廚房裡辦不到的加工技術：認識現代食品加工

生活中，無處不是壓力：上下班通勤、陌生互動、遭狗追逐、天災人禍，以及定期電動除毛。起伏跌宕都在汗水與喘息間完成，日復一日。承擔澳大利亞牧業重擔的主角，向來行程滿檔，抗壓性要夠強。參與國家級科學研究的成年雌性美麗諾綿羊（Merino ewes），更是於 2021 年秋冬，展現成熟堅韌的心理素質。^[1]

親疏遠近

澳洲聯邦科學暨工業研究組織（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation，簡稱CSIRO）的學者，從 5 個羊群中，各揀 14 隻，也就是總共 70 隻的雌性美麗諾綿羊，並額外預留幾隻備用。牠們的年紀介於 3 到 6 歲之間，健康且無身孕。在飲水充足的牧場上，依照所屬的羊群分開放養，避免牠們跨越藩籬，廣結新友。^[1]

成群的綿羊，放眼望去彷若白雪皚皚。旁人見了，不免覺得每隻都一個模樣。然而就像日本青春女團 AKB48，多如過江之鯽的成員即使化成了灰，忠實歌迷仍喊得出個別的全名。綿羊認得人，也記得彼此。^[2]互動上有親疏遠近之分，並非生張熟魏，皆能依偎。牠們透過視覺和嗅覺，辨別自己同誰照過面，放牧時自然找熟識者相陪。^[1]

2021 年 5 月 24 日到 6 月 18 日期間，CSIRO 團隊每回進行測試前，會從上述 5 個羊群的代表中，再分別隨機挑出 2 隻，即一共 10 隻綿羊：5 隻實驗；5 隻對照。集合不同羊群的實驗組，一起接受壓力考驗，然後觀察所有綿羊的行為。挑選出來的個體，皆不再送回。^[1]

按表操課

綿羊受到壓力刺激的 10 至 15 分鐘後，血漿中皮質醇（cortisol，又稱「皮質酮」或「可體松」）的濃度會達到高峰，並於接下來的 60 分鐘內逐漸消退。CSIRO 團隊根據此現象，決定施壓的時間長度，設計出以下行程，讓實驗組的綿羊按表操課。^[1]

社交距離

對比人類勾心鬥角，互動往來盤根錯節；綿羊的個性直白，交際單純。CSIRO 團隊得以仰賴科技，測量個體間距，比較誰的友誼親密。每隻綿羊都穿著犬用背帶，上頭安裝定位儀（rover），記錄即時動態（real-time kinematic，簡寫 RTK）與衛星導航系統（Global Navigation Satellite System，縮寫 GNSS）的綜合數據。身上還用澳洲國產的羊毛專用顏料，畫上與各台機器相應的標記，方便研究人員觀測牠們的社交距離。^[1]

群居動物

群居動物除了交配繁殖，也會有其他社交關係。前者目的直接；而後者的機制則較不明確。延長的接觸、同步的行為，或社交連結的動作，在情勢使然的共處後產生。一塊兒被捕的吸血蝙蝠（vampire bats），勤奮地幫彼此梳毛（allogrooming）；而抽籤同寢的大學室友，也可能於畢業後保持聯絡。同甘共苦會強化感情：一起面對的威脅，鞏固了孔雀魚（guppies）之間的情誼；共同觀賞影片的猩猩（great apes），關係亦顯得加倍緊密。^[1]

那綿羊呢？

緩衝壓力

飽受折騰的實驗組綿羊，理所當然在跑完行程後，貼近來自同個羊群的夥伴。然而CSIRO團隊透過監控，發現牠們竟也逐漸與原先不認識的綿羊交好。想必是實驗過程中的患難與共，使陌生的綿羊培養出革命情感。於是，彼此的陪伴促進催產素（oxytocin）分泌，進而降低皮質醇的濃度，調節了下視丘－腦垂腺－腎上腺軸（hypothalamic–pituitary–adrenal axis）的反應，最後達到緩衝壓力（stress buffering）的效果，也鼓勵生存導向的群體合作。^[1]

短暫壓力

從此以後，牧羊人只要別隨意拆散羊群，就不必為了造成人家的生活壓力，而感到罪孽深重。畢竟研究證實綿羊會在下班後，自行尋求朋友陪伴，從而獲得心靈慰藉。牠們絕對有辦法承受短暫的壓力。如果有非執行不可的任務，切記「動作愈快愈好」，CSIRO 的研究人員溫馨提醒。^[2]

參考資料

1. Keshavarzi H, Lee C, Dyall TR, Johnson M, Campbell DLM. (2023) ‘Shared stressful experiences affect social proximity in Merino sheep’. Biology Letters,19 (2): 20220396.
2. Claughton D, Williams L. (08 FEB 2023) ‘Sheep and humans have more in common when it comes to sharing stress, study finds’. ABC News.

