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喔你的甜蜜,刺痛了我的心!從甘精看甜味劑發展史

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

撰文/陳衍達 │ 自由寫手

今年(2017)九月,環保署公告了 13 種食安疑慮物質為毒化物。其中大部分物質都曾爆發過違法添加的新聞,如孔雀綠皂黃等時不時出現在媒體報導上,惡名昭彰的三聚氰胺順丁烯二酸更曾攻陷少則一週大至一個月的新聞版面。

不過今天,我們要來介紹一個較鮮為人知、卻赫然名列其中的毒化物 –– 對位乙氧基苯脲,又俗稱為甘精或甘素。和其他同屬甜味劑家族的成員們如阿斯巴甜比起來,甘精算是很早就被發現的物質,也曾經受歡迎過,但問世沒多久就因為毒性疑慮被打入冷宮,算是命運較為坎坷的甜味劑。

甜味劑指的是添加在食品中、賦予食品甜味的物質。圖/jackmac45@pixabay CC0 Creative Commons

什麼是甜味劑呢?它的定義是添加在食品中、賦予食品甜味的物質,舉例來說,甘蔗本身有甜味,所以不算是甜味劑,但從甘蔗榨出的汁液中純化出來的黑糖或砂糖,如果添在其他料理或是食品中,就算是甜味劑。

人類追求千年的那一味:甜!

【一磅的糖等於兩盎司的人肉】約一萬年前,新幾內亞島開始種植甘蔗,而後傳至亞洲大陸,再經印度人、波斯人及阿拉伯人傳至歐洲。地理大發現時,航海家發現美洲氣候適合栽種甘蔗,建立起殖民地並引進甘蔗。除了壓榨當地勞力,更從非洲運來大量黑奴,數百萬人死在不人道的勞動環境或是企圖逃跑的路上。後來在歐洲抵制血汗糖業的運動中,便有一句宣傳詞如下:「一磅(約 454 公克)的糖等於兩盎司(約 57 公克)的人肉。」[1]

自古以來,甜味對大多數人來說是美好的味道,從西元前就有人類使用甘蔗和蜂蜜的紀錄,而在「馴化」水果的時候,也常以提升甜味為培育目標。在近代化學以前,人們對甜味的渴望大多只能從大自然中獲取,但到了羅馬帝國,史上第一個人造的甜味劑 –– 醋酸鉛登場了!

依據羅馬元老與史學家 Cato the Elder(拉丁文:Cato major)編寫的《論農業 De re rustica》記載,人們會將葡萄汁倒進鉛製的槽中加以烹煮調味,即是利用鉛會和醋酸反應的特性,從槽體中溶出產生具甜味的醋酸鉛[2],這樣一來,一方面降低了葡萄汁的酸度,另一方面提升甜度。不過因為鉛會對人體的造成健康危害,所以現在這種作法已被許多國家禁用。

生於憂患,各種甜味劑的誕生

十九世紀初,拿破崙在歐洲各地戰場上馳騁,戰爭帶來的物資短缺讓君主們不得不尋找蔗糖、甜菜以外的甜味來源,在這種氛圍下,法國化學家 J. L. Proust 和俄羅斯化學家 G. S. C. Kirchoff 分別透過萃取葡萄汁以及水解澱粉獲得葡萄糖[3]

像這類透過萃取天然物或是由天然物水解而成的甜味劑便稱為天然甜味劑,許多點心、飲料會使用的玉米糖漿也屬於此類,這些廉價且不需花時間種植的替代品,在戰爭期間變得更加不可或缺,可說是一種生於憂患的食品添加物。然而,天然甜味劑的結構基本都是碳水化合物,隨著使用量增加,糖尿病和肥胖開始變成大家關注的議題。因應這個趨勢,市場上出現了低卡甚至無熱量的人造甜味劑(人工甘味劑)。

source:Clay Junell

人造甜味劑中打頭陣的是糖精(saccharin),1878 年美國化學家 C. Fahlberg 在做完研究煤溚的實驗忘記洗手就去吃飯,意外發現了糖精[4]。糖精是化工產品,據說吃下去之後除了有蔗糖的 300~400 倍甜度以外,最後還會有一點金屬味,但因為可以大量生產,即使在一戰之前就已經發現有健康疑慮了,仍在戰爭中被大量運用,直到現在仍被允許少量添加在某些食品上[5]

