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回不去的醬油?「致癌」兩個字可能跟你想的不一樣!——「PanSci TALK:食品充滿致癌物?」

衛生福利部食品藥物管理署_96
・2016/10/28 ・1764字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 557 ・八年級

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本文由衛生福利部食品藥物管理署委託,泛科學企劃執行

文/李秋容

「到底誰是致癌物?!」

當生活中再熟悉不過的食物一一出現食安危機,你該相信誰?2016 年 10 月 13 日 PanSci TALK:食品充滿致癌物?食安新聞讓你心驚驚?邀請到中原大學生物科技學系招名威教授,他將分享到底怎樣才算是致癌物?並以生活必需品-醬油為例,一一破解未知的恐慌。

毒01

有毒物,你從哪裡來?

「那個很毒,絕對不要吃!」「吃一點沒關係啦!不要吃太多都沒事。」「什麼都有毒!!!」每當食安事件爆發,各類食品大概都會像這樣被拿出來質疑個一輪,但當討論熱度消退,你還記得有哪些可以吃、那些不能吃嗎?毒不毒絕對不是誰說了算,「而是要依據攝取的劑量和時間長短。」除了食品在加工過程中所添加的化合物外,食品在製作過程中也可能會自然產生化學物質,但你分得清兩者的差異嗎?

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醬01

醬油跟化學到底是什麼關係!

2013 年台灣爆發了一系列重大食安問題如毒澱粉事件大統黑心油事件等,而「家家戶戶的好朋友」——醬油也成了其中一員,被指出非純釀造的醬油裡可能含有致癌物「3-單氯丙二醇」。這件事應該讓台灣兩千三百萬人都驚呆了,這是怎麼回事?醬油不是以黃豆微生物釀造而成的嗎?致癌物又是如何定義的?

醬02
難道每天喝的醬油其實都是化學製品?圖/Ron Dollete @ flickr

為了要解開這個謎團,我們先來了解一下醬油的製程,看看是哪裡出了錯。根據中華民國國家標準(Chinese National Standards,簡稱 CNS),醬油是植物性蛋白質經釀造法、速釀或混合法製得的調味液。依製程不同可分為黑豆醬油、釀造醬油、速釀醬油、混合醬油和化學醬油共五種,以常見的釀造醬油和化學醬油來說,釀造醬油是將黃豆、小麥加入麴菌後分解發酵後製成;化學醬油則不使用微生物釀造方法,改以鹽酸水解脫脂黃豆後加入鹼中和而成。

五種醬油的製程一覽表。圖片來源:招名威提供
五種醬油的製程一覽表。圖/招名威提供

而 3-單氯丙二醇(3-monochloro-1, 2-propanodiol, 3-MCPD)其實就是在製造過程中,以鹽酸促進蛋白質分解時所產生的化合物,因此,3-單氯丙二醇只存在化學醬油內,而不見於釀造醬油,並不是釀造過程中刻意添加的化合物。對於 3-單氯丙二醇的致癌性,國際癌症研究署(International Agency for Research on Cancer,簡稱  IARC)將其列為 2B 級(可能為致癌因子),表示在有限的動物試驗中可能致癌,但目前並無法完全證實會對人類造成傷害。食品添加物專家委員會建議每人每日最大容許攝取量為每公斤 2 微克,以一個 60 公斤體重成人為例,每人每日最大容許攝取量為 0.12 毫克,以醬油類 3-單氯丙二醇含量為 0.4 ppm 計算,須長期每人每天攝取 300 公克以上之醬油才可能有危害。

醬油的「黑」不是真的黑

除了 3-單氯丙二醇,醬油中也可能會添加焦糖色素來強化色澤。焦糖色素一般分為普通焦糖(Plain caramel)、亞硫酸鹽焦糖(Sulfite caramel)、銨鹽焦糖(Ammonia caramel)和亞硫酸-銨鹽焦糖(Sulfite ammonia caramel),在後兩者的製程中會產生 4-甲基咪唑,它同時也可能在油炸物的加熱過程中因為「梅納反應」自然產生。

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在 IARC 的人類致癌物質分類中,4-甲基咪唑被列為 2B 級(可能為致癌因子),根據「食品添加物使用範圍及限量暨規格標準」與「食品添加物規格」,釀造醬油可添加的銨鹽焦糖量為每公斤 4 毫克、亞硫酸-銨鹽焦糖為每公斤 2.5 毫克;化學醬油可添加的則分別為每公斤 12 毫克與 15 毫克。

