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蜘蛛人要吃什麼當早餐?

吳京
・2015/02/27 ・1322字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 518 ・六年級
作者/洛許(Mark Lorch,英國赫爾大學生物化學系講座教授)
譯/吳京
source:comicvine
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當我悶在某間飯店的客房時,2002年版的蜘蛛人電影讓我看到入迷。一個想法閃入腦海:彼得帕克一定得吃極大量的高蛋白質食物才能產出所有被他用掉的蜘蛛絲。身為一個科學宅,我想知道他到底消化了多少蛋白質來維持這種打擊犯罪的生活形態。

我想憑著中學等級的物理、數學及生物化學的基礎知識便可得到解答。我們要求出蜘蛛人的絲有多強韌、計算蜘蛛人會施加多少力量在其絲上,之後就可得知讓他飛簷走壁需要何種蛋白質及其數量。

讓我們假設蜘蛛人的絲和在歐洲很普遍的十字園蛛(Araneus diadematus)所吐出之曳引絲相仿,也就是說絲的張力強度可比擬鋼琴弦,張力強度(tensile strength)是指一個材料在被拉斷前所能承受的最大應力。

一根鋼琴弦的張力強度為11億帕斯卡,帕斯卡是量測壓力的單位,即每單位面積上的力。

根據漫威字典,蜘蛛人的體重為75公斤,再依牛頓第一運動定律,我們可以計算他所施加的向下力道約為735牛頓,即體質量乘地球的重力加速度所得的質。

有了這兩個數字後,我們用向下力道除以絲的張力強度,就可以算出絲的截面積。不用算得太精準,結論是厚度不到1公厘的絲就可讓蜘蛛人吊在天花板上。

現在我們要來算算所有絲纖維相當於多少量了,如果蜘蛛人在午餐前這段拯救世界的班表中需要100公尺的絲,而絲稍重於水,可算出100公尺的絲約為87公克。

每顆雞蛋約有6公克的蛋白質,如此看來,如果蜘蛛人打算用100公尺的絲,他只要吃約15顆的雞蛋,這看起來不算太糟。

但蜘蛛絲的主要成份為一種特定的蛋白質,稱為絲素蛋白(fibroin)。不同蛋白質由不同成份的胺基酸組成,絲素蛋白中約有42%的甘胺酸(glycine),雞蛋則只含有10.7%的甘胺酸及絲胺酸(serine)(我把絲胺酸納入計算,因為它可以輕易地轉變為甘胺酸)。所以事實上蜘蛛人從雞蛋攝取的蛋白質必須高於造絲所需的四倍以上,如此他實際上要吃60顆雞蛋才能造出100公尺的絲。

更多蛋,謝謝! Credit:Tonymadrid Photography
更多蛋,謝謝!Credit:Tonymadrid Photography

然而故事還沒結束,畢竟蜘蛛人還要從高樓上跳下去救瑪麗珍並且射出保命蜘蛛網來轉危為安,電影演到一半時他就是這樣幹的。

在那一幕中,蛛仔從陽台躍出,經過7秒後蜘蛛絲才抑止了下墜之勢。他還要抓著一個瑪麗珍,我們就說總重為125公斤好了。光這個動作就要多少蜘蛛絲啊?

從蛛仔下墜的時間算來,大約是落下了240公尺(哇!好高的陽台!)。此外,假設蛛絲延伸一段減速停止的距離才來到最大長度,這落下的距離就跟艾菲爾鐵塔一般高了。為了緩衝下墜而施加到絲索上的衝擊力道則大約是35乘與他們的體重。

這比蛛仔吃飽太閒地懸掛在蜘蛛絲上的力量還要高出6倍(譯註:(35*125)/(9.8*75) ≅6 )。把墜落距離(240公尺)和額外力量一起考量,他需要1.3公斤的絲才能接住這次下墜。所以我估算他那天早餐必須吃上900顆蛋才有足夠的絲完成那一幕。我想梅嬸應該早就注意到了吧!

