如何靠溫度控制做出完美的料理？

本文由 建研所 委託，泛科學企劃執行。 

根據聯合國統計數據，全球每年 38% 的溫室氣體排放，並非來自道路上的交通工具，而是由「現代都市與建築」所造成的。

我們如今站在兩條路徑的十字路口。一條是依賴更多水泥建築與空調系統來抵禦夏季酷暑，然而這樣的選擇只會加劇室外大氣的惡化。另一條則是徹底改革建築、用電、設計與都市規劃，不僅尋求低碳排放的建築方式，還要找出節能降溫的解決方案，實現事半功倍的效果。

然而，我們是否真的能將建築業的碳排放歸零？

建築的溫室氣體哪裡來？

在建築物 60 年的生命週期中，建材的碳足跡其實只佔 9.8%，因為建築一旦完成後，材料不會頻繁更換。相反，日常生活中的用電才是主要的碳排來源，占了 83.4%，其中大部分來自冷氣、照明和各種電器。

當然，讓大家集體關燈停用電器「躺平」來拯救地球，顯然不切實際。既然完全不消耗能源是不可能的，我們應該尋找更現實的解決方案。

現在就來看看全球七棟零碳建築之一——成大的「綠色魔法學校」，臺灣首座淨零建築，如何運用建築技術，成為當代永續建築的典範。這些技巧中，有哪些能應用到你我家中呢？

為了省電要把煙囪塗黑、吸收更多太陽光？

都市裡，我們最大的挑戰之一就是夏天的高溫，水泥建築群在陽光的烘烤下，變成一個個巨大的窯爐。為了解決這個問題，綠色魔法學校在國際會議廳裝了一個煙囪，不過這不是為了讓窯爐更熱，而是用來降溫的。

煙囪為什麼都都要蓋的那麼高？原來煙囪越高，上下的溫差越大。熱空氣因為密度低而向上移動，產生熱對流。溫差越大，這個熱對流就越強烈，這就是所謂的「煙囪效應」。在要幫室內降溫的情況下，我們的目的是產生更強的煙囪效應，抽走熱空氣，讓室溫下降。但這棟建築裡沒有火爐，而溫差不夠大時，這效應會變得微弱，那該怎麼辦？

_{浮力通風效應。圖 / 泛科學自製動畫截圖}

綠色魔法學校提出了一個大膽的解法：在煙囪南面下半部改裝透明玻璃窗，並將煙囪內部塗成黑色，還加裝了黑色烤漆鋁板，這樣可以最大限度地吸收太陽光。每當艷陽高照，這個不插電的的「自然通風系統」就能自動啟動，創造局部的熱對流，帶動整根煙囪的熱氣向上移動，為室內降溫，達到節能效果。以熱制熱，完全反常識。

幫室內降溫的最大原則是：通風。

實際上，不是人人家裡都有煙囪。但如果建築的高處沒有任何窗戶或通風設備，熱空氣就是會從屋頂一路往下蓄積在室內。因此，你也一定在許多工廠或民宅的屋頂看過一個不斷旋轉的小風扇，它們也是有異曲同工的效用。雖然不是高聳的煙囪，但特殊的渦輪構造，風吹過就會開始轉動，並連帶空氣排出室外。是個不用插電的通風球。

綠色魔法學校的煙囪就是個效能更強的換氣機，足以讓 300 人大型會議廳的換氣次數，高達每小時 5 到 8 次，甚至能在室內颳起風速每秒 0.5 公尺的微風，是最舒適的環境。這些利用熱氣密度的差異來改善室內溫度的方法，又稱為「浮力通風」。

為了把通風貫徹到底，綠色魔法學校在建築的兩面裝設大量窗戶以及吊扇，來讓水平也能通風。這些我們習以為常的裝置，其實才是關鍵。靠吊扇的一點點電力讓自然風可以自由進出，耗費的能源，遠比冷氣還要少得多。

幫空調省電的最後一招，就是微環境控制。

實際上魔法學校內還是找的到空調設備，並不是完全拔除不用。除了選用最高效率的主機，以及把室內循環做到最好以外，降低周遭環境溫度才能減低冷氣的負擔。要降低水泥叢林的熱島效應，需要植被與水體來做溫度調適。

