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皮蛋裡的科學

生活科學趣談

上一篇提到使用草木灰製作的鹼粽→〈鹼粽裡的科學〉,今天來談談草木灰的另一項應用→皮蛋。皮蛋或許是在無心插柳的巧合下所生成,根據百度百科的說法:相傳明代泰昌年間,江蘇吳江縣一家小茶館,由於生意興隆而且人手少,店主於是常隨手將泡過的茶葉倒在爐灰中。說來也巧,店主養的幾隻鴨子愛在爐灰堆中下蛋,主人拾蛋時難免有所遺漏。有一次店主人在清除爐灰茶葉渣時,意外發現爐灰下埋藏了不少的鴨蛋,原本他以為久置而不能吃了。誰知剝開一看,裡面黝黑光亮,上面還有白色的花紋,嘗了後感覺鮮滑爽口,這就是最早發現的皮蛋。(註:這樣的傳說或有幾分可信度,一來是家鴨不會孵蛋,小時候我就看過外婆把受精過的鴨蛋拿去給母雞代孵;而且若將茶葉倒進爐灰時,是有可能連同部分的茶湯也一併倒入,因此爐灰中的成分就會被溶解出來)

草木灰中的碳酸鉀溶於水中時會解離出鉀離子(K+) 和碳酸根離子(CO32),隨後碳酸根離子與水作用產生氫氧根離子(OH),使得溶液呈現鹼性
K2CO3(aq) + H2O(aq) → HCO3(aq) + OH(aq) + 2K+(aq)
鹼性是製作皮蛋最關鍵的要素,由於製作草木灰曠日廢時,現今大多使用食用鹼(純鹼、碳酸鈉) Na2CO3來調製鹼性溶液
Na2CO3(aq) + H2O(aq) → HCO3(aq) + OH(aq) + 2Na+(aq)

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有些皮蛋加工廠為了縮短醃製的時間,會再加入生石灰CaO。其中的化學原理是生石灰先遇水反應生成熟石灰Ca(OH)2,然後熟石灰又與純鹼發生複分解反應,生成氫氧化鈉和碳酸鈣。由於氫氧化鈉屬於強鹼,能完全離解;碳酸根離子CO32的鹼離解常數Kb卻僅有 2.1×10-4,添加石灰因而能縮短製程
Ca(OH)2 + Na2CO3 →  2NaOH + CaCO3

至於為何皮蛋的蛋白會變得Q彈?簡單的說,就是因為在強鹼作用下,蛋白質會產生變性。詳細的機制則是強鹼溶液會使蛋白的 pH 值上升,造成 卵黏蛋白 與 溶菌酶 的複合物不穩定而減少,因此蛋白的黏度降低而呈水狀。隨後當蛋白質達到 等電點 時,由於此時分子之間無斥力存在,因此蛋白質分子之間就容易形成分子間氫鍵,使蛋白質分子彼此凝聚在一起而形成具有彈性的膠狀物。另外,蛋白質在氫氧根離子的作用下,也會分解成多種胺基酸,其中的含硫胺基酸再進一步分解出氨與硫化氫,這種氣味就是為什麼皮蛋在早期會被誤認為是用馬尿浸泡的原因(OS:哪來那麼多馬尿,而且牠們也不會乖乖的去小便斗尿尿)。

接著來聊聊皮蛋中的松花,當蛋白質在氫氧根離子的作用下分解成多種胺基酸時,由於胺基酸有一個鹼性的氨基(-NH2)和一個酸性的羧基(-COOH),所以既能與酸性物質作用,又能與鹼性物質反應。當鹼液中的物質經由蛋殼上的細孔滲入後,就能與這些胺基酸結合生成胺基酸鹽。因為胺基酸鹽不溶於蛋白中,於是就以特定的幾何形狀結晶出來,這些胺基酸鹽的結晶體就是皮蛋裡漂亮的松花。

最後來談無鉛皮蛋,在早期傳統工藝生產的皮蛋中,為了獲得更美麗的松花圖案,會在加工配方中加入了黃丹粉(氧化鉛)。這種含鉛皮蛋往往會在蛋殼上產生黑點,這是因為含硫胺基酸所分解出來的硫化氫,其在鹼性環境中會與鉛反應生成黑色的硫化鉛(PbS)沉澱。業界所稱的「無鉛」,多指使用銅或鋅的化合物來替代使用氧化鉛的傳統工藝。雖然加入硫酸銅可以長出漂亮的松花,不過若使用工業級原料,仍有攝入過量鉛的健康風險。

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