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為什麽大家都愛吃巧克力的邊邊角角?晶體科學告訴你,怎麼讓巧克力口感變得更好!

Rock Sun
・2021/06/18 ・3040字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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你喜歡吃巧克力嗎?是黑巧克力、白巧克力還是牛奶巧克力呢?其實各派都有不同的擁護者,但是我換個問題……你喜歡吃巧克力的哪一個部分或是什麼型態的巧克力呢?

我想絕大部分的人的答案都是扎實、脆脆的口感吧?而要嘗到這種口感的巧克力,最快的方法就是瞄準巧克力磚的邊邊角角下手。

但你知道為什麼邊邊角角的巧克力特別脆嘛?科學家或許有答案了!

很多人似乎非常喜歡吃巧克力的邊邊角角,因為比較脆 ~ 圖/Pexels

關於巧克力,你需要知道的是……

首先,讓我們先來認識一下巧克力裡面有什麼成分。巧克力是由可可粉、可可脂、糖和其他成分彼此混合,其中一些有趣的化學成分,在這裡跟大家介紹一下:

  1. 可可鹼:生物鹼的一種,和咖啡因結構類似,算是同一個系列的化學物質,但是就毒性(其實就是讓你 high 的性質)而言比咖啡因還要弱,巧克力是含有可可鹼最多的食物,而一塊巧克力因為兩個成分都有,所以吃的人才會如此很開心。
  2. 抗氧化劑:可可豆含有綠茶酚和沒食子酸等抗氧化劑,但是在把可可豆製作成巧克力的過程中,很多的這類物質會被移除,剩下少量殘留。許多巧克力愛好者表示巧克力內的抗氧化劑可延緩細胞老化,但是我們很難證實如此的微量成分是否有效。
  3. 苯乙胺:有人說為什麼巧克力在情人節如此受歡迎,那是因為它含有很多的苯乙胺……一種讓腦內釋出多巴胺的神經傳導物質,也是興奮劑、春藥、抗憂鬱藥的主要成分,但是很遺憾巧克力內的苯乙胺在進入腦袋前就被我們的身體吸收掉了。

不過,以上都不是有關巧克力口感研究的聚焦對象。讓巧克力口感好吃最大的關鍵物質,其實是三酸甘油酯,也就是可可脂(脂肪)的結晶結構。

可可脂- 维基百科,自由的百科全书
整塊、獨立出來的可可脂。圖/wikimedia

讓巧克力變得迷人的可可脂

巧克力會因為可可脂的溶化和凝結過程有所不同,而產生不同的口感,因為在不同的溶點下,脂肪可能呈現出各種不同的結構,但巧克力的可可脂卻跟一般脂肪不太一樣。

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可可脂是少數僅有數種不同三酸甘油酯構成的脂肪,其中成分高達 60% 是飽和脂肪酸,而 30 ~ 40 % 是單不飽和脂肪酸。我們知道,由於飽和脂肪酸的碳鏈沒有雙鍵,因此可以緊密而有秩序地排列在一起,形成穩定的結構和較高的熔點。所以飽和脂肪酸比例較高的動物性脂肪如牛油、豬油,就會在室溫下呈現固態。相反的,不飽和脂肪酸的碳與碳的連接中有一個或多個雙鍵,易發生彎折而無法整齊地排列,因此結構不如飽和脂肪酸穩定,熔點也比較低。在室溫下為液態的植物油,就是不飽和脂肪酸的例子。

可可脂中飽和脂肪酸及單不飽和脂肪酸的比例,使其熔點相對比較固定,導致巧克力在嘴裡熔化時沒有顆粒的感覺。即使如此,可可脂仍有幾種形態的結晶,熔點分布從 17 ~ 37 °C,而製作巧克力的理想目標,則是熔點在 33.8 °C 的第 5 型 β 結晶

