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怎麼決定多少「劑量」對人體有害?── 「PanSci TALK:食品安全基本功」

衛生福利部食品藥物管理署_96
・2017/05/18 ・4582字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

本文由衛生福利部食品藥物管理署委託,泛科學企劃執行

記錄/李霜茹

食品安全是每個人都切身相關的議題,正因為如此,網路上、新聞上資訊百百種,量多且雜,在溝通的過程中,到底該以什麼為「基礎」來討論食品安全呢?

「現代人的飲食習慣已經從吃飽、吃好,逐漸演變為要吃巧、吃得健康,」臺大毒理學研究所的姜至剛教授,在今年的食安講座第一彈 ──「PanSci TALK:食品安全基本功!」活動剛開始,便明確點出一項重點:「而我們、甚至全世界的食品安全,都必須用風險分析做為共同溝通的工具。」

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國立臺灣大學毒理學研究所姜至剛教授

我要「無毒無負擔」,可能嗎?

毒性這種東西是很「奸巧」的。

姜至剛教授首先以兩個極端的例子:水中毒和砒霜入藥,為大家複習毒理學的重要觀念:劑量決定毒性。無毒無害的「水」,狂喝了五加侖也會讓人中毒死亡(曾實際發生在加州州立大學新生加入歡迎會的「儀式」上);聽起來毒性很強的「砒霜」,居然能被應用在急性前骨髓細胞白血病(APL)的治療。這之中,「劑量」扮演了關鍵角色。(水中毒與三氧化二砷的資訊見延伸閱讀:化學殘留、疑似致癌物讓人心惶惶?劑量才是關鍵!—食安基本功(上)

那麼,如果我吃完全天然的東西,就不會有毒物了吧?NO,那可不一定!姜至剛教授舉例,母乳直接來自人體、非常天然,但是它百分之百純凈嗎?哈佛公衛學院做了一項有關母乳的研究,「結果是該有的都有、不該有的也都有,母乳中可能也有微量的抗生素、重金屬、塑化劑。因為我們已經回不去了,在長久接觸整個大環境中的污染後,人體多少會有毒素累積;但相對於其他品質不好、甚至不肖添加違法物質的奶粉,母乳仍是更安全的選擇。」

母乳中也可能含有微量抗生素、重金屬、塑化劑等「毒物」。圖/nerissa’s ring, Flickr CC License

另外,網路上也曾流傳番茄所含的生物鹼是劇毒,但是經過證實,這種生物鹼是植物用來保護未成熟果實不被動物或昆蟲取食的物質,在果實成熟後含量便會降低,毒性也不如馬鈴薯的龍葵鹼,民眾可以放心食用。「天然的食品也可能有含毒素,最重要的重點是還是要回歸『劑量』。」

食物是很複雜的,姜至剛教授強調:「不太可能有百分之百純淨的、零檢出的選擇,絕對無毒的產品並不存在。」

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那麼,到底多少「劑量」才安全?

既然找不到絕對無毒的食品,大家最關心的便會是:到底怎樣的「劑量」是安全的?這些數字又是經過哪些過程訂定的?姜至剛教授依據數值獲得的順序,分為 NOAEL、ADI 與 MRL 三者來介紹。

透過急毒性試驗、慢毒性試驗、基因毒性、致癌性、生殖與發育毒性等毒性試驗之後,科學家們會取得無可見危害作用劑量,也就是在這個劑量下,實驗動物並沒有被觀察到危害,又稱作「無明顯不良反應劑量(No-Observed-Adverse-Effect-Level,簡稱 NOAEL)」,即下圖中反應線還未上升的劑量(Dose)。

圖/姜至剛教授簡報

接著,再將 NOAEL 值除以種族差異(實驗鼠與人類)以及個體差異(一般人與老人、小孩、婦女、病患)等安全係數,得到「人體每日可接受攝取量(acceptabledailyintake,簡稱 ADI)」,即人類即使每天攝取也安全的劑量,如下圖中的一塊方格。

圖/姜至剛教授簡報

但你是不是發現了,上圖中還有一個遠小於 ADI 的劑量叫做「食品安全管理上參考的標準」?這個橘色的方格與最後要介紹的數值很有關係 ──「 最大殘留安全容許量(maximal residue level,簡稱 MRL)」