在太陽照射下，水泥屋頂表面最高可以達到攝氏 70 度，如果屋頂有種植植栽，室內頂層樓板的表面溫度就可以維持在攝氏32 度以下。不用開電就先幫室內降溫。

水也是關鍵的一環。一是水的比熱高，想打破水分子之間的氫鍵，需要大量的熱量，要讓一千克水的溫度升高一攝氏度，需要 4,200 焦耳的熱量，這可以避免溫度因為烈陽就快速上升。二是當溫度真的過高，水也會透過蒸發帶走熱量，讓溫度不至於向上飆。

魔法學校的屋頂花園使用水庫淤泥，研磨後燒製成的再生陶粒，裡頭混合了稻穀，結構極細，不會像有機土一樣分解消失，可以涵養水源，還不用動不動補土壤，不只降低屋頂植被的澆水次數，還能達到降溫效果。地面也採用透水鋪面，讓每一滴水都不浪費。

綠色魔法學校本名是成功大學的「孫運璿綠建築研究大樓」

2013 年被英國知名出版社羅德里其評為「世界最綠的建築」，並獲選為聯合國全球七棟零碳建築之一。

除了表彰之外，在認證上也確實取得了臺灣最高等級的「鑽石級綠建築」認證，以及美國最高級的「白金級綠建築」兩個綠建築認證。

為了讓相同的成效可以陸續在全臺的所有建築上實現，臺灣在既有的綠建築標章體系上，擬定出了「建築能效評估系統 BERS」，針對關鍵的空調、照明、插座電器的用電狀況訂出明確的耗電密度指標得分。簡單來說，就是每平方公尺的面積上，每年平均的用電量。

要打造一棟淨零建築，需要設計與材料硬體的相互配合。在日常用電這最大耗能項目上，能透過前面的淨零設計與智慧能源管理來減低能耗。而我們還沒提到的最後一塊拼圖，則是回到建築的建材本身。這部分減碳的方法有很多種，例如將傳統施作工法改為在工廠就完成模組化建材製造的「預鑄工法」，減少現場搭建鷹架、施工的步驟，達成減碳。又或是將部分建材更換為木、竹等負碳建材，甚至使用零廢棄物、能「循環使用」的建材。例如 2018 年亮相的臺中花博荷蘭館、或是 2021 年台糖在沙崙啟用的循環聚落。

建築物能夠完全不用電嗎？……電從哪裡來？

沒錯，連全球最綠的建築——綠色魔法學校，也無法做到完全不使用電力。正如前面提到的，建築的最大能源消耗來自日常使用，而這所「魔法學校」的成就，是成功將日常能源消耗降低，讓溫室氣體排放減少超過 50%。

這就是關鍵，減少一半後，剩下的部分就靠周邊的造林、太陽能和風能等綠色能源來補足。

2022 年 3 月，國發會公佈了 2050 淨零排放的路徑圖，參考美國、日本、歐盟等國，制定了 2050 年達成淨零建築的目標。

這條路徑包含兩個核心目標：第一，所有建築物要在建築能效評估系統（BERS）中達到 1 級節能，甚至進一步達到「1+ 級」近零碳建築的標準，減少至少 50% 的能源消耗。第二，同步發展再生能源，讓這些近零碳建築朝淨零邁進。

這個目標比你想像的要容易實現。比如，2023 年 12 月，台達電的瑞光大樓 II 就成功取得了「1+ 級」近零碳建築認證，並符合 0 級淨零建築規範。而在 2024 年 7 月，國泰人壽在臺中烏日的商辦大樓經過改造後，也達到 0 級淨零建築標準。這些案例證明了綠色魔法學校的成功經驗可以複製，不論是新建築還是舊建築，都能達成甚至超越淨零目標。

為了不讓每一年的夏天都是你我餘生最涼的夏天，碳排歸零是必須要實現的目標。現在你知道，這個任務的關鍵就掌握在你我手中。就像選擇能源標章電器一樣，只要選擇符合 BERS 能效標準的建築，我們不僅能降低冷氣的依賴，也能節省電費，讓地球和你的荷包都雙贏。

為何加熱後會産生香氣？

透過加熱會產生梅納反應和焦糖化反應。

加熱烹調如炒、烤、煮可產生香氣，而且可能產生新的風味。這個現象和透過梅納反應或焦糖化反應（見本書 P107）去生成香氣息息相關。

• 梅納反應

梅納反應是糖和胺基化合物的化學反應，1912 年時由法國科學家 Maillard（梅納）所提出故得名。當用平底鍋煎烤肉或魚，或者用烤麵包機烤吐司時，食材會變成褐色並散發出好聞的焦香味，這些現象都與梅納反應有關。

