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吃蟲進行式:昆蟲食品的新奇之路——以蟲為食(下)

Sophia
・2020/01/06 ・5326字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

在〈月底又要吃土了嗎?以後你可能有營養新選擇:吃蟲!——昆蟲會成為未來糧食革命的主力嗎?(上)〉我們已經認識了吃昆蟲的各種優缺點,儘管法規與風險都還需審慎研究,但看來新穎昆蟲食品進入市場是板上釘釘了。

身為什麼都吃什麼都不奇怪的亞洲人,對吃蟲也許不陌生,然而你的印象是否只停留在旅遊節目中,一盆盆粗曠的炸蟋蟀、蟬、竹蟲、田鱉、螞蚱或蠶蛹呢?

你說你不吃蟲,但你早就吃過啦!圖/needpix

其實很多蟲子已經不知不覺的進入你我口中,像是作為食品添加物在糖果、飲料或是果醬中;萃取自胭脂蟲血液中的胭脂紅色素,或是被中醫拿來入藥的的三百多種昆蟲(許多人懼怕的小強也是其中之一),還有雷根糖外層原料——吸附在樹枝上的膠蟲。但是要讓昆蟲加入日常飲食行列中;還要有競爭力,又是另一回事了。

為了讓昆蟲進入你的胃,卯足全力 72 變的食品加工

雖然不陌生,但張牙舞爪的昆蟲上桌,對大多數人而言仍是惡夢,高營養價值的誘因是否大過消費者的感官衝擊,任誰也不說不準。因此面對 FAO 真誠推薦的蟲蟲食物,食品加工業將你想得到想不到的料理方法都用上了。在決定吃不吃之前,我們可以先認識牠們從「新鮮昆蟲」到「昆蟲食品」各階段的樣貌與可能經過的歷程。

第一步:昆蟲的原味

品嚐食物的兩大重點無外乎口感、外觀與風味。昆蟲的外骨骼可以帶來酥脆口感,蛹、幼蟲(毛蟲)和若蟲則因幾丁質含量較少,少了口感;人體卻較易消化。昆蟲外殼上的顏色並不影響風味,加工過後亮麗的顏色通常都會改變(Kouřimská,et. al., 2016)。而昆蟲的風味主要來自蟲體表面的費洛蒙,不同生長的環境與飼料,便會有不同的風味,若經過加工更會再次改變。

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食用昆蟲分類及其味道參考表 (資料來源 Ramos-Elorduy, 1998)

可食用昆蟲分類及其味道
可食昆蟲種類英文名 可食昆蟲中文名 嚐味與風味
Ants, termites 螞蟻、白蟻 甜味,杏仁堅果風味
Larvae of darkling beetles 黃粉蟲 全麥麵包
Larvae of wood-destroying beetles 毀木甲蟲的幼蟲 帶皮、含脂肪的牛胸肉味
Dragonfly larvae and other aquatic insects 蜻蜓幼蟲和其他水生昆蟲 新鮮魚味
Cockroaches 蟑螂 磨菇味
Striped shield bugs 條紋盾蟲(椿象) 蘋果味
Wasps 胡蜂 松子味
Caterpillars of smoky wainscots, Corn earworms 黑烟壁板蛾幼蟲(毛蟲)、玉米穗蟲 生玉米味
Mealybugs 粉介殼蟲 炸馬鈴薯味
Eggs of water boatman 松藻蟲(仰泳椿)的卵 魚子醬
Caterpillars of erebid moths 蛾類的幼蟲(毛蟲) 鯡魚味
Treehoppers 角蟬 酪梨與炸櫛瓜味

 

第二步:基礎加工

目前除了常見的熱風烘乾、烘烤、油炸、蒸煮,微波、冷凍乾燥、磨粉、萃取或是水解等更精細的加工方式也已被運用在昆蟲身上。嘗試這麼多種方法來開發,都是為了降低食用過程帶來的不適感或恐新症,或是增加營養價值、人體的吸收效率。1

第三步:進階加工

雖然經過基礎加工,昆蟲已經可以食用,但多數昆蟲直接攪打後會成為黏糊液體,容易腐敗,不方便繼續加工。此外,昆蟲的高含量蛋白質容易水解變質與產生褐變現象;脂質則容易氧化酸敗產生臭味。因此想讓昆蟲食材有更多的利用空間,需要再加工製成蟲粉、萃取乾燥或脫脂以增加保存期限2,也順勢減少儲存空間、成本,利於食品工廠應用。