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以制定農藥的 MRL 為例,會參考上述的 ADI、國人的飲食習慣(食物籃調查)以及田間農藥測試,再參考國際組織如 CODEX、歐盟等標準值,才決定出屬於我們的劑量。

圖/姜至剛教授簡報

為大家做個小結:經過動物實驗所取得 NOAEL,根據各種限制將 NOAEL 除以安全係數(至少 100 ),得到 ADI,即天天吃、吃一輩子也安全的劑量;最後為了能夠管理食品安全,參考飲食習慣和暴露量後,得出行政裁量上的標準 MRL 。

除了 MRL,人們還會怎麼看食品安全?

但是姜至剛教授也提到,科學有極限性,像我們就很難對「很多種農藥同時反應」做檢驗。「100 種農藥中取 2 種排列,也有 1900 多種結果,科學家沒時間做這麼多實驗。這些通常會以『安全係數』來考慮,例如計算 ADI 時,就已經處理過實驗與實際差異的不確定性。」另外,如果顧慮得多,除以越多個不確定因子,得出的數值越小,當然大家越安全,不過相對來說能吃的食物就會非常少。因此,我們必須做出合理又符合安全的考量。而除了 MRL 之外,他還提出三種人們在討論食品安全時可能會出現的態度

  1. Generally Recognized As Safe (GRAS):又稱做「祖父條款」,例如製作麵條所添加的物質,從很久以前人類就開始吃了,雖然沒有做過毒性測試,但長期以來食用都沒問題,就會被認為是對人體沒有明顯危害的食品添加物。
  2. Use of Tolerance (UoT):任何食物都有風險,所以我們的管制點不是「零」,而是著重在「耐受程度」上。例如,這世界上找不到沒有含黃麴毒素的花生,那我們為此就要放棄吃花生配啤酒的樂趣了嗎?
  3. As low as reasonable achievable (ALARA):面對無法訂定 MRL 或無法確定其有害性的污染物,只能盡量減少出現的可能性。像是致癌物質「丙烯醯胺」,普遍存在於高溫烘焙、油炸過的食品當中。但它並非食品成分或添加物,而是在烹調過程自然產生。

21 世紀風險矩陣(RISK21 Matrix)

講完劑量,接下來談談風險。姜至剛教授向大家介紹「21世紀風險矩陣(RISK21 Matrix)」,這是一個簡單、高效能、透明化且視覺化健康風險評估的方法。矩陣的橫軸代表「人們每天暴露在這種物質下的量」,即暴露總量估算值 RfV(POD);縱軸則是「每天每公斤攝取多少毫克(mg/kg/day)的此物質會有毒性」,即毒性推估值,可以注意的是越往上則劑量越小,代表只要攝取微量的此物質就會有毒性。

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將毒性推估值除以暴露總量估算值,會獲得暴露限值(Margin of exposure, MOE),而 MOE = 1,也就是左上右下相連的對角線,是我們評估風險的標準。當 MOE < 1,MOE 值落在右上紅色區塊的時候,表示只要些微劑量就會產生毒性、我們又暴露在高濃度之下,這樣的高風險需要關注。

圖/姜至剛教授簡報

若用 RISK21 Matrix 來看最近大家十分關注的「氟派瑞農藥」, MOE 的範圍在 3-5 之間,屬於黃燈與綠燈交界的範圍,安全嗎?姜至剛教授:「不是完全在綠色而也延伸到了黃色區域,我會說需要注意。」

圖/姜至剛教授簡報

針對農藥標準放寬的議題,姜至剛教授也進一步提出不同的角度讓大家思考。「氟派瑞農藥在台灣是已通過、正在使用的農藥,主要針對真菌,這次討論的是要不要延伸使用至茶樹上。大家第一個會問它對人體的影響如何?其實,氟派瑞是目前用在茶樹上毒性相對低的農藥,對於我們這個愛喝茶的民族來說,是一個風險相對低的選擇,只是需要對大眾做溝通。」

「不過第二個層面,從植物本身切入,茶樹生病了使用農藥對它們來說是一種治療,是好事。但如果拉到整個大環境視角,使用農藥對小型蛙類、蜜蜂、螢火蟲的影響是不是也要考慮進去?例如一些農學院的老師發現,非常低劑量的農藥就會使蜜蜂迷路。我們時常從自身角度出發,去看農藥對人體的藥性,是否會產生腫瘤、疾病等,但這只是一個面向,如何在各面向、物種間達到平衡點,是大哉問。」

