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料理系動畫頂級湯底素材!——海鮮乾貨超濃郁鮮味從何而來?

Evelyn 食品技師_96
・2022/02/19 ・3346字 ・閱讀時間約 6 分鐘

  • 文/Evelyn 食品技師

每年農曆春節,到以辦年貨聞名的迪化街走一遭,可見南北雜貨行裡琳瑯滿目的海鮮乾貨,如魷魚乾、干貝、魚翅、乾鮑魚、昆布、魚乾或蝦米等,都是年節珍饈少不了的海味。

而說到乾貨,不禁聯想到動畫《中華一番》小當家為了拯救中毒的及第師父和嘟嘟,與下毒者面具廚師李嚴進行了一場攸關生死的料理對決──龍蝦三爭霸,第三回合比的便是龍蝦砂鍋料理。

李嚴用放了 16 年堪稱鮮味超濃縮的「頂級乾貨」作為湯底素材,包括鮑魚、魚翅、扇貝和海膽等做出海龍鍋,對上小當家用山菜做的四川家鄉味寶山飛龍鍋,然而李嚴終究還是不敵主角光環而不幸落敗。

為何用乾貨做料理,鮮味會如此濃郁呢?在這鮮美的乾貨背後,還隱藏了什麼危機?

動畫《中華一番》海報,左上方戴面具的即為廚師李嚴。圖/IMDb

連小當家都驚呼的高級素材「海鮮乾貨」濃郁鮮味怎麼來?

海鮮乾貨的鮮味之所以如此濃郁,是因為水產品原本擁有的呈味物質眾多,尤其游離胺基酸的含量非常豐富。一般親水性胺基酸提供食品良好風味,如甜味、鮮味及肉味等;不良風味係由疏水性胺基酸所提供,如苦味。

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麩胺酸(glutamic acid)為水產品的主要鮮味來源,以鈉鹽的形式存在,就是具有強烈鮮味的物質,即所謂的「味精」。其次為肌苷酸(inosine 5 ́-monophosphate; IMP),不但可提供鮮味,亦可使味道帶有圓潤感,並抑制酸味及苦味,具有緩衝風味的效果。這兩者共存還具有加乘作用,能使食品風味更加鮮美。

在水產品中,通常各自有某些胺基酸為其味道的主要特徵,如蝦是甘胺酸(glycine),海膽是甲硫胺酸(methionine);丙胺酸(alanine)和甘胺酸是甜味來源,這兩者在貝類及甲殼類含量最多,可能是味道較魚類鮮甜的原因。

因此海鮮經過乾燥這個脫水程序後,使味道更顯濃縮,也能釋放更多上述的呈味物質,在料理上便能發揮很好的調味效果。這些豐富的呈味物質是蔬菜所沒有的,甚至連畜產動物都沒這麼多,所以筆者認為李嚴用海鮮乾貨做的海龍鍋,怎麼可以輸給小當家用蔬菜做的寶山飛龍鍋呢?!  

炒米粉或肉粽都愛用的「蝦米」在 40 年前曾爆發食安危機?!

海鮮乾貨除了動畫愛用,臺灣民眾最常用的乾貨就非「蝦米」莫屬了,在年菜、炒米粉、廣東粥或肉粽等料理都十分常見。然而在 40 年前的臺灣,蝦米就曾爆發食安危機。

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根據行政院農業委員會水產試驗所(以下簡稱水試所)的調查報告[3],民國 70 年傳出蝦米含螢光增白劑的消息,引起國內軒然大波。

螢光增白劑係利用化學物質的螢光反應,改變物品顏色使其潔白鮮豔,一般用在造紙、印染、洗滌,不得用於食品或食品的容器或包裝(跟食品有接觸的部分)。另外經許多研究證實,螢光增白劑無致癌性,惟對嬰兒、皮膚敏感者可能會造成皮膚過敏等症狀。

當年水試所立即對國內的蝦乾製品進行調查,幸好結果顯示全數皆不含螢光增白劑,也發現添加螢光增白劑對於蝦乾的色澤不但沒有改進的效果,反而還變差。

筆者推測因為蝦類本身的甲殼素,在紫外光燈(365 nm)下有螢光反應[註 1],被誤認為是含有螢光增白劑,才會傳出不實的資訊,但實際上「有螢光反應」並不等於該物質「含有螢光增白劑」。 

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於紫外光燈(365 nm)下之螢光反應,左圖為蝦子甲殼素的螢光反應,右圖之右 2 為含有螢光增白劑的紗布所呈現的螢光反應。圖/參考資料 4

該起事件會如此一發不可收拾,是因當時國內蝦乾皆是以「散裝」的形式出售,不但容易受到污染,消費者亦無法辨識產品來源,一旦發生問題,整個加工業都遭殃,連帶漁民也蒙受無妄之災。

若各家廠商能以適當的小包裝密封供應,並在包裝外註明商號及來源,發生問題時比較容易調查或追究原因,可避免全體受責。

鮮蝦或蝦乾容易發生漂白劑殘留超標的問題

2016 年曾發生蝦子添加過量亞硫酸鹽類(sulfite; SO32-),導致二氧化硫殘留量超標的事件,是因為蝦子死亡後,體內的酵素會催化酪胺酸(tyrosine)代謝產生黑色素,使蝦體(特別是頭部)表面產生「黑變」的現象,易使消費者誤認為產品不新鮮了。