另一方面,也有人開始研究以昆蟲製油。昆蟲脂肪酸比例受品種,生長階段等因素影響,因此可分為在室溫下為液體的昆蟲油;與如奶油般固態的昆蟲脂肪,前者不飽和脂肪酸比例大於 60%,後者則有 57-75% 較高含量的飽和脂肪酸。這樣的多元性使昆蟲有更多開發為油類產品的空間,如美乃滋,油醋醬,油炸油,抹醬與烘焙用油等。

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第四步:包裝

昆蟲含不飽和脂肪酸,保存溫度超過 40℃ 時油脂易氧化而分解產生高揮發性化合物,導致酸度下降同時產生不好的酸臭味。因此現行昆蟲食品多透過真空包裝、充氮氣或二氧化碳包裝避免油脂氧化,減少儲存期間微生物孳生,提升產品整體接受度並延長保存期限。不過有一點要格外注意的是,若用裝過穀物的容器反複盛裝昆蟲會交叉汙染產生黃麴毒素(Musundire et. al., 2014),因此要嚴格隔離兩種食材。

走在世界最前線的新穎昆蟲食品

近年不少新創廠商相繼推出昆蟲食品品牌,有些從飼料開始便經過有機、產地明確、環境友善認可,有些主打符合 HACCP 製程、無人工添加物,有些以不使用傳統肉品、高蛋白質含量、素食者可食3等優勢成功進入食品市場。這些新創食品搭配清新鮮明的包裝,與調整後較為現代的口味,視覺與味覺上都讓人躍躍欲試。

如果沒有標示,這義大利麵條根本不會讓人聯想到竟是以食用昆蟲作原料吧。圖/pexels

不過面臨客群開發與接受度不高的障礙,消失的品牌也不在少數。唯有持續做好消費者溝通、產品開發與品質管理才有辦法讓品牌能永續經營。

除了新創小型食品廠商,也有大型經銷商與貿易商開始出口東南亞昆蟲到歐美加工,這些廠商開發的昆蟲食品形式以完整包裝的調味昆蟲;昆蟲粉與含昆蟲粉的高蛋白粉;蛋白能量棒、堅果棒最為常見,其次則為烘焙食品預拌粉、義大利麵等。其他特色食品則有昆蟲脆餅、昆蟲巧克力、昆蟲棒棒糖、昆蟲酒精飲料、昆蟲漢堡肉與昆蟲三明治內餡等,別出心裁的產品不在少數。

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台灣某些夜市可以找到炸蟋蟀的蹤跡喔!圖/wikimedia

相較於各國,台灣雖然還保有食蟲的文化,但是現今食用的人少,且新穎昆蟲食品開發起步較晚,研究重點多半放在以昆蟲製造飼料供給畜牧業。像是蠶桑產業的副產物蠶蛹,不僅蛋白質與脂肪含量高,還有抗菌胜肽及幾丁質,可改善體內菌叢生態;提高動物腸道吸收能力及促進健康,減少動物染病的同時,也減少使用抗生素,一舉數得。更棒的是,蠶桑產業全程多為無毒栽培管理,生產過程不會排放有害物質,蠶蛹也沒有農藥及重金屬殘留疑慮,比起額外飼養蟋蟀,蚱蜢或黃粉蟲等更有經濟效益。以蠶蛹作動物蛋白質飼料,可說是兼顧農業生產安全及環境永續發展典範。

生魚片壽司剛傳入西方國家時,也曾引起眾人的驚嚇與恐懼,然而,現在生魚片壽司卻已成為亞洲代表性食物之一,昆蟲食品又怎麼會沒機會與生魚片壽司一樣,成為廣為世人接受的食物呢?其實大多數昆蟲食品新創團隊都希望這些昆蟲食品能讓更多人加入食用昆蟲的行列,為環保盡一份心力。所以下次出國旅遊若碰到超商陳列的昆蟲食品,試著鼓起勇氣嘗試一下;減碳愛地球吧!