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風險分析三部曲:評估、管理、溝通

回到開頭提到的「食品安全應該以風險分析做為溝通工具」,到底什麼是風險分析呢?姜至剛教授提出了「評估、管理、溝通」的架構。

圖/姜至剛教授簡報

1991 年,FAO(聯合國糧食及農業組織)與 WHO 的聯合食品標準、食品化學與食品貿易研討會中,提出 CAC(國際食品法典委員會)應將「風險評估」概念納入決策處理過程中。而 CAC 也接受建議,在 1995、1997、1998 年分別召開風險評估、風險管理與風險溝通的專家會議。

姜至剛教授接著把這些收斂為一個問句:請問,誰應該要對食品安全負責?「政府要做到三級品管的檢驗,做出制度性的管理機制,而食品安全系統必須以科學為基礎,並且應該公開積極與大眾溝通。」他說,以科學為基礎做出「風險評估」後,不能立刻將這個結果用來當作「風險管理」的依據,必須不斷的與各種對象做「風險溝通」。「例如民眾和業者無法理解一項食安改革,我把 4 天的公告期延長為 60 天,這樣就夠了嗎?其實不行,我還必須積極和主婦聯盟消基會等第三方公正團體溝通討論,讓各方都充分理解,才能做出有效的風險分析。」

他說,台灣的食安架構有個問題:幾乎所有專家都是接政府的計畫做研究,難免有瓜田李下的疑慮,所以期望能有更多第三方獨立機關來平衡。「這並不是說全都交給政府就好、民眾和業者都沒有責任,風險分析需要政府、業界與民眾三方都投注關心和努力,一同達成共識,才能夠創造出最安全的食品安全環境。」

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最後,姜至剛教授特別期望媒體能夠做出改變,從「收視/點閱率導向」轉成「正視聽」的態度。「當大眾看到不認識的毒物名稱時,很容易被恐懼帶著走,食品安全資訊需要客觀的安全主觀的安心並存,安全是科學、安心是人性,中間的轉換需要消費者、媒體、政府和食品界一起努力,花時間改善。」

我們的食安環境需要需要消費者、媒體、政府一起花時間改善。圖/當天講座現場
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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

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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這樣吃安全嗎?用科學去看「劑量」與「食安」
衛生福利部食品藥物管理署_96
・2023/10/06 ・2743字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文轉載自食藥好文網

  • 文/黃育琳 食品技師

你喜歡吃香腸嗎?香腸嚐起來不但鹹甜多汁,飄散出來的香氣更是令人口水直流,是日常的菜色之一。

然而,香腸的內部環境容易滋生肉毒桿菌,並產生對人類最強的毒素「肉毒桿菌毒素(botulinum toxin)」,只需要 1 克便能毒死一百萬人。

為了避免吃香腸出人命,則需要在香腸內添加亞硝酸鹽以抑制肉毒桿菌生長,但亞硝酸鹽碰到二級胺(通常不新鮮的肉類或海鮮因產生發酵作用或腐敗而生成)可能會產生致癌物質亞硝胺(nitrosamines),一種經動物實驗結果顯示會導致腫瘤的致癌物質。

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天啊!聽起來加與不加,兩邊都很不妙,那我們為什麼還繼續吃下去呢?

這裡忽略了一個很重要的資訊,若導致亞硝酸鹽中毒,需要有一定「劑量」。我們應該去思考,人類如何在不會導致中毒的劑量下,有效運用亞硝酸鹽這個物質 [1]

毒理學中最重要的概念「劑量」

亞硝酸鹽是衛生福利部食品藥物管理署正面表列的合法食品添加物,只要按《食品添加物使用範圍及限量暨規格標準》限量添加(劑量遠低於導致中毒的劑量),那它對人體不但沒有危害,反而能讓我們免於受到肉毒桿菌毒素的威脅。

若是選擇完全不使用亞硝酸鹽,那麼肉毒桿菌毒素中毒的風險則會大大增加。相較之下,使用亞硝酸鹽必然安全許多,既然這樣,世界上還有無毒物質的存在嗎?

