Loading [MathJax]/extensions/tex2jax.js

0

0
1

文字

分享

0
0
1

美食背後的科學密技

果殼網_96
・2015/08/31 ・6985字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 461 ・五年級

作者/Isa-Dietitian

美食是一種藝術,也是一種科學。《美國廚房實驗》節目的編輯總監傑克·畢曉普(Jack Bishop)說過:「做飯就是化學和物理實驗,唯一的例外就是你要把你的實驗產物吃掉」。那麼如何利用科學烹飪出獨特的香味?今天我來介紹幾道常見菜式背後的科學秘密,讓你變身廚房科學家!

Woman following recipe on digital tablet and cooking healthy meal; Shutterstock ID 254202712; user id: 13524336; user email: ka@zhihu.com; user_country: China; discount: 100%
懂科學,讓烹飪更有技巧,食物更加美味。圖片來源:站酷海洛創意

跟你PLAY一場味道的GAME

閉上眼睛,你能否清晰地想像出可口可樂、樂事薯片、麗滋餅乾和OREO餅乾的味道?這些加工食品的風味,都經過了美國的調味公司(Flavor Company)設計和改進。這些公司會輔助食品公司共同設計食品的味道,通過各種手段增強食品的鮮味、肉感、濃厚感,延長後味,增強各種味道的協調性。僅在2011年一年內, 調味公司和食品公司就有上百億的交易。他們和消費者們玩的就是一場味道的遊戲。

味道的基礎是一些化學分子,或「風味類物質」。這些風味類物質被我們鼻子裡和口腔裡的味覺接收器捕捉,加工而形成了不同味覺。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
COOK2.jpg
5種基本味覺對應的受體和刺激物。圖片來源:食品科學2012, Vol. 33, No. 07, p320

我們在自己的烹飪過程中,通過合理的食材搭配,顏色與質地的調整,溫度控制和烹飪方法的選擇,也能充分開發食材的潛能,讓更多天然芬芳的風味類物質激發和釋放,做出更加好吃的菜。

竅門一:加點糖

我們在家做各種家常菜時,總有長輩建議我們「放點糖」。在紅燒肉裡放點糖,燉肉時整條街都肉香四溢。在烤肉上刷點蜂蜜​​,烤出來又脆又香。這些烹飪小竅門背後有什麼科學玄機?

在回答之前,請先來「找相同」:

啤酒牛排紅燒肉,土司薯條烤花生,煉乳咖啡威士忌,培根烤雞炒洋蔥,這些食物除了「我都愛吃」之外,它們的另一個共同點是什麼?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

COOK3

答案是:這些食物都能釋放出獨特的香味,且在製作過程中,會「變棕色」。

很多人認為烤肉和牛排的棕色是來自於醬油等調料,而烤麵包,烘焙咖啡的棕色是因為烤「焦了」(學名是碳化反應),其實不然。這些食物的棕色和獨特香味都歸功於“糖”。糖在食物的烹飪過程中可以發生一系列的「棕色反應」Browning——包括梅納反應(Maillard Reaction)和焦糖化反應(Caramelization)。

梅納反應指在烹飪過程中的還原糖(食物本身的糖或者烹飪加入的糖)與食材中的胺基酸發生了一系列複雜的反應。在反應的過程中,生成並釋放了成百上千個有不同氣味的中間體分子及棕黑色的大分子物質(類黑精或擬黑素),為食品提供了宜人可口的風味和誘人的色澤。

COOK4
烤牛排表面的褐色外皮。圖片來源:foodlovejoy.com

紅燒肉中加入醬油確實增加香味,但它並不是肉香的主要來源。在梅納反應過程中,肉裡的胺基酸和醣類反應,生成了包括還原酮、酯、醛和雜環化合物等揮發物——這才是讓我們垂涎欲滴的根源。這些釋放出來的一系列化合物有各自獨特的味道:二乙酰有黃油味,呋喃類有堅果味,乙酸異戊酯有香蕉味,丙酸乙酯有果味,鄰氨基苯甲酸甲酯有葡萄味,檸檬烯有橘子味,乙癸二烯有梨味,己烯丙酯菠蘿味,乙基香蘭素有香草味……我們聞到和嚐到的「肉香」,其實就是這些味道分子的不同組合。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