把這些成分一一拆解之後,是不是覺得其實也沒這麼恐怖了呢?「吃什麼都有問題,所以就算了嗎?」招名威認為面對食安危機,與其恐慌或是消極亂吃,消費者不如多多上網找答案,網路上有許多公開的嚴謹資訊,只要懂得挑選正確的資訊,面對新產生的疑慮時,便能冷靜破解。

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衛生福利部食品藥物管理署_96
65 篇文章 ・ 23 位粉絲
衛生福利部食品藥物管理署依衛生福利部組織法第五條第二款規定成立,職司範疇包含食品、西藥、管制藥品、醫療器材、化粧品管理、政策及法規研擬等。 網站:http://www.fda.gov.tw/TC/index.aspx

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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食品添加物中的甜蜜陷阱「阿斯巴甜」真的會致癌嗎?
科學月刊_96
・2023/10/31 ・3734字 ・閱讀時間約 7 分鐘

  • 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)。

圖/科學月刊

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:

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圖/科學月刊

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。

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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)
圖/科學月刊

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。

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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。

以阿斯巴甜為基底的甜味劑。圖/wikimedia

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。

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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。
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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?」
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文/李秋容

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Line 的長輩群組總是傳來令人恐懼的「溫馨提醒」嗎?對於這些「食安內幕」,你是感到恍然大悟,還是更加百思不得其解呢?2016 年 10 月 13 日 PanSci TALK:食品充滿致癌物?食安新聞讓你心驚驚?邀請到台灣大學食品科技研究所葉安義教授,他將以最近傳出含有丙烯醯胺的「食安苦主」—黑糖為例,說明到底丙烯醯胺是什麼?真的會讓人致癌嗎?

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台灣大學食品科技研究所葉安義教授。

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有沒有毒,誰說了算?

想知道為什麼食物會致癌,就要先來了解致癌的定義。致癌,簡單來說就是具有毒性,而食物有沒有毒,其實要從「質」和「量」雙管齊下。質,其實就是物質的本質,以常見的「巧克力」為例,人類或許可以天天吃,但對犬類來說,巧克力所含的可可鹼可能會使這些毛小孩致命;而量則意指攝食量,即使是生存必需的「氧氣」,純氧吸食過量也可能會造成中毒。

但該怎麼吃才能同時顧及兩者呢?葉安義建議,可以將「分散風險」的概念套用在飲食上,盡量避免大量的吃單一食品,任何營養過量了都可能變成傷害,而我們最常聽到的傷害就是「致癌」。

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致癌物怎麼定義?人類的美食可能是其他生物的毒藥。圖/LearningLark @ flickr

可能致癌的物質我們稱為致癌因子,致癌因子聽起來似乎遙不可及,但其實它可能以你不知道的方式潛藏在日常生活中,以被列為 1 級的苯為例,食物攝取量其實只佔每日攝取量的一小部分,大部分還是從空氣中攝取(220 微克),而吸菸者的攝取量則可能高達 7900 微克。但「致癌因子」並不是「癌症」的代名詞,許多你我熟悉的物質都含有這些所謂的「致癌因子」,如 2A 級分類中有丙烯醯胺和紅肉等物質,單氯丙二醇和咖啡被列為 2B 級,許多人每日常吃的膽固醇和茶則是 3 級。

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這些分類是什麼意思呢?其實它代表了致癌因子的致癌程度。依據國際癌症研究署(International Agency for Research on Cancer,簡稱  IARC)發表的「人類致癌因子分類表」,致癌物質共分為五大類,分別為 1 級(確定為人類致癌因子)、2A 級(極有可能為人類致癌因子)、2B 級(可能為致癌因子)、3 級(無法判定為人類致癌因子),以及 4 級(極有可能為非致癌因子)。在這所有分類中,只有 1 級致癌因子已有充分的流行病學證據證實可致癌,其他分類則停留在動物試驗階段或是證據不足。

「所以我說,那個丙烯醯胺呢?」

黑糖被指出含有丙烯醯胺,引起一陣恐慌。圖 / photograph by Quinn Dombrowski @ flickr
黑糖被指出含有丙烯醯胺,引起一陣恐慌。圖/Quinn Dombrowski @ flickr

對於致癌物有了更精確的認識後,讓我們的目光回到苦主-黑糖的身上。去年《康健雜誌》在「市售黑糖抽檢,全部測出致癌物質丙烯醯胺」一文中,指出食用黑糖可能不是在吃補,而是在服毒,為食安界投下了一顆震撼彈,但這是顆核彈還是空包彈呢?