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毒理學之父 Paracelsus 先生(西元 1493-1541 年)曾說:「所有化學物質都有毒,世界上沒有不毒的化學物質,但依使用劑量的多寡,可區分為毒物或藥物。」這也是毒理學最重要的基礎概念 [註]

所有化學物質都有毒,差別僅在「劑量」。 圖/envato.elements

所以世界上並不存在完全無毒的食品,只要過量都可能會導致中毒甚至致死,單純用致癌物、有害物質來區分所有物質其實並不正確,而是要注意它的「劑量」。

當然,加工食品也是同樣的道理。

加工食品吃了不好?也是由劑量決定

常聽大家說,常吃加工食品會對人體有害,對健康造成負擔,但是真的完全都不能吃嗎?

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適量吃加工食品對身體是不會造危害的,大家所認為天然非加工食品吃太多也一樣會出事。如維繫人體生命的必需物質「水」,這個看似無害的物質,喝太多卻會造成水中毒。

或者是「母乳」這個直接來自人體的物質,也都可能含有微量抗生素、重金屬或塑化劑等,因為人體在長久接觸整個大環境中的污染後,多少會有毒素累積,要完全無毒是不可能的 [2]

許多人說加工食品之所以不好,是因為有部分加工食品,如早餐加糖的穀片、汽水、零食餅乾、罐裝高湯或熱狗等,糖份、鹽份和脂肪含量通常很高,也沒有其它營養價值,吃太多確實會對身體帶來負擔。

另一方面,前面提到的肉毒桿菌毒素,現在已廣泛應用於去除皺紋、瘦臉或瘦腿等醫學美容;人人聞之色變的劇毒「砒霜」,還可以應用在急性前骨髓細胞白血病(APL)的治療 [2]

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只要使用正確的「劑量」,毒藥也可以變仙丹。

要如何判別毒性大小?看半數致死劑量

如此重要的劑量該怎麼看呢?在毒理學觀察物質毒性大小時,有一項很常用的工具——半數致死劑量 LD50

不同用量的化學物質,實驗動物死亡率亦各不相同,通常物質的劑量與實驗動物的死亡率呈現正比。而半數致死劑量(lethal dosage 50%, LD50),指的就是在動物實驗中,使實驗動物產生 50% 死亡率所需要的化學物質之劑量,值愈小表示毒性愈強。

如肉毒桿菌毒素 LD50 約為 100 ng/kg(毒素重量/實驗動物重量),小白鼠的體重為 0.02 公斤,所以只需要 2 奈克(10-9 克),就可以使一半的實驗小白鼠死亡;日常生活中的食鹽(氯化鈉) LD50 約為 40 g/kg,需要 0.8 克才能使一半的實驗小白鼠死亡,兩者的毒性可說是天差地遠 [3]

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不過在日常生活中,若要妥善運用食品添加物、農藥等物質,就先得找出不會導致中毒的劑量,也就是「無明顯不良反應劑量(no-observed-adverse-effect-level, NOAEL)」。

它是指在動物實驗中,統計上未觀察到任何不良反應的最大劑量,在後續制定容許量時,NOAEL 是很重要的參考指標 [1]

化學物質的毒性大小,要看它半致死劑量的多寡。 圖/envato.elements

「每日可接受攝取量」v.s.「最大殘留容許量」或「使用限量」

若是要找出「人」即使長期每天攝取,也不會對健康造成危害的量,科學家們會根據動物實驗,計算出「每日可接受攝取量(acceptable daily intake, ADI),這個數值將作為政府單位作為安全評估的界線,於此界線下會再考量到飲食習慣或田間施藥測試結果,訂定更嚴格的使用限量(如:食品添加物)或最大殘留容許量(maximal residue level, MRL)作為行政執法的依據,超標的廠商將受到懲罰。

但是超標並不代表會中毒,使用限量或 MRL 是依據一般飲食習慣設定,每日的「總曝露量」遠低於 ADI,對人體不會有不良影響。使用限量或 MRL 皆是在科學的基礎下所計算出的管制劑量,對於在管理食品添加物或農藥殘留是非常重要的 [1]