本文轉載自吳京的量子咖啡館

參考資料:

  1. What does Spider-Man eat for breakfast? The Conversation, 29 Jan. 2015.

相關標籤: 蛋白質 蜘蛛人
文章難易度
吳京
26 篇文章 ・ 2 位粉絲
正職是二個娃兒的奶爸,副業為部落格《吳京的量子咖啡館》之館主。為人雜學而無術、滑稽而多辯,喜讀科學文章,再用自認有趣的方式轉述,企圖塑造博學又詼諧的假象。被吐嘈時會辯稱:「不是我冷,是你們不懂我的幽默。」


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糖漿加了小蘇打粉就膨漲?解析《魷魚遊戲》中的椪糖製作原理

Evelyn 食品技師_96
・2021/10/27 ・2842字 ・閱讀時間約 5 分鐘

超夯韓劇《魷魚遊戲》近期成為熱門討論話題,尤其椪糖關卡使南韓童年美食遊戲「戳椪糖」爆紅,劇情中玩家必須使用牙籤將椪糖上的圖案取下來,若失敗可是會直接被開槍爆頭,不過在臺灣其實也有很相似的古早味的零食椪糖喔!

韓式椪糖。圖/WIKIPEDIA by 도자놀자

臺南人的童年零食——古早味椪糖

椪糖,又名膨糖、發財糖、泡糖,是四、五年級生臺南人的童年零食。那個年代生活單純,還沒有太多的娛樂、精緻美食可供選擇,在廟口歌仔戲、布袋戲戲棚下煮椪糖的攤販,是當時孩童的娛樂及零食來源。

剛煮好的椪糖長得就像胖嘟嘟的核桃酥餅,吃起來焦香酥脆、入口即化,雖然只是純粹的甜味,在物質稀缺的當時,已經十分幸福了。

而椪糖的製作流程很簡單,將砂糖或二砂與水倒入大湯勺中,置於爐火上加熱並攪拌,至糖漿變成紅褐色時,加一點小蘇打粉至大湯勺中拌勻,糖漿便會迅速膨脹鼓起,待其冷卻定型後即完成。

而韓國的椪糖與臺灣的椪糖作法及原理大同小異,只是塑形的方式不太一樣,韓版的會壓扁再壓上圖案,弄成扁扁的薄餅狀;臺版的就讓他自然膨脹成球狀,表面帶點裂痕,模樣也是十分討喜可愛。

台式椪糖。圖/WIKIPEDIA

影響椪糖質地最關鍵的因素——溫度

若有做過椪糖就會知道,小蘇打粉加進去的時機點很重要,太早或太晚皆會導致成型失敗,這是為什麼呢?因為加熱溫度是影響糖的結晶、軟硬度和焦糖化的主要因素,不同的加熱溫度,糖的結晶狀態、質地和色澤都會不同。

糖液在加熱時,會有兩種情況發生:

  • 一、水分不斷蒸發,使溶液濃度增加。
  • 二、隨著溶解的糖增加,沸點會不斷上升,因此糖液的溫度要小心控制。

「糖液的濃度」與最後成品的「軟硬度」有直接關係,濃度不夠會過軟,椪糖表面無法形成保護殼而無法膨脹成型;濃度過高會過硬,椪糖膨脹不易,容易縮小或塌陷。

而當糖液加熱至攝氏 130 度左右時滴入冷水中,會形成能保持形狀且具可塑性的硬球,這時候糖液的質地是能讓椪糖膨發效果最佳的狀態,因此不會用肉眼判斷添加小蘇打粉至糖漿的好時機沒關係,可以在加熱的同時,使用專門測糖液的溫度計測量糖溫就可以了!

東京淺草的街頭小販手工製作椪糖。圖/WIKIPEDIA

糖怎麼轉變成令人誘惑的焦糖色呢?

說到糖的加熱,就不得不提到焦糖化反應(caramelization)了,它是自催化的非酵素性褐變(non-enzymatic brownin)反應,指的是蔗糖這類的小分子醣類於高溫環境發生脫水、聚合的反應,顏色逐漸轉變成金黃、淺褐至深褐色的產物 (通稱為焦糖) 的過程。

這個過程非常複雜,反應溫度通常在攝氏 120 度以上,在酸性與鹼性環境下均會發生。在食品工業上可製造成焦糖色素,作為食品添加物使用,常添加於醬油、糖漿、可樂或酒類等食品中。

焦糖的色澤會隨加熱溫度及時間的增加,由金黃、琥珀、淺褐、褐、深褐色至焦黑碳化;味覺的變化則是先為甜味,隨著顏色加深逐漸轉至苦味,最後甚至可能出現辛辣味。 

攝氏 130 度的糖液大概是呈現淡淡的金黃色,不過這是單純以細砂糖製作來看,若使用二砂製作椪糖的話,那糖液一開始就會是呈現金黃色了。

糖漿色澤與溫度的變化。圖/參考資料 4

椪糖膨脹的關鍵——碳酸氫鈉遇熱分解

在加熱攪拌過程中,糖液已經拌入許多空氣,隨著加熱空氣持續在膨脹,水氣也一直持續蒸發,直到糖液加熱到攝氏 130 度的糖漿時,須離開熱源並加入小蘇打粉。

小蘇打粉即是碳酸氫鈉(sodium bicarbonate),受到高溫直接分解產生大量二氧化碳氣體。最外層接觸到空氣的糖液最先冷卻,變硬形成保護殼,椪糖膨脹隆起,待膨脹停止後,內部的構造就形成具有許多小氣孔的蓬鬆質地。

椪糖會不會致癌?

