食物科學與科技延伸學習：你的終極指南！
嘿，各位同學！歡迎來到食物科學與科技的延伸學習。請勿被這個名稱嚇倒！這個章節將帶領大家揭開食物背後的奧秘。我們將探討為何食材在廚房會有這樣的反應（例如為何醬汁會變稠），還會看看食物如何在工廠進行大規模而安全的生產。
了解這些知識，將使你成為一個更精明的廚師、一個更知情的消費者，你將會看到你盤中的食物，以一個全新、令人興奮的方式呈現！讓我們一起開始吧！
第一部分：食物成分的秘密力量（功能特性）
你有沒有想過為何蛋糕會鬆軟，或者醬汁會如此幼滑？這不是魔法，這是科學！功能特性就是食物的主要成分——水、碳水化合物、蛋白質和脂肪——在預備和烹調過程中，所擔任的特殊「工作」。
1.1 水：默默無聞的英雄
水不只可以用來飲用！在食物當中，它是一個基本組成部分，意思是它是大部分食物的重要組成元素。它可以作為溶劑，溶解鹽和糖等物質，而且對於我們將會探索的許多化學反應來說，都至關重要。
1.2 碳水化合物：不只提供能量！
碳水化合物，尤其是澱粉和糖，具有一些驚人的能力。
澱粉的奇妙轉化
糊化作用：這就是澱粉受熱時使液體變稠的過程。它是做出好肉汁或者幼滑卡士達醬的秘密！
運作原理，一步步來看：
1. 澱粉顆粒被混入冷的液體（例如水或牛奶）中。
2. 當你加熱混合物時，澱粉顆粒會吸收液體並開始膨脹，就像小氣球般膨脹。
3. 大約在60-80°C的時候，它們會吸飽液體直到爆裂，釋放出長鏈澱粉分子。
4. 這些分子會糾纏在一起，困住水分，使整個混合物變得濃稠且黏滯。
例子：製作起司通心粉的白醬，或者用玉米澱粉水使炒菜醬汁變稠。糊精化作用：這是澱粉食物以乾熱方式烹調時發生的現象。這就是吐司如此美味的原因！
運作原理：
強烈的乾熱會將長鏈澱粉分解成較短的糖單位，叫做糊精。這個過程會產生棕色、更脆的口感，以及略帶甜味、帶有烘烤過的香味。
例子：烘麵包、將餅乾烤至金黃色，或者烤馬鈴薯的棕色表皮。
糖的眾多用途
糖遠不只讓食物變甜這麼簡單！
- 甜味劑：最顯而易見的作用！
- 防腐劑：在高濃度情況下，糖會從微生物細胞中吸走水分，殺死它們或者抑制它們生長。這就是為何果醬和蜜餞可以保存這麼久都不會變壞的原因。
- 軟化劑：在烘焙時，糖會阻礙麩質形成和吸收液體，使製成品（例如蛋糕或餅乾）更鬆軟、更細緻。
- 結晶劑：當糖溶液達到超飽和狀態時，它就可以形成晶體。例子：製作冰糖或軟糖。
- 焦糖化作用：當糖在沒有水的情況下加熱到高溫時，它會熔化並分解，產生美麗的琥珀色和濃郁而複雜的味道。這就是焦糖化作用。
例子：法式燉蛋上面的脆皮，或者焦糖醬的甜味。
我們還要認識水解作用，它只是一個簡單的過程，即是透過加水，將大糖分子（例如蔗糖）分解成細小的分子（例如葡萄糖和果糖），通常在酸或酶的幫助下進行。
1.3 蛋白質：百變之星
蛋白質就像一件件摺疊完美的紙藝品。烹調和預備過程會使它們展開並改變形狀，為我們帶來奇妙的新口感。
變性作用：這是蛋白質天然結構的展開過程，通常是不可逆轉的。想像一下將一隻紙鶴解開——很難再摺回一模一樣。
是什麼導致變性作用？熱力（烹調）、酸性物質（檸檬汁、醋），或機械作用（攪拌、打發）。
例子：煎蛋時清澈的蛋白變成不透明（熱力變性），用檸檬汁醃肉使其軟化（酸性變性），或者打發蛋白成泡沫（機械變性）。凝固作用：這是變性作用之後發生的現象。展開後的蛋白質會互相碰撞並結合，形成一個固體或半固體網絡。它們基本上就是糾纏並凝固。
例子：煎蛋凝固、牛奶凝結製成起司，或者肉類煮熟後變硬。起泡作用：一些蛋白質，當透過攪拌而變性時，非常善於困住氣泡以產生泡沫。蛋白在這方面就是明星！
運作原理：攪拌會使蛋白分子展開。這些蛋白質就會包圍住你打入的氣泡，形成一個穩定的結構，將空氣固定住。
例子：為檸檬蛋白派製作蛋白酥，或者將鮮奶油打發成鮮奶油。乳化作用：乳狀液是兩種通常不會混合的液體的混合物，例如油和水。一些蛋白質扮演乳化劑的角色，它們就像調解員般，幫助油和水相處融洽，保持混合狀態。
例子：蛋黃中的卵磷脂是一種極佳的乳化劑。在蛋黃醬中，它同時和油及醋結合，形成一種穩定、幼滑且不會分離的醬汁。
1.4 脂肪和脂質：口感魔法師
脂肪和脂質對於創造特定口感都至關重要。在這個範疇，它們最重要的功能特性就是在乳化作用中的角色。它們是油水混合物中的「油」部分，透過乳化劑的作用保持懸浮狀態，從而製成沙拉醬、蛋黃醬和鮮奶油醬等產品。
快速回顧：主要功能特性
糊化作用：澱粉 + 熱力 + 液體 = 變稠
糊精化作用：澱粉 + 乾熱 = 變棕及烘烤
焦糖化作用：糖 + 高溫 = 變棕及濃郁風味
變性作用：蛋白質結構展開（由於熱力、酸、打發）。