而亞硫酸鹽類會反應產生二氧化硫(sulphur dioxide; SO2),二氧化硫與水反應後轉變為亞硫酸(sulfurous acid; H2SO3),其具強還原性,在食品中能抑制該酵素活性作用,進而防止蝦子黑變發生。

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目前亞硫酸鹽類是合法的食品添加物,具有漂白、保存、防止氧化之功能,法規規定其殘留量(以二氧化硫計)在蝦類、貝類的限量為 0.1g/kg 以下。

雖然二氧化硫在限量標準內是不必擔心,且人體內具有可以代謝的酵素,可隨著尿液排出體外,但對某些特殊體質者而言,有可能會引起哮喘等呼吸道過敏反應,必須注意。

除了糖果、零食外,海鮮乾貨也常添加人工合成的著色劑

著色劑泛指添加於食品、飲料或其他應用而產生顏色之物質。由於消費者主觀的認知,著色劑常應用於回復加工過程中損失的顏色、改變食品外觀及提升整體感官品質。

根據國立臺灣海洋大學近期研究[7],針對國內各地區市場中販售的魚乾、魚卵及蝦米進行檢驗,結果發現三者皆有檢出著色劑,包含:

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  • 食用黃色四號 tartrazine(俗稱檸檬黃)
  • 食用黃色五號 sunset yellow FCF(俗稱日落黃)
  • 食用紅色六號 ponceau 4R
  • 食用紅色四十號 allura red AC

以上為合法食用的人工合成著色劑,然而魚卵和蝦米還檢出非法用於食用的著色劑,分別為酸性橙 7(orange II)和偶氮玉紅(azorubine),其中偶氮玉紅在我國雖非法,但在歐盟、日本或美國卻是合法著色劑,易因規範不同而造成違法事件,也凸顯出目前非法著色劑濫用問題仍然存在。

有研究指出,若長期食用這些合成著色劑可能會造成消化不良、貧血、過敏反應、生長遲緩及學齡前兒童過動症等健康危害。

值得注意的是,目前我國法規合法使用的著色劑,皆可於各類食品中視實際需要適量使用,並無最大使用量限制。但這些著色劑毒性很低微,也尚未有那些著色劑對人體直接有害的證據,是不需過於擔憂,比較需要擔心的是不肖業者添加了非法著色劑的風險。 

建議購買包裝標示清楚、完整的乾貨產品,並注意保存方式避免發霉

雖然法規規定上述的食品添加物一定要在包裝上標示,但對於一些散裝、來路不明的乾貨來說,可能就沒有標示可讀了,這就是一大風險!所以建議消費者盡量購買包裝標示清楚且完整的產品。

另外由於台灣氣候濕度高,乾貨可能會有發霉的疑慮,購買乾貨一定要確實密封好,並保存在陰涼乾燥處,能冷藏、冷凍更佳,也不建議購買像李嚴那種放了 16 年的乾貨喔!(他保存在甕裡都不會壞,筆者覺得害怕…)

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購買魚乾這類乾貨食品時,務必保存在陰涼乾燥處,避免發霉。圖/Pixabay

註解

  1. 螢光反應:物質受到紫外線照射時,其中某些化學鍵被紫外線激發,而轉換成肉眼可見的可見光釋出,這就稱為「螢光反應」,如植物的葉綠素或蝦蟹的甲殼素,在紫外光照射下都會有該反應。

參考資料

  1. Muse 木棉花,2021。中華一番(舊版小當家)第 26 話【致勝王牌!輕狂的惡魔】
  2. 黃宛儀,2014。探討臺灣產褐臭肚魚(Siganus fuscescens)及其加工品於不同季節、地域之呈味成分與鮮度變化。國立臺灣海洋大學食品科學所碩士學位論文。基隆。
  3. 陳聰松、黃文政、鄭溪潭,1981。台灣地區蝦乾螢光物質調查。行政院農業委員會水產試驗所 33: 429-440。
  4. 新北市政府衛生局。螢光增白劑
  5. 陳建元,2018。食用食物添加物(五版)。臺中市:華格那出版有限公司。
  6. 衛生福利部食品藥物管理署,2017。食品添加物使用範圍及限量暨規格標準。衛生福利部,台北市。
  7. 賴昱維,2018。高效液相層析搭配二極體陣列檢測器與四極軸軌道捕捉式質譜儀多重分析魚乾、魚卵及蝦米中 23 種人工合成著色劑。國立臺灣海洋大學食品科學所碩士學位論文。基隆。
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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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鱸魚精有抗疲勞的健康食品認證!累了可以依靠它嗎?自己在家也可以做嗎?
Evelyn 食品技師_96
・2023/01/18 ・3215字 ・閱讀時間約 6 分鐘

有沒有聽過開刀手術、懷孕生產過後要喝一碗鱸魚湯補身體呢?每當有親友開完手術時,通常會燉煮一鍋鮮美的鱸魚湯,期望讓術後的患者能快速癒合傷口,恢復元氣[1]

不過現在市面上已經有「鱸魚精」這樣方便又營養的產品,讓消費者免去熬煮魚湯的麻煩,即開即飲,這跟一般在家做的滴魚精有什麼不同呢?