附錄:世界各地新穎昆蟲食品與品牌一覽表

產地 品牌 產品內容
澳洲 The Cricket Bakery 各式蟋蟀烘焙產品預拌粉
Grilo Protein 蟋蟀乾與粉末與各式風味蟋蟀蛋白粉、能量棒等
GrubsUp 蟋蟀能量棒、蟋蟀乾與粉末
Hoppa Foods 蟋蟀粉末、含蟲粉義大利麵
Leap Protein 蟋蟀粉能量棒與粉末
奧地利 Die Wurmfarm 活體黃粉蟲、麵包蟲醃漬與烘乾食品、麵包蟲脆片、浸泡酒與寵物零食、養殖場參觀、養殖套組
Insekten Essen 蟋蟀,黃蟲,黃粉蟲與水牛蠕蟲乾
比利時 Beesect: Beetles Beer 添加甲蟲蛋白釀製成的 啤酒
Goffard Sisters 添加麵包蟲粉的義大利麵
Kriket 添加蟋蟀蟲粉的堅果穀物棒
Nimavert 黃粉蟲粉、添加黃粉蟲粉的炸丸子與義大利餃
捷克 Sensbar 蟋蟀粉,蟋蟀粉能量棒與蟋蟀粉脆餅
丹麥 Crickster 冷凍乾燥蟋蟀(粉)、冷凍乾燥水牛蠕蟲(粉)、罐裝調味昆蟲
Syngja 含蟋蟀粉的瓶裝蔬果汁
Wholi food 蟋蟀與水牛蠕蟲粉末與能量棒,蟲粉點心
芬蘭 Entis 蟋蟀巧克力
法國 Ïhou 各式風味蟋蟀蛋白粉,無麩質蟋蟀扁豆脆片
Insectes Comestibles 各式調味昆蟲與浸泡酒,包含蟋蟀、螞蟻、蠍子、蜘蛛、蠶蛹與黃粉蟲
Jimini’s 為歐洲最大經銷商,產品面向廣,包含蟋蟀、蚱蜢、水牛蠕蟲與黃粉蟲所做的調味點心,能量棒、義大利麵、烹煮用半成品等
德國 Brento 含水牛蠕蟲麵包預拌粉
Bold Foods 含 30-40% 水牛蠕蟲與 30% 的蔬菜所做成的漢堡肉餅
Bug Foundation 以 45% 的水牛蠕蟲與大豆蛋白混和物製成的漢堡肉餅
Isaac nutrition 添加水牛蠕蟲的高蛋白粉,也是歐洲第一間添加昆蟲高蛋白粉
Imago insect products 添加蟋蟀的義大利麵醬、三明治內餡、漢堡肉餅、麵包預拌粉、脆餅、穀物棒與蟋蟀粉
Snack Insects 冷凍乾燥的水牛蠕蟲、蟋蟀、黃粉蟲(粉)、蚱蜢,含昆蟲的棒棒糖、巧克力、早餐穀片、義大利麵、能量棒
加拿大 Bite Snacks 蟋蟀粉各式風味蛋白粉、能量棒等
Näak 蟋蟀粉能量棒
美國 Exo 添加蟋蟀的蛋白粉與能量棒、調味蟋蟀與蟋蟀粉
Bitty Foods
Aketta
Bud’s Cricket Powder
Chapul
Seek
Critter Bitters 蟋蟀製成的調酒用苦精
Cricket Flours 烘烤的黃粉蟲與蟋蟀、添加蟋蟀的布朗尼與餅乾預拌粉、蟋蟀風味鹽
Don Bugito 昆蟲零食、如巧克力、棒棒糖與綜合堅果
Hotlix
日本 原田商店 甘露煮蟋蟀、蜜蜂幼蟲罐頭
TAKEO 田鱉萃取物製成的風味飲料(Tagame Cider)、添加蟋蟀與蠶蛹調味香鬆
台灣 Good Mall晁陽綠能 蟋蟀餅乾
中國 好醫生藥業集團 美洲大蠊(蟑螂)萃取物製作的中藥
青島新農康源生物工程有限公司 黃粉蟲油

 

注解:

  1. Elhassan et al. (2019)整理了近年有關昆蟲作為食品的研究,以下舉兩個加工法與風味變化的例子給大家參考:水煮蟋蟀時使用新鮮蟋蟀會比冷凍蟋蟀更有鮮味、甜味與鹹味,不過水煮或漂洗通常會使之失去昆蟲費洛蒙的天然氣味。2.蒸煮與水煮的黃粉蟲可保存完好的形狀且較多汁,會帶有蒸熟玉米與烹煮過的磨菇的香氣。烘烤方式煮成的黃粉蟲則有較佳的硬脆度,帶有油脂,海鮮,烘烤過的芝麻味與甜香味。
  2. 當水分含量降低到 5-10% 時,微生物便不易孳生,可抑制大部分的裂變反應,不過乾燥的蟲體不管是直接磨粉或是經過萃取再乾燥成粉末,都需考量到粉體的分散性與溶解度,保水或是保油力,復水後的流變等物理化學特性,才有辦法再進一步應用在更多種類的產品。脫脂可以防止脂肪氧化導致品質裂變,且不會影響到脂肪酸比例,卻會影響到萃取量與油脂組成。另外,無論水相萃取、有機溶劑萃取或是超臨界流體萃取,都各有缺點,需要再進一步精製處理。
  3. 基於「蔬菜上難免殘留菜蟲」的觀點,也有廠商推廣素食者可以昆蟲食品作為營養補充品。

參考資料:

論文:

  1. Elhassan, M., Wendin, K., Olsson, V., & Langton, M. (2019). Quality aspects of insects as food—Nutritional, sensory, and related concepts. Foods, 8(3), 95.
  2. Kouřimská, L., & Adámková, A. (2016). Nutritional and sensory quality of edible insects. NFS journal, 4, 22-26.
  3. Laura, R.. (2016). Taste: The infographic book of food. Great Britain: Aurum Press.
  4. Jansson, A., & Berggren, Å. (2015). Insects as food-something for the future?.
  5. Musundire, R. (2014). Bio-active compounds composition in edible stinkbugs consumed in South-Eastern districts of Zimbabwe.
  6. Payne, C. L. R., Scarborough, P., Rayner, M., & Nonaka, K. (2016). Are edible insects more or less ‘healthy’than commonly consumed meats? A comparison using two nutrient profiling models developed to combat over-and undernutrition. European journal of clinical nutrition, 70(3), 285.
  7. Rumpold, B. A., & Schlüter, O. K. (2013). Nutritional composition and safety aspects of edible insects. Molecular nutrition & food research, 57(5), 802-823.
  8. Stamer, A. (2015). Insect proteins—a new source for animal feed: The use of insect larvae to recycle food waste in high‐quality protein for livestock and aquaculture feeds is held back largely owing to regulatory hurdles. EMBO reports, 16(6), 676-680.
  9. J. Ramos-Elorduy. 1998. Creepy Crawly Cuisine: The Gourmet Guide to Edible InsectsPark Street Press, South Paris.

報導:

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  1. 吃蟲救地球?歐盟從食安、飼料管理、戴奧辛殘留到動物福利,都需規範〉,上下游
  2. The connoisseur’s guide to edible insects,Western
  3. Cricket Protein: the New Food Frontier Is Here Already, CRICKSTER
  4. 未來新食機——食用昆蟲發展的 4 項觀察〉,經濟部技術處
  5. 全世界有 20 億人口把昆蟲當食物的一種,他們會是未來食物新趨勢嗎?〉,關鍵評論網
  6. 蠶蛹作為動物性蛋白質飼料原料之安全性評估〉,苗栗區農業專訊第 83 期
  7. 251 萬噸的豬料市場空間,昆蟲蛋白為何難以進入?〉,南方農村報
  8. Insects as a more sustainable protein source, By
  • 文字編輯/翁郁涵
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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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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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植物口渴就喊:「啵、啵、啵~」
胡中行_96
・2023/04/06 ・2954字 ・閱讀時間約 6 分鐘

久旱不雨,植物悲鳴,[1, 2]類似教育部《臺灣閩南語常用詞辭典》所謂「因飢餓而吵鬧」的「哭枵」(khàu-iau)。[3]別問為何沒聽過,也不怪天地寡情,人類無義,從來漠不關心。植物叫那種超音波,傳至咱們耳裡就只剩寧靜。幸好靠著以色列科學家幫忙,轉換到常人的聽覺範圍,並分享於 2023 年 3 月底的《細胞》(Cell)期刊,才廣為周知。[1]

轉換到人類聽力範圍的番茄「叫聲」。音/參考資料 1,Audio S1(CC BY 4.0)