以不同食材為基礎的梅納反應在不同溫度下生成的風味分子也不一樣,它們的組成比例也不同。這些風味類物質與我們加入的調料和食材本身的味道組合融合到一起,協調成最終複雜的,令人神往又難以言表的香味。

除了 ​​肉類,麵點類也有梅納反應,烤過的麵包聞上去就會很香。如果你在麵包表面刷薄薄一層蜂蜜,或者塗上花生醬再烤,麵包的味道就會更好。加入的塗料除了本身帶有香味,也促進了更多更快的梅納反應,讓麵包的味道大升級。另外,梅納反應的最佳反應溫度是140-165在這個溫度範圍內烤出來的麵包和肉就會散發出特殊的香味,讓人欲罷不能。

COOK5
蜂蜜吐司厚片在烘烤麵包的過程中,就會加入蜂蜜。圖片來源:youtube.com

為什麼「炒糖色」會讓菜變得好吃?

「炒糖色」是另一種跟隨著梅納反應之後的第二步棕色反應——焦糖化反應,它和梅納反應的主要區別是:焦糖化靠糖和水就能完成,沒有胺基酸的參與。焦糖化反應一般發生在170的條件下,時常跟隨著梅納反應發生。我們常說的「炒糖色」就是在炒菜時加入水和糖,等糖水變得冒泡、顏色變深且粘稠時再放肉,這樣整道菜會產生一種獨特的、類似堅果味的特殊香味。這種香味來自於焦糖化反應過程中產生的揮發物。除此之外,焦糖化還增加了糖的黏度和可塑性,讓菜品看上去更加光潤漂亮。

COOK6
溫度對梅納反應(美拉德反應)和焦糖化反應產生的味道的影響。圖片來源:Isa-Dietitian

糖葫蘆、巧克力、焦糖布丁、煉乳和太妃糖也用到了焦糖化。在製作糖葫蘆的過程中,水可以使醣類加熱得更為均勻,防止燒焦,也能促進焦糖化反應較快發生。法式焦糖布丁上面的一層又香又脆又甜的糖皮,也是甜點師傅用酒精噴槍迅速融化布丁表面的一層砂糖,促進其焦糖化形成的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
COOK7
法式焦糖布丁上一層又香又脆又甜的糖皮。圖片來源:fancityacireale.it

竅門二:水果冰鎮後,更甜

夏天烈日炎炎,帶回家的桃子,李子和西瓜經過一路顛簸,都變溫了。這時候,如果把水果放到冰箱或者浸入冰水裡冰鎮一會兒,味道會更加香甜好吃。為什麼呢?除了溫度本身讓你感到涼爽外,果糖背後也有它的小秘密。

COOK8
冰鎮後,水果會更甜。圖片來源:dailyfinance.com

影響甜度的主要因素有兩個:濃度和溫度。我們的味蕾接受不同甜味分子的敏感度不同,比如,同樣分量的果糖,在較低溫度下會比同樣分量的蔗糖更甜,而在較高溫度下反而不如等量的蔗糖甜。水果中的主要糖分就是果糖,我們在食用水果時,溫度越低,我們的味蕾對果糖的甜味就會更加靈敏,吃起來就會顯得更加香甜。

COOK9
從圖中可以看出,果糖的比甜度會隨著溫度的升高而降低。

竅門三:或濃或淡,不靠調料靠顏色!