CHOCOLATE TEMPERING - Gastronomski Istraživački centar Gastro_IC
非常詳細的不同巧克力結晶的熔點和口感,其中第 5 型就是最佳狀況。圖/compoundchem

入口即化的口感,源自晶體的排列

多數人在吃巧克力的時候不太在意分子怎麼排列的,但是就是有喜歡吃的分子科學家會把巧克力拆解,拿到儀器底下想要一探究竟。在最近在美國化學學會出版的科學期刊《Crystal Growth & Design》中,一群喜歡巧克力的研究人員發現,當你在模具中定型巧克力的時候,靠近模具那一面的巧克力晶體相較於與空氣接觸的那面排列更加整齊,通常也更受人喜歡。

巧克力晶體的排列大大影響了口感,所以製作巧克力時有一個絕對不能忽略的重要步驟——調溫。

當甜品工廠製作巧克磚的時候,他們會將在理想溫度融化(也就是上述 33.8°C,相當接近人類體溫 36°C)的巧克力液體倒入模具內冷卻,這時候有一個很重要的步驟叫做「調溫」(temper),簡單來說,調溫是一種重複將巧克力融化、凝結的過程,藉以穩定巧克力的技巧,由於可可脂會產生結晶的特性,經過適當調溫的巧克力塊才會形成完整、整齊的晶體結構,表面光滑、口感硬脆、入口即化且受人喜歡。

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經過巧克力工匠去蕪存菁的調溫,一塊原始的巧克力中亂七八糟結構會被熔掉,但是又想要留下這些巧克力結晶中的模範生,也就是 β 結晶,當剩下的巧克力凝固時,會以第 5 型 β 結晶為模板,結果就是整塊巧克力都是好吃的理想晶體結構,又硬又亮,有時候甚至還會加入已經完工的巧克力塊,讓整塊巧克力更快完美的成形、油脂更井然有序地排列。

巧克力調溫過程。圖/giphy.com

用紅外線光譜儀來測量可可脂的晶體結構吧!

以上都是製作巧克力時已經知道的部分,但現在要來點不一樣的了!一群研究人員想知道在冷卻的過程中,接觸空氣那面的巧克力和接觸模具的巧克力相比,口感會不會有差?又是哪一個部分比較好吃呢?

為了瞭解這件事,研究人員分析了三個不同位置的巧克力脂肪分子構成,靠著傅立葉紅外光譜儀和衰減式全反射取樣,他們發現接觸模具那側的巧克力分子排列得相當整齊,脂肪酸鍊很有規律地分配在這個區域相反地,靠近空氣的那側排列混亂,脂肪酸鍊有一個沒一個的;而正中央的巧克力剛好介於兩者之間

巧克力的不同部位因有無接觸模具、晶體排列不同,因而也產生不一樣的口感。圖/Pexels

市售巧克力的口感並不均匀

這樣的結果很可能是模具和空氣的導熱差異有關,導致與靠近模具的巧克力冷卻得更快,有更多的時間去排列晶體,模具也某種程度上控制晶體的排列方向更加統一、整齊,而這是讓巧克力好吃的關鍵。也因為如此,其實一整塊巧克力比大家想像的更不平均,各個部位有不同的口感是很正常的事,研究人員也希望藉由這個研究,巧克力製造商或許可以想出不同的工法,更準確、更快地做出符合大家口感的巧克力……如果有辦法一整塊巧克力都香脆滑順、入口即化那有多好?

