「英國麵包、德國麵包、法國麵包通通都有，就是沒有屬於日本的麵包，既然這樣，今後只好自己創造」，這句熟悉的旁白有沒有令你想起日本動畫《烘焙王》呢？

擁有太陽之手的主角東和馬，在摩納哥盃決賽中遇上一位強勁對手夏多，在這場決賽中，夏多製作出的 Gopan 米貝果讓評審小丑讚嘆，是實現了人類前所未見的頂級口感麵包^[1]，到底用米做的麵包口感會是如何呢？米還能怎麼應用？

秈米、梗米和糯米特性、用途大不同

動畫中，夏多使用夢幻的「女鶴糯米」做米貝果，是日本山形縣的特產，雖然柔軟卻很有嚼勁，非常適合做紅豆飯或麻糬。

但除了糯米，改用秈米或粳米製作又是如何？首先需要瞭解這些米特性的差異。

稻米依照直鏈澱粉（amylose）及支鏈澱粉（amylopectin）比例不同，而有不同的特性，應用的加工用途也就不同，主要概分成秈米、粳米及糯米，如下表。

糯米因支鏈澱粉含量愈高，產品黏性愈強，愈不容易消化；直鏈澱粉含量較高的秈米則反之，因此不同的米所製作出來之產品特性就有所差異。

支／直鏈澱粉含量差異是造成米種特性不同的主因

動畫中，夏多是用蒸熟的糯米去製作貝果，而不是生米，這牽涉到澱粉的糊化與老化特性：

1. 糊化（gelatinization）：生澱粉顆粒經過加水、加熱後，澱粉結晶型態發生改變，澱粉顆粒體積及黏度增加形成膨潤狀態（swelling），此過程即稱之為糊化，一般剛煮好的熟飯即是這種狀態。
2. 老化（retrogradation）：經過糊化完全的澱粉，於室溫緩慢冷卻時，會形成半固體狀之膠體物質，隨著時間逐漸乾燥脫水，最終形成無法再復水的固體物質，即為老化，或稱回凝。如剛蒸好的飯經長時間放置，飯會變硬、外表龜裂並呈半透明狀。

通常支鏈澱粉含量愈高，澱粉顆粒愈容易糊化，老化速度愈慢，而直鏈澱粉含量愈高則反之。

而現在市面上有一種預糊化（pre-gelatinization）米穀粉，即是利用高溫使生米糊化，並直接將「糊化狀態的米」乾燥，如此便不會發生老化。

預糊化米穀粉的優點在於易溶解於水，可增加米穀粉跟水分的結合力，讓烤出來的米麵包更濕潤，表面不易有裂紋^[4]。

更有研究發現，以熟飯（糊化狀態）取代配方中部分麵粉所製作的米麵包，比使用生米穀粉所做的米麵包膨發效果更佳^[5]，這或許是夏多的米貝果長得特別巨大的原因吧。

糯米特性適合加進麵糰裡做軟 Q 的貝果

我國臺南區農業改良場（以下簡稱臺南場）即利用上述特性，開發出使用多種米種調配之米穀粉，一般直鏈澱粉含量為 16～23% 米適合做鬆軟的麵包，具半糯性的粳米（直鏈澱粉含量 5～15%）則適合做快速麵包類產品，如英式鬆餅及瑪芬^[6]。

亦有研究探討添加糯米、粳米以及秈米的米穀粉於生麵糰中，對麵包品質的影響，結果添加「糯性」米穀粉所做的麵包不但硬度較低，且麵包切面有較多細緻的孔洞，具有彈性與嚼勁，且因支鏈澱粉含量高，還可以延緩麵包的老化（變硬）發生^[7]。

聽起來加「糯米」去做麵包的質地，是不是非常適合同樣擁有多細緻孔洞，口感軟 Q 帶勁的貝果呢！

然而米麵包的保濕性不佳，烤焙時水分更容易散失，所以夏多為了改善米貝果烘烤後會整個硬梆梆的缺點，就改用油炸的方式。

「油炸」使米麵團表面溫度迅速上升，水分亦快速汽化蒸發，使其表面形成金黃酥脆的硬殼，水分保留在內部組織。且由於高溫烹調產生梅納反應^{[註 1]}，增添米貝果誘人的色澤與香味，替美味程度大大加分。

如此可推論，夏多的米貝果表面金黃酥脆，內部組織鬆軟又具嚼勁，保濕性好，而且還不容易硬掉，形成小丑評審所說的「頂級口感」。

米的應用多元，還可做米糆包、蛋糕或植物米奶

除了米貝果之外，臺南場出版《米糆包製作技術》一書，介紹如何使用米穀粉，製作各種發酵類糆包及點心，如美國貝果、德國布雷結、法國長棍、義大利巧巴達、瑞典肉桂捲、比利時鬆餅、法國瑪德蓮、墨西哥捲餅和鳳梨米蛋糕等，充分發揮米產品的特色。

另外，財團法人食品工業發展研究所也開發植物米奶、沖泡穀粉及穀物棒，以及低過敏性的米蛋白機能飲品，不但容易消化吸收，更可作為高蛋白營養補充劑原料，解決乳糖不耐問題^[8]。

之所以要鼓勵國產米的應用，主要是為了為提升稻米消費量。據農委會統計，1980 年代時，國人每年平均食米量有 90 公斤，糧食自給率至少還有 55%；但到了 2020 年，每年平均食米量已經跌到 44.1 公斤，是史上最低，糧食自給率更是下滑至 31.4%，已衝擊稻米產業發展^[9]。

尤其近期國際小麥價格大漲，而國產米供給充裕、價格穩定、食物里程短、營養價值高、應用層面廣泛，優點如此之多，鼓勵大家可以多吃國產米食喔！

註解

1. 梅納反應（maillard reaction）：在烹調過程中，食物中的碳水化合物與胺基酸、蛋白質在烹調加熱時發生的一連串複雜的反應，生成了棕黑褐色的大分子物質，即是梅納反應。反應過程中會產生不同氣味的分子，包括還原酮、醛和雜環化合物，這些物質提供了誘人的色澤與風味。

參考資料

1. Muse木棉花，2021。烘焙王 第51話【網羅頂級食材!!史上最大的決戰! 】
2. 教育部食品加工科學習加油站。米食加工
3. 陳凱詩，2019。長糯米、圓糯米哪裡不同？紫米原來也是其中一種！。自由時報
4. 陳盈方，2012。米食加工產品之開發－稻米預糊化技術。行政院農業委員會臺東區農業改良場
5. 張舒涵，2014。米穀粉或糊化米混合麵粉製備米包之特性探討。國立宜蘭大學食品科學所碩士學位論文。宜蘭
6. 陳曉菁、王仕賢，2012。米穀粉品質對烘焙產品之影響。行政院農業委員會臺南區農業改良場
7. 林玫欣、蔡明原。2004。米穀粉對於烘焙類產品性質之影響。烘焙工業 118: 27-33
8. 行政院農業委員會，2021。植物蛋白新選擇 成功開發國產米蛋白休閒食品。農業科技專案計畫服務網
9. 林怡均，2021。2020統計》糧食自給率和食米量雙下跌！肉類攝取量超過米麵總和，成台灣人「主食」。上下游 News&Market

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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？

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。

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。

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。