凝固作用：展開後的蛋白質結合並凝固。
乳化作用：幫助油和水混合並保持混合狀態。
第二部分：從農場到工廠（工業食物生產）
現在，我們將視角從廚房拉遠到工廠。食物如何可以大規模生產出來，讓每個人在超級市場買到呢？這個過程涉及一些巧妙的科學知識和非常嚴格的規定。
2.1 指導原則
工業食物生產遵循四個主要目標：
- 保持產品品質：確保每瓶番茄醬或每包洋芋片都批次批次地味道和外觀一致。
- 提升風味和顏色：使食物更吸引和美味。
- 控制產品口感一致性：確保口感永遠正確——酥脆的洋芋片永遠都是酥脆的，幼滑的優格永遠都是幼滑的。
- 提高營養價值：為食物添加維生素和礦物質，使它更健康（這叫做營養強化）。
2.2 善用微生物：「好人」幫手！——發酵
不用擔心，我們說的是「好人」！發酵是一個過程，利用有益微生物（例如細菌和酵母）來轉化食物。這可以保存食物、創造獨特風味，甚至使它更有營養。
發酵種類
乳酸發酵：友善細菌消耗糖分並產生乳酸。這種酸會帶來酸味，並作為防腐劑。
例子：優格、德國酸菜、醃菜、薩拉米香腸。黴菌發酵：使用特定、安全的黴菌種類來發展出深沉、複雜的風味。
例子：用黴菌發酵大豆以製作傳統醬油。醋酸發酵：細菌將酒精轉化為醋酸。
例子：將酒或蘋果酒變成醋。
在發酵過程中，微生物會產生不同的物質。最常見的兩種就是酒精和二氧化碳。例如，在麵包製作中，酵母發酵糖分，產生二氧化碳氣體，使麵團膨脹！
2.3 食物添加劑大解構
食物添加劑是為了執行特定工作而加入食物中的物質，例如保存食物或改善其風味、口感或外觀。它們的使用目的，就是為了實現我們剛才提到的四個「指導原則」。
你知不知道？
並非所有添加劑都是人造的！許多都來自天然來源。例如，維生素C（抗壞血酸）經常用作抗氧化劑，而水果中的果膠則用作增稠劑。
為何要用添加劑？
- 保持產品品質
- 抗微生物劑：抑制細菌、酵母和黴菌的生長。例子：醃製肉類中的亞硝酸鹽、例如醋這些酸。
- 抗氧化劑：防止食物和氧氣產生反應，這會導致脂肪變質或水果變棕。例子：檸檬酸。 - 提升感官特性
- 色素：使食物外觀更吸引。可以是天然（來自甜菜根）或合成的。
- 調味劑：為食物增添或恢復風味。 - 控制產品口感一致性
- 抗結塊劑：使鹽等粉末可以自由流動。
- 乳化劑：幫助油和水混合。（我們之前提過啦！）
- 穩定劑和增稠劑：使食物有幼滑、均勻的口感。例子：在冰淇淋中防止冰晶形成。
- 酸鹼度調節劑：控制食物的酸鹼度。 - 提高或保持營養價值（營養強化）
- 例子：鹽中添加碘。
- 例子：牛奶中添加維生素D。
- 例子：穀物產品中添加鐵和維生素B。
- 例子：鈣質強化柳橙汁。
解讀標籤：國際編碼系統（INS）
在成分列表上，你會看到添加劑以它們的名稱或編碼列出。國際編碼系統（INS）是一個全球通用的標準化系統，用來識別添加劑。你不需要記熟所有號碼，只要明白它是一個有助於規管和識別每種添加劑的代碼就足夠了。
2.4 高科技生產與食品安全
工業食物生產採用先進科技和嚴格的安全系統。
先進食物科技
罐頭製作：食物會密封在氣密罐中，然後加熱到非常高的溫度。這樣做可以殺死所有微生物並去除氧氣，使食物無菌並可以儲存多年。
冷凍乾燥：這是一種溫和的脫水方式。首先，食物會完全凍結成固體。然後，它會被放置在一個強大的真空環境中，使冰直接轉化成水蒸氣（這個過程叫做昇華）。這個方法比普通乾燥更能保留食物的結構、風味和營養。想像一下即溶咖啡或者太空人吃的東西！
HACCP：終極安全方案
危害分析與關鍵控制點（HACCP）是一種系統化、預防性的食物安全方法。HACCP不是只檢查最終產品有沒有問題，而是在生產過程的每一步識別潛在危害（生物、化學或物理），並實施控制措施以防止它們發生。
比喻：HACCP就像一個偵探般，在罪案發生之前就預測和預防，而不是一個只在罪案發生之後才出現的警員。
包裝、標籤與地球
- 食物包裝：保護食物免受損壞、污染和變壞。它亦提供地方印上重要資訊。
- 食物標籤：這是一項法律要求。標籤必須為消費者提供基本資訊，例如產品名稱、成分列表、營養資料和食用期限。
- 環境議題：所有包裝都會產生廢棄物。食品行業正尋找更環保的解決方案，例如使用可生物降解塑膠袋，這些塑膠袋設計成可以在環境中被微生物分解。
重點回顧：工業食物生產
主要目標：品質、一致性、風味/顏色、營養。
發酵：利用有益微生物轉化食物。
添加劑：具有特定作用的物質（防腐、著色、增稠等）。
HACCP：一個預防食物安全危害的主動系統。
科技：罐頭製作和冷凍乾燥是主要的保存方法。
責任：正確標籤和考慮環境影響至關重要。