圖片：傳說中的拉普拉斯法式燉雞、DIY滷味箱的熱輻射原理與滷味製作過程中的食物化學。
作者：嚴融怡
筆者在幾年前奧地利的旅行當中曾經看到一家餐館的菜單當中寫了一個傳說，那就是十八世紀的著名物理學家拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)當年在與拉瓦節製作量熱器的過程當中，也曾經自製了一個可以保溫的木箱，並且創制了某種法式燉雞。而那個餐館的其中一道菜則傳承了這道美味。當然這則傳聞純屬穿鑿附會的故事。因為就我過去所讀過的科學故事以及我之後又去詳查拉普拉斯的生平當中倒是從沒有看到這則傳聞。餐館這樣敘述一個經典謠傳應該僅僅是增加品味烹調的樂趣而已。不過以拉普拉斯當時對於熱質說的概念(當時拉普拉斯和拉瓦節與約瑟夫布雷克(Joseph Black)都是熱質說的提倡者)，以及他們所製作出可以測量使一公克水溫上升一度的熱量(也就是一卡)的精確隔熱裝置─量熱器的工藝技術，要製作出隔絕外界而保溫的燜燒箱應該是沒什麼問題的。如果傳說是正確的，那保溫箱應該也僅是當時絕熱實驗的副產品。
圖片：拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)(圖片引自維基共享資源)
圖片：1801年拉瓦節和拉普拉斯所製作出來的量熱器，量熱器的發明也代表著人類開始可以測定熱量和計算物質的比熱，是物理學上熱力學與化學領域熱化學的重要里程碑(圖片引自科學共享網)。
值得注意的是，類似拉普拉斯保溫箱的這類封閉式的箱子，後來在十九世紀後期一直到二十世紀初期曾經出現過較多的應用，我們並不知道這當中是不是都有相關，但是可以知道物理學家們從十八世紀以來便運用了封閉箱子創造過很多的實驗。十九世紀後期，物理學家們熱衷於『黑體輻射』這個現象，由於真正要達到理論上的黑體很難製造，於是最初的實驗設計也很類似拉普拉斯保溫箱的設計，便是使用一些材料(例如金屬)來製造一個封閉的空盒子並在上面設計一個小開孔，然後試圖製作一個熱輻射發射源射入箱中，原則上只要小孔夠小，熱輻射便無法立刻從孔洞中反射出來，之後來自空腔的輻射便近似理論上熱力學平衡態的黑體所發出的電磁輻射。黑體輻射的討論引致的後續效應非常大，因為近代物理一系列的統計熱力學與量子力學的研究有不少便是起源於黑體輻射的討論。馬克斯普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck)於1900年所整理出的普朗克黑體輻射定律(Planck's law, Blackbody radiation law)為後來一系列的量子力學發展提供了重要的基礎。
1901年，Strebel與Luckiesh研究出紫外線殺菌作用力的波長特性。並發現紫外線殺菌作用取決於其波長250nm至270nm 附近波段的殺菌作用最強，並且與菌種無關。1927年Newcomer成功運用紫外線進行懸浮溶液中的傷寒桿菌殺除。Wyckoff則在1932年又進行了以紫外線殺除菸草鑲嵌病毒、芽孢桿菌、枯草桿菌等微生物的最佳波長試驗。在一系列的試驗過程當中，尤其期間還曾適逢西班牙流感疫情的大流行，當時也曾有醫學研究者，將紫外燈設置於類似拉普拉斯保溫箱的封閉盒子當中，以進行器具的有效消毒。不過這個方式必須配合相對濕度的降低。UV燈的強度通常在120W以上才能確保30分鐘內有效消除微生物，也有些人會使用將近兩小時的光照時間；不過如果燈管能量太低，則就算增長消毒照光時間，效力仍然有限。封閉箱可以將光源屏蔽反射於箱中，在照射時也可避免照到人體。因此曾經作為簡易的殺菌裝置。但其實這類箱子，不一定裡面都有金屬薄膜，在一些古早舊照片當中，有些就只是木箱或紙箱而已。
無論如何，拉普拉斯的燜燒箱傳說即便故事的流傳不一定正確，但仍然是一個有趣的起始點。於是筆者便在這樣的思考下重製了這一個燉雞過程，只不過從法式燉煮轉變為中式的滷味，因為關於法式燉雞的佐料有太多秘傳的部分，當時維也納的餐館不願意提供，加上有些香料和佐料可能太貴了，比方說松露醬，1729年，佛羅倫斯已經定義出兩種黑松露:黑孢塊菌(Tuber Melanosporum)與夏塊菌(Tuber Aestivum)，而松露醬隨後更在十八世紀中晚期成為法國料理的重要材料。但松露醬其實還有很多特殊的味覺化學不太容易和學生解釋。因此我便以相似的概念來製作我們傳統的東方好料─滷味。然後拉普拉斯當時應該是使用其他的金屬材料作為內襯(像是維也納看到的那個燉雞木箱裡面似乎是有特殊的合金素材)，但是以適合中小學生的實驗來說，其他金屬內襯都沒有鋁箔紙來得便利與便宜，因此筆者就參考網路上的各類前人DIY隔熱作品改用鋁箔紙了。
首先來製作燜燒箱。這其實只要一個紙箱和內層的鋁箔紙包覆就可以製作出來。熱輻射是熱以電磁波的形式釋放出來，鋁箔屏蔽具有反射電磁波的作用，因此也對於熱輻射具有反射的作用。紙箱內舖鋁箔則可以透過封閉性的熱反射迴路，使得熱輻射可以保留在鋁箔隔層當中反覆作用在湯鍋。因此理論上可以維繫熱度一段時間，有如燜燒鍋一般。燜燒鍋的設計就是將食物加熱後，減少熱的傳播流失，將熱能保留。將剛煮沸的食物放進燜燒鍋裡面，以燜燒鍋良好的隔熱效果可以使鍋內長時間維持高溫，而將食物煮熟並入味。其實網路上還有不少前人以鋁箔包裹紙箱而設計製作的簡易DIY烤箱。因此這就是給小朋友自製燜燒鍋的物理原理了。
