有毒是食物的原罪，還是你眼睛業障重？——「PanSci TALK：食品充滿致癌物？」

本文與 高柏科技 合作，泛科學企劃執行。

當我們談論能擊敗輝達（NVIDIA）、Google、微軟，甚至是 Meta 的存在，究竟是什麼？答案或許並非更強大的 AI，也不是更高速的晶片，而是你看不見、卻能瞬間讓伺服器崩潰的「熱」。

 2024 年底至 2025 年初，搭載 Blackwell 晶片的輝達伺服器接連遭遇過熱危機，傳聞 Meta、Google、微軟的訂單也因此受到影響。儘管輝達已經透過調整機櫃設計來解決問題，但這場「科技 vs. 熱」的對決，才剛剛開始。 

不僅僅是輝達，微軟甚至嘗試將伺服器完全埋入海水中，希望藉由洋流降溫；而更激進的做法，則是直接將伺服器浸泡在冷卻液中，來一場「浸沒式冷卻」的實驗。

但這些方法真的有效嗎？安全嗎？從大型數據中心到你手上的手機，散熱已經成為科技業最棘手的難題。本文將帶各位跟著全球散熱專家 高柏科技，一同看看如何用科學破解這場高溫危機！

運算=發熱？為何電腦必然會發熱？

這並非新問題，1961年物理學家蘭道爾在任職於IBM時，就提出了「蘭道爾原理」（Landauer Principle），他根據熱力學提出，當進行計算或訊息處理時，即便是理論上最有效率的電腦，還是會產生某些形式的能量損耗。因為在計算時只要有訊息流失，系統的熵就會上升，而隨著熵的增加，也會產生熱能。

換句話說，當計算是不可逆的時候，就像產品無法回收再利用，而是進到垃圾場燒掉一樣，會產生許多廢熱。

要解決問題，得用科學方法。在一個系統中，我們通常以「熱設計功耗」（TDP，Thermal Design Power）來衡量電子元件在正常運行條件下產生的熱量。一般來說，TDP 指的是一個處理器或晶片運作時可能會產生的最大熱量，通常以瓦特（W）為單位。也就是說，TDP 應該作為這個系統散熱的最低標準。每個廠商都會公布自家產品的 TDP，例如AMD的CPU 9950X，TDP是170W，GeForce RTX 5090則高達575W，伺服器用的晶片，則可能動輒千瓦以上。

散熱不僅是AI伺服器的問題，電動車、儲能設備、甚至低軌衛星，都需要高效散熱技術，這正是高柏科技的專長。

「導熱介面材料（TIM）」：提升散熱效率的關鍵角色

在電腦世界裡，散熱的關鍵就是把熱量「交給」導熱效率高的材料，而這個角色通常是金屬散熱片。但散熱並不是簡單地把金屬片貼在晶片上就能搞定。

現實中，晶片表面和散熱片之間並不會完美貼合，表面多少會有細微間隙，而這些縫隙如果藏了空氣，就會變成「隔熱層」，阻礙熱傳導。

為了解決這個問題，需要一種關鍵材料，導熱介面材料（TIM，Thermal Interface Material）。它的任務就是填補這些縫隙，讓熱可以更加順暢傳遞出去。可以把TIM想像成散熱高速公路的「匝道」，即使主線有再多車道，如果匝道堵住了，車流還是無法順利進入高速公路。同樣地，如果 TIM 的導熱效果不好，熱量就會卡在晶片與散熱片之間，導致散熱效率下降。

那麼，要怎麼提升 TIM 的效能呢？很直覺的做法是增加導熱金屬粉的比例。目前最常見且穩定的選擇是氧化鋅或氧化鋁，若要更高效的散熱材料，則有氮化鋁、六方氮化硼、立方氮化硼等更高級的選項。

典型的 TIM 是由兩個成分組成：高導熱粉末（如金屬或陶瓷粉末）與聚合物基質。大部分散熱膏的特點是流動性好，盡可能地貼合表面、填補縫隙。但也因為太「軟」了，受熱受力後容易向外「溢流」。或是造成基質和熱源過分接觸，高分子在高溫下發生熱裂解。這也是為什麼有些導熱膏使用一段時間後，會出現乾裂或表面變硬。

為了解決這個問題，高柏科技推出了凝膠狀的「導熱凝膠」，說是凝膠，但感覺起來更像黏土。保留了可塑性、但更有彈性、更像固體。因此不容易被擠壓成超薄，比較不會熱裂解、壽命也比較長。