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毒物學所熟知的「劑量」,大眾也應瞭解

有了劑量的觀念即可明白,即使不小心喝到一杯某一農藥殘留超標 MRL 5 倍的茶飲料,雖然聽起來很可怕,但其農藥總暴露量可能仍遠低於 ADI,更低於 NOAEL,故不需為此感到恐慌。

當大眾看到不認識的毒物名稱時,很容易被恐懼帶著走。而食品安全無法僅靠科學去維護,也需要消費者、媒體、政府和食品業界一起努力,才能做好安全把關。

購買時,建議詳閱食品標示。 圖/envato.elements

因此我們應該了解到食品安全資訊,是需要培養深入認知與討論議題的能力,才能避免流於情緒的宣洩或受到媒體的操弄。

註解

原文為 “All substances are poisons; there is none which is not a poison. The right dose differentiates the poison from a remedy.” [3]

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  1. 陳亭瑋,2022。這是毒還是藥?先搞懂「每日容許攝取量」和「最大殘留安全容許量」吧!。行政院環境保護署毒物及化學物質局。
  2. 李霜茹,2017。怎麼決定多少「劑量」對人體有害?── 「PanSci TALK:食品安全基本功」──「PanSci。食藥好文網 TFDA。
  3. Shibamoto, T. and Bjeldanes, L. F. 2009. Introduction to food toxicology.
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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

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來趟蕉心之旅?購買有產地履歷的香蕉好安心
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/06/02 ・2160字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 家樂福食物轉型計畫 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳彥諺

你喜歡吃香蕉嗎?香蕉是台灣人從小到大非常熟悉的水果,不僅方便攜帶、營養價值豐富,更符合現代的養生概念,很適合健身者、節食者。不過,你是從哪裡買到香蕉的呢?
你知道現在已經有專屬香蕉的「驗證」了嗎?

從以前到現在的台灣「蕉傲」

為什麼香蕉也有驗證?在談到驗證之前,首先讓我們聊聊過去。

作為常見的、隨手可得的水果,香蕉不只是台灣重要的水果產業之一,也是全球重要的經濟果樹及糧食作物。在巔峰時候,香蕉曾經是全球產量最多的水果,經濟價值非常高,僅次於蘋果、柑橘及葡萄,而糧食重要性也僅次於小麥、稻米和玉米。

而我們的台灣,曾經有「香蕉王國」美名,當時因爲產量大,加上風土及氣候適合栽種,台灣種植出來的香蕉特別好吃,價格和出口銷量的成績都非常亮眼。在香蕉的黃金年代中,台灣東西南北都有種植。

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只是,雖然台灣是香蕉王國,外銷成績乍看亮眼,但蕉農的辛苦卻很少人知道。行話裡有種說法是「種蕉如賭」,因為種植香蕉必須靠天吃飯,將蕉苗種下之後,接著蕉農便得對賭著天氣氣候環境市場狀況——如果自然條件不佳,會導致收成慘澹,不過,若整體銷量過剩,也將造成價格大跌。又如果非常好運,成功撐過上述的局面,最終在進入市場銷售前,還將面臨到中盤、行口(台語)的層層轉手。作為一個蕉農,有太多變數不能掌控,收入也因此起伏不定。

吃好蕉!守護蕉農大行動!

台灣香蕉,從過去的出口黃金年代,邁入今天的另一個美好時代。如今,香甜軟糯的台灣香蕉,仍然是我們生活中的重要存在。

今天的台灣,因為經歷了多次爆發的食安問題,消費者越來越注重食品安全。與此同時,農民們仍然有收入穩定的需求。要如何平衡這兩點呢?

家樂福認為,比起讓蕉農單打獨鬥,有另一個能兼顧農民與消費者雙方利益的方法,那就是以賣場的力量,支持小農。家樂福賣場內,只販售通過驗證的香蕉,藉由驗證,不僅可以做到產地溯源、驗證履歷,鼓勵且支持小農轉型,讓蕉農可以專注栽種,不需擔心後端銷售問題,同時,顧客也能藉由驗證得知透明資訊,進而安心選購。

四大金蕉:履歷蕉、有機蕉、金蕉伯、石虎香蕉

家樂福的香蕉驗證共有四大種。家樂福的「履歷蕉」,是從雲林屏東產區中挑選出來當季的、品質最優良的香蕉,並且全產品都需具備「產銷履歷(TAP)標章」,也需要遵循「家樂福農藥規範」,履歷蕉的每一根香蕉,都有其栽種來源用藥是否符合歐盟標準的紀錄,且只有在經過政府委託的第三方驗證機構定期抽檢合格後才能販售。