溫度影響剎車的抓力

雖然似乎有點違背直覺，但是煞車是高速駕駛不可或缺的一環。不管是在哪個賽車場，駕駛的目標之一就是保持在賽道的最佳路徑（racingline）—繞行賽道的最短路徑。所以駕駛過彎時不會沿著急轉彎處長長的外彎道前進，而是「夾著」彎道的內側，稱為彎頂點（apex，即過彎路線中最接近彎道內側的點）的地方，以將他們必須行駛的距離縮到最短。

這麼做需要非常精準的煞車：要在剛剛好的時間對煞車踏板施予剛剛好的壓力。當他們辦到時，駕駛就會出現在賽道轉彎處的絕佳位置，且依然帶有征服下一段賽程所需的速度。但是這樣的開車方式會耗損煞車；而且有些賽道沒什麼機會可以讓煞車冷卻。

以世界知名的摩納哥街賽道來說。雖然僅長3.34 公里（2 哩多），是F1 賽程中最短的賽道，但是卻必須不斷踩煞車和加速。煞車製造商布雷博（Brembo）指出，2019 年賽季中，駕駛們每一圈使用煞車 18.5 秒，多過總賽程的四分之一。

在需求最高的轉彎處，汽車要在不到 2.5 秒的時間內將時速從 297 公里（185 哩）減至 89 公里（55 哩）；這會將大量動能快速轉換成熱能，難怪煞車碟盤會冒出火花。為了要負荷這樣龐大的熱負載，製造商在每個煞車碟盤的邊緣鑽入細小的徑向孔—數量超過 1000 個。

這樣的小孔可以增加煞車碟盤的表面積，比較容易散熱。但是也具有通氣孔的功能。與安裝在各個輪框上的大型冷卻管相結合時，可以把冷空氣拉入煞車碟盤中心，把熱空氣從邊緣帶走。還有個額外優點，這些F1 煞車碟盤相當輕，重量約各為1 公斤（2.2 磅），相較之下，差不多大小的鑄鐵煞車碟盤則為 15 公斤（33 磅） 。

所以為什麼不全面使用這種煞車碟盤呢？有個原因是價格—每片煞車碟盤可能要價高達 2000 美元（約 1500 英鎊） ，而且要六個月的時間才能製成。它們也不太耐久，通常每次比賽後就得更換。最後，它們受限於一定的工作溫度，只能處於 350 ∼ 1000℃。

低於溫度下限時，它們幾乎不具有停止能力—煞車片與煞車碟盤無法產生足夠的抓力。但是如果煞車的溫度高於上限值太久，則會災難性地失靈。如馬歇爾對我描述的，「彷彿在踩縫紉機。當這種狀況發生時，煞車碟盤耗盡『材料』的速度有多快，簡直難以置信。」

科技有助於車隊和駕駛控制他們的煞車，但是就跟 F1 的大部分狀況一樣，沒那麼簡單。冷卻管的大小與形狀可控制流經煞車碟盤的空氣量，所以你可以想像管子愈粗愈好。

但是如 F1 傳奇工程師帕特．西蒙茲（PatSymonds）告訴《賽車工程》（Racecar Engineering）雜誌的，冷卻有其後果：「遇到像蒙特羅這樣需要一直踩煞車的賽道，我們被迫使用一些該賽季最粗的管子。從最細的冷卻管換到最粗的冷卻管，會犧牲 1.5％的空氣動力學效率，這代表最高速度時速會減少 1 公里。」

我可以想像這會引發車隊的煞車工程師與他們的空氣動力學家爭辯。就連測量煞車配件的溫度都不容易。馬歇爾告訴我，在奧斯頓馬丁 F1 車隊中，他們會在煞車片的安裝托架中埋入高溫的熱電偶，和一系列直接朝向煞車碟盤的遠紅外線感測器。電視轉播賽事時偶爾會出現的彩色熱影像，主要是為了給我們這些觀眾看—顯示出他們建議的最高溫度。

摩擦介面與溫度控制

煞車片與煞車碟盤之間還有另一個重要的過程是磨耗。所有滑動與摩擦都會對兩個表面造成實質傷害；每次煞車作動，兩者都會有微粒破裂。在煞車系統的使用期間，這會逐漸降低材料的摩擦係數—換句話說，會失去它們的抓力。

