從零開始的起司鍊成之旅

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

近年來，一股健身風氣吹進了台灣，讓蛋白補充品的市場更加蓬勃發展。定睛一看，除了多了很多阿壯與翹臀妹以外，各大量販、電商、超市與代購也出現了琳瑯滿目、口味多變的乳清蛋白產品。

產品口味從早期的草莓、巧克力與香草三大天王，到現在相當風潮的抹茶、奶茶、摩卡、香蕉、芒果、起司蛋糕與優格等；產品形式也從單純的沖泡粉，出現了零食棒、點心塔等烘焙產品。讓下班還要衝健身房打卡的網紅們，有了更便利快速補充營養的選擇。

乳清蛋白珍貴的原因是甚麼？

乳清原料主要來自於起司工廠的副產物。不過在台灣，酪農生產以供應鮮乳為主，並無大量生產起司的工廠，因此台灣品牌如戰神、All in 和 Sparkprotein 等，雖然產地在台灣，使用的乳清蛋白還是需向國外購買，再運至台灣調配，因此關於乳清蛋白的製造流程，台灣能提供的資料較少。這樣物以稀為貴，進口還要加上關稅，讓乳清蛋白在台灣價格不是那麼美麗，也讓人萌生直接吃肉不就好了的想法。要補充蛋白質，除了乳清蛋白外，當然也有蛋粉、大豆蛋白、碗豆蛋白及麻蛋白等商品供選擇，還有便利商店就買的到的即食雞胸肉、蛋等。

不過除了補充蛋白質之外，乳清蛋白還有些其他的效果讓人難以捨棄。Bear 等人在 2011 年發表的研究顯示，每天補充兩份乳清蛋白（共計 56 公克蛋白質），就算只是每天做個深呼吸運動，也比吃具有相同蛋白質含量的大豆蛋白、或相同熱量的麥芽糊精，更有降體脂的作用並；乳清蛋白在其他研究中，也出現配合其他條件能即時提升肌肉質量，或調節血糖、改善第二型糖尿病的效果 (Frid et al, 2005；Mortensen et al, 2012)。

其實，乳清蛋白一開始是各大起司工廠的燙手山芋、會造成環境汙染的廢棄物。到底後來又經過了哪些處理過程，讓乳清蛋白翻身，成為現在的廣告裡，所謂「牛奶中最珍貴的成分」，一家賣得比一家貴呢？

從廢棄物變身為商品

回過來從頭講起，牛奶中的蛋白主要分為酪蛋白與乳清蛋白，各佔 80% 和 20%。在起司加工的過程，隨著酸或凝乳酶加入，酪蛋白會凝結成塊，並排出大量的淡黃色液體，也就是乳清。乳清中有 93% 是水，若直接加熱乾燥，耗能耗時，且蛋白含量僅佔乳清乾重的 13%，早期多直接廢棄或作為飼料。

另外，也因為營養價值與水分含量高，容易受微生物汙染腐敗，發酵產生乳酸，破壞乳清營養價值並產生異味。如果直接排放也會造成河川優養化等問題，所以從 1950 年代開始，隨著大型起司工廠設立，乳清蛋白的去處變成急待解決的難題。

但後來，透過應用膜過濾技術，不但解決了廢棄物處理問題，也加速了乳清蛋白的各式產品誕生。不管是正在喝，還是開始要選購乳清蛋白的人一定會注意到，除了口味之外，乳清蛋白的品項相當多樣，還會再細分成濃縮乳清蛋白（whey protein concentration）、分離乳清蛋白（whey protein isolate）還有水解乳清蛋白（whey protein hydrolysate），以及近期大廠還推出源型乳清蛋白（未變性乳清蛋白）^註1。

而這些產品之間始終存在一股微妙的價差，蛋白質含量也有些不同，此外還會混合多種來源的蛋白改變組成，這些也讓購買乳清蛋白變得難單純以蛋白純度做購買單價的考量。

這麼多種多樣的乳清蛋白產品，其實差別的祕密都藏在工廠裡。乳清蛋白只是個統稱，除了營養與口味等因素外，最主要差別在於各家工廠都有自己生產乳清蛋白的小撇步。而乳清的副產品也不只有乳清蛋白而已，還有乳糖和其他具生理活性的特殊成分，它們也因為作為配方食品、保健食品、護膚產品和牙膏的原料而漸漸受到重視。廠商調整產品線到最適化的生產方式後，就演變成現在市面上百家爭鳴，各有特色的乳清蛋白產品。