傾聽植物的聲音

面臨乾旱或草食動物的威脅,植物會做出多種反應,例如:改變外貌,或是以揮發性有機化合物影響鄰居等。[1]過去的文獻指出,缺水引發空蝕現象(cavitation),使植物負責輸送水份的木質部,因氣泡形成、擴張和破裂而震動。[1, 4]現在科學家想知道,這是否也會產生在特定距離內,能被其他物種聽見的聲音。[1]

受試的對象是番茄菸草,分別拆成乾旱、修剪和對照 3 組。對照組又有常態生長的一般對照、有土卻無植物的盆器,以及每株植物實驗前的自體對照 3 種。實驗大致有幾個階段:首先,在隔音箱裡,距離每個受試對象 10 公分處,各立 2 支麥克風收音。將聲音的紀錄分類後,拿去進行機器學習。接著移駕溫室,讓訓練好的模型,分辨雜音和不同情況下植物的聲音。再來,觀察乾旱程度與植物發聲的關係。最後,也測試其他的植物和狀態。[1]

麥克風對著乾旱、修剪和對照組的植物收音。圖/參考資料 1,Graphical Abstract局部(CC BY 4.0)

植物錄音與機器學習

隔音箱裡常態生長的植物,每小時平均發聲少於一次;而沒植物的盆器當然完全無聲。相對地,遭受乾旱或修剪壓力的實驗組植物,反應則十分劇烈:[1]

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 平均值(單位)番茄菸草
乾旱發聲頻率(次/小時)35.4 ± 6.111.0 ± 1.4
 音量(聲壓分貝;dBSPL)61.6 ± 0.165.6 ± 0.4
 聲波頻率(千赫茲;kHz)49.6 ± 0.454.8 ± 1.1
修剪發聲頻率(次/小時)25.2 ± 3.215.2 ± 2.6
 音量(聲壓分貝;dBSPL)65.6 ± 0.263.3 ± 0.2
 聲波頻率(千赫茲;kHz)57.3 ± 0.757.8 ± 0.7

隔音箱中實驗組的錄音,被依照植物品種以及所受的待遇,歸納為 4 個組別,各組別再彼此配對比較,例如:乾旱的番茄對修剪的番茄等。以此資料訓練出來的機器學習模型,判別配對中各組別的準確率為 70%。第二階段在溫室中進行,自然較隔音箱嘈雜。科學家拿空蕩溫室的環境錄音,來教模型分辨並過濾雜訊。訓練後,令其區別乾旱與對照組番茄的聲音,結果 84% 正確。[1]既然能聽得出基本的差別,下一步就是了解水量對番茄發聲的影響。

體積含水量

為了操縱體積含水量(volumetric water content,縮寫VWC),即水份與泥土體積的比值或百分比,[1, 5]科學家狠下心,連續幾天都不給溫室裡的番茄植栽喝水。一邊觀察 VWC 的變化;一邊錄下它們的聲音。起先水份充足,番茄不太吵鬧;4、5 天下來,發聲的次數逐漸增加至高峰;然後應該是快渴死了,有氣無力,所以次數又開始減少。此外,番茄通常都在早上 8 點(圖表較像 7 點)到中午 12 點,以及下午 4 點至晚上 7 點,這兩個時段出聲。[1]科學家覺得這般作息,可能與規律的氣孔導度(stomatal conductance),也就是跟光合作用的換氣以及蒸散作用的水份蒸發,兩個透過氣孔進行的動作有關。[1, 6]

大部份的聲音都是在 VWC < 0.05 時出現;當 VWC > 0.1,水份還足夠,就幾乎無聲。科學家將比較的條件進一步分成 VWC < 0.01 與 VWC > 0.05、VWC < 0.05 跟 VWC > 0.05,以及 VWC < 0.01、VWC > 0.05 和淨空溫室的聲音。機器學習模型分辨起來,都有七、八成的準確率。[1]

縱軸為每日發聲次數;橫軸為缺乏灌溉的天數。圖/參考資料 1,Figure 3A(CC BY 4.0)
乾旱狀態下,番茄發聲的時段。縱軸為每小時發聲次數;橫軸為 24 小時制的時間。圖/參考資料 1,Figure 3B(CC BY 4.0)