但這不只是因為彼此的表面被「磨光」，或是失去黏性。磨耗也會形成摩擦膜（tribofilm）這種東西—煞車片與煞車碟盤相接觸時壓碎的一層非常薄的細粒狀材料。「談到磨耗與摩擦力，摩擦膜非常有影響力，」英國里茲大學（University of Leeds）的沙赫里爾．柯沙利（Shahriar Kosarieh）說。

「我們把這層膜視為『第三體』，因為儘管它是由互相滑動的那兩種材料製成，其化學與機械性質還是與那兩種材料不同。」關注各式各樣市售鑄鐵煞車片的德國研究人員發現，無論煞車片是什麼材質，形成的摩擦膜總是會受到氧化鐵（Fe3O4）控制，其他成分的影響力則相當微弱。

「摩擦膜會控制散熱，且能減少摩擦力—它會主導性能，」柯沙利繼續說道。「煞車製造商很清楚這一點，調配自己的煞車片配方時會考量這一點。煞車片與煞車碟盤要互相搭配，才能產生最佳性能。只要你更動了任一個材料，就會改變界面產生的結果。」

柯沙利最近的研究關注鑄鐵煞車碟盤輕量替代物的摩擦表現，這些輕量煞車碟盤主要都是鋁製。不只有他這麼做—整個汽車產業都對減輕重量很執著，主要是因為汽車的重量愈輕，消耗的燃料就愈少，環境影響也愈少。目前是以鋁為主流。

「那是一種低密度金屬，約比灰鑄鐵（grey cast iron）還低 2.5 倍，所以減輕重量的可能性很高，」他跟我在電話中閒聊。「鋁的導熱性也很高，在表面形成的氧化物也具有一些防蝕效果。」把鋁合金與碳化矽等硬質陶瓷材料結合也能提升其強度。

「但是鋁的問題在於當溫度高於400℃時會開始熔化。就煞車而言，這代表摩擦力突然銳減，也是你能想像最糟的狀況。所以更加促使工程師更努力找出方法，既能讓表面有比較好的熱穩定性，使用壽命又能更持久。」

對柯沙利而言，最有意思的其中一種方法是電漿電解氧化（plasmaelectrolytic oxidation, PEO），這是用一個電場在鋁的表面形成一層複雜又高度耐磨的薄層。當他測試各種不同以電漿電解氧化處理過的鋁盤性能時，發現有些可以撐過約 550℃。不過，許多案例的摩擦係數太低—低於實際煞車系統所需的最低閾值。

柯沙利並不洩氣。「煞車是整個系統一起作動。如果你拿到一個新的煞車碟盤，那你也需要把對位碟盤調整到最佳狀態。製造商設計出專供電漿電解氧化塗層煞車碟盤使用的新煞車片配方。」我只找到幾篇已發表的研究，結合了電漿電解氧化煞車碟盤與這些新的摩擦片，但是結果看起來大有希望。輕量的鋁製煞車在未來的道路車輛上可能有機會亮相。

F1 在 1970 年代晚期為它們的煞車碟盤和煞車片找到了不同的解決方法，從那時候起就沿用至今：一種稱為碳－碳（carbon-carbon）的材料，在石墨基質裡包埋高度有序的碳纖維。其散熱效果非常好，所以也用在太空梭上。雖然它聽起來可能跟F1 賽車底盤用的碳纖維很類似，但其實是非常不一樣的猛獸。

製造碳－碳很緩慢且複雜，此材料是由原子薄層堆疊成層。它在摩擦力方面勝出，提供的抓力比傳統煞車配件高 2 倍（在其理想工作溫度範圍內）。但是那並非魔法。在競速的壓力之下，這種材料終究會磨耗殆盡，部分是由於摩擦，但也有化學方面的因素。溫度上升時，碳－碳會與空氣中的氧氣產生反應，而氧氣會提高其劣化程度。你有時候會看到F1 駕駛大力踩煞車時冒出黑塵，這就是原因。

藉由感測器數據調整剎車系統

這個過程代表車隊需要監測的煞車項目不只是溫度。馬歇爾跟我說，他們會使用壓力感測器留意流經管子的氣流。他們也有針對磨耗的電子感測器，可以測量胎側的活動。

「我們使用這些儀器測量煞車片還能接觸煞車碟盤多久。由此可以推論總磨耗程度—也就是煞車片與煞車碟盤的磨耗總和。」為了推算總磨耗比例與煞車片的關係，以及對煞車碟盤的磨耗程度，車隊會把感測器數據對照以往試駕和賽事所蒐集的煞車數據。