丙烯醯胺(Acrylamide,簡稱 AA)是一種水溶性、無色無味的片狀結晶,常被合成為聚丙烯醯胺,可作為清淨飲用水用的凝絮劑,以及實驗用凝膠電泳。但似乎是「食物絕緣體」的丙烯醯胺,卻在 2002 年來自瑞典的研究中被發現,油炸物和烘焙食品都可能含有丙烯醯胺。就連台灣的國家環境毒物中心研究也證實,經過高溫處理的食物如烘焙咖啡豆、洋芋片、黑糖和油條等,甚至是抽煙,都可能產生丙烯醯胺。

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「到底丙烯醯胺是怎麼產生的?」答案就在「梅納反應」裡!或許你沒聽過它,但你絕對聞過它。無論是每天早上濃郁的烘焙咖啡香,還是煎牛排恰到好處的焦香梅納反應(Maillard reaction)其實就是醣類(還原醣)和蛋白質(胺基酸)在高熱狀態(攝氏 140 度以上)下產生的反應,而丙烯醯胺就是這兩位的「愛的結晶」。 lustinfo.ch

梅納反應帶來的香味是否有毒?圖 / photograph by Oliver Hallmann @ flickr
梅納反應帶來的香味是否有毒?photograph by Oliver Hallmann @ flickr

冷靜下來想一想,「醣類、蛋白質、加熱」這不就是每天廚房都會發生的事情嗎!?(再度無法冷靜)先別恐慌,依據瑞典的研究指出,人類經由食物攝食的每日丙烯醯胺量約為 1.7 μg / kg,這個量遠低於(< 100 倍)可造成動物神經系統及生殖系統受損的劑量。但想要離這個標準越遠越好的話,葉安義建議可以選擇低溫油炸來避免高溫狀態,而咖啡愛好者也可以放心,因為台灣大部分的咖啡濃度較淡、較偏酸性,因此丙烯醯胺含量相當低(丙烯醯胺在酸性情況下不易產生)。

令人「安心」的食安危機?

如此看來,食物中含有化學物質,甚至是致癌物質並不可怕,葉安義認為不需要因此害怕加工食品,開始對「手工」兩個字產生迷信。「手工製作和工廠製作,你認為哪個好?」標榜純手工製造的食物儼然在食品鏈中自成一派,甚至間接成為「健康」的代名詞,但看在葉安義眼裡,他認為在法規以外的食物才是真正的食安問題,尤其是標示不清、甚至是不明來源的網購食品,「而且手工不一定好,加工廠的成品起碼有規定的檢驗程序和製程。」

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面對傳說中的「食安內幕」,葉安義提醒大家絕對要「停、看、聽」,最重要的就是停下來別被媒體聳動的標題、一時的討論氣氛帶著跑,並學習當個「流言終結者」,針對不合理的解釋勇於尋找專業背景提供的解答,不讓真正的食安危機在混戰中失了焦。

衛生福利部食品藥物管理署_96
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衛生福利部食品藥物管理署依衛生福利部組織法第五條第二款規定成立,職司範疇包含食品、西藥、管制藥品、醫療器材、化粧品管理、政策及法規研擬等。 網站:http://www.fda.gov.tw/TC/index.aspx

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回不去的醬油?「致癌」兩個字可能跟你想的不一樣!——「PanSci TALK:食品充滿致癌物?」
衛生福利部食品藥物管理署_96
・2016/10/28 ・1764字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 557 ・八年級

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本文由衛生福利部食品藥物管理署委託,泛科學企劃執行

文/李秋容

「到底誰是致癌物?!」

當生活中再熟悉不過的食物一一出現食安危機,你該相信誰?2016 年 10 月 13 日 PanSci TALK:食品充滿致癌物?食安新聞讓你心驚驚?邀請到中原大學生物科技學系招名威教授,他將分享到底怎樣才算是致癌物?並以生活必需品-醬油為例,一一破解未知的恐慌。

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有毒物,你從哪裡來?