除了 ​​溫度,食品的顏色和質地也能讓它「變味」。顏色可以很大程度上影響我們的味覺感官和食慾。我們對很多食物味道的判定都受到了顏色、質地的影響,我們總會認為顏色越深,質地越稠,味道越重,反過來說淺色的、質地稀薄的食物則讓人感覺味道清淡。

我們總喜歡拌個涼菜來吃,方便又涼快。怎麼讓你的拌菜看上去更加香甜清爽?多放些五顏六色的水果蔬菜,豐富菜品的色澤,可以讓人食慾大增。想做一道清爽的夏日靚湯?適當地增加淺色和綠色的食物(青菜,豆腐,小蔥等)會讓你的湯變得更加誘人。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
COOK10
夏天食慾不好時,一道色彩豐富的清爽沙拉會讓人食慾大開。圖片來源:simplyscratch.com
COOK11
清爽的蔬菜湯。圖片來源:sodahead.com

而顏色較深且質地濃稠的菜品就會讓我們想到濃郁的香味。勾芡是傳統烹飪技巧之一,它就是是利用澱粉來增加湯汁的黏稠度,使這道菜的賣相和口感都有提升。其實澱粉本身沒有任何味道,但勾芡之後,晶瑩的湯汁就會讓菜品看上去更加鮮亮,潤滑的口感讓我們覺得味道更加豐富。那要想燉一鍋噴香濃郁的蘑菇湯呢?可以用醬油適當增加湯的顏色,蘑菇的味道也會顯得更加醇厚。

COOK12
勾芡會讓食物的色澤更加鮮亮誘人。圖片來源:wxsfq.com

另外在炎熱的夏天,我們對「果味顏色」的抵抗力尤其地低,許多食品​廠商也利用了這一點,讓夏日甜品顏色更加明亮。對於各色的冰涼夏日特飲,還有人做過一項有趣的實驗:如果飲料或甜品裡加入淡淡的紅粉色,品嚐者會覺得有顏色的比無色的更好吃,且味道甜2% -10%。顏色對味道的影響來自於我們過去的經驗和聯想。有些人對顏色與食品的記憶聯繫尤其深刻,他們就更容易中招:紅色容易讓人聯想到「夏天的冰涼西瓜」和「香甜的草莓」;黃色讓人想到「酸酸的檸檬」和「淡淡的橙香」;而綠色讓人聯想到「清爽的黃瓜」、「薄荷葉」或「清新的奇異果」等等。

2DTLdT90Ucch08KXFH8WW92q9hGtVHm_eNQzh3rBwykABQAAkwMAAEpQ
五顏六色的冰棍是很多人的消暑首選。圖片來源:tattoopictures.co

如果自己在家準備冰品,我們也可以利用這一點,讓自己和朋友們更加享受:使用透亮的玻璃杯,在冰水里加上有顏色的水果,讓水反射出水果淡淡的顏色,這樣不僅喝起來涼爽痛快,還有淡淡的果香,即使不加糖你也彷彿嚐到這杯自製飲料的絲絲甜味。在質地上,稀釋、帶冰、有氣泡的飲料也能讓我們感到冰涼痛快。

6cYNUyfC2Y4E_IkRAZD3QD3lCpml9f9-g3H0699GbT61EQAAOQ0AAEpQ
這樣一杯飲料,在夏天不但看著好看,喝起來也是清涼解渴的。圖片來源:站酷海洛創意

竅門四:想提鮮?用「鮮味炸彈」!

我們平時吃的食物,有些會有獨特的鮮味:日本的海帶湯加柴魚片,中國的雞湯加韭菜或大白菜,蘇格蘭的青蔥馬鈴薯雞湯以及義大利的起司蘑菇湯。為什麼這種組合會讓鮮味暴增呢?這些都是呈味胺基酸和鮮味核苷酸的功勞。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
Ke6sbtgxZEgegDpoMCUO_xKx4iZe3LF_o4zXvW4V_JW4CwAA0AcAAEpQ
鮮味滿滿的味噌湯。圖片來源:youtube.com