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所以如果你覺得靠近邊邊角角的巧克力是最好吃的部分,那就代表你的舌頭和嘴巴跟化學晶體排列有共鳴,也知道了下次和身邊的人搶巧克力吃要瞄準那個部分了,而且或許可以是個用在追化學人的招式吧。

下一次吃巧克力時,多了這些化學小知識可以分享了,可能是追化學系的可用招數吧?圖/chemistryworld.com
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Rock Sun
64 篇文章 ・ 960 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者

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「別來無恙」不只是招呼
顯微觀點_96
・2025/04/12 ・2349字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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圖/照護線上

我最親愛的 你過的怎麼樣  沒我的日子 你別來無恙   -張惠妹《我最親愛的》

常常聽到「別來無恙」的問候,其中的「恙」就是指「恙蟲」。在唐朝顏師古的《匡謬正俗》一書中便提到:「恙,噬人蟲也,善食人心。古者草居,多移此害,故相問勞,曰無恙。」用以關心久未見面的朋友沒有染讓恙蟲病、一切安好。

而清明節一到,衛福部疾管署便會提醒民眾上山掃墓或是趁連假到戶外踏青,要小心「恙蟲病」,就是因為每年恙蟲病的病例數從4、5月,也就是清明假期左右開始上升;到6、7月達最高峰。

Qingming Or Ching Ming Festival, Also Known As Tomb Sweeping Day In English, A Traditional Chinese Festival Vector Illustration.
圖/照護線上

但恙蟲病到底是什麼樣的疾病呢?恙蟲病古時被稱為沙虱,早在晉朝葛洪所著的醫書《肘後方》提及,「初得之,皮上正赤,如小豆黍米粟粒;以手摩赤上,痛如刺。三日之後,令百節強,疼痛寒熱,赤上發瘡。」

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恙蟲病是一種病媒傳播的人畜共通傳染病,致病原為恙蟲病立克次體(Orientia tsutsugamushi或Rickettsia tsutsugamushi),被具傳染性的恙蟎叮咬,經由其唾液使人類感染立克次體。而感染立克次體的恙蟎,會經由卵性遺傳代傳立克次體,並在每個發育期中,包括卵、幼蟲、若蟲、成蟲各階段均保有立克次體,成為永久性感染。

感染恙蟲病可能引起危及生命的發燒感染。常見症狀為猝發且持續性高燒、頭痛、背痛、惡寒、盜汗、淋巴結腫大;恙蟎叮咬處出現無痛性的焦痂、一週後皮膚出現紅色斑狀丘疹,有時會併發肺炎或肝功能異常。 恙蟲病的已知分佈範圍不斷擴大,大多數疾病發生在南亞和東亞以及環太平洋地區的部分地區;台灣則以花東地區、澎湖縣及高雄市為主要流行區。

比細菌還小的立克次體

立克次體算是格蘭氏陰性菌,有細胞壁,無鞭毛,革蘭氏染色呈陰性。但它雖然是細菌,但是嚴格來說,更像是細胞內寄生生命體,生態特徵多和病毒一樣。例如不能在培養基培養、可以藉由陶瓷過濾器過濾、只能在動物細胞內寄生繁殖等。大小介於細菌和病毒之間,呈球狀或接近球形的短小桿狀直徑只有0.3-1μm,小於絕大多數細菌。

最早發現的立克次體感染症的是洛磯山斑疹熱(Rocky mountain spotted fever);由美國病理學家立克次(Howard Taylor Ricketts,1871-1910)所發現。

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1906年立克次到蒙大拿州度假,發現當地正在流行一種叫做洛磯山斑疹熱的傳染病,病患會出現頭痛、肌肉痛、關節疼痛的症狀,之後皮膚會出現出血性斑塊。當時沒有人知道是什麼原因造成這個疾病。

立克次一開始以顯微鏡觀察病患血液,發現一種接近球形的短小桿菌,但卻無法體外培養。而他將帶有「短小桿菌」的血液注射進天竺鼠體內,或是以壁蝨吸食患者血液再咬天竺鼠,發現天竺鼠也會染病。另外,他試驗各種節肢動物來做為媒介,發現只有壁蝨能夠成為傳染窩進行傳播。

