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在「新食器時代」我們該如何看待餐具中的間接添加物? ──「PanSci TALK:餐具都會釋放間接添加物?」

衛生福利部食品藥物管理署_96
・2017/12/11 ・5040字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 559 ・八年級

本文由衛生福利部食品藥物管理署委託,泛科學企劃執行

撰文/李允誠 │ 自由寫手

編按:近一年來許多人重新討論起美耐皿、烤肉墊、塑膠湯匙碗盤等器具對食品安全的影響,這次,我們將「間接添加物」定義為非刻意添加之成分,而是食品製作過程、環境、餐具中產生或接觸的物質。除了本場講座活動紀實,此主題亦針對外食與自炊二種情境分別推出主題文章:外食篇自己煮篇

「間接添加物」聽起來或許是個很可怕的名詞,但你知道它其實從古代就一直存在在人類飲食中嗎?食品安全越來越受到重視,這些風險該如何進行分析、管控?食安系列講座「PanSci TALK:餐具都會釋放間接添加物?如何避開這些潛在的食安風險?」邀請到了臺灣大學毒理學研究所助理教授、同時在臺大醫院腎臟科服務的姜至剛醫師,來為大家分享如何從毒理學的角度看「間接添加物」與「食品安全」的關係。

姜至剛醫師首先回顧了人類社會飲食文化的進化論,古時候人們只求溫飽,因此是「吃飽」的年代;後來開始注重食物的味道,開始想要「吃好」;近年越來越多人開始注重健康,這股風潮也延燒到飲食上,「吃巧」、「吃健康」就變成了現代飲食顯學。

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間接添加物,其實早就被記載在史冊上

其實添加物的概念並不是現代才出現,姜至剛醫師說明,像是在還沒發明冰箱的年代,人們會利用「醃漬」方式處理吃不完的食物、延長保存期限,這個醃漬過程中就會使用到各式添加物。再者,古代餐具常以青銅等金屬製成,有些甚至還加入「砷」等現在被我們視為污染物的物質,「葡萄美酒夜光杯,邊喝酒邊吃砷~」姜至剛醫師開玩笑地說。

到了現代,飲食觀念多強調「吃得健康」,人們也開始關注食品中的成分物質、檢驗添加物是否會對身體產生傷害,連帶著,吃飯與烹飪時所用的食器、也被大家所重視。「在這樣的『新食器時代』裡,與其去強調哪些食器可用、哪些不可用,更應該考量整體方便性與可利用性。」他舉臺北市淘汰美耐皿餐具的政策為例,此政策推動將市政府大樓與各校園中的美耐皿餐具汰換成不鏽鋼或瓷碗餐具,除了減少可能的食安風險,也是更加環保的選擇。「另外,我認為在製作美耐皿餐具時,應該當訂出折舊年限,讓使用者、商家知道該何時進行淘汰,這點相對於全數直接汰換,會是更重要的事情。」姜至剛醫師補充。

現代人注重健康,除了在意食品的成份與添加物,也重視餐具的材質和品質。圖片來源:Pixbay

「在不鏽鋼餐具方面,有些網路上會對於其中的金屬成分大作文章,說耐腐蝕力較不足的餐具可能溶出重金屬等;但其實在正常使用之下,不鏽鋼餐具是很難溶出重金屬的。」姜至剛醫師說,「該注意的是這些餐具的『食物接觸面』是否一體成形,因在焊接過程中可能會有金屬跑進去,因此避免讓焊接處和食物接觸,才是真正有效的做法。」

另外對於時常受到討論的「保鮮膜」,一般人的使用方式多為包裝食物後冷藏用,並沒有什麼安全上的疑慮;但部分特殊狀況如喜宴辦桌,會把食材蓋上保鮮膜、放入蒸鍋進行水蒸,遇到高溫包材添加物所溶出的量可能就比較多。「重要的是如何改變這樣的文化、減少暴露產生。」

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臺大毒理學研究所的姜至剛醫師從暴露、風險的角度,與大家間接添加物與食安的關係。圖片來源:Pansci

到底哪些添加物質有毒?