1908年,日本的池田菊苗教授首次發現,鮮味是由一類鮮味胺基酸鹽和鮮味核苷酸形成的一種「令人愉悅且美味可口的味道」。我們人生第一次體驗鮮味是從母乳中——人乳的鮮味胺基酸組合與雞湯很相似。呈味胺基酸有很多種,如甘胺酸和丙胺酸有甜味,天門冬胺酸和谷胺酸具有酸味和鮮味,纈胺酸、苯丙胺酸、酪胺酸和亮胺酸則有苦味。帶有苦味的胺基酸如果單獨出現,並不能讓人愉悅,但當它們與酸甜等味道結合起來,就能形成特殊的風味。

雞肉等肉類富含鮮味核苷酸,當它們與富含谷胺酸鹽的食物(如甘藍、芹菜、胡蘿蔔、番茄等)一同烹製時,就會發生鮮味協同作用(umami synergy ),菜餚整體的「鮮味」就能大大加強。即使很少量的鮮味食材就能產生不錯的效果,這種方法被很多廚師稱為「鮮味炸彈」

番茄是呈味胺基​​酸的「代言人」,有它參與燉出的湯汁都異常鮮美。除了 ​​番茄本身的酸甜味及色澤,番茄中含有較高的鮮味胺基 ​​酸——天門冬胺酸和谷胺酸,也功不可沒。鮮味胺基​​酸的比例也很重要,科學家們發現,當番茄裡這兩種氨基酸的比例在4:1時味道最佳。番茄由綠到紅、由生變熟的轉變的過程中,這兩種胺基酸的比例也在調整,成熟時的番茄味道最鮮美,燉湯效果也最佳。

TTT
隨著番茄的成熟,其中的呈味氨基酸含量也會逐漸升高。
iH0HCZ6PAKx2ysoTtqdpRCFqGzoj89tC5zz6yxxGBqkAAwAAKgEAAEpQ
番茄+牛腩一直是一個經典的組合。圖片來源:answers.com

除了往湯裡放少量番茄,還有哪些其他的選擇可以提鮮呢?富含鮮味胺基酸和鮮味核苷酸的食品還有很多:魚類、貝類、醃肉、蘑菇、白菜、菠菜、芹菜、韭菜、蘆筍、胡蘿蔔、發酵乳製品(優格,起司等)、豆製品(黃豆、味噌、豆瓣醬等)、醃菜類(泡菜等)以及綠茶。下次燉湯時,不妨嘗試一下這些小竅門吧!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  • 燉肉(核苷酸)時放些番茄,白菜、芹菜,胡蘿蔔或幾片韭菜(谷胺酸);
  • 海帶(谷胺酸)配香菇或柴魚片(核苷酸);
  • 做肉類食品時(核苷酸)時放幾片綠茶(谷胺酸);

為了方便實踐,根據我們常用的烹飪習慣我總結了一個連線圖,更多組合還等待大家共同的開發:

FOOD

竅門五:大中小火,傻傻分不清楚

烹飪肉類時,稍不留神肉就「老」了。很多人總覺得跟肉的部位有關係,而忽略了烹飪技巧。其實烹飪肉類的火候至關重要:到底應該先大火煮開再小火燉,還是應該先中火煮熟再大火收汁?美國食物實驗室(Food Lab)的大廚肯吉·肯紀洛佩茨-奧特(Kenji Lopez-Alt)經過多次探索發現,煎牛排時如果一開始就大火燒開,再改小火煎制,會流失更多的原汁,讓肉類越煎越柴;相反,如果一開始用較低的溫度(中火或小火)讓肉變熟,最後大火鎖住肉汁,不僅能保留肉香原味,還能在牛排外層形成一層脆皮,口感和滋味都是一級棒。而我們常說的「爆炒」則是通過快速加熱使肉類外部又焦又脆,形成一層「殼」,鎖住裡面的汁水。

hB_ZtIDtfUtUpTJX-UA_VhKZf4HXgn9R_3y-k-PDKO9ABgAAIAMAAEpQ
「爆炒」可以通過快速加熱使肉類外部又焦又脆,形成一層「殼」,鎖住裡面的汁水。圖片來源:startupsupper.com