乳清蛋白的主要來源與組成

要了解工廠生產的流程如何影響最終產品，就要從乳清蛋白的成份說起。

乳清蛋白主要分成 β-乳球蛋白（β-lactoglobulin）、α-乳白蛋白（α-Lactalbumin）、血清白蛋白（serum albumin）、免疫球蛋白（immunoglobulins），與一些次要蛋白質，如：乳鐵蛋白（lactoferrin）、糖巨肽，及多種生物活性胜肽與生長因子等。每種蛋白質的胺基酸組成不同，具有各自的營養保健功能。市面上販售的乳清蛋白的蛋白組成比例會依照加工方式有所變動最多以有五種蛋白質為主，其餘的蛋白質皆屬微量存在，近年也有研究希望能將乳清中各種蛋白各別分離，做出供特殊用途之產品。

不過本文中介紹這些蛋白質重點不在討論營養價值，而是其物理化學特性上的差異，這是將蛋白質從乳清中分離的基礎。隨胺基酸組成與數量不同，分子大小會有不同，當分子量達兩倍差異時，即使是非專一性的膜過濾也可以達到分離效果。此外不同蛋白的立體結構、表面疏水特性及對熱的穩定度不同，商業上也會利用加熱讓蛋白質結構展開變性，或改變疏水性，或用酵素水解蛋白，以達到分離目的。

乳清中常見蛋白之物化特性

（資料來源：Goodall et al, 2008）

胺基酸帶有的官能基會讓分子表面同時帶有正電荷與負電荷，而在適當 pH值下，蛋白質表面電荷處於電中性狀態則稱為等電點（isoelectric point, PI）。環境中的 pH 值大於蛋白質 PI 值時，蛋白質帶負電，相反狀態時則帶正電。因此當蛋白質的 PI 不同時，可藉由調整乳清酸鹼度，讓蛋白質攜帶不同電荷而達到分離效果。

簡單來說，製程中改變酸鹼值、酵素與熱處理等因素，皆會影響最終乳清蛋白產品的溶解性、起泡性、凝膠溫度與風味。基本的物化特性會影響加工中分離與純化出的各式乳清蛋白的量，而相對應的改變商品組成，並造成不同的沖泡、飲用品質與吸收效率。

不同分離技術的排列組合，是製作乳清商品的機密

市面上最常見的兩種乳清蛋白產品，濃縮乳清蛋白與分離乳清蛋白，兩者最明顯的差異在於蛋白質含量：濃縮乳清蛋白的蛋白質含量範圍在 35-80%，尚含有乳糖、脂肪與灰分；分離乳清蛋白的蛋白質含量在 90%以上。要達到分離乳清蛋白的蛋白質純度，除了基本的超過濾以外，還要利用前面介紹的蛋白質特性，使用離子交換或微過濾技術來去除非蛋白成分。

上圖簡單表示了商業上常用的分離蛋白技術，詳細的排列順序則會依照機器廠牌與生產的產品而有所變動。

使用超濾膜與透析過濾製成的濃縮乳清蛋白

首先，濃縮乳清蛋白的生產是由超濾膜過濾（Ultrafiltration, UF）^註2開始的。首次過濾後 100kg 的乳清約可得到 17kg 的濃縮液（滲餘物）與 83kg 的滲透液。這些濃縮液保有原來乳清中大於 99% 的蛋白質、幾乎全部的脂肪、與約一半的乳糖、灰分（可視為無機鹽類）和非蛋白質含氮化合物。

因此經過超濾膜過濾處理提升固形物含量，乾燥後可得到蛋白質含量約 35% 的乳清蛋白，伴隨著 47% 乳糖，8%灰分與 2% 脂肪。而過濾過程中的流量與預處理如加水、濃縮與加熱等，也會影響整體組成與滲餘物含量。隨著增加濃縮次數與加水透析過濾，可再進一步去除部分乳糖與礦物質，得到整體蛋白質含量達 80%、脂肪含量 7%、乳糖含量 4% 與灰分含量 3.1% 之濃縮乳清蛋白產品。而為了達到良好的經濟效益，濃縮液最好濃縮到固形物含量在 25% 左右，搭配後續的蒸發濃縮或逆滲透濃縮與噴霧乾燥技術，即可製成常見的濃縮乳清蛋白。

