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說到釀酒,酵母比釀酒師更重要?|《看得見與看不見的多樣性》系列講座

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/12/31 ・5391字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 550 ・八年級

《看得見與看不見的多樣性:發酵、科學、微生物》系列講座以「發酵文化」出發,邀請不同專業領域的研究者與實務工作者對談,探索其如何交織於地方自然環境條件、農作型態與飲食文化。

文字紀錄 / Der
文字編修 / 泛科學編輯部

夏天到了,來杯啤酒吧!綿密泡沫搭配清爽的麥香,一飲而下,瞬間冰涼消暑(未成年請勿飲酒喔)。但你有思考過是「誰」釀了啤酒呢?是工廠、釀酒師,還是酵母?

這次「說到釀酒,酵母比釀酒人重要」講座,邀請到臺大生技中心的沈湯龍老師,以及臺灣啤酒品牌禾餘麥酒的創辦人陳相全 (Robert),來分享微生物在啤酒中的重要性,發酵過程中的秘密,以及如何運用發酵,重新詮釋臺灣作物的價值與特色。

認識發酵的主角:酵母菌

說到「發酵」,就不能不提到酵母。酵母屬於真菌界,因會產生特殊構造的有性胞子,因此被分類為「子囊菌」。屬於酵母菌綱、酵母菌目、酵母菌科,之下包含十多種不同的屬,以及 500 種以上的酵母菌,其中最常見於發酵食品產業的便是「Saccharomyces cerevisiase」,又稱「出芽酵母」(budding yeast)。

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酵母通常為球形或卵形,為含有細胞核的單細胞真核生物、具有細胞壁,還有其他胞器如粒線體,能夠利用外面環境中的醣,代謝生產能量;其生長過程會先出芽、分裂再慢慢長大。「酵母為無性繁殖,可不斷進行細胞分裂,釀酒過程中,這些酵母菌可快速生長,細胞就是生化工廠,幫我們製造需要的代謝產物。」沈湯龍老師說,於是人類便利用酵母的特性,在某些特殊條件下進行操作以獲得像是酒精等所需要的產品。

不過,在特殊環境下,酵母菌也會進行減數分裂,類似像精卵子,在酵母菌上被稱作 a 與 α,可以產生基因性狀不一樣的後代。

酵母菌的生長史。圖 / 沈老師簡報重繪。

出芽酵母小檔案

  • 學名:Saccharomycetes cervesiviae
  • 俗稱:出芽酵母(budding yeast)、啤酒酵母
  • 型態:球型或卵型
  • 大小:2-10 微米 (um, 10-6 m)
  • 基因體:單倍體 (N) 或是雙倍體 (2N);1200萬個鹼基,構成 16 組染色體,含有約 6000 個基因
  • 繁殖方式:無性出芽生殖或是有性生殖(a 和 α 單倍體孢子結合成 2N)

釀酒、美容、科學研究,酵母菌的多元應用

酵母有各式各樣的應用,除了本場講座的主題「釀酒」的酒精以外,還有麵包、起司,甚至生質能源的原料。而在生醫相關領域,酵母菌本身不只可以當成益生菌,其代謝產物也能夠抗氧化,讓人類皮膚有光澤,製作成美容保養的產品。「酵母能夠產生維他命 B 群、蛋白質、必需胺基酸,甚至吸收微量元素,來補充人類身體需要的微量元素。」沈湯龍老師補充說,「科學家也會利用它們當作模式生物,來研究遺傳學、分子生物學與遺傳工程等研究。」

1996 年是酵母菌在科學上的重要里程碑,《SCIENCE》期刊發表了首次將真核生物體的全基因體定序的論文,透過分析酵母菌,從基因分子角度來了解遺傳。

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「酵母菌、釀酒酵母共有 1200 萬個 DNA 序列,構成 16 組染色體,包含 6275 個基因。比對後,我們知道有 31% 與人類同源,變成很好的科學研究模型,能夠透過酵母菌了解人類細胞如何運作。」沈湯龍老師解釋,「有了這個資料庫,我們能根據酵母的生化反應,透過遺傳工程來操弄,使某些基因大量表現或關掉,來達成想要的目的。」