OK，到這裡，「匝道」的問題解決了，接下來的問題是：這條散熱高速公路該怎麼設計？你會選擇氣冷、水冷，還是更先進的浸沒式散熱呢？

液冷與 3D VC 散熱技術：未來高效散熱方案解析

傳統的散熱方式是透過風扇帶動空氣經過散熱片來移除熱量，也就是所謂的「氣冷」。但單純的氣冷已經達到散熱效率的極限，因此現在的散熱技術有兩大發展方向。

其中一個方向是液冷，熱量在經過 TIM 後進入水冷頭，水冷頭內的不斷流動的液體能迅速帶走熱量。這種散熱方式效率好，且增加的體積不大。唯一需要注意的是，萬一元件損壞，可能會因為漏液而損害其他元件，且系統的成本較高。如果你對成本有顧慮，可以考慮另一種方案，「3D VC」。

3D VC 的原理很像是氣冷加液冷的結合。3D VC 顧名思義，就是把均溫板層層疊起來，變成3D結構。雖然均溫板長得也像是一塊金屬板，原理其實跟散熱片不太一樣。如果看英文原文的「Vapor Chamber」，直接翻譯是「蒸氣腔室」。

在均溫板中，會放入容易汽化的工作流體，當流體在熱源處吸收熱量後就會汽化，當熱量被帶走，汽化的流體會被冷卻成液體並回流。這種利用液體、氣體兩種不同狀態進行熱交換的方法，最大的特點是：導熱速度甚至比金屬的熱傳導還要更快、熱量的分配也更均勻，不會有熱都聚集在入口（熱源處）的情況，能更有效降溫。

整個 3DVC 的設計，是包含垂直的熱導管和水平均溫板的 3D 結構。熱導管和均溫板都是採用氣、液兩向轉換的方式傳遞熱量。導熱管是電梯，能快速把散熱工作帶到每一層。均溫板再接手將所有熱量消化掉。最後當空氣通過 3DVC，就能用最高的效率帶走熱量。3DVC 跟水冷最大的差異是，工作流體移動的過程經過設計，因此不用插電，成本僅有水冷的十分之一。但相對的，因為是被動式散熱，其散熱模組的體積相對水冷會更大。

從 TIM 到 3D VC，高柏科技一直致力於不斷創新，並多次獲得國際專利。為了進一步提升 3D VC 的散熱效率並縮小模組體積，高柏科技開發了6項專利技術，涵蓋系統設計、材料改良及結構技術等方面。經過設計強化後，均溫板不僅保有高導熱性，還增強了結構強度，顯著提升均溫速度及耐用性。

隨著散熱技術不斷進步，有人提出將整個晶片組或伺服器浸泡在冷卻液中的「浸沒式冷卻」技術，將主機板和零件完全泡在不導電的特殊液體中，許多冷卻液會選擇沸點較低的物質，因此就像均溫板一樣，可以透過汽化來吸收掉大量的熱，形成泡泡向上浮，達到快速散熱的效果。

然而，因為水會導電，因此替代方案之一是氟化物。雖然效率差了一些，但至少可以用。然而氟化物的生產或廢棄時，很容易產生全氟/多氟烷基物質 PFAS，這是一種永久污染物，會對環境產生長時間影響。目前各家廠商都還在試驗新的冷卻液，例如礦物油、其他油品，又或是在既有的液體中添加奈米碳管等特殊材質。

另外，把整個主機都泡在液體裡面的散熱邏輯也與原本的方式大相逕庭。如何重新設計液體對流的路線、如何讓氣泡可以順利上浮、甚至是研究氣泡的出現會不會影響元件壽命等等，都還需要時間來驗證。

高柏科技目前已將自家產品提供給各大廠商進行相容性驗證，相信很快就能推出更強大的散熱模組。

本文由 Panasonic 委託，泛科學企劃執行。 

炸雞、牛排讓你食指大動，但別人做的總是比較香、比較好吃？別擔心，只要掌握關鍵參數，你也可以做出完美料理！從炸雞到牛排，烹調的關鍵就在於溫度的掌控。讓我們一起揭開這些美食的神秘面紗，了解如何利用科學的方法，做出讓人垂涎三尺的料理。

美味關鍵 1：正確油溫

炸雞是大家喜愛的美食之一，但要做出外酥內嫩的炸雞，關鍵就在於油溫的掌控。炸雞的油溫必須維持在 160 到 180℃ 之間。當你將炸雞放入熱油中，食物的水分會迅速蒸發，形成氣泡，這些氣泡能夠保證你的炸雞外皮酥脆而內部多汁。