植物發聲的原理

實驗觀察所得,都將植物發聲的機制,指向木質部導管中氣體的運動,也就是科學家先前預期的空蝕現象[1]下面為支持這項推論的理由:

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  1. 木質部導管的口徑,與植物被錄到的聲波頻率相關:寬的低;而窄的高。[1]
  2. 乾旱與修剪所造成的聲音不同:在木質部導管中,前者氣泡形成緩慢,發聲時數較長;而後者則相當迅速,時數較短。[1]
  3. 聲音是由植物的莖,向四面八方傳播。[1]
  4. 空蝕現象造成的震動,跟記錄到的超音波,部份頻率重疊;而沒有重疊的,其實已經超出其他物種的聽力以及麥克風收音的範圍。[1]
葡萄、菸草和番茄木質部導管的水平橫截面。圖/參考資料 1,Figure S4B(CC BY 4.0)
葡萄(綠色)、菸草(灰色)和番茄(橙色)的差異:縱軸為聲波頻率;橫軸是木質部導管的平均口徑。圖/參考資料 1,Figure S4A(CC BY 4.0)

問誰未發聲

觀察完番茄和菸草之後,科學家不禁好奇,別的植物是否也會為自己的處境發聲?還是它們都默默受苦,無聲地承擔?研究團隊拿小麥玉米卡本內蘇維濃葡萄(Cabernet Sauvignon grapevine)、奇隆丸仙人掌(Mammillaria spinosissima)與寶蓋草(henbit)來測試,發現它們果然有聲音。不過,像杏仁樹之類的木本植物,還有木質化的葡萄藤就沒有了。另外,科學家又監聽感染菸草嵌紋病毒(tobacco mosaic virus)的番茄,並錄到它們的病中呻吟。[1]

你敢有聽著咱的歌

之前有研究指出,海邊月見草(Oenothera drummondii)暴露於蜜蜂的聲音時,會產出較甜的花蜜。[2]若將角色對調過來:植物在乾旱、修剪或感染等壓力下釋出的超音波,頻率約在 20 至 100 kHz 之間,理論上 3 到 5 公尺內的某些哺乳動物或昆蟲,例如:蝙蝠、老鼠和飛蛾,應該聽得到。[1, 2]以色列科學家認為幼蟲會寄住在番茄或菸草上的飛蛾,或許能辨識植物的聲波,並做出某些反應。同理,人類可以用機器學習模型,分辨農作物的聲音,再給予相應的照顧。如此不僅節省水源,精準培育,還能預防氣候變遷所導致的糧食危機。[1]

  

備註

本文最後兩個子標題,借用音樂劇《Les Misérables》歌曲〈Do You Hear the People Sing?〉的粵語和臺語版曲名。[7]

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參考資料

  1. Khait I, Lewin-Epstein O, Sharon R. (2023) ‘Sounds emitted by plants under stress are airborne and informative’. Cell, 106(7): 1328-1336.
  2. Marris E. (30 MAR 2023) ‘Stressed plants ‘cry’ — and some animals can probably hear them’. Nature.
  3. 教育部「哭枵」臺灣閩南語常用詞辭典(Accessed on 01 APR 2023)
  4. McElrone A J, Choat B, Gambetta GA, et al. (2013) ‘Water Uptake and Transport in Vascular Plants’. Nature Education Knowledge, 4(5):6.
  5. Datta S, Taghvaeian S, Stivers J. (AUG 2018) ‘Understanding Soil Water Content and Thresholds for Irrigation Management’. OSU Extension of Oklahoma State University.
  6. Murray M, Soh WK, Yiotis C, et al. (2020) ‘Consistent Relationship between Field-Measured Stomatal Conductance and Theoretical Maximum Stomatal Conductance in C3 Woody Angiosperms in Four Major Biomes’. International Journal of Plant Sciences, 181, 1.
  7. FireRock Music.(16 JUN 2019)「【問誰未發聲】歌詞 Mix全民超長版 粵+國+台+英 口琴+小童+學生+市民 Do you hear the people sing?」YouTube.
胡中行_96
169 篇文章 ・ 65 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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穿越時空遇見手搖飲的前世今生 feat. 配配飲 Evan、公益創投 Amiko【科科聊聊 EP82】
PanSci_96
・2022/03/10 ・3595字 ・閱讀時間約 7 分鐘

泛泛泛科學Podcast這裡聽:

做測驗,就有機會獲得免費特製手搖飲品,現場還有大獎等你抽!
配配飲 IG配配飲 FB

根據經濟部去年統計,台灣每年竟可賣出 10.2 億杯手搖飲,平均每人每年喝掉 43.3 杯!不過,身為手搖飲愛好者的你,在喝下爽口珍奶時,有想過手搖飲是怎麼出現的嗎?現在喝得到手搖飲都是托哪位女科學家的福?手搖飲大為流行要歸功哪一項發明?現在還有「無人手搖飲店」,真的能搖出好喝珍奶,為你客製特殊需求嗎?