酵母菌的DNA。圖/Saccharomyces Genome Database | SGD

歷史悠久的酵母菌魔法:啤酒

接著來到今天的重頭戲,酵母菌的重要應用 — 啤酒。啤酒不是新的技術,早在西元前 2000 年,埃及金字塔中就有酵母的記錄,而『甕』裡面可能就是當初的釀酒工具或產品。波西米亞也出土許多釀酒相關器皿,前陣子還發現一醰像酒的古物。到了中世紀,修道院為生存,開始釀製與販賣啤酒,早期的分工多為女性釀酒、男性透過飲酒提升精神,去從事工作。

18 至 19 世紀微生物學出現,科學家們發現了微生物的存在、可分離培養的特性,造成歐洲開始成立啤酒廠。到了 19 世紀中至末期,許多今日的知名啤酒品牌如海尼根,開始陸續成立。那啤酒是怎麼被釀出來的呢?

步驟大致如下圖:將麥芽烘烤與碾碎後,糖化萃取出糖並過濾麥汁,麥汁煮沸後加入啤酒花產生苦味,之後曝氣並冷卻,然後再次加入酵母菌發酵,然後根據每家酒廠不同的配方和酒種做二次發酵(備註:現在有許多酒廠不一定會做二次發酵)、調味,最後再次過濾啤酒就這樣誕生啦。

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簡單的啤酒釀造過程。圖/沈老師簡報重製

除了大功臣酵母,啤酒的重要原料還有麥芽、提供苦味與香味的啤酒花以及水質。「啤酒使用的麥芽主要以大麥製成,產地多為澳洲、北美與歐洲。」沈湯龍老師進一步說明,「大麥不像小麥那樣適合當成人類主食,但是透過微生物的參與和幫助,製造出另一種風味,釀製出啤酒能使用。」

可再利用的釀酒副產物

如前面更提到,在使用酵母菌釀造啤酒的過程中,會產生酒精之外的副產物,現在已經有些廠商會將這些營養物質收集起來,進行再利用包含用於動物飼料、食品添加物等。

「這背後的意義也是本次主題想分享的,人類透過科學方式研究微生物,創造更多可能性。」沈湯龍老師說,「這次很高興有機會用科學學術的角度,跟大家分享日常生活中看得見、看不見的微生物,以及它們和我們究竟有什麼關係。」

禾餘麥酒:打造臺灣本土啤酒

了解酵母在釀造啤酒中的作用,更進一步地,來自禾餘麥酒的 Robert 要向大家分享,如何實際將這樣的發酵技術運用在產品當中。

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Robert 在國外求學期間便有做啤酒的經驗,就讀研究所時,他思考創業方向,發現 1990~2000 年間臺灣的新創產業多為高科技、網路領域。「但是這些企業擁有影響力之後,和臺灣的連結是什麼呢?於是我們想到,或許農業才是真正適合的模式。」

禾餘麥酒是間以農業為主軸的啤酒公司,「feed the world」是所有農藝人的使命,亦是禾餘麥酒最重要的目的,欲走出屬於臺灣在地啤酒的路,讓啤酒不只是工廠製造出的產品,更能與臺灣文化結合。

臺灣啤酒市場中,眾人熟知的「台灣啤酒」佔 70%,其他品牌佔 30%,小型釀造僅約 1.7%。禾餘麥酒從中看見成長空間,希望能以生長於臺灣土地上的作物取代進口原料,重新詮釋啤酒這項舶來品,使其更有「臺灣味」。

禾餘麥酒與各地農改場合作,找出臺灣產出的啤酒常見原料,契作選用三個品種的本土小麥:台中選 2 號、台中 34 號、台中 35 號,以及兩種本土大麥:中興 1 號、中興 2 號。

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「我們也希望推動友善種植,並保障農民權益,藉由真正把糧食作物的價值帶出來,才能讓這個產業存續下去,而不是一直在農田裡『種農舍』。」Robert 笑道。

Robert 提到近十年臺灣消費者越來越熟悉在地小麥,雖然佔小麥整體使用量仍很少,但讓大家有更多選擇,創造更多風味。圖片來源/Robert 簡報

使用友善土地、具在地特色的原料

Robert 提到,釀酒有許多不同的方式,例如德國就是十分嚴謹的民族,能夠控制發酵與製程中的各種因素。「我們研究了美國過去 10~20 年間的釀酒產業,其中一份尼爾森的調查就提到,『酒精濃度』不是最重要的,消費者還在意是否使用更多在地原料、是否為有機或原料相對健康,這些都是我們可以參考的價值。」