金目鱸魚,其體背與各鰭皆為褐色,腹部為淡褐色,尾鰭圓形不分叉,可用來製造鱸魚精。圖 / 農委會

在家做的滴魚精和工廠做的鱸魚精之差異

一般在家裡自製的滴魚精,不外乎就是將魚肉放進密閉容器中,以類似蒸箱的方式加熱,讓這些肉滴出具有營養價值的精華——蛋白質和少量支鏈胺基酸(branched-chain amino acid, BCAA)。

支鏈胺基酸包含纈胺酸(valine)、白胺酸(leucine)及異白胺酸(isoleucine),是骨骼肌主要胺基酸成分,也是重要的能量來源。補充支鏈胺基酸除了可延長肌肉耐力外,亦能促進肌蛋白合成並減少分解作用,有助於組織建構及修復[2]

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魚肉雖然是優質的蛋白質來源,但大分子蛋白質還是必須經過胃腸道消化,分解成小分子胺基酸才能被身體吸收。

所以飲用魚精,能讓無法正常咀嚼、飲食,僅能飲用流質食物的人,或是對蛋白質、胺基酸有額外需求者(例如消化功能不良、大手術病患、懷孕等),得以迅速補充營養。

但其實滴魚精的支鏈胺基酸含量並不如一般市售的鱸魚精來得多。因一般市售的鱸魚精的加工方式更為嚴苛,能夠從肉中萃出更多的支鏈胺基酸及胜肽。

那麽鱸魚精是用什麼特殊加工技術製造的呢?

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自家製與工廠製的鱸魚精,作法差在哪裡呢? 圖/GIPHY

超高壓加工所萃出的支鏈胺基酸含量可提高十倍

鱸魚精產品以「品純萃」為例,其採用「超高壓加工[註]輔助酵素水解法」,將處理好的鱸魚肉放入密閉的軟性包材中,加入蛋白分解酵素,同時對它施加 0.2~400 MPa 的壓力(近 4,000 大氣壓)。

如此極大的壓力,增加了酵素與蛋白質的作用及水解效果,使鱸魚精中游離支鏈胺基酸的含量提高至 279 mg / mL。

相較於傳統熱萃取的方式(也就是在家自製的方式)僅能萃出 21 mg / mL 的游離支鏈胺基酸,超高壓加工輔助酵素水解法約提高 10 倍的營養成分萃取,使原料的利用率與產率大幅提升[3, 4, 5]

而這項優秀的萃取技術已經完成了專利申請。

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雞精也是似類似的道理,雖然沒有用到 HPP 技術,但它也是透過長達 10 小時「高溫高壓」的隔水蒸煮,將雞肉中長鏈的蛋白質,轉化為人體易吸收的支鏈胺基酸和小分子胜肽[6]

這些嚴苛的加工條件,不是在家自己 DIY 能夠輕易達成的。

白蘭氏有公開其製造加工雞精的流程影片,可點下方的影片直接觀看。

白蘭氏雞精製作過程。/ YouTube

鱸魚精和雞精的營養差異

所以喝魚精或雞精,主要就是在補充支鏈胺基酸,有助於減少運動所產生之身體疲勞。除了可延長肌肉耐力外,亦可降低運動後會造成疲勞的血液生化指標,如肌酸激酶活性、乳酸去氫酶活性及乳酸等,以維持較佳的運動表現[7]

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當然上述兩項產品皆通過健康食品「抗疲勞」認證,擁有小綠人標章,筆者依衛生福利部審核通過之健康食品資料查詢,將擁有健康食品認證的鱸魚精與雞精做個比較。

其中雞精除了抗疲勞,還多了一項免疫調節的保健功效,研究發現,支鏈胺基酸也有助於促進免疫細胞增生的功能,或促進吞噬細胞及自然殺手細胞的活性[2]

不過,根據 110 年「超高壓輔助鱸魚副產物之發酵水解物對調節血壓功能性與產品開發的評估」報告,超高壓加工輔助商業酵素水解發酵鱸魚副產物經動物試驗及體外試驗的結果顯示,具有調節高血壓的效果[8]

所以這些蛋白質水解物不只可抗疲勞,還具有免疫調節或調節高血壓的功效,說不定鱸魚精未來還會再多一項「輔助調節血壓功能」的健康認證。

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品純萃鱸魚精(左)和白蘭氏雞精(右)的營養標示,兩者皆標示出保健功效之相關成份含量。圖 / 品純萃大買家

哪些人不適合喝魚/雞精?

魚 / 雞精雖然是健康食品,可以補充營養和體力,但衛生福利部食品藥物管理署不建議以下 4 類族群天天飲用:

  1. 慢性腎臟病患者:魚/雞精內含豐富鉀離子與蛋白質,可能加重腎臟負擔。
  2. 高血壓患者:魚/雞精的鈉含量可能偏高,易造成血壓升高。
  3. 痛風患者:魚/雞精屬普林類食品,可能易導致尿酸升高,不利於痛風控制。
  4. 楓糖尿症患者:此種罕見疾病無法代謝支鏈胺基酸,魚/雞精內所含胺基酸可能導致疾病惡化[9]

我有需要喝魚/雞精嗎?

對於健康的人來說,吃魚/雞肉當然比喝魚/雞精更營養。

以蛋白質為例,鱸魚每 100 克有 20 克的蛋白質,魚精則約含有 2.5 克左右;而去皮的雞胸肉每 100 克有 22 克的蛋白質,雞精則約含有 8 克左右,肉的蛋白質含量會比「魚/雞精」高得多。

且吃魚/雞肉可攝取到更多元的胺基酸、維生素 B 群和鐵等更多成分,營養會更完整且更美味。

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若覺得疲累,喝「魚/雞精」或許有助於改善疲勞,但如果是長期工作壓力累積的的疲勞,喝「魚/雞精」只能治標,不治本,還是得改變不良的生活習慣才能有效改善疲勞喔!