製造分離乳清蛋白最常用的方法：離子交換法與錯流微濾膜過濾法

而要達到更高濃度的蛋白質比例，前面的辦法就不夠用囉。商業上製造乳清分離蛋白，最常見則是以離子交換法（Ion-Exchange Chromatography, IEC）或錯流微濾膜過濾法（Cross Flow Microfiltration, CFM）。

隨著 1980 年引進 IEC 離子交換樹脂技術，加酸讓大部分乳清中主要蛋白攜帶正電荷（pH值低於PI），會吸附在帶負電的樹脂上，將多餘的乳糖與其他非蛋白質成分洗脫後，再加鹼使溶液 pH 值升高，讓蛋白質脫離樹脂，此步驟幾乎可以去除全部的乳糖與脂肪，再搭配超濾與透析過濾去除水分與礦物質。乾燥後可得到 95%蛋白質含量的乳清蛋白，分離純化的效果非常不錯。然而此方法會搭配熱與酸以達到較佳的分離效率，因此收集到的多為變性蛋白。

CFM 則是利用微濾膜過濾方式將脂肪、變性蛋白與不溶顆粒與細菌從乳清中去除，因專一性低，分離後的蛋白質含量較 IEC 稍低，約為90%。但是相對的，由於不需要加熱或額外添加化學藥劑調整酸鹼值，被認為可以保留較好的蛋白質生物活性與風味。特別是像是糖巨肽這類的蛋白質，因 PI 值較低，在傳統離子交換法中會直接被去除，而許多研究顯示其能刺激一種控制食慾的腸胃荷爾蒙「cholecystokinin」的分泌，此賀爾蒙除了能進一步降低食慾除外，也有抑菌以達到免疫調節功能，但在陽離子交換製成的分離乳清蛋白中幾乎不被保留。

製造成本上來說，由於 CMF 有體積依賴性，生產成本與處理溶液的體積成正比，而離子交換法主要依賴多少蛋白質吸附於樹脂上，而在未濃縮處理的乳清中蛋白質含量只有0.6%，因此相較起來，離子交換法生產成本較低，許多廠商依然對此種生產方式仍具有相當的信心，並持續投入 IEC 的改良研發。

更多新技術新品項持續出現中……

隨著技術的進步，有越來越多的新方法也開始被應用於乳清蛋白的製程中。如冷連續式陰離子交換樹脂層析因不用熱與酸處理，可以保留較多的糖巨肽與其他蛋白的生物活性，所以有些廠商會特別強調此種方法得到的為富含糖巨肽之分離乳清蛋白。此外還有「源型乳清」直接使用脫脂奶製造，強調冷過濾製程；甚至是含有專一性酵素水解讓身體更好吸收的水解乳清蛋白產品等。這些新的技術與介紹，都可以漸漸在國外各大乳清蛋白的品牌中出現。

身為消費者，當然樂見更多好商品的誕生。不管是有專業健身需求，作為運動前預防補給或是運動後即時補充，可選擇純度高的分離乳清蛋白、或是保留較多機能性成分的乳清蛋白。想要好吸收、以及避免對部分蛋白過敏的人，可以選擇水解乳清蛋白。只是想維持正常體位，而食用乳清蛋白增加蛋白質攝取量、與提升飽足感，可以購買較為便宜的濃縮蛋白等。不過乳清蛋白始終是補充品，可不能完全取代正餐中的豆魚肉蛋類。而身為食品人，透過這個典型的廢棄物變黃金的故事，持續探索，也許下個挖到寶的就是你。