立克次釐清了洛磯山斑疹熱的成因與傳染途徑,但因為無法在體外培養基培養這個病原菌,他並未加以命名。

後來其他研究者從斑疹傷寒等其他疾病也發現無法在培養基生長、必須絕對寄生宿主細胞的類似細菌,並為了紀念立克次的貢獻,而命名為「立克次體」。

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而立克次體不只一種,因此引起的疾病也不只有恙蟲病。在台灣列為法定傳染病的還有由普氏立克次體(Rickettsia prowazekii )引起的流行性斑疹傷寒,透過體蝨在人群間傳播;由斑疹傷寒立克次氏體(Rickettsia typhi)造成的地方性斑疹傷寒,由鼠蚤傳播至人體。另外還有由立氏立克次體(Rickettsia rickettsii)所引致的洛磯山斑疹熱等。

立克次體透過傳統革蘭氏染色的效果非常弱;因此常用一種對卵黃囊塗片中立克次體進行染色的方法,以利光學顯微鏡觀察。現在,這項技術常用於監測細胞的感染狀態。

受限於光學顯微鏡的解析度,許多科學家也使用電子顯微鏡來對立克次體與宿主細胞相互作用的精細結構進行分析。例如分別引起流行性斑疹傷寒、洛磯山斑疹熱和恙蟲病的立克次體,外膜組織就能透過電子顯微鏡看到些許的差別,有的外膜較厚,有的則是外膜內葉和外葉倒置。

立克次
卵黃囊塗片立克次體的顯微影像,其尺寸範圍為 0.2μ x 0.5μ 至 0.3μ x 2.0μ。立克次體通常需要使用特殊的染色方法,例如Gimenez染色。圖片來源:CDC Public Health Image Library

做好預防就能別來無「恙」

根據疾管署統計,今(2024)年至 4 月 1 日恙蟲病確定病例已累計至 2 8例,高於去年同期。

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立克次菌無法在一般培養基培養,雖然可用接種天竺鼠或雞胚胎來分離病原確診,但基於實驗室生物安全操作規定,通常以免疫螢光法、間接血球凝集、補體結合等檢查抗體的方式來檢驗。

恙蟲病可用抗生素治療,若不治療死亡率達 60%。但最好的預防方式還是避免暴露於恙蟎孳生的草叢環境,掃墓或是戶外活動最好穿著長袖衣褲、手套、長筒襪及長靴等衣物避免皮膚外露。離開草叢後也要盡速沐浴和更換全部衣物,以防感染。

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顯微觀點_96
28 篇文章 ・ 5 位粉絲
從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。

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任意添加光學元件 為研究打開大門的無限遠光學系統
顯微觀點_96
・2025/01/30 ・1763字 ・閱讀時間約 3 分鐘

本文轉載自顯微觀點

圖 / 顯微觀點

顯微鏡在科學發展中扮演關鍵的角色,讓人們得以突破肉眼的限制,深入微觀的世界探索。而隨著時間推進,顯微技術也日新月異,其中現代顯微鏡設計了所謂的「無限遠光學系統」(Infinity Optical Systems),更是提升了顯微鏡性能和突破過去的觀察瓶頸。因此主要的顯微鏡製造商現在都改為無限遠校正物鏡,成為顯微鏡的技術「標配」。

1930 年代,相位差顯微技術出現,利用光線在穿過透明的樣品時產生的微小的相位差造成對比,使透明樣本需染色就能更容易被觀察。1950 年左右,則出現使用兩個 Nomarski 稜鏡,將光路分割再合併產生 干涉效應的 DIC 顯微技術,讓透明樣本立體呈現、便於觀察。

在傳統「有限遠系統」中,單純的物鏡凸透鏡構造,會直接將光線聚焦到一個固定距離處,再經過目鏡放大成像。也因此過去顯微鏡的物鏡上通常會標示適用的鏡筒長度,通常以毫米數(160、170、210 等)表示。

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而在過渡到無限遠校正光學元件之前,選用的物鏡和鏡筒長度必須匹配才能獲得最佳影像,且大多數物鏡專門設計為與一組稱為補償目鏡的目鏡一起使用,來幫助消除橫向色差。