註解

超高壓加工(high pressure processing, HPP):包括動態高壓加工(High Dynamic Pressure Processing, HDPP)與高靜水壓加工(high hydrostatic pressure processing, HSPP)技術。

前者是運用衝擊波使加工原料更為均勻細碎化;後者是以水作壓力介質對原料進行加壓作用。屬非熱加工技術,優點在於食品風味不會受到高溫破壞,與新鮮原料較為相近,也具殺菌的效果。

目前全球已開發應用的產品包括肉製品、果汁和飲料、蔬菜製品、水產品等種類,但因高壓加工的成本遠高於熱加工技術,故在商業化應用的進展較為緩慢[10]

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參考資料

  1. 行政院農業委員會,2009。追溯鱸魚補身的秘密。食農教育資訊整合平臺
  2. 黃桂英、洪可珎、田宛容,2019。雞精~真「滴」營養嗎?。國泰綜合醫院營養通訊 108,1-4
  3. 食力 foodNEXT,2021。【食聞】什麼是「HPP」技術?用來製作鱸魚精,竟能保存更多營養?
  4. 林雨欣、李季樺、林家驊、顏薏貞、莊曜陽、陳冠文,2017。水產食品中超高壓加工技術的應用與發展現況。海大漁推 47,17-32。
  5. 金利食安科技股份有限公司,2017。專利編號 TW I600379 B。臺北市:經濟部智慧財產局。
  6. 白蘭氏,雞精製作過程
  7. Coombes, J. S. and McNaughton, L. S. 2000. Effects of branched-chain amino acid supplementation on serum creatine kinase and lactate dehydrogenase after prolonged exercise. Journal of sport medicine and physical fitness 40: 3 240.
  8. 陳冠文,2022。超高壓輔助鱸魚副產物之發酵水解物對調節血壓功能性與產品開發的評估。計畫編號 MOST 108-2221-E-019-040-MY3。臺北市:國家科學及技術委員會。
  9. 衛生福利部食品藥物管理署,2018。送長輩滴雞精,真能讓他們「補身體」嗎?。食藥好文網。
  10. 吳思節、劉育姍、徐源泰,2021。新型態高壓加工技術-蔬果產品加值應用之新契機。農業科技決策資訊平台
Evelyn 食品技師_96
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為何新冠病毒突變之後傳染力更強?——關鍵在於變異株的棘蛋白結構
研之有物│中央研究院_96
・2022/01/25 ・5088字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/寒波
  • 美術設計/林洵安

為何新冠病毒突變之後傳染力更強?

COVID-19 至今仍深深影響全人類,新冠病毒持續演化,例如曾經造成臺灣大規模社區感染的 Alpha 變異株、傳染力更強的 Delta 變異株,近期出現的 Omicron 變異株等,它們逃避免疫系統的能力都不一樣,關鍵就在不同的棘蛋白(spike protein)結構。「研之有物」專訪中央研究院生物化學研究所徐尚德副研究員,他的團隊陸續解析各種新冠病毒變異株的棘蛋白結構,不但能釐清新的突變帶來的威脅,後續也可作為研發人造抗體的指引。

徐尚德手上拿著新冠病毒的棘蛋白模型,顯示棘蛋白與兩種不同抗體結合的情況。圖/研之有物

解析新型冠狀病毒棘蛋白

COVID-19 的病原體是一種冠狀病毒,和 SARS 病毒是近親,正式命名為 SARS-CoV-2,中文常稱作新型冠狀病毒。為了知道病毒如何感染人體細胞,以及如何逃避免疫系統的辨識,我們需要進一步瞭解冠狀病毒表面的棘蛋白結構。

結構為什麼重要?因為結構會影響蛋白質功能。蛋白質是由不同的氨基酸所組成的長鏈,實際作用時會摺疊形成特別立體結構,而冠狀病毒的蛋白質中,又以棘蛋白最為關鍵。

徐尚德強調,棘蛋白是冠狀病毒暴露在表面的蛋白質之一,絕大多數被感染者的免疫系統所產生的抗體都是辨識棘蛋白。因此現今臨床使用的蛋白質次單元疫苗、腺病毒疫苗以及 mRNA 疫苗,都是以棘蛋白為基礎來研發。

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Cryo-EM 讓蛋白質結構無所遁形

工欲善其事,必先利其器。解析蛋白質結構的方法很多,早期的 X 光晶體繞射(X-ray diffraction),就像將影片定格截圖,但不一定為蛋白質實際作用的狀態。

再來是核磁共振(Nuclear Magnetic Resonanc,簡稱 NMR),這是徐尚德留學深造時的專業,可以重現蛋白質在水溶液中的結構及動態,更接近實際作用的形態,可惜不適合分子量較大的分子。

目前結構生物學最具潛力的新技術是:冷凍電子顯微鏡(Cryogenic Electron Microscopy,簡稱 Cryo-EM),Cryo-EM 可以拍出原子尺度下高解析度的三維結構,此技術於 2017 年獲得諾貝爾化學獎。中研院則於 2018 年開始添購 Cryo-EM 設備,而 Cryo-EM 正是徐尚德用來解析棘蛋白結構的主要利器!

在 COVID-19 疫情爆發初期(2020 年 1 月),徐尚德就率先啟動新冠病毒的結構分析,當時他的研究團隊剛好已分析過感染貓科動物的冠狀病毒,對於解析棘蛋白結構有一定經驗,可說是贏得先機。

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具體來說,如何用 Cryo-EM 解析新冠病毒的棘蛋白結構?