此外,剛烹飪完畢剛剛撤火的肉不要馬上吃,要讓肉「休息一下」,它會自己變得更好吃。這是因為在烹飪結束後,肉類內部還在繼續進行加熱,等待一段時間後,肉的內部溫度更加均勻,烹飪更加充分,比立即就吃的味道更好。

竅門六:複雜的味道更誘人

味道的搭配是一門大學問。複雜的味覺搭配比單一的味道更讓人喜歡,且更加讓我們記憶猶新,欲罷不能。很多我們愛吃的食物就是這種「複合味覺」的產物,如巧克力是苦味與甜味的結合,泡菜是鹹味和酸味的結合,話梅是鹹味、酸味和甜味的結合。

IC2gObtJvj7lnQrW6Pj3j4WtB0G30rv8wVHNW99_S0XMAQAAsgIAAEpQ
巧克力上加一點點海鹽,會更加美味。圖片來源:shemakesandbakes.com

中華料理博大精深,有很多經典菜利用了複合的味覺搭配。很多素菜都能做出類似於肉的味道,賽螃蟹就是其中之一:這道菜用雞蛋和薑末一起烹飪,模擬出了螃蟹的味道。日本的一個味覺實驗室做了一個給小朋友們玩的味覺遊戲,鼓勵小朋友們開發自己的味覺,尋找不同搭配帶來的奇妙感受。夏天正是各類瓜果盛產的季節,我們不妨也來試試:

  • 把蜂蜜塗在黃瓜上,然後閉上眼睛嘗試,是否有哈密瓜的味道?
  • 把番茄上放少量的白糖,能否模擬出草莓的味道?
  • 牛奶裡來幾滴米醋,有優格味嗎?
  • 蘋果配著牛奶吃,有沒有一絲吃葡萄的感覺?

很多食材之間,除了味道的疊加與協調,還能產生一些反應,產生更多的香味。我們在高中就接觸到了酯化反應——酒(醇類)和醋(酸類)在烹飪過程中會發生酯化反應,輔助去除魚肉中的腥味分子(三甲胺等),同時生成具有芳香氣味的各種酯類分子,讓菜品噴香可口。酒自身的「生香反應」也是一種酯化,窖藏幾年的酒再取出飲用,其內部的糖與酒精酯化,會讓酒味道更加醇厚。

7IBYayYue5JDh1OX_3PQOXfjhmD772YBUxARY5rK7uDzDAAAEAgAAEpQ
燒魚時加點酒,就算沒有親自試過,我們也多少聽別人說起過這個小竅門。圖片來源:tainan.gov.tw

吃餃子的時候,除了醋,我們有時還會加些蒜和香油。其實還有一種佐料能讓餃子吃起來更加芬芳四溢——白酒。如果往餃子醋裡放少量的白酒,餃子沾著吃特別香!這就是乙醇分子與醋酸分子發生了酯化反應,產生出了芳香的氣味。愛吃餃子的朋友們一定要嘗試一下。

參考文獻:

  1. Agric. Food Chem., 55 (14), 5776 -5780, 2007. Differences in Glutamic Acid and 5′-Ribonucleotide Contents between Flesh and Pulp of Tomatoes and the Relationship with Umami Taste
  2. Uneyama H, Kawai M, Sekine-Hayakawa Y, Torii K (August 2009). Contribution of umami taste substances in human salivati​​on during meal. Journal of Medical Investigation 56 (supplement): 197–204. doi:10.2152/jmi.56.197. PMID 20224181
  3. Johnson, J.; Clydesdale, F. (1982). “Perceived sweetness and redness in colored sucrose solutions”. Journal of Food Science 47 (3): 747–752.doi:10.1111/j.1365-2621.1982.tb12706.x
  4. Jacqueline B. Marcus. Unleashing the Power of Umami. Food Technology; November 2009, Volume 63, No.11
  5. 張梅秀,王錫昌,劉源. 食品中的呈味肽及其呈味機理研究進展. 食品科學2012, Vol. 33, No. 07, p320
  6. http://www.umamiinfo.com/umami-rich-food/
  7. http://nutritiondata.self.com
  8. http://web-japan.org/kidsweb/hitech/taste/002.html
  9. http://lifehacker.com/how-to-improve-your-home-cooking-with-the-power-of-scie-511405909