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家樂福 BIO 有機香蕉」則是來自全台最大的「有機驗證(Organic)」香蕉農園,位於屏東。「有機」的標章並不好取得,蕉農必須以全天然農法栽種,不施化肥不催生催熟,以人工除草代替除草劑,讓土壤是自然健康的狀態,健康的土壤所種植出來的香蕉,除了來源健康,口感香氣也特別好。

金蕉伯履歷香蕉」不是一個人,而是一群人!10 多年前,家樂福已開始在全台各地找尋志同道合的農友,終於在雲林遇到願意為食品安全環境永續共同努力的蕉農,後來更成為長期契作的對象。他們以友善農法耕種,呵護土地,種出好蕉。

石虎山蕉」則是南投中寮的一群農友。他們為了保育瀕臨絕種的台灣保育類動物石虎,不擴大農地面積、不使用化學肥料及除草劑,保留給石虎一塊乾淨安全友善的棲息地。

家樂福的 Act For Food 食物轉型計畫

家樂福與民生息息相關,通路可以單純只是販售點,也可以帶來改變、產生力量。因此,家樂福推動食物轉型計畫,希望建立起與農民、農民團體相互信賴的合作連結,藉由大量計畫性種植、保證收購降低平均成本,一來讓農民能獲得合理的農務所得,二來讓消費者能以合理價格買到安全的食物,三來,通路能成為穩定供貨的角色。

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買香蕉選擇家樂福香蕉驗證,不僅食得安心,更是以行動支持在地農民。家樂福相信每個人都值得最好的,以家樂福 AFF 食物轉型作為領航,一同創造友善農民、土地、消費者的共好模式。

家樂福以行動,開創對所有人與土地共生共好的食物轉型模式,也邀請大家一同參與支持。

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怎麼決定多少「劑量」對人體有害?── 「PanSci TALK:食品安全基本功」
衛生福利部食品藥物管理署_96
・2017/05/18 ・4582字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

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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

記錄/李霜茹

食品安全是每個人都切身相關的議題,正因為如此,網路上、新聞上資訊百百種,量多且雜,在溝通的過程中,到底該以什麼為「基礎」來討論食品安全呢?

「現代人的飲食習慣已經從吃飽、吃好,逐漸演變為要吃巧、吃得健康,」臺大毒理學研究所的姜至剛教授,在今年的食安講座第一彈 ──「PanSci TALK:食品安全基本功!」活動剛開始,便明確點出一項重點:「而我們、甚至全世界的食品安全,都必須用風險分析做為共同溝通的工具。」

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國立臺灣大學毒理學研究所姜至剛教授

我要「無毒無負擔」,可能嗎?

毒性這種東西是很「奸巧」的。

姜至剛教授首先以兩個極端的例子:水中毒和砒霜入藥,為大家複習毒理學的重要觀念:劑量決定毒性。無毒無害的「水」,狂喝了五加侖也會讓人中毒死亡(曾實際發生在加州州立大學新生加入歡迎會的「儀式」上);聽起來毒性很強的「砒霜」,居然能被應用在急性前骨髓細胞白血病(APL)的治療。這之中,「劑量」扮演了關鍵角色。(水中毒與三氧化二砷的資訊見延伸閱讀:化學殘留、疑似致癌物讓人心惶惶?劑量才是關鍵!—食安基本功(上)

那麼,如果我吃完全天然的東西,就不會有毒物了吧?NO,那可不一定!姜至剛教授舉例,母乳直接來自人體、非常天然,但是它百分之百純凈嗎?哈佛公衛學院做了一項有關母乳的研究,「結果是該有的都有、不該有的也都有,母乳中可能也有微量的抗生素、重金屬、塑化劑。因為我們已經回不去了,在長久接觸整個大環境中的污染後,人體多少會有毒素累積;但相對於其他品質不好、甚至不肖添加違法物質的奶粉,母乳仍是更安全的選擇。」

母乳中也可能含有微量抗生素、重金屬、塑化劑等「毒物」。圖/nerissa’s ring, Flickr CC License

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另外,網路上也曾流傳番茄所含的生物鹼是劇毒,但是經過證實,這種生物鹼是植物用來保護未成熟果實不被動物或昆蟲取食的物質,在果實成熟後含量便會降低,毒性也不如馬鈴薯的龍葵鹼,民眾可以放心食用。「天然的食品也可能有含毒素,最重要的重點是還是要回歸『劑量』。」

食物是很複雜的,姜至剛教授強調:「不太可能有百分之百純淨的、零檢出的選擇,絕對無毒的產品並不存在。」

那麼,到底多少「劑量」才安全?