就從焦糖化反應可製造出焦糖色素的標準來看,聯合國農糧醫藥食品添加物專家聯席委員會(Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA)將焦糖色素分成四類:

第一類:普通焦糖 (plain caramel)

第二類:亞硫酸鹽焦糖 (sulfite caramel)

第三類:銨鹽焦糖 (ammonia caramel)

第四類:亞硫酸-銨鹽焦糖 (sulfite ammonia caramel)

不同類別的焦糖色素,具有不同的焦體電荷、安定性與色度,用途亦各不相同。我國針對這四類焦糖色素有明確訂定,規範細節可見衛福部食藥署公告的食品添加物使用範圍及限量暨規格標準[8]

數十年來眾多針對焦糖色素所進行的毒理學研究,特別是安全疑慮比較高的第三類及第四類焦糖色素,都發現焦糖色素不具基因毒性、遺傳毒性與致癌性,確認焦糖色素是安全的食品添加物。

加上椪糖才加熱到攝氏 130 度,焦糖化反應影響因素很少,所以吃椪糖其實不必太過擔心致癌風險。

可樂、醬油經常添加焦糖色素。圖/WIKIPEDIA

跟致癌比起來,你比較需要擔心熱量

比起擔憂致癌疑慮,椪糖的熱量才是比較需要注意的地方,畢竟它幾乎都是由精製糖所製成。

我國衛福部國民健康署建議「精製糖建議攝取上限為 10% 以內,例如:總攝取熱量若為 2000 大卡,精製糖攝取量就不宜超過 200 大卡,每日精製糖攝取量最好能控制在 50 克以內。」最佳的情況,是每日不超過 25 克,其實就相當於一個椪糖 (20 克上下) 的重量了。

所以當你開心吃著好吃又好玩的椪糖時,還是要記得別吃太多,以避免攝取過多的精製糖及熱量,而賠上健康喔!

參考資料

  1. 國立台中教育大學科學教育與應用學系 科學遊戲實驗室,膨糖:http://scigame.ntcu.edu.tw/chemistry/chemistry-005.html
  2. 施明智 (2021)。食物學原理 (第三版)。新北市:藝軒圖書出版社。
  3. Mcdowell, E. J. (2015) Everything You Need to Know to Make Caramel Candies at Home. Retrieved from https://food52.com/blog/12212-everything-you-need-to-know-to-make-caramel-candies-at-home (Oct 10, 2021)
  4. 徐若瑄 (2017)。利用科學方法研究古早味椪糖。中華民國第 57 屆中小學科學展覽會。新北市。
  5. 戴士傑,2006。焦糖化產物的特性及其與酚類物質交聯程度之探討。國立屏東科技大學食品科學系碩士學位論文。屏東。
  6. 張月櫻,焦糖色素與 4-MEI (4-甲基咪唑) 說明稿 (2013)。檢自https://www.food.org.tw/TW/DisquisitionDetail.aspx?DisquisitionID=iZcsl/uRyXg= (Oct 10, 2021)
  7. 衛生福利部食品藥物管理署,食品添加物使用範圍及限量暨規格標準 焦糖色素 (2013)。檢自https://consumer.fda.gov.tw/Law/FoodAdditivesListDetail.aspx?nodeID=521&id=854 (Oct 10, 2021)
  8. 灃食公益飲食文化教育基金會,精製糖與非精製糖的差別為何? (2019)。檢自https://www.foodnext.net/science/machining/paper/5470279180 (Oct 10, 2021)

Evelyn 食品技師_96
952 篇文章 ・ 247 位粉絲
國立大學食品科學研究所畢業,現為一名食品技師兼食品研發專員,對食品科學充滿熱忱。有鑒於近年發生許多食安風暴,大眾對於食品安全的關注越來越高,網路上卻充斥著不實資訊或謠言。希望能貢獻微薄之力寫些文章,讓更多人有機會認識食品科學的正確資訊!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁 https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421
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