本文轉載自果殼網

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
果殼網_96
108 篇文章 ・ 9 位粉絲
果殼傳媒是一家致力於面向公眾倡導科技理念、傳播科技內容的企業。2010年11月,公司推出果殼網(Guokr.com) 。在創始人兼CEO姬十三帶領的專業團隊努力下,果殼傳媒已成為中國領先的科技傳媒機構,還致力於為企業量身打造面向公眾的科技品牌傳播方案。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

👉 更多研華Edge AI解決方案
👉 立即申請Server租借

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
黃瓜也可以當甜點?瓜籽肉會發出碘的味道?探索瓜味的多重宇宙——《料理滋味創意地圖》
積木文化
・2024/08/19 ・1432字 ・閱讀時間約 2 分鐘

黃瓜 CONCOMBRE

黃瓜可以只做成冷盤沙拉,也能在鹽水、英式醃菜中展現出多種滋味,甚至可以煮成配菜。它的滋味比看起來的要複雜許多:很明顯它有綠質及強烈的葉綠素滋味,但也有碘和奶油味。沒有交集的兩個世界,讓這種蔬菜能往兩種滋味方向去發揮!

黃瓜的芳香輪,解鎖更多黃瓜搭配。 圖/積木文化《料理滋味創意地圖

正確切削黃瓜:善用皮與苦味的微妙平衡

黃瓜外皮呈綠色並略帶苦味,想當然爾也有葉綠素滋味⋯⋯我們去皮不是為了美觀,而是要除掉這種苦味。又或者,我們可以刻意保留全部或部分黃瓜皮,對這有點侵略性的味道做進一步運用。經過斟酌的苦味能帶來無可否認的餘韻,也讓這種蔬菜含水量相當高的芳香特性變得複雜。薄荷、蒔蘿、青蘋果等「綠色」食材會凸顯出黃瓜的清新。

善用瓜味,或許會有意想不到的美味。 圖/積木文化《料理滋味創意地圖

籽肉的碘香秘密:黃瓜與海鮮、乳製品是絕配

為何把黃瓜的果肉跟籽吃進嘴裡時,能感受到碘味和奶油味呢?答案是因為醛類*1,存在於麵包皮和多種油裡。出乎意料的是,黃瓜能跟海藻、牡蠣、麵包和奶油做組合。為了發揮這些香氣,我們不妨將乳酸化合物(芒果、荔枝等)搭配帶乳香的乳狀食物(如希臘優格,這解釋了希臘沙拉醬﹝Tzatziki﹞*2 之所以成功的原因。或是藍紋乳酪、昂貝爾藍紋乳酪﹝Fourme d’Ambert﹞、馬斯卡彭乳酪也可以),以及一些像孔德里約(Condrieu)這樣帶奶油香味的酒。有了黃瓜內部的果肉跟籽,這些組合就保證成功。

*1:主要為 (E,z)-2,6- 壬烯醛、2-壬烯醛(non-2-énal)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

*2:譯注:以希臘優格和黃瓜碎粒為主要材料的沙拉。

除了海鮮、乳製品之外,還有其他食物也可以嘗試看看。 圖/積木文化《料理滋味創意地圖

來試試吧!甘納許巧克力黃瓜

  • 準備甘納許:煮滾 300 毫升的水,加入 1 克洋菜粉,離火並倒進 150 克的黑巧克力碎片攪打混合,再倒進容器裡約 1 公分高度,隨後放進冰箱至少一小時。
  • 準備黃瓜:將黃瓜(用果汁機)榨成汁。提取 150 毫升,取其中一半與 1 克洋菜粉和一茶匙糖一起煮沸。離火,將剩下的另一半加進去,放涼後小心地倒在巧克力甘納許上(約 0.5 公分高),然後放進冰箱。
  • 擺盤:切成固定長度(約 6 公分長,1.5 公分寬)。可和黑巧克力圓脆片(Tuiles)一起食用。