註解

1. 「乳清」這個詞除了是起司製作時排出可溶性物質的代稱，近年來也代表了牛奶中酪蛋白膠微粒（casein micelles）以外的物質。這兩種不同的原料會因為菌酛（mother starter）本身的蛋白質，細菌代謝產物與凝乳酶作用於酪蛋白的產物，如糖巨肽等，而造成最後商品的成份有差異。使用牛奶直接製成乳清蛋白也可以減少蛋白質受熱，或是避免因過酸等因素而變性，因此在商業上也會將直接用牛奶加工製成的乳清蛋白另稱為源型乳清蛋白。
2. 膜分離技術是指在分子水平上，不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時，實現選擇性分離的技術，半透膜又稱分離膜或濾膜，膜壁布滿小孔，根據孔徑大小可以分為：微濾膜（Microfiltration, MF）、超濾膜（Ultrafiltration, UF）、納濾膜及反滲透膜等。MF 膜可用來阻擋粒徑在 0.05 ~ 10 微米間的粒子，通常操作壓力在 0.5 ~ 2 大氣壓就可獲得有效濾速，讓溶解蛋白質通過，可濾除細菌。UF 膜則用來分離粒徑較小的巨分子或所謂的膠體（colloids），其膜孔大約在 5 ~ 100 奈米，因可去除較大的有機分子，常以能阻擋粒子的分子量來表示其分離能力。超過濾膜通常可攔截分子量約在 0.5 ~ 50 萬之間的分子，施加的操作壓力則在 1 ~ 10 大氣壓之間，大部分可溶性蛋白質無法濾出。除了膜孔徑大小，膜表面的化學性質等也分別有不同的截流作用。

參考資料

• 羅英琪, 陳奕鳴, 王國慧, & 黃啟彰. (2015). 運動營養補充品乳清蛋白之多樣生物活性探討. 運動教練科學, (37), 105-121.
• Baer, D. J., Stote, K. S., Paul, D. R., Harris, G. K., Rumpler, W. V., & Clevidence, B. A. (2011). Whey protein but not soy protein supplementation alters body weight and composition in free-living overweight and obese adults. The Journal of nutrition, 141(8), 1489-1494.
• Brody, E. P. (2000). Biological activities of bovine glycomacropeptide. British Journal of Nutrition, 84(S1), 39-46.
• Deeth, H. C., & Bansal, N. (Eds.). (2018). Whey Proteins: From Milk to Medicine. Academic Press.
• Goodall, S., Grandison, A. S., Jauregi, P. J., & Price, J. (2008). Selective separation of the major whey proteins using ion exchange membranes. Journal of dairy science, 91(1), 1-10.
• Huffman, L. M., & Harper, W. J. (1999). Maximizing the value of milk through separation technologies. Journal of dairy science, 82(10), 2238-2244.
• WHEY PROCESSING
• MEMBRANE SEPARATIONS

乳汁，一種專門演化出來給我們吃的食物

我們可以確實說，乳汁是唯一一種專門演化出來給我們吃的食物。我們把這個演化的禮物和其他生物共享，製成了起司。製造起司時，乳汁中的一小部分能量給了那些生物，它們慷慨回報無窮的好味道。乳腺，以及有時從乳腺分泌而出的乳汁，對哺乳類所有新生兒的生存都無比重要，真不知道哺乳類的祖先在還沒有乳汁時是怎樣活下去的。我們對於任何適應，都可以提這個問題。

達爾文在《物種原始》中堅稱，天擇造成的演化是一種漸進的過程，大自然不會突然跳一大步，而是踩著小碎步，經過長久的時間，才造成顯著的變化。他認為漸變論是天擇演化的基礎，讓這個理論能夠接受測試，並且寫道：

「如果有任何複雜的器官不是經由許多複雜、連續且細微的改變而造就的，那麼我的理論就完全失敗了。」

生物學家米瓦特（St. George Mivart）一直抓著這個句子攻擊達爾文的理論（他的名字是聖喬治，和傳說中的屠龍英雄一模一樣，或許因為這樣，覺得自己要有一樣的精神），指出古老祖先最早的乳腺應該還沒有發育完全，對於新生小動物來說根本沒有絲毫用處。他說：

「有某個動物年幼的時候能夠活下來，是因為偶然間吸取了母親皮膚上偶然出現的腫大腺體所分泌的一滴液體，其中的營養成分還少得可憐，這種說法可信嗎？」

好一個有著既定觀點的問題。

從汗腺演化而來的乳腺，比哺乳類更早出現

米瓦特年輕的時候支持達爾文的理論，但是在成為演化學家的過程中，由於本身在宗教上的信仰，他抗拒天擇的普遍性，也反對完全不含有上帝設計或指導的這個演化理論。

一八七二年，達爾文在進行《物種原始》第六版（也是最後一版）的修改工作時，發現需要撰寫一章全新的內容，才能夠回答米瓦特的各種批評。

在這一章中，達爾文寫道：「所有哺乳類動物皆具備乳腺，其存在無庸置疑，且必在遙遠古時便已出現……」達爾文繼續說道，米瓦特質疑原始的乳腺對於後代的用處，這個問題其實並不恰當，因為當時已經知道，鴨嘴獸有類似的器官，年幼的鴨嘴獸會直接從母獸皮膚上的腺體吸取乳汁，皮膚上並沒有乳頭，鴨嘴獸幼兒不太可能出現米瓦特所說的那種問題。