透過指導老師們的幫助,他們接觸許多臺灣田間小農,並找到種植條件符合想像、對土地友善的農民,獲得麥子之外的啤酒原料。包含友善種植、部分甚至可以做到有機栽種的晚崙西亞橙,青農回鄉種植的椪柑,以及原住民辛香料刺蔥。「刺蔥是臺灣原生種,本來就很野,不需要農藥也沒什麼病蟲害。」Robert 說。

不同國家的啤酒有自己釀造特色,如同比利時的啤酒會加入大量水果,禾餘麥酒也推出「越光米」特色的啤酒。Robert 說,剛好當時學校(臺大農藝系)跟臺南改良場合作,將日本越光米和臺農 11 號雜交,育種出臺南 16 號,團隊拿來與臺灣小麥(台中選 2 號)、臺灣在地椪柑一起釀造,創造帶有果酸與米甜的「丹橘月光」啤酒。

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「大家覺得加了米的啤酒就很淡,但重點在於發酵方式,你怎麼使用原料和酵母,它也能很濃,可以有不同想像。」Robert 解釋。他將原料比喻為骨幹、栽培管理比喻為血肉,同樣品種的米在不同方式下,風味就會有所不同。禾餘麥酒期許自己能真正了解種植背景,把生命科學知識帶入田間,在產業中做出不同的商品。

在地原住民香料刺蔥風味的啤酒「刺蔥白玉」。圖片來源:Robert 簡報
使用臺灣小麥與越光米釀造的丹橘月光。圖片來源:Robert 簡報

不只是作物,還有文化

禾餘麥酒也將融入在地作物的理念直接放在啤酒包裝上,每一瓶啤酒都標示了產品的臺灣雜糧使用比例,除了讓消費者一目了然,也時刻提醒著自己。

「我們太仰賴國外進口,大家都生產最有效率的東西,啤酒確實是舶來品,在臺灣做並不是最有效率的。但是,藉由食品加工技術與科技的進步,我們會有更多可能,或許在不同嘗試下,啤酒在臺灣也能符合經濟效益。」

包裝之外,禾餘麥酒的品名同樣暗藏玄機,舉例一款命名為「硬紅春」的啤酒,其實來自小麥國際期貨的分類方式。「小麥按照軟硬、紅白、季節分類,消費者一看就知道我們使用了哪一種小麥!」Robert 解釋,「在地作物的特色不只是製作方式,也可以體現於意義上,像它就融入臺灣期貨交易文化。」

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按照原料小麥命名的硬紅春啤酒。圖片來源:Robert 簡報

另外款「古早味紅茶啤酒」則融入臺灣特色飲品古早味紅茶,將其中的特殊風味「決明子」放入啤酒中。「我們一直希望叫它 taiwanese breakfast tea,是不是很洽當。」Robert 說,現場的人都不禁笑了出來而沈湯龍老師與主持人都笑了,「這就是文化上的結合,讓更多人知道我們的特色。」

討論到發酵,Robert 說釀酒的關鍵就是 feed the yeast,必須好好照顧酵母,妥善控制酸鹼值與溫度。「太酸不長、溫度太低也不會長!微生物最重要,要讓讓酵母有舒適、乾淨的環境。給它食物和溫度,它就會給你你要的酒精。」

另外,禾餘麥酒也對發酵有更多想像,以前面提到的「刺蔥白玉」啤酒為例,刺蔥屬於臺灣原生種,從微生物的角度來看應該會有酵母附著在上面,未來若能進行研究與分離,或許會發現臺灣自己的的特殊酵母。

最後 Robert 說,「土地的個個角落、意想不到的地方,都可能是文化聚集的表現。五們希望能找到更好方式,藉由啤酒為媒介,讓下一代不只是電子業,還有生物產業,甚至可以回到田間。」