不同變化:富含葉綠素的活力蔬果汁

選擇未處理過的小黃瓜,連皮榨汁,增強青綠及微苦滋味。這種富含葉綠素的果汁可以調味油醋汁、雞尾酒(琴酒等)和西班牙冷湯。可以將果汁冷凍在冰塊盒裡供多次使用。

——本文摘自 拉斐爾.歐蒙(Raphaël Haumont)、提耶里.馬克思(Thierry
Marx),《料理滋味創意地圖:法國材料物理化學專家聯手米其林主廚,15種香調、80種常見蔬果食材的氣味因子,探索 1,500 種創新風味搭配!》,2024 年 8 月,積木文化,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
從分子科學中發掘創新美食組合:巧克力配黃瓜其實很不錯?——《料理滋味創意地圖》
積木文化
・2024/08/15 ・2489字 ・閱讀時間約 5 分鐘

水蜜桃配杏桃、草莓配覆盆子、香草配巧克力或巧克力配椰子,這些經典搭配你覺得如何?那榛果配巧克力、開心果配覆盆子、檸檬配羅勒呢?面對上述搭配,手作職人和食品加工製造商只會發表「大家還沒有準備好吃別的東西」、「如果我們做點不一樣的東西,銷售量就會不好」之類的意見。真的是這樣嗎?這個美麗的世界裡明明存在著幾百種不同的氣味,為何美食界就只滿足於那幾十種呢?當我們瞭解每一種蔬果、每一塊巧克力、每一樣香料都含有幾百種味道和氣味分子後,就會明白,我們錯過的可是不計其數的搭配可能!

每種食材都蘊含有幾百種味道和氣味分子。 圖/envato

氣味分子的秘密:從香草到薄荷的驚人連結

食物配對(foodpairing)是以化學為依據的食材搭配研究,其核心想法是把「擁有越多共同分子」的食物搭配在一起。此理論奠定在紮實的生理面根基上:人們感知到的味道,是透過味覺接收器的化學活化作用進而做出的解讀,若兩種食物的分子組成類似,就會對接收器產生相似的作用。

實際作法如下。首先,我們利用分子分離技術(例如:層析法、光譜測定法等)針對「人對滋味的感知」進行系統分析,進而獲得食物的「分子身分證」。這部分的困難之處,在於要檢測出微量存在的分子,不過數據資料庫也隨著分析設備的進步而擴增當中。

在比較來自印度洋和大溪地的香莢蘭(planifolia)或中美洲的大花香莢蘭(pompona)時,所有香草莢都呈現出很強的「香草醛」(vanilline)訊號。然而,把香草概括成香草醛——更糟的是,把香草醛概括成一種產業用的廉價合成分子「乙基香草醛」(éthylvanillne)——實在過於簡化。事實上,香草家族彼此間所有味道與氣味(甜、水果、花卉、酚類、煙草、甘草、茴香等香氣)的微妙之處,都是由低強度分子訊號所產生的;這些訊號有時很難被偵測或鑑定出來,但卻蘊藏著濃郁芳香,以及「波本香草」、「大溪地香草」等的專屬標記。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

許多研究結果使我們能確定大部分食物中的活性分子,像是維生素、礦物鹽和微量元素、味道分子、氣味分子、糖、蛋白質、脂肪物質等。全球研究者也分析了烹煮帶來的影響。我們根據這些研究成果,集各式香氣分子特色繪製圖譜,並以此為基礎開創出新搭配。