鴨嘴獸是卵生的哺乳動物，這類動物稱為「單孔類」，人們認為牠們類似早期的哺乳動物。只有澳洲才有野生的鴨嘴獸，牠們在夜間活動，白天躲在地道深處。在一八七二年的時候，鴨嘴獸能夠生蛋這件事情，還只是沒有經過確認的謠言。

如果當時達爾文就知道鴨嘴獸除了有原始的乳腺之外，還會生蛋，那麼他應該可以更用力強調這種動物是演化史上的孑遺生物，是哺乳動物產卵的祖先和後來具備完整乳頭的哺乳動物之間的過渡期。

就和達爾文當年的推測一樣，製造乳汁的腺體在結構上類似於皮膚上的汗腺，乳腺幾乎可以確定是由汗腺演化而來、具有特殊功能的腺體。他也正確推論出泌乳的古老起源。

現在的遺傳學與生物化學證據指出，最早的哺乳動物大約在二億年前出現。包括鴨嘴獸在內，會分泌乳汁的動物全部具備了一群相同的基因，製造出基本成分相同的乳汁，這便是證據。所有的哺乳動物都得起源於一個共同祖先，這個祖先當時便有了完整的泌乳機制，才會出現後來這樣的狀況。

由於泌乳機制本身很複雜，需要時間才能演化出來，因此起源的時間必定早於二億年前。這聽起來很矛盾，但是蛋比飛鳥更早出現，乳腺和乳汁也比哺乳動物更早出現。

乳糖的優勢：避免細菌及酵母菌感染乳腺

乳汁是一種特殊的液體，有兩種相輔相成的功能：

提供營養，以及提供保護。

營養來自於乳汁中的蛋白質、脂肪、糖類（乳糖）、鈣質與其他礦物質。保護來自於乳汁中的抗體，以及其他具備抗菌功能的酵素，這些成分在初乳中特別豐富。初乳是剛出生哺乳動物最早吸到的乳汁，其中也含有母親的免疫細胞。

乳汁中含有的碳水化合物，全都是罕見的糖類：乳糖，而不是所有細胞都能夠共通使用的葡萄糖。這種情況很少見，值得注意。哺乳動物為什麼要提供這種需要消化之後才能利用的碳水化合物給幼兒？如果乳汁中含有的是即刻便能利用的高能葡萄糖，對幼兒不是更好嗎？答案可能在於乳糖的獨特性質，具備了葡萄糖所缺乏的優勢。世界上到處都充滿想要大吃葡萄糖的細菌和酵母菌，只有幾種細菌能夠利用乳糖。

想想看細菌或酵母菌感染了乳腺之後，會對母親和幼兒造成什麼樣的災難？

釀酒者利用了酵母菌無法讓乳糖發酵的特性，在啤酒中加入乳糖以增加甜味，製造出來的啤酒稱為牛乳司陶特（milk stout）。如果加的是葡萄糖或是蔗糖，酵母菌會把這些糖類轉換成酒精。

乳糖酵素與乳糖不耐症，都是對偶基因在作怪

如果要用特殊的糖類餵養幼兒，會產生一個問題：幼兒需要特殊的酵素分解乳糖，之後才能加以利用。哺乳類的幼兒能夠製造乳糖酶來解決這個問題。當幼兒長大斷奶之後，乳糖酶便愈來愈少，最後身體不再製造這種酵素，因為沒有需要了。成年動物吃的食物中沒有乳糖。所以，哺乳類在小時候把乳汁中的乳糖當作能量來源，成年後卻通常無法消化乳糖。

人類成年後往往也無法消化乳糖。

如果你有乳糖不耐的狀況，又吃了沒有經過發酵的新鮮乳汁，那麼可能會腹瀉、肚子疼，因為腸胃道的細菌會大吃這些乳糖，讓你的肚子漲氣。如果你能夠耐受乳糖，是因為你身上有一種對偶基因，讓你在成年後依然持續產生乳糖酶。這類突變的出現與散播，與個人的家族歷史有關。

摘錄自《與達爾文共進晚餐》，2018 年 10 月，天下文化出版