賞味期和保存期傻傻分不清楚？包裝上你沒讀懂的事—「PanSci TALK：食品保存技術大解密」

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

本文由 安麗紐崔萊 委託，泛科學企劃執行。

• 作者／陳亭瑋

在農業大規模革命、跨國貿易興起之前，夏秋季豐收的農產品經常為人們帶來另一種煩惱：該怎麼將新鮮的蔬菜水果保存到天寒地凍的冬天享用呢？

利用各種方式將食物中的水份減少，防止微生物或酵素所造成的腐敗變質，是人類很早期就會使用的食物保存方法。時至今日，乾燥技術除了用於保存食物，也用於減小體積、減輕重量方便食品包裝與運輸，而由此也發展出許多便利的食品，如咖啡粉、泡麵等，攜帶方便、沖泡熱水就能夠食用。

而乾燥的方式有分許多種，可被分為兩大類：自然乾燥與人工乾燥。

自然乾燥法：利用環境的陽光與風

自然乾燥法利用環境中的陽光、風來替食物乾燥，主要包括日曬、風乾、陰乾。常見柿餅、蘿蔔乾、香菇、筍乾、葡萄乾等就是以日曬來製成；傳統新竹米粉則是以風乾來乾燥。

既然是利用環境能量，優點就是不耗能、最為經濟、操作簡單，也不需什麼技術或設備就可以進行。但主要的缺點就是「天有不測風雲」，需要依賴環境氣候，有太陽或大風才方便進行。由於自然環境不易控制，難以掌握乾燥速率、衛生條件、場地需求大、需要人工輔助整理等，因此不利於大量生產。

人工乾燥法：人工提供熱源，利用空氣加熱乾燥

自然乾燥需要依賴自然環境的條件，而人工乾燥當然就是人工以各種技術，提供想要加工的食品適合的乾燥環境囉，一般會有不同的壓力環境，以傳導、對流、輻射，或以電磁波加熱的方式乾燥食品。這裡的技術種類非常多，受限於篇幅，本篇主要介紹在常壓下，以空氣為媒介的乾燥技術，其他如加壓乾燥、減壓乾燥、電磁波乾燥就暫不介紹了。

最古老的人工乾燥法被稱為「窯式乾燥法」。簡單來說，就是設置一個密閉空間，分成上下兩層，上層是待乾燥的食物，下面擺放爐火熱源，經由熱空氣將食品慢慢地烘烤至全乾。這個乾燥法常見於乾燥水果等食品。現在也有用同樣原理推出的小家電「食物乾燥機」，讓你在家裡就可以自製果乾或是肉乾等。

新興乾燥技術：噴霧乾燥與折射窗乾燥

前面介紹的乾燥法，主要處理的成品是屬於顆粒體積較大者，大如蔬菜乾、水果乾，小如肉丁、砂糖等。如果要處理相對液態或糊狀等產品又該怎麼辦呢？以下要介紹兩種常應用於液狀食品的乾燥技術。

噴霧乾燥法（Spray Drying）

「噴霧乾燥法」（spray drying）的特性就是由噴霧器擔當了重要角色。機器內的噴霧器會將液狀或糊狀的原料噴出為小液滴，藉由熱空氣作用，在幾秒鐘的時間內將小液滴乾燥為細粉狀。噴霧乾燥機主要分為空氣加熱與循環系統、噴霧裝置、乾燥倉本體以及產品回收裝置。

因為液滴表面積大、乾燥速度很快，實際上食品本身的溫度不會升到很高，對於保存食品原有的營養有很大的幫助，常用於食品、飲料、保健食品和藥品的製作。這個方法製作的常見產品有奶粉、咖啡粉、豆漿粉、蛋白粉等，只要加水就可以飲用的粉末。

折射窗乾燥法（Refractance Window Drying）

另外一種更嶄新的食品乾燥方法則是「折射窗乾燥法」（Refractance window drying），將想乾燥的材料放在透明聚脂膜的「折射窗」上，折射窗下有使用 95-97℃ 的熱水作為熱源，同時會抽風去除多餘水分，最後把薄膜和材料分離就完成乾燥啦！

雖然步驟有點多，但實際上因為同時有傳導、對流、輻射三種導熱模式介入，所以進行乾燥的速度相當快；又以熱水做為熱源，產品溫度也不會升到太高，因此適合使用於對溫度敏感、需要保存更多營養成分的產品。有研究指出，可藉由「折射窗乾燥法」保留植物蔬果類產品容易流失的天然色素分子，也能保留植物蔬果中較多的營養價值。此乾燥技術不止應用於食品工業，亦可見於保健食品、製藥、化妝品等各方面的應用。