水的沸點是 100℃，當麵衣中的水分接觸到 160℃ 的熱油時，會迅速汽化成水蒸氣。這個過程不僅讓麵衣變得酥脆，也能防止內部的雞肉變得乾柴。

如果油溫過低，麵衣無法迅速變得酥脆，水分和油脂會滲透到食物中，使炸雞變得油膩。而如果油溫過高，水分會迅速蒸發，使麵衣變得過於硬或甚至燒焦。

美味關鍵 2：焦糖化與梅納反應

另一道美味的料理——牛排。無論是煎牛排還是炒菜，高溫烹調都會帶來令人垂涎的香氣，這主要歸功於焦糖化反應和梅納反應。

焦糖化反應是指醣類在高溫下發生的非酵素性褐變反應，這個過程會產生褐色物質和大量的風味分子，讓食物變得更香。而梅納反應則是指醣類與氨基酸在高溫下發生的反應，這個過程會產生複雜的風味分子，使牛排的色澤和香氣更加迷人。

要啟動焦糖化反應和梅納反應的溫度，至少要在 140℃ 以上。如果溫度過低，無法啟動這些反應，食物會顯得平淡無味。

油溫與健康

油溫不僅影響食物的風味，也關係到健康。不能一昧地升高油溫，因為每種油都有其特定的發煙點，即開始冒煙並變質的溫度。當油溫超過發煙點，會產生有害物質，如致癌的甲醛、乙醛等。因此，選擇合適的油並控制油溫，是保證烹調健康的關鍵。

說了這麼多，但是要怎麼控制溫度呢？

科學的溫度控制

傳統電磁爐將溫度計設在爐面下，透過傳導與熱電阻來測溫，Panasonic 的 IH 調理爐則有光火力感應技術，利用紅外線的 IR Sensor 來測溫，不用再等熱慢慢傳導至爐面下的溫度計，而是用紅外線穿透偵測鍋內的溫度，既快速又精準。

而且因為紅外線可以遠距離量測，如果甩鍋炒菜鍋子離開爐面，也能持續追蹤動態。不會立即斷開功率關掉，只要鍋子放回就會繼續加熱，效率不打折。

好的溫度感測還要搭配好的溫度控制，才能做出一流的料理。日本製的 Panasonic IH 調理爐，將自家最自豪的 ECONAVI 技術放進了 IH 爐中。有 ECONAVI 的冷氣能完美控制你的室溫，有 ECONAVI 的 IH 調理爐則能為你的料理完美控溫。

有 ECONAVI 的 IH 爐不只省能源、和瓦斯爐相比減少碳排放，更為料理加分。前面說了溫度就是一切的關鍵，但是當我們將食材投到熱鍋中，鍋中的溫度就會瞬間下降，打亂物理與化學反應的節奏，阻止我們為料理施加美味魔法。

所以常常有好的廚師會告訴我們食物要分批下，避免溫度產生太大變化。Panasonic IH 調理爐，只要透過 IR Sensor 一偵測到溫度下降，就能馬上知道有食材被投入並立刻加強火力，讓梅納反應與焦糖化反應能持續發揮變化。而當溫度回到設定溫度，Panasonic IH 調理爐也會馬上將火力轉小，透過電腦 AI 的迅速反應，掌握溫度在最完美區間不劇烈起伏。

不僅保證美味關鍵，更不用擔心油溫超過發煙點而導致油品變質，讓美味變得不健康。

舒適的烹飪環境

最後，IH 爐還有一個大優點。相比於瓦斯爐，因為沒有使用明火，加熱都集中在鍋具。料理過程更安全，同時使用者也不會被火焰的熱氣搞得心煩意亂、汗流浹背，在廚房也能過得很舒適。而且因為熱能集中，浪費的能源也更少。

為了更多的功能、更好的效能，我們早已逐步從傳統按鍵手機換成智慧型手機。一樣的，在廚房內，如果你想輕鬆做出好料理，同時讓烹飪的過程舒適愉快又安全。試試改用 Panasonic IH 爐，一起享受智慧廚房的新趨勢吧！👉 https://pse.is/649gm5

• 作者／葉又嘉
  • 臺灣大學食品安全與健康研究所碩士生。
• 作者／羅宇軒
  • 臺灣大學食品安全與健康研究所助理教授。

• Take Home Message
  • 今（2023）年 7 月中，國際癌症研究機構（IARC）將人工甜味劑「阿斯巴甜」列為 2B 級可能致癌因子。
  • IARC 針對與人體相關的環境因子（物質和行為），依動物實驗、人類流行病學、致癌機轉研究現有證據強度進行致癌等級分類。
  • 2B 級物質的致癌證據強度有限，根據目前阿斯巴甜的每日可接受攝取量，正常成人需飲用超過 9～14 罐含阿斯巴甜的飲料，才有危害健康的疑慮。