不久之後,我們的主角甘精(dulcin)也在 1884 年問世了,它的甜度沒有糖精那麼暴力,不過也比蔗糖甜了 250 倍,而且少了糖精的金屬味。甘精的化學結構是尿素的一個「氫」被「苯」取代,苯接著尿素的位點對面再接上一個「乙氧基」,所以又被稱為對位乙氧基苯脲。雖然整體上性能較糖精優良,但因為晚了點出生,所以沒像糖精那樣對社會造成那麼大的衝擊。

甘精的化學結構如圖,尿素的一個「氫」被「苯」取代,位點對面再接上一個「乙氧基」。圖 from wikimedia BY CC0 Public Domain

二戰之後,糖精和甘精先後在動物實驗中發現分別對膀胱和肝有致癌性,雖然之後兩者皆被國際癌症研究署(IARC)歸為「對人體致癌性沒有充分證據」的第三類致癌物,多數國家仍然嚴格規範期使用範圍及用量。IARC 的分類之後,糖精慢慢重新被大家接受,但甘精因為在日本發生了幾起食用過量造成的中毒甚至死亡案例,被日本政府禁用。

看懂法規與劑量計算

回到臺灣的法規,衛福部公布可添加於食品中的甜味劑有 25 項,有其限定使用範圍及限量,且為正面表列,意即除了公告物質以外,其餘甜味劑皆不得使用於食品上。這些物質包括我們耳熟能詳的阿斯巴甜、D-木糖醇,還有剛剛提到的糖精與它的鈉鹽(糖精鈉鹽),以及較常因為超標而見報的環己基(代)磺醯胺酸鹽。後面這兩種物質和甘精同屬 IARC 分類的第三類致癌物,其使用範圍限於瓜子、蜜餞、梅粉、碳酸飲料、代糖錠劑等產品(像是曾有人將環己基(代)磺醯胺酸鹽加在水果上就不行喔),且各種用途有不同的允許使用量。

最後帶大家來看一個簡單的例題:以食藥署在 2015 年發布的一份「市售八仙果監測」不合格清單為例(編按:下載後請更改副檔名為 .doc 即可開啟),糖精的使用限量為每公斤產品不得使用超過 2 公克(2g/kg),環己基(代)磺醯胺酸鹽的則為 1 g/kg。

在計算是否超標時,需先將測得知兩種物質濃度「分別」除以各自的標準值後相加。以此清單的編號 2 來看,雖然其糖精濃度 0.97 g/kg,環己基(代)磺醯胺酸鹽濃度 0.84 g/kg,都沒有超出各自的標準,但綜合的指標 0.97/2 + 0.84/1 = 1.325,仍然超標,不能於市面上販賣喔!

編按:甘精現已依毒性化學物質列管為第四類毒化物,無論製造、輸入、使用、販賣等,都需申請核可才可以運作,而且必須定期申報運作情形,透過上述核可及申報制度,可以瞭解其流向,此外,需在容器包裝上標示「禁止用於食品」,以降低物流用的可能。

參考資料:

  1. 國家地理雜誌-Sugar Love(a not so sweet story)
  2. Acta theologica. Supplementum.-Lead Poisining in Ancient Rome
  3. 《Crop Production: Evolution, History, and Technology》
  4. Mental Floss-The Sweet and Not-So-Sweet History of Saccharin
  5. 食品添加物使用範圍及限量暨規格標準
  6. 食品衛生学雑誌-ズルチンによる食中毒事件

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關於作者

行政院環境保護署毒物及化學物質局

行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。

網站:https://www.tcsb.gov.tw/