既然找不到絕對無毒的食品,大家最關心的便會是:到底怎樣的「劑量」是安全的?這些數字又是經過哪些過程訂定的?姜至剛教授依據數值獲得的順序,分為 NOAEL、ADI 與 MRL 三者來介紹。

透過急毒性試驗、慢毒性試驗、基因毒性、致癌性、生殖與發育毒性等毒性試驗之後,科學家們會取得無可見危害作用劑量,也就是在這個劑量下,實驗動物並沒有被觀察到危害,又稱作「無明顯不良反應劑量(No-Observed-Adverse-Effect-Level,簡稱 NOAEL)」,即下圖中反應線還未上升的劑量(Dose)。

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圖/姜至剛教授簡報

接著,再將 NOAEL 值除以種族差異(實驗鼠與人類)以及個體差異(一般人與老人、小孩、婦女、病患)等安全係數,得到「人體每日可接受攝取量(acceptabledailyintake,簡稱 ADI)」,即人類即使每天攝取也安全的劑量,如下圖中的一塊方格。

圖/姜至剛教授簡報

但你是不是發現了,上圖中還有一個遠小於 ADI 的劑量叫做「食品安全管理上參考的標準」?這個橘色的方格與最後要介紹的數值很有關係 ──「 最大殘留安全容許量(maximal residue level,簡稱 MRL)」

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以制定農藥的 MRL 為例,會參考上述的 ADI、國人的飲食習慣(食物籃調查)以及田間農藥測試,再參考國際組織如 CODEX、歐盟等標準值,才決定出屬於我們的劑量。

圖/姜至剛教授簡報

為大家做個小結:經過動物實驗所取得 NOAEL,根據各種限制將 NOAEL 除以安全係數(至少 100 ),得到 ADI,即天天吃、吃一輩子也安全的劑量;最後為了能夠管理食品安全,參考飲食習慣和暴露量後,得出行政裁量上的標準 MRL 。

除了 MRL,人們還會怎麼看食品安全?

但是姜至剛教授也提到,科學有極限性,像我們就很難對「很多種農藥同時反應」做檢驗。「100 種農藥中取 2 種排列,也有 1900 多種結果,科學家沒時間做這麼多實驗。這些通常會以『安全係數』來考慮,例如計算 ADI 時,就已經處理過實驗與實際差異的不確定性。」另外,如果顧慮得多,除以越多個不確定因子,得出的數值越小,當然大家越安全,不過相對來說能吃的食物就會非常少。因此,我們必須做出合理又符合安全的考量。而除了 MRL 之外,他還提出三種人們在討論食品安全時可能會出現的態度

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  1. Generally Recognized As Safe (GRAS):又稱做「祖父條款」,例如製作麵條所添加的物質,從很久以前人類就開始吃了,雖然沒有做過毒性測試,但長期以來食用都沒問題,就會被認為是對人體沒有明顯危害的食品添加物。
  2. Use of Tolerance (UoT):任何食物都有風險,所以我們的管制點不是「零」,而是著重在「耐受程度」上。例如,這世界上找不到沒有含黃麴毒素的花生,那我們為此就要放棄吃花生配啤酒的樂趣了嗎?
  3. As low as reasonable achievable (ALARA):面對無法訂定 MRL 或無法確定其有害性的污染物,只能盡量減少出現的可能性。像是致癌物質「丙烯醯胺」,普遍存在於高溫烘焙、油炸過的食品當中。但它並非食品成分或添加物,而是在烹調過程自然產生。

21 世紀風險矩陣(RISK21 Matrix)

