議條文細節，目標明（2024）年底前完成協商程序。

依照目前的規畫，從去年底到明年將進行五輪的談判協商，第一輪已經於去年 11 月於肯亞奈洛比落幕。

第一輪的會議重點有以下：

• 各國家及地區均認同解決塑膠汙染的迫切性
• 許多政府及企業都有共識此條約需具法律約束力，並涵蓋整個塑膠生命週期
• 各國家及地區須制訂「國家／地區級行動計畫」

源頭減量，終結塑膠汙染時代

聯合國在 2017 年時宣布了塑膠汙染為全球危機（planetary crisis）：塑膠汙染不可逆轉，不僅會導致生物多樣性喪失，對依賴海洋生態系統健康的人類生計造成毀滅性影響，科學證據也證實當前的塑膠汙染已超出了地球可負荷的極限，再加上塑膠汙染的跨區域特性強、生命週期對全球造成汙染並衝擊自然環境與人類健康。

我們亟需導入能與問題規模相匹配的解決方案，全球塑膠公約必須以「預防放任塑膠無上限生產」及「零廢棄」為原則，限制塑膠的生產與使用，設定塑膠生產限制的歷史基線，作為不得再產生新原生塑膠的禁令，並且優先從源頭逐步淘汰一次性塑膠，以終結汙染世代。

• 〈本文選自《科學月刊》2023 年 5 月號〉
• 科學月刊／在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

上一篇文章，我們介紹了在分子料理中被稱作晶球技術的「人工魚卵製造技術」，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調理場中。身為主要添加物之一的「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。接下來，就讓我們來揭曉這些技術在應用上有哪些變化吧！

哪些因素會影響晶球成品？

除了海藻酸鈉與鈣離子的濃度會影響產物，還有許多因素會影響晶球膠體成型的外觀、粒子強度，以及包覆性。

反應速率

各種鈣離子化合物與褐藻酸鈉溶液的反應速率不同，藉由使用不同種鈣離子化合物（如：氯化鈣，乳酸鈣與葡萄糖酸鈣）所造成反應速率的差異，可以製造適當厚薄與硬度的晶球膠膜。

溫度

高溫可以加快鈣鹽與海藻酸鈉的溶解速度，這時海藻酸鈉還不會與鈣離子產生反應，等到冷卻後反應生成「熱不可逆凝膠」，在高溫下依然能保持此物理型態。

製作過程凝膠順序的差異

改變凝膠順序是另一種常見的手法，可以分成「基本球化」與「反轉球化」等兩大方向。

1. 基本球化技術採用直接滲透，在食品（溶液，如果汁等）中加入海藻酸鈉，然後滴入含有鈣離子的溶液中。操作簡單，但成膠速度會受鈣離子擴散影響，長時間反應甚至會變成整顆球體凝膠，因此較適用於餐廳廚房快速製備上桌的分子料理。
2. 「反轉球化技術」，利用食品本身含鈣的特性，或額外添加鈣的方式，滴入褐藻酸鈉溶液，讓周圍膠化形成膠膜，所形成的球殻厚度通常比基本球化的球殼再厚一點，較容易維持球形，但相對不脆且不易爆開，此方法可以預先製備球體，也能夠避免酸性、含酒精或本身含有大量鈣離子的液體無法適當溶解海藻酸鈉的問題。
3. 「二次凝膠球化技術」，則是將反轉球化所形成的晶球，再放入鈣離子溶液中，形成更強的交聯反應，以提升膠膜穩定度，此種方法常用於保護與控制釋放機能性成分之晶球製作。

剪切力、流體方向與液滴形狀

在工廠大量製作時，為避免因生產速度過快，導致液滴無法呈現球狀，可利用控制剪切力，與控制流體方向等工程技術加以改善。綜合上述條件，再搭配射出力道與剪切刀片模具，就可以生成各式形狀與口感的海藻酸鈉凝膠，如：仿海藻脆絲、髮菜、素魚翅、素海蜇皮，以及仿魚子醬等多樣化食品。

除了料理，也來參一腳減塑行動

為了減少寶特瓶與塑膠的使用量所研發的 Ooho 可食用水球，也運用了晶球技術的原理。

每顆裝有 20-150ml 的水，包覆在雙層可食用膜中，雙層可食用膜的主要成分為氯化鈣及海藻酸鈉。為了盛裝較多水量，一開始會先將水冷凍後，沾附氯化鈣溶液，再與膠體溶液反應形成包覆膜，待解凍後，即可完成一個個方便攜帶，不用塑料包裝的水球了。其中，外層膜可防止汙染，食用方式可直接吞入，吸食裡面的水分，或是將外膜撥開後吞入。

研發團隊目前與大型活動如博覽會，音樂祭，馬拉松等配合，減少寶特瓶與盛裝用的紙杯、塑膠杯的浪費；近期也應用於裝載果汁，醬料與雞尾酒等。雖然要完全替代塑膠包裝，還有許多像是保存期限、裝載量、在沒有額外包裝的情況下，是否堅固與方便攜帶，以及是否能夠大量運輸等問題尚待解決，但這只是個開端，期望未來能有更多的應用。

日益精進的微膠囊技術：除了褐藻酸鈉以外，還有……

除了上述所說的分子料理與食品外，這種凝膠特性在食品業還有更多發展空間。「微膠囊」可以當作一種微粒包裝技術，藉由不同的高分子聚合物當壁膜，包覆著固體、液體或氣體之核心材料。根據不同壁膜的厚度與性質，能夠改變溶解度與分散性、讓液體形式的食品可以轉變為固體、降低揮發性、保護機能活性、防止營養物質損失，以及增加吸收效率等功能，廣泛應用於醫學，食品，藥品與化妝品工業中。

食品中常見的壁膜材料除了褐藻酸鈉外，可依照材質特性分為：

• 水溶性膠體：洋菜、紅藻膠、卡拉膠、三仙膠等
• 纖維素衍生物：羧甲基纖維素
• 蛋白質類：吉利丁、膠原蛋白等

有些微膠囊技術（如：微流道技術）雖然在實驗室或中間型工廠開發成功，卻因製造成本過高而難以在食品業界量產，不過在生醫藥領域仍有持續開發的優勢。目前多應用於製作固化香料、酸味劑、天然色素、營養劑、益生菌，與風味調味料等。

分子料理與食品科學的相輔相成

分子美食學——用科學的方式，理解食材分子經過烹調的科學原理，運用所得的經驗和數據進行再創造，除去料理迷思，事半功倍做出的料理。

分子美食學最開始的發起者並非職業廚師，而是由化學家 Herve This 和物理學學者 Nicholas Kurti 所創立。雖然料理說白了，就是一連串的物理反應和化學作用，但是美好的飲食饗宴，卻來自料理者對於美味的執著。

在食品業，因為「假魚子」遭受抨擊的晶球技術，用於分子料理卻廣受歡迎，亞德里亞公開食譜的方式，或許也是另一種讓民眾接受度提高的原因之一。即使在科學家眼中，分子料理屬於食品科學的一部分，但往往食品工廠誕生的食品卻常止於製造出來而已，對於建立與消費者溝通的橋梁，與了解消費者需求這部分，不可否認，分子料理提供了更好的五感體驗，這也是食品科學可持續進步的新方向。

參考文獻

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• 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