「甜」不僅為食物增添風味，更能帶給我們愉悅的感受。過去的食品加工業者通常透過添加果糖、蔗糖等天然原料為食物提供甜味，以提升食物的品質和滿足消費者需求。然而，自從人工甜味劑問世以來，相較於果糖、蔗糖等含有熱量且會影響血糖的甜味劑，人工甜味劑主打低卡、零熱量、適合糖尿病患者食用等特點，使相關產品如雨後春筍般湧現，也逐漸為大眾接受。

人工甜味劑會對健康產生影響嗎？隨著它大量被應用於食品加工領域，這類話題始終存在著不少的討論聲量。就在今年 7 月中旬，世界衛生組織（World Health Organization, WHO）轄下的國際癌症研究機構（International Agency for Research on Cancer, IARC）正式將人工甜味劑「阿斯巴甜」（aspartame）列為 2B 級「可能致癌因子」（possibly carcinogenic to humans）。此消息一經公布，各大媒體紛紛爭相報導，「……阿斯巴甜列 2B 類致癌物……」、「WHO 將甜味劑阿斯巴甜納入第 2 級致癌物！……」、「別被阿斯巴甜 2B 致癌物嚇到……」等標題充斥在各大媒體版面。但 2B 級可能致癌因子真的有那麼恐怖嗎？它代表什麼？更改分類有何意義？首先，讓我們先了解 IARC 如何針對人類致癌因子進行分類。

IARC 人類致癌因子的分類

國際癌症研究機構將人類致癌因子分成四大類，分別為 1 級：確定為致癌因子；2A 級：極有可能為致癌因子；2B 級：可能為致癌因子；3 級：無法歸類為致癌因子。主要依據受評估因子在流行病學、動物實驗、人體細胞機轉這三項領域中現有的科學證據權重進行分類（表一）。

如果只閱讀完表一，讀者應該還是對於這個分類機制似懂非懂。在此讓我們透過實際的例子，看看生活中常見的物質或行為在 IARC 分類中分別屬於哪一類：

危害 vs 風險 

讀者們看到這裡會不會很驚訝或好奇，為什麼日常生活中常接觸到的加工肉品和熱飲、從事夜班工作，甚至是每天都會照射到的太陽，它們的分類級別居然都比阿斯巴甜來得高？相反地，一般直覺認為危害程度較高的鉛、汽油、乙醛等物質，竟然與阿斯巴甜屬於同一類？事實上，IARC 是基於該物質對人體的危害（hazard）而非基於風險（risk）評估相關因子。不過危害和風險兩者不一樣嗎？它們之間又有什麼差異？ 

「危害」指的是會對人體產生任何形式傷害的潛在因子，包含物質、疾病、工作類型、工作環境等。IARC 發布的分類僅為危害辨識（hazard identification）的結果，意思是現有科學證據是否支持該因子會導致癌症，但並未考量到接觸時間、攝取量、暴露量、暴露途徑等其他因素。然而，物質或行為是否會對人體健康產生實質影響，則須經由風險評估（risk assessment）判斷。

「風險」是指結合危害資訊和暴露評估結果後得出的數值。以阿斯巴甜為例，在 IARC 將它列為可能的致癌因子之前，WHO 旗下的食品添加劑聯合專家委員會（Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA）已多次進行風險評估，並提出阿斯巴甜的每日可接受攝取量（acceptable daily intake, ADI）為每天每公斤體重 0～40 毫克（mg）。報告中同時也提到，假設一罐飲料含有 200～300 mg 的阿斯巴甜，以一位體重 70 公斤的成年人為例，他每天需要攝取大約 9～14 罐飲料，才有可能超過 ADI 值^〔註〕。

〔註〕根據 2015 年西班牙的市售飲品調查中，在含有阿斯巴甜的各式飲料中，內含的阿斯巴甜實際濃度介於每公升 45～563 mg。也就是一罐含有阿斯巴甜的 330 毫升飲料中，阿斯巴甜濃度約 15～186 mg。

由此可知，危害和風險之間的區別在於危害僅為定性的描述，而風險則根據實際暴露具體量化受評估因子對健康的影響。

ADI 值代表的意義

ADI 值是基於動物實驗中觀察不到任何不良反應的劑量（no-observed-adverse-effect level, NOAEL）進行計算，再除以安全係數（safety factor，通常為 100，包括 10 倍的動物和人體之間的差異，以及 10 倍考慮個體間的差異）後得出。因此，ADI 值的意義在於只要每個人每天對於某物質的攝取量低於該值，就不太可能對健康造成不良影響。