圖片：製作滷味的部分佐料。
再來便是滷味製作過程的化學原理了。在滷味燜煮過程主要添加了醬油、五香粉和米酒，這裡可以分別探討。 米酒的酒精含量與發酵時間、發酵溫度有關。發酵時間越長、溫度越高，所產生的酒精含量越多。不同地區所釀造的米酒度數會有差異。但通常米酒的度數不超過20度。米酒具有去腥、去膻與提味的功能，在烹調當中廣泛使用，這是因為它能溶解食材當中臭味來源如三甲胺與醛類等物質，三甲胺常常源自於動植物腐敗分解所產生。其中部分三甲胺來源於膽鹼與肉鹼等。醛類則常來自於酸敗和水解的產物。受熱後這些物質則可隨米酒中的多種揮發性成分逸出，因此能除去食物中的異味。米酒還能與肉類中的脂肪酸以及其他的有機酸（這也是有些滷汁會擺入烏醋的原因之一）產生酯化反應，生成芳香物質，酒精作為有機溶劑還可以將一些原本不溶於水的香味物質給萃取出來。同時，酒精表面張力較低，可以有助於鹽份滲透食材的速度，並在烹煮過程中減少水分流失，使食材容易入味與保持鮮嫩。因此米酒具有特別的調味功能。
五香粉的基本成份是磨成粉末的花椒、八角、小茴香、桂皮、和丁香。有些配方當中還有乾黃薑、胡椒、豆蔻、甘草、陳皮等，主要是運用這些植物次級代謝產物中的萜類芳香物質與食物本身的氣味相互結合形成複合的香氣。
圖片：滷味箱放入，這整個箱子裡面必須做好鋁箔的密封包覆以避免熱量散失。鍋子底下記得擺上一個隔熱的木板。鋁箔在箱子當中可以反射熱量，然後在鋁箔外層的紙箱不是熱的良好傳導物質。因此也可以阻隔外界的冷風。
鮮味是味蕾在酸甜苦鹹之外的第五味覺，鮮味的主要來源是穀氨酸鹽，長時間熬煮的高湯能夠讓食物中（尤其是肉類或動物性蛋白以及部分菌類蛋白）能夠釋放氨基酸，因此有助於鮮味的產出。醬油與魚露、醃肉等發酵製品在製造過程當中能夠萃取出鮮味。因此滷味當中擺放醬油便是希望添加鮮味給食材。香菇本身就含有較高的穀氨酸鹽，因此也是滷味可以加入的素材。東方人愛用香菇調味與西方人愛用蕃茄調味有相似之處，只是蕃茄本身的穀氨酸鹽並不多，過去有文獻認為蕃茄所提供的鮮味來源可能來自糖類和穀氨酸鹽的混合滋味。
圖片：把滷味箱封閉好便可以燜燒製作滷味了。
實驗結果最後是滿成功的。滷味很好吃，香味和味道都還不錯。而且熱力可以維持一整個上午沒有問題。當然，下次如果有機會，也許學生還能夠繼續做一些小突破，製作拉普拉斯真正的一生大作─量熱器之類的東西。
延伸閱讀：
1.野外烤肉懶人法「紙箱烤雞」 宅男也能輕鬆變身露營高手！
https://boba.ettoday.net/video/231/358/80087
2.超懶人烤肉法大公開！用紙箱來烤雞？！【LIS實驗室】
https://www.youtube.com/watch?v=tsuS5XwWeeA
3.室溫波動型熱傳導現象的發現 ─科技大觀園
https://scitechvista.nat.gov.tw/c/sWt8.htm
4.熱力群英傳：熱原本被認為是「無質量粒子所組成的流體」？ ─關鍵評論
5.黑體輻射的直觀理解 ─科學月刊
http://scimonth.blogspot.com/2016/03/blog-post_69.html
6.紫外線--紫外線的歷史和演進
http://blog.udn.com/t0325350/1333253
7.沈君山解說黑體輻射（一） ─CASE報科學
https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=32928
8.黑體輻射 ─維基百科
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BB%91%E4%BD%93%E8%BE%90%E5%B0%84
9.普朗克黑體輻射定律 ─維基百科
10.紫外線消毒 ─社團法人台灣感染管制學會
https://nics.org.tw/talk-detail.php?id=1093
11.【自然系列-物理 | 熱學02】 (熱質說與熱動說)瑪麗安的熱學生死戀【part1】
https://www.youtube.com/watch?v=M3eAuLFC4Qw
12.【自然系列-物理 | 熱學02】(熱質說與熱動說)瑪麗安的熱學生死戀 【part2】
https://www.youtube.com/watch?v=M55tumIBoKE
13.Pierre-Simon Laplace -wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Pierre-Simon_Laplace
14. Effects of Ultraviolet Irradiation on Large Populations of Certain Water-Borne Bacteria in Motion I. The Development of Adequate Agitation to Provide an Effective Exposure Period
https://europepmc.org/backend/ptpmcrender.fcgi?accid=PMC1056998&blobtype=pdf
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