我們也從香水、化粧品和葡萄酒領域中擷取靈感。在香水產業,順 -3- 己烯醇(cis-3-hexen-1-ol,又稱葉醇)已被認為是葉綠素新鮮度的標記,而 1,5- 環二烯(1,5-octadiene)則是下層植被和蘑菇的標記;我們將它們歸類進幾項風味類別裡(果香、綠質、脂肪等),定出了「參考分子」。

其他還有像是羅勒、藍莓、黑醋栗或百香果中都存在桉油醇(1,8-cinéol)與辛醇(1-octanol),而黑醋栗、草莓、芭樂、百香果和哈密瓜則都含有丁酸乙酯。草莓-羅勒-黑醋栗、草莓-百香果、黑醋栗-黑莓-羅勒或哈密瓜-百香果-芭樂的組合,就是出於這種「自然而然」的前提。有些食物也扮演著「媒合者」的角色,以薄荷為例:如果說巧克力跟薄荷、黃瓜與薄荷都搭得起來,那麼何不試試巧克力配黃瓜?我們已經試過囉,結果非常搭!(請見第82頁)

我們能在料理中做什麼呢?

說得清楚些:食物配對並不是要去預測新的「食譜」,而是新的「搭配可能」。雖然無法保證這些新組合真的都適合品嘗,但絕對值得一試,而廚師也得發揮他所有的技藝,把可能的組合變成美味佳餚。前面也提到,我們感受到的味覺解讀主要來自食物分子與接受器的結合,卻並非僅止於此。嘴唇、舌頭、上顎等在整體感知中也扮演重要角色,最後則是在味覺上是否產生情緒感受。因此,廚師在食物質地上所下的功夫,得和對滋味的用心一樣多,多方嘗試如鬆脆、柔軟、鮮嫩、凝膠狀、融化的、冷的、溫的、熱的等不同條件。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這本書裡提供所謂的「三元素組合」,但你可以自由將其中兩兩一組做搭配,或藉由其他調性接近的食材讓組合更多元。例如,當提到蒔蘿(又稱小茴香)時,你可以用茴香、茴芹(又稱大茴香)、孜然或所有其他具綠質/茴香味的產品代替。在三元素組合裡,我們常提供兩種主要食材,以及第三種可以被當成調味品或「加分潤飾」的選項;後者會讓餐點滋味演變出新方向。如果食物在配對上可以透過相似性發揮,做到酸味+酸味、綠蔬+綠蔬、油脂香氣+油脂香氣等組合,那麼在烹飪時,藉由把具揮發性及更為濃郁的香氣搭在一起,重新取得平衡便很重要。

測驗食物的搭配,並非只是要開發新食譜,而是尋找食物之間新的可能性。 圖/envato

味覺上的私密性:蔬果結構與被隔絕的香氣

準備食物、切割食物、選擇某個部位來食用及烹煮⋯⋯這些不僅只是料理美學的問題,有時確實是出於味道才做出的選擇,而且還希望能加強某一種芳香氣味,將它從另一種氣味中隔絕出來。藍莓、無花果或小蕪菁從上到下/從中間到外圍都有一種「獨特」味道,黃瓜或韭蔥就沒有這種特性。韭蔥的綠色部位(綠質草本香)和白色部位(綠質豆科植蔬氣息)非常不同,黃瓜的皮(綠質草本香)和果肉(柑橘香)也不一樣,而果肉本身更不同於黃瓜的「籽」(碘味)。

我們選擇藉由揭開這些食物的各種芳香面向來剖析這些食物,讓你可以在滋味上搭配出最佳組合,並且創造前所未有的協調感。

遠離韭蔥佐油醋汁,讓我們試一試白色部位的韭蔥佐開心果油,或是以綠色部位的韭蔥配百香果吧!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

——本文摘自 拉斐爾.歐蒙(Raphaël Haumont)、提耶里.馬克思(Thierry
Marx),《料理滋味創意地圖:法國材料物理化學專家聯手米其林主廚,15種香調、80種常見蔬果食材的氣味因子,探索 1,500 種創新風味搭配!》,2024 年 8 月,積木文化,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。