• 因原料和温度不同，會產生各種香氣

雖然統稱為梅納反應，但因食材中所含的胺基酸和糖的種類以及加熱時的溫度不同，所產生的香氣分子類型也會不同。例如，胺基酸的一種「白胺酸」和糖所產生的化學反應裡，用 100°C 加熱時會產生香甜如巧克力般的香味，而用 180°C 加熱時則會產生烤起司般的香味。

而另外一種胺基酸「纈胺酸」在 100°C 時會產生如裸麥麵包的香味，而在 180°C 時則會產生高刺激性的巧克力般香氣。實際上食物中不僅僅含有一種胺基酸，而有各式各樣的種類，因此加熱時產生的香氣範圍相當廣泛。其複雜的香氣造就了食物新鮮出爐時的美味。

• 醬油和味噌

梅納反應雖然較容易在高溫下發生，但其實也可在長時間的低溫下發生。例如日本料理的經典調味料醬油和味噌便是很好的例子。這兩者的褐變及香氣的生成與熟成過程中的梅納反應有關。此外，使用醬油和味噌去烹調可更容易引起梅納反應。

• 香氣的原理

一些研究顯示，梅納反應所產生的氣味甚至與食物的美味及濃郁度有關。此外，近年來有一些非常有意思的研究也顯示梅納反應產生的香氣會影響人體的自律神經系統，活化副交感神經，具有緩解焦慮或緊張的情緒和使人放鬆心情的可能性。

圍繞著火爐烤肉之所以會讓參加者感到放鬆和和諧的氣氛，說不定就是受到了加熱香氣的影響呢。

咖啡豆、焙茶為何聞起來那麼香？

烘烤會使成分產生變化，產生造就美味的關鍵香氣。

• 什麼是烘烤

「烘烤（Roast）」是不使用油脂等介質，用乾煎去加熱的方法，除了減少水分改變口感外，運用此手法的目的多為希望藉著加熱去產生新風味。例如，烘烤過程中產生的香氣在創造咖啡和焙茶的美味上就扮演了重要的角色。

• 咖啡香氣的變化

咖啡是世界三大飮品之一，在世界各地擁有合適氣候和地理條件的許多地方都有栽種。咖啡的魅力來自於其複雜的香氣和風味，目前已在咖啡中發現了超過 800 種的香氣分子。

各種咖啡生豆品種和不同產地間的成分差異顯而易見，但在烘烤前，就算是再知名產區的生豆也不會有 「咖啡香」 。親身嘗試過實戰體驗 4（見本書 P41）的讀者應該能體會到。通過烘烤，生豆中所含的脂質、碳水化合物、蛋白質、綠原酸、咖啡因、葫蘆巴鹼等成分會產生變化並確立香氣的特徵。

在淺焙階段會產生醋酸等淸爽的風味，但隨著烘烤程度加重，經過前頁所提到的梅納反應所產生的呋喃類的甜香會隨之增加，同時會產生酚類的煙燻香氣以及吡類的烘烤香氣（芳香偏焦的香氣），創造出濃厚的風味。即便是使用相同條件的生豆，因烘烤程度不同，香氣也可能大不相同。

• 棒茶香氣的變化

焙茶也是可品嘗到烘烤香氣的飮品。與咖啡一樣，焙茶中含有吡類和呋喃類等香氣成分。

焙茶當中，發源自石川縣金澤市的「棒茶」香氣濃郁，以石川縣為中心廣受歡迎。其最大特點是，它不像普通的焙茶用茶葉來製作，而是烘烤茶莖所製成。

棒茶香氣的分析報告顯示，其香氣濃烈的秘密就來自於莖。比較葉和莖的胺基酸含量後發現，莖的含量是葉子的 1.5 倍。因此，梅納反應較旺盛，可產生很多吡類的分子。讓「棒茶」香氣逼人的秘密就在於胺基酸。此外，棒茶還含有香葉醇和芳樟醇等花香調的香氣。厚實的烘烤香氣搭配花香造就了棒茶迷人的香味。