食品科學中的乾燥方法非常多種多樣，不同的乾燥方式亦有不同的適用對象、與成本考量。如何選擇適合的乾燥方法，應用於加工品，其中也牽涉到許多專業。而隨著食品科學的進展，過往天然食品經過加工後，必然會損失許多營養元素的情況，已經越來越能夠避免。

請與我們一同期待新興的萃取與乾燥技術，能夠帶來哪些更健康、更營養的食品吧！

秉持科學嚴謹精神，安麗紐崔萊研究植物營養的科學家們持續革新技術，為了從植物蔬果中萃取最多的營養價值，從原物料篩選到萃取生產，每道程序皆嚴格把關。在萃取階段，安麗紐崔萊以獨家萃取技術——「噴霧劑乾燥法」與「折射窗乾燥法」，保留植物蔬果中最多的營養素，提供消費者營養充足、純淨安全的保健食品。

本文由 安麗紐崔萊 委託，泛科學企劃執行。

參考資料

1. 施明智、蕭思玉、蔡敏郎（2017 年 9 月）。食品加工學，188-213。
2. Refractance window drying of foods: A review
3. Refractance window drying of fruits and vegetables: A Review

• 作者／朱中亮，財團法人食品工業發展研究所資深研究員

蔬菜與生鮮魚肉等食物，從採收或屠宰一直到送到廚房或餐桌之前，會經過各種生化反應，同時微生物也會在其中繁殖，當菌數過多或產生毒素時，就會對人體產生危害。為了確保食品安全，必須進行適度加工以便保存，許多食品加工技術都是因此發展出來的。

食品加工對食品的重要性不容忽略，本期的 ILSI Taiwan 專欄邀請財團法人食品工業發展研究所朱中亮資深研究員為您介紹這些基礎且重要的傳統食品加工技術。

食品加工的初衷：為人類生活帶來便利

美國知名的商業雜誌《彭博商業周刊》(Bloomberg Businessweek) 2014 年慶祝創刊 85 周年時，列舉 85 項為人類生活帶來便利的發明及創造，其中與食品有關的包括：麥當勞的誕生、冰箱（製冷技術）的發明、高果糖糖漿的問世、瓶裝水的製造、嬰兒奶粉配方的發明、星巴克的誕生。

這些發明中，高果糖糖漿被認為是造成肥胖、人體危害的元兇而備受批評。

其實高果糖糖漿的發明是為了避免自然資源的浪費，由於許多食品製造時都需要糖，但糖從原料甘蔗或甜菜的種植到採收、再加工變成蔗糖所需的程序非常繁複與漫長，科學家便想到利用澱粉含量極高的玉米，透過酵素直接轉換成糖，不僅簡化製程，也能避免自然資源的浪費。

掌握美味與安全的秘訣：火候

不少人認為食品工廠就是放大版的廚房，其實並不然，如果只是將廚房的一個灶擴增為十個灶來生產，勢必無法對食品品質進行嚴格的控管，更將導致食品品質參差不齊的狀況發生。

廚師製作料理時經常談到火候，所謂「小火慢燉、大火快炒」，食品工廠進行調理生產時，也必須精確掌握溫度與時間，否則將無法維持食品的品質。

火候掌握得宜不僅是美味的秘訣，更是食品安全的重要關鍵。因為加熱殺死微生物是一種很有效保存食品的技術。若兩者無法同時兼顧時，食品業者絕對是要犧牲美味，做到足夠的殺菌或滅菌，以確保食品的安全。

在此必須與讀者們介紹兩個名詞：「滅菌 (sterilization)」與「殺菌 (pasteurization)」，在食品科技上有非常明確的定義，可惜卻時常被大眾所混用。

兩者最大的差別在於：滅菌後的產品能夠室溫保存，而殺菌後的產品必須冷藏保存。

延長保存時間大招：冷凍冷藏技術

談完「熱」接著提到「冷」的技術。將溫度降低的冷凍冷藏技術能減緩食品腐壞的速度、延長食品保存時間。

如果要問冷凍與冷藏孰優孰劣？其實各有優缺點，兩者最主要的區別在於溫度差異，將食品冷凍所產生的冰晶容易破壞其質地，解凍復熱時也較為不便；將食品冷藏保存雖然復熱較快速，但保存期限較短。

食品業者也會針對產品的特性，而選擇使用冷凍或是冷藏來保存食品。便利商店的三角飯糰大多擺放在 18℃ 的冷藏櫃，目的是兼具食品安全與美味。

因為米飯在 12℃ 以下口感會開始變硬，更別提一般的 4℃ 冷藏，食品業者必須在美味與食品保存的綜合考量下做出妥協，以至於飯糰的保存期就變得很短。在此也呼籲消費者購買飯糰後應儘速食用，切勿放置在室溫下一陣子才吃。