靠天吃飯,一步步提升品質

在分享後的問答時間,線上參與者們紛紛提出好奇,首先討論的便是「如何維持精釀啤酒的品質」。

Robert 提到,他最近從書中讀到西班牙人早期製作雪莉酒的方式,當製作 7 年份的酒,會以 7 年或以上年份的酒去混;製作 9 年份的酒,則以 9 年或以上年份的酒來混合。「我們也有過類似狀況,當時遇到原料被無預警賣掉,因此拿前面兩年的作物和當年的混合。我不敢保證 10 年後嚐起來還能一樣,但至少消費者一年一年地喝,不會有太大差別。這和西班牙人做雪莉酒的邏輯相同,是為了達到產品一致性。」

那麼能不能透過少量試釀、或者科學方式調整呢?沈湯龍老師表示,啤酒的釀造過程牽動許多元素,包含原料組成、微生物中的酵素與多寡,較難以人工控制。「啤酒和本身農產的品質有極大相關,整個組合起來,很難說我了解每一個副產物、然後加進去,商業上也不划算。」

「就是原料的種植能耐,到底能不能達到那個品質。」Robert 補充,「這是使用臺灣原料最難的地方,畢竟我們的栽培面積很小,種植品質就會差異很大。」

接著也有參與者提問,發酵釀造從田間到工廠管理,都需要很多技術,是否會考慮種植「土地中的微生物」呢?

「要做土壤裡面的菌分類很麻煩,土壤學很複雜,土壤挖下去、拉起來,氧氣與壓力不同,條件就改變了。以我們現在可行的實驗方法,還較難完整看見土壤中的微生物狀況。」沈湯龍老師說。

他並提到,第二次綠色革命中美國人崇尚化學藥劑,然而過去 20 年人們的邏輯再度翻轉,現在大家越來越在意生物防治、環境賀爾蒙、昆蟲的費洛蒙等議題。「現在農業希望永續發展,我們與其他物種共存,並以誘導微生物幫忙的方式來達到目標。」

就目前的狀況而言,釀酒有部分仍需靠天吃飯,不過科學家、農業人員、釀酒師都持續在努力,隨著科技發展,未來肯定會越來越穩定。

身為消費者能做的,或許是擁抱這些不穩定與多樣性,就像 Robert 與沈湯龍老師最後所說,當大家能支持不同理念、技術的釀酒師與酒廠,才會出現更多面貌的產品,只要主原料的風味存在,多一些變化,也能讓我們的生活更加多彩繽紛。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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微酸與麥香兼具 透視酸種麵包的小世界
顯微觀點_96
・2024/12/19 ・2726字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文轉載自顯微觀點

sourdough
圖/顯微觀點

오늘도 아침엔 입에 빵을 물고 똑같이 하루를 시작하고(今天早上,我又嘴裡含著麵包,一如往常地開始了一天)

南韓女子偶像團體 (G)I-DLE 的《Fate》,唱出了麵包是不少忙碌上班族的早餐選擇。但有營養師指出,「酸種麵包」(sourdough)成分單純,較容易被消化不易脹氣,升糖指數也更低,適合減重者或是需要控制血糖的人。

酸種麵包是使用野生乳酸菌和酵母發酵麵團製成的麵包。用料通常非常單純,只採用天然酵母、麵粉、水跟鹽,經過長時間發酵而成,因此天然酵母發酵產生的乳酸會賦予麵包酸味並提高保存品質。

而 2020 年開始席捲全球三年多的新冠肺炎疫情,意外讓烘焙成了全球許多因封城、疫情警戒而坐困在家者的紓壓管道。由於人們對家庭烘焙的興趣增加,導致商店麵包酵母短缺,可在家培養麵團的酸種麵包更是因此風靡全球。

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酸種麵包
酸種麵包是使用野生乳酸菌和酵母發酵麵團製成的麵包,用料通常非常單純。圖/unsplash

酸種麵團可說是歷史悠久,最早可追溯到西元前3000多年的古埃及文明,直到中世紀歐洲使用酸種麵團仍是發酵常用方式。

除了歐洲,其實世界各地都有使用酸種麵團製作麵包的文化,「酸種麵包」的風味也和不同地區的歷史人文息息相關。

例如,義大利普利亞區的經典麵包「阿爾塔穆拉麵包(Pane di Altamura)」;墨西哥將啤酒和雞蛋加入酸種麵團,製作墨西哥傳統麵包「比羅特麵包(Birote)」;日本木村屋( Kimuraya bakery)用酸麵種麵包來製作紅豆麵包,再將八重櫻花瓣醃製後放進麵包中心,提供給日本天皇享用。至於中式「老麵」饅頭,也是所謂的「酸種麵團」。