但是問題來了!當這些光學配件要添加到固定鏡筒長度的顯微鏡光路中,原本已完美校正的光學系統的有效鏡筒長度大於原先設定,顯微鏡製造商必須增加管長,但可能導致放大倍率增加和光線減少。因此廠商以「無限遠」光學系統來解決這樣的困境。

德國顯微鏡製造商 Reichert 在 1930 年代開始嘗試所謂的無限遠校正光學系統,這項技術隨後被徠卡、蔡司等其他顯微鏡公司採用,但直到 1980 年代才變得普遍。

無限遠系統的核心在於其物鏡光路設計。穿透樣本或是樣本反射的光線透過無限遠校正物鏡,從每個方位角以平行射線的方式射出,將影像投射到無限遠。

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有限遠(上)和無限遠(下)光學系統的光路差別
有限遠(上)和無限遠(下)光學系統的光路差別。圖 / 擷自 Optical microscopy

透過這種方法,當使用者將 DIC 稜鏡等光學配件添加到物鏡、目鏡間鏡筒的「無限空間」中,影像的位置和焦點便不會被改變,也就不會改變成像比例和產生像差,而影響影像品質。

但也因為無限遠系統物鏡將光線平行化,因此這些光線必須再經過套筒透鏡在目鏡前聚焦。有些顯微鏡的鏡筒透鏡是固定的,有些則設計為可更換的光學元件,以根據不同實驗需求更換不同焦距或特性的透鏡。

除了可以安插不同的光學元件到光路中而不影響成像品質外,大多數顯微鏡都有物鏡鼻輪,使用者可以根據所需的放大倍率安裝和旋轉更換不同的物鏡。

傳統上一旦更換物鏡,樣本可能就偏離焦點,而須重新對焦。但在無限遠光學系統的設計中,物鏡到套筒透鏡的光路長度固定,也就意味著無論更換哪個物鏡,只要物鏡設計遵循無限遠系統的標準,光路長度和光學路徑的一致性得以保持。

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因此無限遠光學系統也有助於保持齊焦性,減少焦距偏移。這對需要頻繁切換倍率的實驗操作來說,變得更為便利和具有效率。

不過使用上需要注意的是,每個顯微鏡製造商的無限遠概念都有其專利,混合使用不同製造商的無限遠物鏡可能導致不正確的放大倍率和色差。

改良顯微技術,使研究人員能夠看到更精確的目標;以及如何讓更多光學配件進入無限遠光學系統中的可能性仍然在不斷發展中。但無限遠光學系統的出現已為研究人員打開了大門,可以在不犧牲影像品質的情況下輕鬆連接其他光學設備,獲得更精密的顯微影像。

  1. M. W. Davidson and M. Abramowitz, “Optical microscopy”, Encyclopedia Imag. Sci. Technol., vol. 2, no. 1106, pp. 120, 2002.
  2. C. Greb, “Infinity Optical Systems: From infinity optics to the infinity port,” Opt. Photonik 11(1), 34–37 (2016).
  3. Infinity Optical Systems: From infinity optics to the infinity port
  4. Basic Principle of Infinity Optical Systems
  5. Infinity Optical Systems

延伸閱讀選擇適合物鏡 解析鏡頭上的密碼

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螃蟹有痛感嗎?我們是怎麼知道的?
F 編_96
・2025/01/16 ・1669字 ・閱讀時間約 3 分鐘

F 編按:本文編譯自 Live science

螃蟹一直是海鮮美食中的明星,從油炸軟殼蟹到清蒸螃蟹,餐桌上經常見到牠們的身影。有地方也習慣直接將活螃蟹丟沸水煮熟,認為這能保留最多的鮮味。過去人們認為甲殼類缺乏複雜神經結構,不會感受到痛苦,因此不必過度憂心道德問題。但近年來,越來越多研究開始挑戰此一想法,指出螃蟹與龍蝦等甲殼動物可能具備類似疼痛的神經機制。

以前大家相信甲殼類缺乏複雜神經結構,但近期這一認知逐漸受到質疑。 圖 / unsplash

甲殼類是否能感覺到痛?