首先要大量培養新冠病毒、再分離、純化得到棘蛋白。接下來,將大量蛋白質樣本鋪成薄薄一層液體,之後以 -190℃ 急速冷凍,讓蛋白質分子保持凍結前的形態,最後用程式重建棘蛋白的三維影像。徐尚德譬喻,就像一匹馬在高速移動時,連續拍攝許多照片,再將照片疊加起來,重建馬的形狀。

棘蛋白的體積已經算大,假如又與其他蛋白質結合,體積將會更大。能解析如此龐大結構為 Cryo-EM 一大優點,但是也會創造很大的資料量。徐尚德強調,用 Cryo-EM 分析蛋白質結構不只做實驗,也要協調資料處理等疑難雜症。

冷凍電子顯微鏡可以紀錄同一時間下、不同狀態的蛋白質三維立體結構。圖/研之有物

關鍵 D614G 突變,讓新冠病毒棘蛋白穩定性大增

儘管已有貓冠狀病毒的經驗,徐尚德研究團隊初期仍經歷一陣摸索,一大困難在於,做實驗時發現不少棘蛋白壞掉,不再保持原本的結構。

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這是因為一般取得蛋白質樣本後會置於 4°C 冷藏,但 4°C 其實不適合保存棘蛋白。接著徐尚德細心觀察到,具備 D614G 突變的棘蛋白,保存期限竟然比沒突變的棘蛋白要長,可以從 1 天增加到至少 1 週。

什麼是 D614G 突變呢?武漢爆發 COVID-19 疫情的初版新冠病毒,其棘蛋白全長超過 1200 個胺基酸,D614G 突變的意思就是:第 614 號氨基酸由天門冬胺酸(aspartic acid,縮寫為 D)變成甘胺酸(glycine,縮寫為 G)。

D614G 突變誕生後,存在感持續上升,2020 年 6 月時已經成為全世界的主流,隨後新冠病毒 Alpha、Delta 等變異株,皆建立於 D614G 的基礎上。

儘管序列僅有微小差異,許多證據指出 D614G 突變會增加新冠病毒的傳染力。有趣的是,它也能大幅增加棘蛋白在體外的穩定性。因此在研究用途上,變種病毒的棘蛋白反而容易保存,徐尚德更指出,對抗變種病毒的蛋白質次單元疫苗(subunit vaccine)穩定性也會增加。

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圖片為徐尚德實驗室提供的新冠病毒模型與三種不同的棘蛋白模型,棘蛋白的主體為白色,棘蛋白的受器結合區域(receptor binding domain,RBD)為藍綠色。圖/研之有物

新冠病毒棘蛋白的「三隻爪子」:受器結合區域

徐尚德參與的一系列新冠病毒結構研究,除了棘蛋白本身,還包含棘蛋白與細胞受器 ACE2 的結合、棘蛋白和人造抗體的結合。

既然要解析結構,儀器「解析度」能看清楚多小的尺度就很重要!蛋白質結構學的常見單位是 Å(10-10 公尺),原子與原子間的距離約為 2 Å,Cryo-EM 的極限將近 1 Å,不過棘蛋白大約到 3 Å 便足以重建立體結構。

冠狀病毒如何感染宿主細胞,和結構又有什麼關係?棘蛋白位於冠狀病毒的表面,直接接觸宿主細胞受器 ACE2 的部分,稱為受器結合區域(receptor binding domain,簡稱 RBD),結構可能展現「向上」(RBD-up)或是「向下」(RBD-down)的狀態。向下,RBD 便不會接觸宿主細胞的受器,缺乏感染能力,;向上,RBD 方能結合受器,引發後續入侵。

徐尚德團隊透過冷凍電子顯微鏡,拍攝新冠病毒 Alpha 株的棘蛋白結構,其中有三類棘蛋白的 RBD 為 1 個向上(佔 73%),有一類(類別3)的棘蛋白 RBD 則是 2 個向上(佔 27%)。圖/Nature Structural & Molecular Biology

新冠病毒表面的棘蛋白有「三隻爪子」(3 RBD),RBD 有可能同時向上(3 RBD-up),也可能只有 1~2 個向上,結構會影響病毒的感染能力。更詳細地說,棘蛋白某些胺基酸位置的差異,會影響結構的開放與封閉程度。

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棘蛋白向上或向下是動態的,假如能保持穩定性,延長向上的時間,也有助於新冠病毒的感染。這正是徐尚德一系列研究下來,實際觀察到不同品系的變化。

截至 2022 年 01 月 18 日的新冠病毒品系發展歷史,其中 Delta 變異株擁有最多品系,而 Omicron 變異株則開始興起。雖然 Omicron 的品系並不多,但已逐漸成為主流。圖/Nextstrain; GISAID

一網打盡所有高關注變異株的結構變化

和武漢最初的新冠病毒相比,D614G 突變帶來什麼改變呢?簡單說:棘蛋白向上的比例增加了,導致整個結構變得更加開放,增加新冠病毒對宿主受器的親合力(affinity)。

以 D614G 為基礎,接下來又獨立衍生出數款品系,皆具備多個突變,傳染力、抵抗力更強 。影響最大的是首先於英國現身的 Alpha(B.1.1.7)、南非的 Beta(B.1.351)、巴西的 Gamma(P.1),以及更晚幾個月後,於印度誕生的 Kappa(B.167.1)與 Delta(B.167.2)。Alpha 一度於世界廣傳,導致包括臺灣在內的嚴重疫情,不過隨後不敵優勢更大的 Delta。