本集泛科學邀請配配飲創辦人 Evan、公益創投的 Amiko 聊聊手搖飲的前世今生。讓我們與兩位來賓一起穿梭時空,從古早泡沫紅茶店,聊到手搖飲未來無限的創新趨勢!

  • 04:43 為什麼要強調「女性」職人的成就

至今,實踐性別平權仍是社會各個產業需努力的目標,女性在職場受到不平等待遇也並非少見。Amiko 提及在新創產業,女性不像男性有機會繼承或取用家中資源,創業也必須「白手起家」靠自己,更可能受到家庭與婚姻的牽絆。不過,她也說創業的要素,在於秉持創新、挑戰精神,性別並不影響創業成功與否。P 編表示,泛科學先前也曾製作《她是科學家》專題,希望藉此呈現女科學的成就,以及她們因性別所遇上的困境與歧視。

  • 09:12 19 世紀才有食品冷藏概念

19 世紀時,美國女性化學家瑪麗恩格爾潘寧頓(Mary Engle Pennington)熱衷於食品加工、儲藏及運輸衛生的研究,致力於推動食品冷藏保鮮的概念,研發出許多冷凍運輸、儲藏的新科技,更是全世界第一個建立牛奶安全檢驗標準的科學家。正因為她的研究與發明,今日我們才得以享用新鮮的珍珠奶茶等手搖飲。

延伸閱讀:

廚房與食品工廠如何確保食品安全?認識傳統食品加工

Mary Engle Pennington 美國細菌學化學家和製冷工程師。圖/wikipedia
  • 12:12 從雜貨店到泡沫紅茶店的「飲料史」

P 編及 Evan 回想起小時候對「飲品」的回憶,源於從雜貨店裡的飲料桶,用塑膠袋裝紅茶、冬瓜茶,或再把飲料袋放進冰箱,自製出紅茶冰、冬瓜茶冰。兩人進入的青少年階段後,小歇等泡沫紅茶店大為盛行,學生間開始流行在店內與三五好友喝茶、聊天、打牌,讓泡沫紅茶店成為社交聚會場合,也是許多人的青春回憶。

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  • 16:28 手搖飲盛行竟歸功於這項發明?

Evan 說明「飲料封膜機」的誕生,是手搖飲店在台灣大為盛行的一大主因。從前,泡沫紅茶店多以內用為主,外帶飲品時以塑膠蓋封口,但蓋子容易脫落,導致飲料外帶不便,自從發明封膜機之後才大為改善,讓飲料外帶變得容易,主打外帶的連鎖飲料店才開始盛行。Evan 也曾和封膜機廠商接觸,表示封膜機的製造也有其學問,塑膠膜、鍍膜的材質必須選擇得宜,飲料杯才能黏得緊密,稱封膜機為另類「台灣之光」。

延伸閱讀:

為什麼紙吸管總是插不進去?你可以這樣做!

封膜機讓外帶更方便。圖/Freepik
  • 21:06 手搖飲店員不再「搖」飲料了

過往,手搖飲店追求店員「手搖」飲料,讓客人感覺賓至如歸的服務,但現在體諒店員的「手力」,多半也以「搖杯機」取代人力。Evan 解釋「搖」的動作,有助讓外在空氣與飲料、糖、冰塊結合,喝起來味道較為順口,也說明飲料搖出的泡沫,能有效阻隔空氣,讓氧化過程暫緩,能讓飲料暫時維持一定的口感。另外,如現在部分商家販售的黑糖珍奶,便是追求不搖飲料,才能看到從杯身看到如「虎紋」般美麗的黑糖,也是手搖飲多元化、美學化的轉變。

  • 25:19 為何不愛去超商買手搖飲?