「那個很毒,絕對不要吃!」「吃一點沒關係啦!不要吃太多都沒事。」「什麼都有毒!!!」每當食安事件爆發,各類食品大概都會像這樣被拿出來質疑個一輪,但當討論熱度消退,你還記得有哪些可以吃、那些不能吃嗎?毒不毒絕對不是誰說了算,「而是要依據攝取的劑量和時間長短。」除了食品在加工過程中所添加的化合物外,食品在製作過程中也可能會自然產生化學物質,但你分得清兩者的差異嗎?

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醬油跟化學到底是什麼關係!

2013 年台灣爆發了一系列重大食安問題如毒澱粉事件大統黑心油事件等,而「家家戶戶的好朋友」——醬油也成了其中一員,被指出非純釀造的醬油裡可能含有致癌物「3-單氯丙二醇」。這件事應該讓台灣兩千三百萬人都驚呆了,這是怎麼回事?醬油不是以黃豆微生物釀造而成的嗎?致癌物又是如何定義的?

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難道每天喝的醬油其實都是化學製品?圖/Ron Dollete @ flickr

為了要解開這個謎團,我們先來了解一下醬油的製程,看看是哪裡出了錯。根據中華民國國家標準(Chinese National Standards,簡稱 CNS),醬油是植物性蛋白質經釀造法、速釀或混合法製得的調味液。依製程不同可分為黑豆醬油、釀造醬油、速釀醬油、混合醬油和化學醬油共五種,以常見的釀造醬油和化學醬油來說,釀造醬油是將黃豆、小麥加入麴菌後分解發酵後製成;化學醬油則不使用微生物釀造方法,改以鹽酸水解脫脂黃豆後加入鹼中和而成。

五種醬油的製程一覽表。圖片來源:招名威提供
五種醬油的製程一覽表。圖/招名威提供

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而 3-單氯丙二醇(3-monochloro-1, 2-propanodiol, 3-MCPD)其實就是在製造過程中,以鹽酸促進蛋白質分解時所產生的化合物,因此,3-單氯丙二醇只存在化學醬油內,而不見於釀造醬油,並不是釀造過程中刻意添加的化合物。對於 3-單氯丙二醇的致癌性,國際癌症研究署(International Agency for Research on Cancer,簡稱  IARC)將其列為 2B 級(可能為致癌因子),表示在有限的動物試驗中可能致癌,但目前並無法完全證實會對人類造成傷害。食品添加物專家委員會建議每人每日最大容許攝取量為每公斤 2 微克,以一個 60 公斤體重成人為例,每人每日最大容許攝取量為 0.12 毫克,以醬油類 3-單氯丙二醇含量為 0.4 ppm 計算,須長期每人每天攝取 300 公克以上之醬油才可能有危害。

醬油的「黑」不是真的黑

除了 3-單氯丙二醇,醬油中也可能會添加焦糖色素來強化色澤。焦糖色素一般分為普通焦糖(Plain caramel)、亞硫酸鹽焦糖(Sulfite caramel)、銨鹽焦糖(Ammonia caramel)和亞硫酸-銨鹽焦糖(Sulfite ammonia caramel),在後兩者的製程中會產生 4-甲基咪唑,它同時也可能在油炸物的加熱過程中因為「梅納反應」自然產生。

在 IARC 的人類致癌物質分類中,4-甲基咪唑被列為 2B 級(可能為致癌因子),根據「食品添加物使用範圍及限量暨規格標準」與「食品添加物規格」,釀造醬油可添加的銨鹽焦糖量為每公斤 4 毫克、亞硫酸-銨鹽焦糖為每公斤 2.5 毫克;化學醬油可添加的則分別為每公斤 12 毫克與 15 毫克。

把這些成分一一拆解之後,是不是覺得其實也沒這麼恐怖了呢?「吃什麼都有問題,所以就算了嗎?」招名威認為面對食安危機,與其恐慌或是消極亂吃,消費者不如多多上網找答案,網路上有許多公開的嚴謹資訊,只要懂得挑選正確的資訊,面對新產生的疑慮時,便能冷靜破解。

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衛生福利部食品藥物管理署_96
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衛生福利部食品藥物管理署依衛生福利部組織法第五條第二款規定成立,職司範疇包含食品、西藥、管制藥品、醫療器材、化粧品管理、政策及法規研擬等。 網站:http://www.fda.gov.tw/TC/index.aspx