講完劑量,接下來談談風險。姜至剛教授向大家介紹「21世紀風險矩陣(RISK21 Matrix)」,這是一個簡單、高效能、透明化且視覺化健康風險評估的方法。矩陣的橫軸代表「人們每天暴露在這種物質下的量」,即暴露總量估算值 RfV(POD);縱軸則是「每天每公斤攝取多少毫克(mg/kg/day)的此物質會有毒性」,即毒性推估值,可以注意的是越往上則劑量越小,代表只要攝取微量的此物質就會有毒性。

將毒性推估值除以暴露總量估算值,會獲得暴露限值(Margin of exposure, MOE),而 MOE = 1,也就是左上右下相連的對角線,是我們評估風險的標準。當 MOE < 1,MOE 值落在右上紅色區塊的時候,表示只要些微劑量就會產生毒性、我們又暴露在高濃度之下,這樣的高風險需要關注。

圖/姜至剛教授簡報

若用 RISK21 Matrix 來看最近大家十分關注的「氟派瑞農藥」, MOE 的範圍在 3-5 之間,屬於黃燈與綠燈交界的範圍,安全嗎?姜至剛教授:「不是完全在綠色而也延伸到了黃色區域,我會說需要注意。」

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圖/姜至剛教授簡報

針對農藥標準放寬的議題,姜至剛教授也進一步提出不同的角度讓大家思考。「氟派瑞農藥在台灣是已通過、正在使用的農藥,主要針對真菌,這次討論的是要不要延伸使用至茶樹上。大家第一個會問它對人體的影響如何?其實,氟派瑞是目前用在茶樹上毒性相對低的農藥,對於我們這個愛喝茶的民族來說,是一個風險相對低的選擇,只是需要對大眾做溝通。」

「不過第二個層面,從植物本身切入,茶樹生病了使用農藥對它們來說是一種治療,是好事。但如果拉到整個大環境視角,使用農藥對小型蛙類、蜜蜂、螢火蟲的影響是不是也要考慮進去?例如一些農學院的老師發現,非常低劑量的農藥就會使蜜蜂迷路。我們時常從自身角度出發,去看農藥對人體的藥性,是否會產生腫瘤、疾病等,但這只是一個面向,如何在各面向、物種間達到平衡點,是大哉問。」

風險分析三部曲:評估、管理、溝通

回到開頭提到的「食品安全應該以風險分析做為溝通工具」,到底什麼是風險分析呢?姜至剛教授提出了「評估、管理、溝通」的架構。

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圖/姜至剛教授簡報

1991 年,FAO(聯合國糧食及農業組織)與 WHO 的聯合食品標準、食品化學與食品貿易研討會中,提出 CAC(國際食品法典委員會)應將「風險評估」概念納入決策處理過程中。而 CAC 也接受建議,在 1995、1997、1998 年分別召開風險評估、風險管理與風險溝通的專家會議。

姜至剛教授接著把這些收斂為一個問句:請問,誰應該要對食品安全負責?「政府要做到三級品管的檢驗,做出制度性的管理機制,而食品安全系統必須以科學為基礎,並且應該公開積極與大眾溝通。」他說,以科學為基礎做出「風險評估」後,不能立刻將這個結果用來當作「風險管理」的依據,必須不斷的與各種對象做「風險溝通」。「例如民眾和業者無法理解一項食安改革,我把 4 天的公告期延長為 60 天,這樣就夠了嗎?其實不行,我還必須積極和主婦聯盟消基會等第三方公正團體溝通討論,讓各方都充分理解,才能做出有效的風險分析。」

他說,台灣的食安架構有個問題:幾乎所有專家都是接政府的計畫做研究,難免有瓜田李下的疑慮,所以期望能有更多第三方獨立機關來平衡。「這並不是說全都交給政府就好、民眾和業者都沒有責任,風險分析需要政府、業界與民眾三方都投注關心和努力,一同達成共識,才能夠創造出最安全的食品安全環境。」

最後,姜至剛教授特別期望媒體能夠做出改變,從「收視/點閱率導向」轉成「正視聽」的態度。「當大眾看到不認識的毒物名稱時,很容易被恐懼帶著走,食品安全資訊需要客觀的安全主觀的安心並存,安全是科學、安心是人性,中間的轉換需要消費者、媒體、政府和食品界一起努力,花時間改善。」

我們的食安環境需要需要消費者、媒體、政府一起花時間改善。圖/當天講座現場

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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