人類長期習慣以哺乳類的神經構造作為痛覺判斷依據,由於螃蟹沒有哺乳動物那樣的大腦腦區,便被認為只憑簡單反射行動,談不上真正「痛」。然而,新興科學證據顯示包括螃蟹、龍蝦在內的甲殼類,除了可能存在被稱為「nociceptors」的神經末梢,更在行為上展現自我防禦模式。這些研究結果顯示,螃蟹對強烈刺激不僅是本能抽搐,還有可能進行風險評估或逃避策略,暗示牠們的認知或感受方式比我們想像更精緻。

關鍵證據:nociceptors 與自我保護行為

近期實驗在歐洲岸蟹(Carcinus maenas)中觀察到,當研究人員以刺針或醋等刺激手段測量神經反應,牠們顯示與痛覺反應類似的神經興奮;若只是海水或無害操作,則無此現象。此外,透過行為實驗也可看出,寄居蟹在受到電擊時,會毅然捨棄原本的殼子逃離電源,但若同時存在掠食者味道,牠們會猶豫要不要冒著風險離開殼子。這些結果使科學家認為,螃蟹並非單純反射,而可能有對於痛感的判斷。若只是「低等反射」,牠們不會考慮掠食風險等外在因素。

痛覺與保護:實驗結果引發的道德思考

以上發現已在科學界引發廣泛關注,因為餐飲業與漁業中常見「活煮」或「刺穿」處理螃蟹方式,如今看來很可能讓牠們承受相當程度的不適或疼痛。瑞士、挪威與紐西蘭等國已開始禁止活煮龍蝦或螃蟹,要求先以電擊或機械方法使其失去意識,試圖減少痛苦。英國也曾討論是否將甲殼類納入動物福利法保護範圍,最後暫時擱置,但此爭議仍在延燒。

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英國對於是否將甲殼類列入動物福利法的保護範圍,有所爭議。 圖 / unsplash

部分學者保持保留態度,認為雖然甲殼類展現疑似痛覺的行為與神經反應,但與哺乳類相同的「主觀痛感」仍需更多研究證明。大腦與神經系統結構畢竟存在很大差異,有些反射也可能是進化而來的自衛機制,而非真正意義上的感受。然而,科學家普遍同意,既然相關證據已經累積到一定程度,毋寧先採取更謹慎與人道的處理模式,而非輕易推卸為「牠們不會痛」。

海洋生物福利:未來的規範與影響

如果螃蟹被證實擁有痛覺,將牽動更廣泛的海洋生物福利議題,包括鎖管、章魚或多種貝類也可能具有類似神經機制。人類一直以來習慣將無脊椎動物視為「低等生物」,未必給予與哺乳類相同的法律或倫理關注。但若更多實驗持續指出,牠們同樣對嚴重刺激展開避痛行為,社會或終將呼籲修訂漁業與餐飲相關法規。未來可能要求業者在捕撈與宰殺前使用電擊或麻醉,並限制活煮等方式。這勢必對漁業流程與餐廳文化造成衝擊,也引發經濟與文化折衷的爭議。

龐大的實驗數據雖已暗示螃蟹「會痛」,但確鑿的最終定論仍需更多嚴謹研究支持,包括更深入的大腦活動成像與突觸路徑分析。同時,落實到實際操作也需追問:是否存在更快、更人道的宰殺或料理方式?能否維持食材鮮度同時保障動物福利?這種思維轉變既考驗科學進程,也考驗人類對自然資源的態度。也許未來,既然我們仍會食用海產,就該以最小痛苦的方式對待那些可能感受痛苦的生物,為牠們提供基本尊重。

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F 編_96
20 篇文章 ・ 1 位粉絲
一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