「我們可以從所有資料中追溯比賽時的磨耗速率。如果太快，我們可以調整煞車平衡，以免磨耗最高的車輛壽終正寢，或可以請駕駛找一些乾淨的空氣冷卻煞車。」不管怎麼做，目標都是確保駕駛在需要的時間和地點擁有阻擋能力。任一賽季都會面臨數以千計的彎道，這些系統，當然還有駕駛，都表現卓越。

——本文摘自《黏黏滑滑》，2022 年 11 月，晨星出版，未經同意請勿轉載

日常生活的壓力經常會令我們覺得喘不過氣來，這不只是比喻，也是真實的感受，每一天都彷彿像登山一樣辛苦；經常夜晚睡不著，白天很容易分心，而且把注意力集中在壞事上。生活中充滿了責任、憂慮、不確定性和懷疑。

我們被很多東西過度刺激，包括害怕錯過（FOMO，fear of missing out，中文為錯失恐懼症），不論這種感受是否是因為使用 IG、推特或臉書，還是看網路新聞所造成的。對很多人來說，面對現今的世界，焦慮似乎是唯一適當的反應。

人們會以不同的方式稱呼焦慮，但其實就是心理與生理對壓力的反應；我們的身體無法分辨造成壓力的情境究竟是真的，還是自己想像或假設的。但是了解觸發焦慮的神經生物學，以及焦慮發生時，我們的大腦和身體內發生的情況，就有可能學會將自己的感覺分成較小的片段，然後移動和管理這些感覺。

我們也可以運用焦慮的能量來達到好的結果。焦慮的確就像能量一樣。你可以把焦慮想像成你對事件或情境的化學反應：如果沒有值得信任的資源、訓練和適當的時機，這樣的化學反應可能會失控——但焦慮也可以被控制並運用，以達成好的結果。

當威脅出現時，便會產生焦慮

想像妳是生活在更新世時期（Pleistocene Epoch，是一個地質年代，至今約二五○萬至一八○萬年前，人類就是在此時出現）的女人，妳居住在一個狩獵採集的部落。妳的工作是在淺河床附近採集食物，距離妳的游牧帳篷營地約五百碼。妳把十二個月大的寶寶揹在背上，並且在河岸邊的矮樹叢中彎下腰去尋找可食用的植物。

忽然間，妳聽到附近傳來窸窣聲。妳馬上就僵住，停止所有的動作，妳不動聲色地蹲下來，以免驚動到寶寶，同時也是在躲避可能的攻擊者；妳聽到更多窸窣聲，然後就開始估算這聲音是從多遠的地方傳過來的。妳的心跳開始加快、腎上腺素快速流竄全身、呼吸變得短而淺，雙腿肌肉緊繃準備奔跑或是反抗。

妳現在所做的就是威脅反應：即是對可能的危險，會產生的自動反應。如果妳站起來看到的是一頭正在潛行覓食的大貓，那麼焦慮反應就是正確的，而且腎上腺素會強化妳對於最佳生存機會的評估能力，妳可能會僵住不動、逃跑或戰鬥。如果妳站起來，看到剛才的窸窣聲原來是一隻低飛的鳥兒造成的，妳的心跳就會慢下來，逐漸恢復正常速率。腎上腺素和恐懼的感覺很快就會消退，妳的大腦和身體就會回到正常狀態。

這是焦慮的第一級：對威脅的自動化處理方式。大腦中這塊古老的部分運作得非常快，而且是自動的反應，我們幾乎不會察覺它的運作；大腦生來就是如此，這是為了確保我們的生存。大腦會傳送訊號給身體，而身體的反應就是心跳加速、手心流汗、腎上腺素和皮質醇飆升，而且消化和生殖系統會停止運作，這樣妳就能更快逃跑，或是集中力氣保護自己和後代。

現在再來想像一下另一個情境，這次的時間是二○二○年，妳獨居住在郊區小鎮只有一間臥房的平房裡，房子的後面是一條小巷子。現在的時間是晚上，妳正在泡茶，準備享受最喜歡的最新一集電視節目。妳把電熱水壺插電，然後尋找櫥櫃裡的餅乾時，聽到從後門傳來東西傾倒的聲音。妳的心跳加速、靜止不動並恐懼地盯著門：「有人闖進來嗎？有人會傷害自己嗎？」一開始妳不敢動，然後決定看看廚房窗外，結果瞥見在附近生活的浣熊。然後妳想起來，上個星期才收拾散落滿車道的垃圾。