對於上述品系,徐尚德率隊一網打盡。 Alpha 的棘蛋白結構解析已經發表於 《自然-結構與分子生物學》(Nature Structural & Molecular Biology)期刊,其餘新冠病毒變異株的論文仍在等待審查,目前能在預印網站 bioRxiv 看到,該研究一次報告 38 個 Cryo-EM 結構,刷新紀錄。

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圖 a 顯示新冠病毒 Alpha 變異株棘蛋白的突變氨基酸序列,一共有 9 處突變, D614G 突變以紫色表示。
圖 b 顯示突變的氨基酸在立體結構中的位置。
圖/Nature Structural & Molecular Biology

Alpha 變異株的 RBD 向上結構穩定

一度入侵台灣造成社區大規模感染的 Alpha 株有何優勢?其棘蛋白除了 D614G,還多出 8 處胺基酸突變,徐尚德發現 N501Y(天門冬酰胺變成酪胺酸)、A570D(丙胺酸變成天門冬胺酸)的影響相當關鍵。

直覺地想,棘蛋白的外層結構才會與受器接觸影響傳染力,立體結構中第 570 號胺基酸的位置比較裡面,乍看並不要緊。但是徐尚德敏銳地捕捉到,A570D 突變會改變局部的空間關係,令「RBD 向上」的結構更加穩定。徐尚德形容為「腳踏板」(pedal-bin)── A570D 突變的效果就像踩著垃圾桶的腳踏板,讓桶蓋(也就是 RBD)穩定保持開啟。

事實上,棘蛋白總體向上的比例,Alpha 還比單純的 D614G 突變株更少,不過 A570D 增進的穩定性似乎優勢更大。研究團隊製作缺乏 A570D 突變的人造模擬病毒,嘗試體外感染人類細胞,發現感染力明顯減少,證實 A570D 突變頗有貢獻。

新冠病毒 Alpha 株棘蛋白的「A570D 突變」,會改變棘蛋白內部的空間,讓「RBD 向上」的結構更加穩定,就像踩著垃圾桶的腳踏板,讓桶蓋保持開啟。圖/研之有物(資料來源/徐尚德、Nature Structural & Molecular Biology

Alpha 變異株的棘蛋白親近宿主細胞,干擾抗體作用

另一個重要突變是 N501Y,不只 Alpha 有,Beta 等許多品系也有,Delta 則無。N501Y 在眾多品系獨立誕生,似乎為趨同演化所致。N501Y 能為病毒帶來哪些優勢?

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第 501 號胺基酸位於棘蛋白表面,會直接與宿主受器 ACE2 結合。此一位置變成酪胺酸(tyrosine,縮寫為 Y)後,和受器的 Y41 兩個酪胺酸之間,容易形成苯環和苯環的「π–π stacking」鍵結,從而大幅提升棘蛋白對細胞的親合力。

新冠病毒 Alpha 株棘蛋白的「N501Y 突變」,讓 RBD 的胺基酸與宿主細胞受器 ACE2 形成「π–π stacking」鍵結,大幅提升棘蛋白對宿主細胞的親合力。圖/Nature Structural & Molecular Biology

另一方面,N501Y 突變也會干擾抗體的作用。中研院細胞與個體生物學研究所的吳漢忠特聘研究員,率隊研發一批針對棘蛋白的人造抗體,測試發現有一款抗體 chAb25 對 D614G 突變株相當有效,但是對 Alpha 株無能為力。徐尚德由結構分析發現:N501Y 改變了棘蛋白表面的形狀,讓抗體 chAb25 無法附著。

好消息是,另外有兩款抗體 chAb15、chAb45,依然能有效對抗 Alpha 病毒,不受 N501Y 影響。這兩款抗體會附著在棘蛋白 RBD 的邊緣,避免棘蛋白和宿主細胞接觸。而且抗體 chAb15、chAb45 會各占一方,可以同時使用,多面協同打擊病毒。

雖然新冠病毒 Alpha 株的棘蛋白表面讓某些抗體難以附著,還好仍有兩款抗體 chAb15(綠色)、chAb45(黃色)能有效「卡住」棘蛋白,干擾棘蛋白與宿主細胞結合。抗體 chAb15、chAb45 附著的位置,正好就是棘蛋白與宿主細胞結合的地方。圖/Nature Structural & Molecular Biology

棘蛋白結構不只胺基酸,還要注意表面的醣

有了 Alpha 的經驗,接下來分析 Beta、Gamma、Kappa、Delta 便順手很多。這批新冠病毒的棘蛋白變化多端,但是「RBD 向上」的整體比例皆超過 Alpha 和 D614G 突變株,可見適應上各有巧妙。徐尚德也發現,要釐清棘蛋白的結構,不能只關心蛋白質,還要考慮棘蛋白表面的醣基化(glycosylation)修飾。

蛋白質在完工後,某些胺基酸還能加上各種醣基。病毒蛋白質表面的醣基可以作為防護罩,干擾抗體和免疫系統的辨識。醣基化修飾就像替病毒訂作一套迷彩外衣,不同變異株的情況都不一樣,假如醣基化的位置和數量,由於突變而改變,便有可能影響立體結構,有助於它們閃躲抗體。例如和武漢原版新冠病毒相比,Delta 株棘蛋白少了一個醣化修飾,Gamma 株棘蛋白則多了兩處醣化。