而在加州淘金熱期間(1848–1855),法國麵包師將酵母技術帶到了北加州,出現了著名的舊金山酸麵包(Sourdough bread):一種白麵包,特徵是具有明顯的酸味。這至今仍然是舊金山文化的一部分,當地美式足球隊-舊金山 49 人隊的吉祥物就是牛仔造型的「Sourdough Sam」(酸麵團山姆)。

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一般市售麵包常使用 19 世紀末巴斯德(Louis Pasteur)發現的麵包酵母(或稱商業用酵母),以高產氣的單一菌種酵母來醒發麵團,通常可在不到兩小時內發酵,醒發時間短而促進量產。

和一般市售麵包不同,酸種麵包是利用原料或空氣中存在的天然微生物群來發酵麵粉,因此需要很長的醒發時間,通常麵團發酵並形成風味需要長達 24 小時。

酸種麵包的靈魂-微生物聚落

酸麵團是麵團和麵包製備的中間產品,含許多代謝活性微生物。發酵中 1 公克的麵團通常超過 108 個單位(CFU)的菌落形成,通常含有乳酸菌(LAB)和酵母,乳酸菌:酵母比例常為 100:1;依據麵包師傅處理方式和不同地區的風土,而有多種乳酸菌和酵母菌株來源。

但傳統酸麵團製程通常不依賴偶然的菌群,而是依賴母麵團的使用。這些母麵團保存很長一段時間,甚至可能持續數十年,為後續麵團做天然微生物接種。

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母麵團的微生物生態取決於內在和外在因素。內在因素主要由麵團的化學和微生物組成決定,外在因素則是溫度和氧化還原電位決定。諸如麵團產量(水活性)、鹽的添加、繁殖步驟的數量以及發酵時間等,都會對酸種麵包風味產生很大的影響。

微生物為酸種麵包帶來個性,但你有想過這些微生物在顯微鏡下的樣子嗎?俄亥俄州立大學電子顯微鏡與分析中心資深研究副工程師丹尼爾‧維蒂(Daniel Veghte)就透過電子顯微鏡觀察酸種麵團微生物群像。

酸種麵包的電子顯微圖像
酸種麵包的電子顯微圖像。圖/The Conversation/Daniel Veghte, CC BY-SA

影像中呈現綠色顆粒、相對較大球狀結構的是麵粉中的澱粉粒,直徑約 8 微米(µm)。

紅色是作為起發氣劑的酵母菌,隨酵母生長會發酵澱粉粒中的糖,並產生二氧化碳和酒精作為副產品,使麵團發酵,大小通常在 2 至 10 微米。這張圖像中的酸種麵團,可以看到兩種不同酵母類型,一種接近圓形,一種則是細長型。

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科學家在酸種麵團中發現了 20 多種酵母。而在不同的麵團中所發現的酵母數量和類型差異,取決於幾個因素,包括麵團水合程度、所用穀物類型、發酵溫度和酸麵團維持溫度。 例如,義大利酸麵團通常使用杜蘭麥粉製作,95% 以上的酵母屬於 C. humilis,且其優勢地位隨時間拉長而穩定。

圖像中藍色的則是細菌,通常是乳酸菌,酸種麵包獨特的風味便是由此而來。影像中細菌呈藥丸狀,大小約為2微米。

乳酸菌(lactic acid bacteria, LAB)是指能利用碳水化合物進行發酵生產大量乳酸的細菌總稱,酸種麵團中常見的 LAB 為乳酸桿菌,特別是在發酵時間較長或溫度較高的麵糊中。

乳酸桿菌占主導地位有幾個因素。首先,它們對碳水化合物的代謝機制非常適合將麵團、麥芽糖和果糖作為主要能量來源。其次,有些乳酸桿菌(如舊金山乳桿菌,L. sanfransiscensis)對溫度和 pH 值的生長需求與酸麵團發酵過程的條件相符。

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第三則是存在於酸種麵團的乳酸桿菌具有多種壓力反應機制來克服酸、高(低)溫、高滲透壓(脫水)、氧化和飢餓。第四是會產生乳酸、醋酸鹽等有機酸和細菌素等抗菌胜肽,可作為防腐劑、提高生存競爭力,並有助於發酵的穩定持久。