葡萄糖與各種胺基酸以 100°C 加熱時所產生的香氣：

——本文摘自《飲食的香氣科學：從香味產生的原理、萃取到食譜應用，認識讓料理更美味的關鍵香氣與風味搭配》，2022 年 8 月，麥浩斯，未經同意請勿轉載。

• 文／葉安義│台灣大學食品科技研究所特聘教授

食物加熱處理有很多優點，除了能降低有害的微生物，也能增添食物的色香味並改善質地。然而，高溫加熱的過程中也可能產生一些危害健康的物質，「丙烯醯胺」就是時下最熱門的例子之一。歐盟 2017 年 11 月已正式立法，強制要求降低食品中丙烯醯胺含量至最新基準值或更低，並於 2018 年 4 月開始執行。

本期 ILSI Taiwan 專欄邀請台灣大學食品科技研究所葉安義特聘教授撰文，從丙烯醯胺的毒性與其暴露風險談起，探討影響丙烯醯胺於食品中含量高低的三大因素與形成機制，並以國內調查資料為依據，整理出丙烯醯胺含量較高的食品類別，對於高丙烯醯胺含量的食品類別，消費者應如何看待？

丙烯醯胺──留校察看的 2A 級致癌物

歐盟自 2003-2007 年進行「加熱後食品毒性物質計畫（Heatox Project）」，針對丙烯醯胺等關注物質進行鑑定、評估風險，與探討降低風險的可行方法。除了本文欲探討的丙烯醯胺（Acrylamide）之外，還有呋喃、羥甲基糠醛、脂質氧化產生的自由基等約 52 種關注物質。

世界衛生組織國際癌症研究中心（IARC）1994 年將丙烯醯胺列為 2A 級致癌物，代表此類物質於動物實驗中被證實具致癌性，但流行病學上尚未被證實對人體有致癌性，只能說它對人體「可能」有致癌風險。丙烯醯胺的神經毒性是目前唯一比較明確且具有人類流行病學數據基礎的研究，但依現有數據看來，一般消費者的暴露量尚不足以致病。關於丙烯醯胺的代謝過程與毒性，國家衛生研究院國家環境毒物研究中心已摘錄丙烯醯胺毒性資料供大眾參閱。

來自聚合物「聚丙烯醯胺」的丙烯醯胺

丙烯醯胺在工業上的應用大部分是它的高分子聚合物「聚丙烯醯胺（Polyacrylamide）」，其黏稠的特性使它常被用於特定工業，包括水處理、鑽油、造紙與礦冶業，其他的應用還有水泥漿、染料、化妝品、塑膠（含食品包裝）、滲透膜、隱形眼鏡和紡織品等。雖然聚丙烯醯胺本身不具健康風險，但其所含非常微量的丙烯醯胺小分子會經由皮膚接觸或空氣吸入，可能對健康造成危害。因此，對於工廠人員與附近居民而言，丙烯醯胺成為上述工業與環境安全需要監測的指標之一。

由於聚丙烯醯胺會與水中固體物質結合，使飲水中不需要的物質容易被過濾或移除，也常被當作飲用水的水質處理藥劑使用，因此飲用水中也有微量的丙烯醯胺。世界衛生組織在飲用水水質準則中，對丙烯醯胺的標準值訂為 0.5 微克／公升，此濃度表示消費者終生飲用均可接受的風險。

歐盟則規定飲用水中的濃度為 0.1 微克／公升。我國行政院環境保護署則是採用與美國、日本相同的源頭管理，將聚丙烯醯胺列為飲用水可使用水質處理藥劑之一，其最高添加劑量為 1 毫克／公升，而所含丙烯醯胺的最高限量則規定為 500 ppm。

高溫、低水分、澱粉原料，丙烯醯胺在食物中生成的三大要素

2002 年瑞典科學家 Tareke 等人首次發現，澱粉類食品經高溫加熱後會產生丙烯醯胺，故呼籲國際間將其列為重要議題並進行追蹤與合作。經過許多國家不同科學家們的重複試驗發現，雖然在低溫或高水分的蔬果食品也曾檢測出丙烯醯胺，但目前公認 120℃ 以上的調理（包括油炸、烘焙、炙烤、煎炒、工廠加工）與低水分含量，是食品中產生丙烯醯胺的其中兩個重要因素。