還好從結構看來,並沒有任何突變組合能完美逃避抗體。例如由美國的雷傑納榮製藥公司(Regeneron)製作並通過緊急使用授權的抗體;以及中研院吳漢忠率隊研發,有望投入實用的多款人造抗體,對變異品系依然有效。這場人類與病毒的長期抗戰中,同時使用多款抗體的「雞尾酒」療法,仍然是可行的醫療方案。

回顧將近兩年來的研究之路,徐尚德表示:時間壓力真的非常大!COVID-19 疫情爆發後,全世界投入相關研究的專家眾多,只要稍有遲疑,便會落在競爭者後頭。但是即使跑在最前端的研究者,也只能苦苦追趕病毒演化的速度,一篇論文還在審查時,現實世界的疫情已經邁向全新局面。

人類要贏得勝利,必需全方面認識病毒,而結構無疑是相當重要的一環。

研之有物│中央研究院_96
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料理系動畫頂級湯底素材!——海鮮乾貨超濃郁鮮味從何而來?
Evelyn 食品技師_96
・2022/02/19 ・3346字 ・閱讀時間約 6 分鐘

  • 文/Evelyn 食品技師

每年農曆春節,到以辦年貨聞名的迪化街走一遭,可見南北雜貨行裡琳瑯滿目的海鮮乾貨,如魷魚乾、干貝、魚翅、乾鮑魚、昆布、魚乾或蝦米等,都是年節珍饈少不了的海味。

而說到乾貨,不禁聯想到動畫《中華一番》小當家為了拯救中毒的及第師父和嘟嘟,與下毒者面具廚師李嚴進行了一場攸關生死的料理對決──龍蝦三爭霸,第三回合比的便是龍蝦砂鍋料理。

李嚴用放了 16 年堪稱鮮味超濃縮的「頂級乾貨」作為湯底素材,包括鮑魚、魚翅、扇貝和海膽等做出海龍鍋,對上小當家用山菜做的四川家鄉味寶山飛龍鍋,然而李嚴終究還是不敵主角光環而不幸落敗。

為何用乾貨做料理,鮮味會如此濃郁呢?在這鮮美的乾貨背後,還隱藏了什麼危機?

動畫《中華一番》海報,左上方戴面具的即為廚師李嚴。圖/IMDb

連小當家都驚呼的高級素材「海鮮乾貨」濃郁鮮味怎麼來?

海鮮乾貨的鮮味之所以如此濃郁,是因為水產品原本擁有的呈味物質眾多,尤其游離胺基酸的含量非常豐富。一般親水性胺基酸提供食品良好風味,如甜味、鮮味及肉味等;不良風味係由疏水性胺基酸所提供,如苦味。

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麩胺酸(glutamic acid)為水產品的主要鮮味來源,以鈉鹽的形式存在,就是具有強烈鮮味的物質,即所謂的「味精」。其次為肌苷酸(inosine 5 ́-monophosphate; IMP),不但可提供鮮味,亦可使味道帶有圓潤感,並抑制酸味及苦味,具有緩衝風味的效果。這兩者共存還具有加乘作用,能使食品風味更加鮮美。

在水產品中,通常各自有某些胺基酸為其味道的主要特徵,如蝦是甘胺酸(glycine),海膽是甲硫胺酸(methionine);丙胺酸(alanine)和甘胺酸是甜味來源,這兩者在貝類及甲殼類含量最多,可能是味道較魚類鮮甜的原因。

因此海鮮經過乾燥這個脫水程序後,使味道更顯濃縮,也能釋放更多上述的呈味物質,在料理上便能發揮很好的調味效果。這些豐富的呈味物質是蔬菜所沒有的,甚至連畜產動物都沒這麼多,所以筆者認為李嚴用海鮮乾貨做的海龍鍋,怎麼可以輸給小當家用蔬菜做的寶山飛龍鍋呢?!  

炒米粉或肉粽都愛用的「蝦米」在 40 年前曾爆發食安危機?!

海鮮乾貨除了動畫愛用,臺灣民眾最常用的乾貨就非「蝦米」莫屬了,在年菜、炒米粉、廣東粥或肉粽等料理都十分常見。然而在 40 年前的臺灣,蝦米就曾爆發食安危機。

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根據行政院農業委員會水產試驗所(以下簡稱水試所)的調查報告[3],民國 70 年傳出蝦米含螢光增白劑的消息,引起國內軒然大波。

螢光增白劑係利用化學物質的螢光反應,改變物品顏色使其潔白鮮豔,一般用在造紙、印染、洗滌,不得用於食品或食品的容器或包裝(跟食品有接觸的部分)。另外經許多研究證實,螢光增白劑無致癌性,惟對嬰兒、皮膚敏感者可能會造成皮膚過敏等症狀。

當年水試所立即對國內的蝦乾製品進行調查,幸好結果顯示全數皆不含螢光增白劑,也發現添加螢光增白劑對於蝦乾的色澤不但沒有改進的效果,反而還變差。

筆者推測因為蝦類本身的甲殼素,在紫外光燈(365 nm)下有螢光反應[註 1],被誤認為是含有螢光增白劑,才會傳出不實的資訊,但實際上「有螢光反應」並不等於該物質「含有螢光增白劑」。 

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於紫外光燈(365 nm)下之螢光反應,左圖為蝦子甲殼素的螢光反應,右圖之右 2 為含有螢光增白劑的紗布所呈現的螢光反應。圖/參考資料 4

該起事件會如此一發不可收拾,是因當時國內蝦乾皆是以「散裝」的形式出售,不但容易受到污染,消費者亦無法辨識產品來源,一旦發生問題,整個加工業都遭殃,連帶漁民也蒙受無妄之災。