基於這些機制,乳酸菌和酸種麵包的風味、質地、陳化和保存期等息息相關,例如 L. sanfransiscensis 和 L. pontis 菌株被證明可以改善麵包的口感和氣味。

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家中養貓狗,寶寶可能更健康?研究證實毛小孩有助於提升新生兒免疫力
PanSci_96
・2024/08/25 ・1454字 ・閱讀時間約 3 分鐘

  • 文/林芸寬、張愷丰、張庭瑀、郭亮均、林詠真 

最新研究:寵物與新生兒健康的密切關聯

現代家庭飼養寵物的比例逐年上升,貓狗已成為人類最親密的夥伴。農業部最新(2023)的資料發現,臺灣飼養貓狗的比例上升,家犬較上一期(2021)增加 19%;家貓較上一期增加 50%。然而,許多新手父母常擔心,飼養貓狗可能會影響新生兒的健康,像是引發呼吸道過敏等疾病,但近期的科學研究提供了相對令人安心的解答。 

最新研究指出,飼養貓狗,可能更能減少新生兒感染呼吸道疾病的機率。 圖/envato

科學家發現,飼養貓狗也許有益家庭中新生兒的健康。最新研究證實,家中貓狗不僅能增添樂趣,更能減少新生兒感染呼吸道疾病的機率。早在 2012 年,就有芬蘭研究團隊追蹤鄉村地區 397 名新生兒,自出生到一歲的健康狀況,發現有飼養貓狗家庭中的新生兒,較少感染呼吸道疾病。研究詳實記錄貓狗與新生兒的互動頻率,及其對新生兒健康的影響。

腸道菌相的力量:微生物如何提升寶寶免疫力

今(2024)年聖路易華盛頓大學兒科團隊發表在《Pediatrics》的最新研究,分析新生兒的就醫紀錄,並透過對父母的訪談,探討「親餵母乳」、「家中飼養貓狗」、「新生兒醫療需求」三者間的關係。研究發現,親餵母乳且家中有飼養貓狗的新生兒,出生六個月內對醫療服務的需求相對較低。華盛頓大學團隊推測,這可能是貓狗身上的微生物 ,增加了環境中微生物多樣性,並影響新生兒的免疫力。 

環境中微生物多樣性,與新生兒免疫力的關係為何?至今仍是未解的問題,但根據現有的研究,這很可能與新生兒體內「腸道菌相」的差異有關。「腸道菌相」是胃腸道中的微生物群落,由細菌、病毒和真菌組成,它們在我們的免疫系統發展中扮演了重要角色,特別是在生命的早期階段,對腸道的健康和功能有著深遠的影響。

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為何養狗的新生兒感染率更低?

2023 年的一項研究,進一步探討環境中微生物多樣性與新生兒免疫力之間的關係,揭示腸道菌相的多樣性在在影響了新生兒的健康。研究顯示,家中飼養狗的新生兒,其腸道中的梭桿菌、科林氏菌和瘤胃球菌等菌群明顯較多,這些菌種的豐富性有助於免疫系統的發育,也可能有助於減少新生兒過敏與氣喘的風險。

有趣的是,這份研究也提到,對於喝配方奶的新生兒而言,其腸道菌相的組成與養狗有關,「與狗接觸」可能成為他們獲取環境微生物的替代途徑,補充因缺乏母乳餵養而缺少的微生物,從而幫助免疫系統的發展。

小孩與狗的接觸,反而可能成為獲取環境微生物的途徑。 圖/envato

目前研究雖無法直接證實接觸貓狗可以增強免疫力,但可以確定的是,接觸貓狗的小孩,腸道內的微生物多樣性高,也比較不容易生病,新手父母可以不用太擔心養狗對小孩發育的影響。同時,與狗接觸還能改變嬰兒腸道中的微生物組成,這或許有助於減少呼吸道疾病的發生風險。

資料來源: 

  1. https://www.moa.gov.tw/theme_data.php?theme=news&sub_theme=agri&id=9418
  2. https://publications.aap.org/pediatrics/article/130/2/211/29895/Respiratory-Tra ct-Illnesses-During-the-First-Year
  3. https://www.nature.com/articles/s41390-024-03200-9
  4. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/cea.14303
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