然後妳就繼續泡茶、看電視，但不知怎麼的就是無法安下心來。妳覺得焦慮，開始擔心社區是否安全、是否該找個室友、是否該搬家，或是住在較高的樓層，才不會這麼接近街道。然後妳想起最近闖空門的案件激增，妳在想也許該買一把槍保護自己；妳發現自己對於拿槍這件事，忽然感覺害怕又困惑。妳無法好好欣賞節目，於是關掉電視並決定吃一顆非處方箋安眠藥讓自己睡著。妳只想用睡覺來甩掉所有可怕的感覺。

雖然這兩個只是假設的情境，而且相距數百萬年，但都與焦慮的觸發和體驗有關，但是結果卻不相同。

威脅觸發生理反應

我們先來看看兩個情境的共同點。在妳的意識察覺之前，大腦就已經偵測到可能的威脅或危險，並傳送訊號給身體，以做好準備，採取行動。這個反應有部分是生理性的，呈現的方式是心跳加速、腎上腺素激增，以及呼吸短促——這些都是要讓妳能夠快速行動，不是逃跑就是防衛。這也是由皮質醇所觸發所的情緒性反應，在兩個情境中呈現的方式是立即感到恐懼。

這個威脅反應通常被稱為「戰鬥、逃跑或僵住」（fight, flight, or freeze），這個反應會在百萬分之幾秒內發生，此時妳的大腦試著釐清某個刺激是否是真的威脅，應該盡快逃跑、對抗潛在的威脅，還是要僵住不動、原地裝死。

這個反應是由我們的中樞神經系統特定的部分所控制，稱為交感神經系統（sympathetic nervous system）。交感神經主要的通訊管道位於脊椎外側，是一個自動運作的系統，不由我們的意識所控制。它會造成一連串的反應，包括心跳加速、瞳孔放大，以便聚焦威脅的來源、胃部不適（這顯示血液正快速湧出消化系統，流入肌肉以便快速行動），讓肌肉做好準備以便逃跑或作戰。

在危險的情況下，生理系統一旦被啟動，會對我們有幫助。對於恐懼的生理反應以及情緒感受，都必須是自動發生的，以便讓我們將注意力集中於立即的危險。這是我們對威脅與生俱來的反應，是腦—身體用來保護我們的方式，正如感到恐懼而強化生理機能，是在保護我們一樣。

在第一個情境中，當女子判斷自己沒有立即的危機時，她的腦—身體就重新設定。在第二個情境中，女子即使是看到浣熊，焦慮反應也沒有解除；她的腦—身體陷在害怕的感覺中，她的感覺失控了。

全球頂尖的神經科學家，也是我在紐約大學（NYU）的同僚約瑟夫．勒杜教授（Professor Joseph LeDoux）解釋：「當立即的威脅出現，就會發生恐懼的狀態；而當威脅有可能發生，但不確定會發生時，則會造成焦慮狀態。」

勒杜區分恐懼（真實威脅出現時的體驗），以及感受到或想像的危險（焦慮的情緒感受）之間的差異。更新世時期的女子感受到強烈的恐懼，同時身體也產生變化；而住在小房子裡的女子感受到的焦慮，則是拖了比較久、持續的情緒感受，而且她無法停止這樣的感受。

早期的焦慮研究著重於將這個潛意識、與生俱來的恐懼反應，視為演化的適應機制，這是天生的自然反應而且對我們有幫助。這是大腦給我們訊息，要我們注意可能的危險，而且是受到生存直覺所驅動。

但是當人類隨著時間演進，我們的世界變得更複雜、更有結構、更想要社交，但大腦並沒有跟上環境中愈來愈多的社交、智力和情緒的需求，所以我們會覺得無法控制焦慮。這個系統深植於原始大腦中，但它並不善於評估威脅的微小差異。

雖然前額葉皮質（prefrontal cortex，也就是所謂的大腦上部負責做決策的［執行］區域）透過理解能力，可以幫助我們無視這些和恐懼有關的自動反應，但我們的原始大腦，尤其是和自動威脅反應有關的區域，運作的方式仍和數百萬年前一樣。

這個機制解釋了為什麼在非洲大草原的更新世女子，和在小鎮裡的現代女子，一開始對於噪音的反應非常類似。但卻只有較進化的女子才感覺到揮之不去的焦慮，並且想出許多「萬一」發生的事。當更新世女子一評估沒有立即的威脅要恐懼時，她就繼續過日子，但郊區的現代女子卻是深陷於壞焦慮中。

——本文摘自《改造焦慮大腦：善用腦科學避開焦慮迴路，提升專注力、生產力及創意力》，2022 年 12 月，聯經出版公司，未經同意請勿轉載。