台灣現今手搖飲料店五花八門,就連超商也加入市場,但普遍消費者仍會偏好選擇手搖飲料店,而非購買超商的手搖飲。Evan 認為,消費者購買手搖飲追求「儀式感」,要到特定店面購買,在店內耐心等待一杯現做的飲料,買的是一種「心靈慰藉」。相對來說,上班族則會選擇到講求快速便利的超商,購買咖啡以提神,是一種工作上的「需求」,與購買手搖飲背後的心理機制有所差異。

  • 30:28 疫情後餐飲業開始「電子化」

手搖飲店員工每日的必備行程,便是煮茶、點單及收銀,因此商家營運仰賴極大的人力資源。不過由於 COVID-19 疫情影響,必須減少「人與人的接觸」,因此商家使用無人機讓消費者點餐的頻率增加,讓機器替代重複、枯燥的勞務工作。同時,消費者在疫情後也更習慣電子支付、外送叫餐,種種消費模式的轉變,都已改變餐飲業的生態。

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  • 34:50 無人手搖飲店「客製化」的原因

配配飲最大特色在於它是間「無人手搖飲店」,從煮茶、加料、調味皆由自動化手搖飲機台一手包辦,消費者可依據自己的口味需求向機器點餐,獲得比一般手搖飲店更「客製化」的飲品。Evan 表示研發機台並不容易,光是「煮茶」步驟即耗費兩年時間才研發完善,各種配料的濃度、流體速度也需反覆測試,讓製作標準統一形成SOP。

為了讓配配飲的口味「好喝」,Amiko 親身下海試喝各家手搖飲,最終發現飲料容易造成「體重負擔」。因此最終配配飲的糖皆使用寡醣(Oligosaccharides),有助於益生菌生長,並且熱量相對較低,甜度也更為清爽耐喝,不容易過膩。

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新飲食法可改善常常腸胃不適的「腸躁症」?低 FODMAP 飲食是什麼?

  • 41:32 機械手臂為何不適合做飲料?

由於考慮到店面營運效益,自動化手搖飲機台具有兩個產線,能同時製作兩杯飲品,達到最高效能讓產量增加,也減少消費者等待飲品製作的時間。若採用機械手臂製作飲品,其產製過程仍與手工相同,製作速度仍可能比人來得慢,過程中還可能會有潑灑出飲料、調味不夠精細等問題;相對而言,配配飲的機台有更完善的製作產線,並且仍有人員從後台監控,確保機器的運作狀況,調配手搖飲的流程比機械手臂更穩定。

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NASA將出動機械手臂 把小行星巨石搬到月球軌道

  • 45:44 「工程師魂上身」改善人為誤差

Evan 提及,自動化手搖飲機台與手工煮茶的最大差異在於,人為操作容易有誤差,例如店員可能沖煮時恍神分心,導致茶的口感有所不同,機器只要設定無誤便能精準製作。他也表示,過去當工程師時就喜歡喝手搖飲,但也觀察到就算是在同間店點同款飲料,只要服務的店員不同,口感便會有差異。這種人為誤差讓他「工程師魂」上身,希望能改變手搖飲的產製問題,才動念想研發自動化手搖飲機台,創造出「配配飲」品牌。

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  • 52:11 以女科學家命名的飲品

本次配配飲與泛科學推出聯名活動《用飲料串連科學與世界的女性》,根據四位女科學家的生平、性格與研究,特別設計出四款以她們為名的飲品,以美妙的味覺口感,紀念女科學家們的成就。即日起至 3 月 22 日,加入泛科學會員並完成《你是哪位女科學家?》測驗,就有機會免費獲得【泛科學 X 配配飲】女科學家飲料兌換卷!共計 200 杯!

除了線上測驗,3 月 8 日至 3 月 31 日,只要於配配飲民復主題店活動現場購買四款專屬飲料,在購買收據背面寫下「姓名」、「手機號碼」資料並投入抽獎箱,就有機會得到 Amiko 大力募得的多個獎項,最大獎是價值超過新台幣兩萬元的宜蘭「迷路憶境」民宿包棟住宿一晚,其他還有 Rogy 環景360度 專人直播服務、ZINIZ 時尚輕巧滅火精品、芒果遊戲道具包等 60 個總價值近九萬元的豐富獎項等你來拿!

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PanSci_96
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