一般認為食品中丙烯醯胺的生成機制主要是透過「梅納反應（Maillard reaction）」，簡單地說就是澱粉分解後產生糖類與胺基酸的化學反應，主要反應物為天門冬醯胺（Asparagine）這個特別的胺基酸與還原糖（如：葡萄糖、果糖、半乳糖）或其含有羰基的類似物。

研究顯示，常見的含澱粉類原料搭配上述易產生丙烯醯胺的兩個重要因素之下，馬鈴薯的丙烯醯胺生成量最多，而若將米、小麥、玉米三種穀類原料進行比較時，在相同的加熱環境下，米的丙烯醯胺生成量最低。因此，食品中產生丙烯醯胺的第三個重要因素就是食品中原料的組成。

高丙烯醯胺含量的食品有哪些？

目前國際間普遍認為，除了香菸煙霧外，食品是一般大眾暴露丙烯醯胺的最大來源。先進國家多年來已針對各類食品進行丙烯醯胺含量的監測，並依其國人的膳食攝取量進行風險評估，以供消費者改善飲食習慣降低暴露丙烯醯胺的參考。

我國於 2003 年起，以食物分類逐步調查市售產品的丙烯醯胺含量。調查結果顯示，禽肉、家畜與水產類等主成分為蛋白質的食品以及蔬果類食品，在偵測極限為 10 ppb 的條件下，幾乎都偵測不到丙烯醯胺；以清蒸、水煮等方式製備的食品，如：白米飯、白麵條（經過烘烤過程的麵條不在此類之中）與真空油炸的薯條也未偵測出丙烯醯胺。有檢測出丙烯醯胺的食品類別為：油炸或烘烤的澱粉類產品，如：五穀根莖類（馬鈴薯產品為最）、點心零食類及堅果類（杏仁果為最）。

將上述結果與西方國家的調查數據相比後發現，在西方國家中，洋芋片、薯條（無論是炸或烤的）、馬鈴薯可樂餅、咖啡與咖啡代用品（來自穀物或菊苣根）皆屬高含量丙烯醯胺食品（≧ 300 微克／公斤），在國內洋芋片與薯條亦屬於高含量的食品。

西方國家點心零食類中，以餅乾（biscuit）、脆餅（cracker）、脆麵包（crisp bread）與軟式麵包（soft bread）等丙烯醯胺的含量較高，國內除了軟式麵包丙烯醯胺含量較低以外，其他數據趨勢皆與之類似，推測軟式麵包的差異可能是烘焙溫度或配方的差異所造成。

另外國內特有的食品如：油條、麵茶、黑糖與其調味產品，以及紅糖、冬瓜糖等黑糖類似產品的丙烯醯胺含量皆屬於較高的類別。黑糖雖然不是澱粉類，但其原料通常含有醣類與游離胺基酸，在熬煮過程中，有機會增加還原糖的生成，這是黑糖製成後其丙烯醯胺含量也較高的原因。

對丙烯醯胺含量高的食品需留意 ，但不必過度恐慌

過去曾有國內媒體熱烈報導黑糖中丙烯醯胺含量較高的議題，部分偏頗內容引起軒然大波，造成國人的恐慌與相關產業莫大的損失。作為理性的消費者，對於高丙烯醯胺含量的食品類別固然需提高警覺，但若不是當作主食類，或非經常吃的食品，由於攝取量並不高，就無需擔心。

看待「食安問題」，誠如這篇文章中提到的，除了需取得食品中丙烯醯胺的含量（濃度或毒性）之外，還需知道該食品的攝取量（劑量），兩者相乘後才是丙烯醯胺的攝入總量（膳食暴露量），兩者缺一不可。

雖然食品類別與變化繁多，只要我們把握前段所敘述的三個重要因素，就是我們辨識高含量丙烯醯胺產品的最佳線索。此外，關於國內部分高丙烯醯胺含量的食品，近年來降低其丙烯醯胺含量的努力已收到效果，將為消費者帶來新的選擇，實是消費者的一大福音！

• 未完待續，關於國人丙烯醯胺膳食暴露情形以及降低丙烯醯胺膳食暴露對策，將於下篇分曉！

本文轉載自 ILSI Taiwan 專欄 2018 年 1 月號，原標題為「你知道食品高溫加熱暗藏的危機嗎？認識丙烯醯胺（上）」。