提到冷凍就不得不提「急速冷凍技術」。急速冷凍能維持較良好的食品品質，蔬菜與肉品都是細胞組成，緩慢冷凍容易使食品中的冰晶聚集形成大冰晶穿破這些細胞使裡面的細胞質流出，所以在解凍時會有「湯汁」滲出，食物中的美味與營養也容易就這樣「付諸流水」。

而急速冷凍技術的可貴之處就是讓細胞中的水份結凍時維持小冰晶，在解凍時較能保持質地完整，使食品風味保存更佳。

食品品質的關鍵：掌握「水活性」

影響食品安定性的因子可以分為物理性、生物性及化學性，物理性如同冷凍結晶、乾燥收縮或受壓破損等會影響食品品質；生物性因子最常見的如麵包上的黑黴、橘皮上的青黴、酵素分解食品產生異味等；化學性如氧化、褐變等造成食品外觀改變，這些因子都會影響食品的安定性與消費者對食品的接受度。

無論是物理、化學或是生物性因子，控制水份都是重要的手段，因此在食品中，便出現水活性的概念。水活性是由澳洲學者 William James Scott 所提出，他雖然不是第一位研究水份對食品品質影響的人，但卻是第一位把這些變化因素，用科學方法歸納成水活性這個指標，且發現控制該指標就能確實掌握食品品質。

Scott 提出一個聰明又簡單的方法：將食品盛裝在容器中量測食品能產生多少水蒸氣，如果產生的水蒸氣越多，就代表水越容易被微生物利用。

如果食品中含有某些成分比微生物或者其他化學物質更能抓住水，那水就不會被微生物或化學反應使用，也就不會發生食品劣變反應，因此我們定義取得水的容易程度為水活性。

許多糕點師傅知道降低含水率能避免發霉，但也容易使產品過乾，導入水活性的概念後，師傅們了解即使含水率高，仍能藉由降低水活性阻止糕點發霉。

降低水活性的方法有很多，如醬油加鹽、水果乾加糖、榨菜及德式酸菜除了鹽漬降低水活性之外，還會透過發酵來增加酸度降低 pH值，這些步驟都能增加食品的保存期限。

食品保存期限的意義到底是什麼呢？

我曾經在報導上看到日本研發出 20 年不會變質的防災食品，以現在食品加工技術來說，製造 20 年不會發霉的食品並不困難，難的是除了不發霉之外，還要兼具美味。

請試著思考一下，20 年不會發霉的防災食品是否代表產品標示上的保存期限就該寫 20 年？我們該如何看待食品的保存期限呢？

灰姑娘的故事相信讀者們都耳熟能詳，「……灰姑娘飛快地奔出皇宮大門時，12 點的鐘聲剛好響完。剎那間，所有的東西都恢復原樣……」，如果食品標示上寫的保存期限是 7 月 1 日，是不是代表一旦到了 7 月 2 日的 0 時 1 分，食品剎那間就會對食用者造成嚴重後果呢？絕對不是如此。又如同梅干菜、酒這類的食品都是越陳越香，它們的保存期限又該是多久呢？

保存期限的概念非常複雜，對食品業者而言，決定保存期限的指標包含兩種：微生物產生的腐敗及成分變化帶來的感官品質劣變。

大多數生鮮產品的保存期限到期是因微生物生長而造成產品腐敗，但有些產品如罐頭、冷凍食品，所謂的過期並非因為微生物生長，而是產品的風味變差。

我曾經做過一個實驗針對超過保存期限的罐頭果汁進行感官測試，發現真正產生風味變化的產品的百分率並不高，但對食品企業而言無法接受這樣的不良率，因此在訂定保存期限時會採取較保守的作法，也往往出現有些食品即使到達保存期限仍然還可食用的現象。

然而這已非單純的科學議題，如何在減少食物浪費的情況下，同時確保食品品質與安全，使食物資源能更有效地被運用？這是一個值得大家思考與重視的議題。

• 本文轉載自 ILSI Taiwan-2019 年第 6 期《走進廚房與食品工廠，認識傳統食品加工》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 ILSI Taiwan 喔！
• 作者／朱中亮│資深研究員
  德國Hohenheim大學食品科技研究所博士，現任財團法人食品工業發展研究所資深研究員。專長為食品加工與製程，目前研究技術領域為食品非熱加工技術、冷藏食品保存期限預測及溫度管理技術等。