若各家廠商能以適當的小包裝密封供應,並在包裝外註明商號及來源,發生問題時比較容易調查或追究原因,可避免全體受責。

鮮蝦或蝦乾容易發生漂白劑殘留超標的問題

2016 年曾發生蝦子添加過量亞硫酸鹽類(sulfite; SO32-),導致二氧化硫殘留量超標的事件,是因為蝦子死亡後,體內的酵素會催化酪胺酸(tyrosine)代謝產生黑色素,使蝦體(特別是頭部)表面產生「黑變」的現象,易使消費者誤認為產品不新鮮了。

而亞硫酸鹽類會反應產生二氧化硫(sulphur dioxide; SO2),二氧化硫與水反應後轉變為亞硫酸(sulfurous acid; H2SO3),其具強還原性,在食品中能抑制該酵素活性作用,進而防止蝦子黑變發生。

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目前亞硫酸鹽類是合法的食品添加物,具有漂白、保存、防止氧化之功能,法規規定其殘留量(以二氧化硫計)在蝦類、貝類的限量為 0.1g/kg 以下。

雖然二氧化硫在限量標準內是不必擔心,且人體內具有可以代謝的酵素,可隨著尿液排出體外,但對某些特殊體質者而言,有可能會引起哮喘等呼吸道過敏反應,必須注意。

除了糖果、零食外,海鮮乾貨也常添加人工合成的著色劑

著色劑泛指添加於食品、飲料或其他應用而產生顏色之物質。由於消費者主觀的認知,著色劑常應用於回復加工過程中損失的顏色、改變食品外觀及提升整體感官品質。

根據國立臺灣海洋大學近期研究[7],針對國內各地區市場中販售的魚乾、魚卵及蝦米進行檢驗,結果發現三者皆有檢出著色劑,包含:

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  • 食用黃色四號 tartrazine(俗稱檸檬黃)
  • 食用黃色五號 sunset yellow FCF(俗稱日落黃)
  • 食用紅色六號 ponceau 4R
  • 食用紅色四十號 allura red AC

以上為合法食用的人工合成著色劑,然而魚卵和蝦米還檢出非法用於食用的著色劑,分別為酸性橙 7(orange II)和偶氮玉紅(azorubine),其中偶氮玉紅在我國雖非法,但在歐盟、日本或美國卻是合法著色劑,易因規範不同而造成違法事件,也凸顯出目前非法著色劑濫用問題仍然存在。

有研究指出,若長期食用這些合成著色劑可能會造成消化不良、貧血、過敏反應、生長遲緩及學齡前兒童過動症等健康危害。

值得注意的是,目前我國法規合法使用的著色劑,皆可於各類食品中視實際需要適量使用,並無最大使用量限制。但這些著色劑毒性很低微,也尚未有那些著色劑對人體直接有害的證據,是不需過於擔憂,比較需要擔心的是不肖業者添加了非法著色劑的風險。 

建議購買包裝標示清楚、完整的乾貨產品,並注意保存方式避免發霉

雖然法規規定上述的食品添加物一定要在包裝上標示,但對於一些散裝、來路不明的乾貨來說,可能就沒有標示可讀了,這就是一大風險!所以建議消費者盡量購買包裝標示清楚且完整的產品。

另外由於台灣氣候濕度高,乾貨可能會有發霉的疑慮,購買乾貨一定要確實密封好,並保存在陰涼乾燥處,能冷藏、冷凍更佳,也不建議購買像李嚴那種放了 16 年的乾貨喔!(他保存在甕裡都不會壞,筆者覺得害怕…)

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購買魚乾這類乾貨食品時,務必保存在陰涼乾燥處,避免發霉。圖/Pixabay

註解

  1. 螢光反應:物質受到紫外線照射時,其中某些化學鍵被紫外線激發,而轉換成肉眼可見的可見光釋出,這就稱為「螢光反應」,如植物的葉綠素或蝦蟹的甲殼素,在紫外光照射下都會有該反應。

參考資料

  1. Muse 木棉花,2021。中華一番(舊版小當家)第 26 話【致勝王牌!輕狂的惡魔】
  2. 黃宛儀,2014。探討臺灣產褐臭肚魚(Siganus fuscescens)及其加工品於不同季節、地域之呈味成分與鮮度變化。國立臺灣海洋大學食品科學所碩士學位論文。基隆。
  3. 陳聰松、黃文政、鄭溪潭,1981。台灣地區蝦乾螢光物質調查。行政院農業委員會水產試驗所 33: 429-440。
  4. 新北市政府衛生局。螢光增白劑
  5. 陳建元,2018。食用食物添加物(五版)。臺中市:華格那出版有限公司。
  6. 衛生福利部食品藥物管理署,2017。食品添加物使用範圍及限量暨規格標準。衛生福利部,台北市。
  7. 賴昱維,2018。高效液相層析搭配二極體陣列檢測器與四極軸軌道捕捉式質譜儀多重分析魚乾、魚卵及蝦米中 23 種人工合成著色劑。國立臺灣海洋大學食品科學所碩士學位論文。基隆。
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Evelyn 食品技師_96
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一名食品技師兼食品生技研發工程師,個性鬼靈精怪,對嗅覺與味覺特別敏銳,經訓練後居然成為專業品評員(專業吃貨)?!因為對食品科學充滿熱忱,希望能貢獻微薄之力寫些文章,傳達食品科學的正確知識給大家!商業合作請洽:10632015@email.ntou.edu.tw