（資料來源：行政院食品安全辦公室）

列入可能致癌物的根據

既然如此，IARC 為什麼會將阿斯巴甜列入可能的致癌物？首先，這次的評估納入超過 7000 多篇的文獻，並在最後篩選出 1300 篇研究給予專家小組評估。在阿斯巴甜的人體口服試驗中，當人體暴露到與 ADI 值相同的阿斯巴甜劑量時，並未觀察到血液中阿斯巴甜代謝物濃度增加，顯示阿斯巴甜在人體內代謝快速，並不會大量進入人體循環系統。

此外，雖然有些流行病學研究指出阿斯巴甜的暴露與某些癌症在統計學上具有正相關，但目前尚無直接證據表明它們之間的相關性為絕對。這是因為研究中無法排除潛在可能導致癌症發生的因子，例如生活作息、飲食習慣、社會壓力等。因此有關人體致癌性流行病學證據，專家們認為公信力有限。

至於動物實驗的部分，有三篇研究指出在兩種性別的大鼠和小鼠中，都觀察到惡性及良性腫瘤的發生率有上升趨勢。然而，專家們對這些研究的實驗設計存在疑慮，像是在實驗中使用的動物皆為相同來源而非隨機抽樣，這部分會導致無法排除是否因為選擇的動物來源單一，同時它們對於阿斯巴甜影響又較為敏感，使得研究結果得到發生率有上升的趨勢，專家認為這部分的證據力也是屬於有限。

最後有關人體細胞致癌機轉，雖然在實驗中有觀察到阿斯巴甜會增加細胞氧化壓力，且部分證據表明阿斯巴甜會誘導細胞慢性發炎、細胞增殖、細胞死亡、營養供應等不良反應，然而實驗皆在實驗室條件下進行，同時相關研究在研究設計、數據分析仍存在侷限性，因此專家認為致癌機轉的科學證據也是有限的。

需要因此少吃阿斯巴甜嗎？ 

從人體代謝來看，當我們攝取含有阿斯巴甜的食物時，阿斯巴甜在消化系統中會被完全水解成苯丙氨酸（phenylalanine）、天冬氨酸（aspartic acid）和甲醇（methanol），接著再進一步被分解為甲醛（formaldehyde）、甲酸（formic acid）和二酮哌嗪（diketopiperazine）。儘管上述專有名詞讓人感到陌生，但事實上這些化學物質普遍存在於我們的日常生活飲食中，身體也具備相關機制能夠將它們代謝。因此，對於一般身體健康的人來說，在正常攝取情況下不需要過度擔心它對健康的影響，也不必特意改變飲食習慣。除非個體飲食習慣屬於極端情況，或是先天缺乏代謝苯丙氨酸能力的苯丙酮尿患者，才需要避免攝取到阿斯巴甜。

阿斯巴甜在歐盟、美國、日本等多個國家已經被允許使用多年，臺灣目前也已開放將它添加到各種食品中。雖然上述科學數據提到，只要每天攝取的阿斯巴甜不超過每公斤體重 40 mg，實際上對健康並不會造成危害。然而，因為每個人的風險感知存在差異，能夠接受的風險程度高低有別，如果有讀者還是想要減少攝取阿斯巴甜，該怎麼辦？

根據臺灣法規，阿斯巴甜屬於食品添加劑，若食品業者將它添加於產品中，依規定必須將它標示於食品包裝中。因此，如果民眾想要減少阿斯巴甜攝取，只要在購買產品前仔細閱讀包裝上的食品標示，選擇不含有添加阿斯巴甜的產品，即可有效減少攝取到阿斯巴甜的機會。

總結來說，阿斯巴甜在正常使用的情況下並不會對於我們健康造成影響，儘管 IARC 將它列為可能的致癌因子，這並不代表著它有絕對致癌的風險。IARC 的致癌因子分類是基於實驗證據的公信力程度，包括動物實驗、人類流行病學研究、致癌機轉研究三大部分，然而以現今的研究結果，多數能給予我們的致癌證據是有限的。

總結來說，目前 IARC 將阿斯巴甜列為 2B 級可能的致癌因子，不僅可喚起大家對阿斯巴甜的關注，更代表未來需要更多有關阿斯巴甜的研究，才能更加確定它對於人體的健康風險影響。在日常生活中，一般民眾不需要太過擔心，更重要的是應保持適量均衡飲食，自然能限制日常生活中人工甜味劑的攝取，進而達到維持身體健康的目的！

• 〈本文選自《科學月刊》2023 年 9 月號〉
• 科學月刊／在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。