讀到這裡大家有沒有發現,在討論食具餐具與其中的間接添加物時,專家學者不是告訴我們「OO 就是有毒」、「OOO 絕對安全」,而是以「什麼樣的使用情境下,風險較低」的方式去理解?沒錯,毒理學之父 Paracelsus 先生就曾經說過:「所有的物質都是毒物,沒有一種不是毒物。只要劑量正確,就可以把毒物變成仙丹。」姜至剛醫師也指出,短時間內過度食用任何特定物質,都有可能造成中毒 ── 就算是人體每日所需的「水」,都有「水中毒」的風險。

他接著說明,在制定「多少劑量」對人體有害時,科學家會透過實驗用鼠,計算出最低觀察到不良反應的劑量,稱之為 LOAEL(Lowest-observed adverse effect level, 可觀察到有不良影響的最低劑量),以及無觀察到不良反應的最高劑量,是為 NOAEL(No-observed adverse effect level, 無可見不良影響劑量)

科學家透過動物實驗找出最低觀察到不良反應的劑量(LOAEL),以及無觀察到不良反應的最高劑量。圖片來源:姜至剛醫師簡報

接著科學家會以此劑量為準則,去進行物種差異間的換算。一般來說,實驗鼠的劑量約為一般成人劑量的 1/10,而一般成人又是老弱婦孺等敏感族群的 1/10。因此食品安全管理上所參考的實際食用劑量標準是 NOAEL 1/100,稱之為每日可接受量(Acceptable Daily Intake, 以下簡稱 ADI)。

科學家找到 NOAEL 值之後,還會計算實驗鼠與人類的物種差異 1/10、一般成人與敏感族群的種間差異 1/10,才得出人類即使每天攝取也安全的劑量 ADI。圖片來源:姜至剛醫師簡報

最後就是用來作為食品檢驗規則「最大殘留安全容許量(MRL)」了。值得注意的是,MRL 是行政裁量標準,意思是產品若超過此劑量則會受罰、而不是民眾吃超過這個劑量就會中毒致病。姜至剛醫師為大家總結:「MRL 搭配國人飲食習慣的計算結果,不能超過即使每天吃也不會危害健康的 ADI。」

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「最大殘留安全容許量(MRL)」 是行政裁量標準,意思是產品若超過此劑量則會受罰、而不是民眾吃超過這個劑量就會中毒致病。圖片來源:姜至剛醫師簡報

如何進行食品安全的風險分析?

「食品安全的風險主要來自物質的毒性與暴露量的多寡,其中『量』是一個不可忽略的要素,少了量化數據,則後續的風險評估研究都會失真。」姜至剛醫師首先說明。

他並表示,好的風險分析是透過「風險評估」、「風險管理」、「風險溝通」三面向所組合而成。「現在大家都會接觸許多網路食品安全言論、各方意見層出不窮,卻無法有效整合資訊,這時就仰賴一個有效的風險溝通,讓一般民眾對於食品安全能夠有基礎認識。」

一、風險評估

姜至剛醫師首先從風險評估開始說明,「所謂風險評估,就是評估某一特定情況之風險,包含瞭解可能潛在帶來的危害,加以預防並降低危害的程度。我們會儘量以定量為基礎去進行推估,進而比較食物間或相同食物中的不同危害,藉此作為風險管理的依據,而風險評估在國際貿易中也扮演著很重要的角色。」

除此之外,隨著時間推移,風險也需要持續重新進行評估,舉例來說,剛出廠的美耐皿餐具跟使用一年的美耐皿餐具,一定有所差異。

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風險評估共分為「危害性鑑定」、「危害特性化」、「暴露評估」及「風險推估(風險量化)」四個步驟。圖片來源:姜至剛醫師簡報

風險評估共分為四步驟,依序為「危害性鑑定」、「危害特性化」、「暴露評估」、「風險推估(風險量化)」。

以先前所提到的「不鏽鋼餐具溶出錳」為例,此時透過危害性鑑定危害特性化測試,去了解錳所造成的傷害是什麼、其劑量與效應的關係為何、需要暴露多少才會造成影響,並透過實際測試,了解溶出所需的溫度、油品等相關條件,再透過暴露評估,去了解使用者在使用時所實際遇到的暴露情境。「有暴露才會有風險,並且不同族群所遇到的暴露情況也可能截然不同。」姜至剛醫師說,要研究一件事物,要將其背後脈絡一同考慮,這樣的研究才有意義,最後才能夠進一步進行風險的量化

以下我們將各步驟做出更詳細的說明:

  1. 危害辨識:此步驟能夠決定「某一危害物質」是否會增加「某種危害健康的情形」之發生率。專家們透過一個系統性的危害辨識流程,有效將可能有風險的物質找出。
  1. 危害特性化:評估危害對健康所造成的負面影響有哪些,同時整理目前研究已知「攝取多少危害源、可能會產生多嚴重危害」的資料,並提供對於危害嚴重性及持續性的評估。
  2. 暴露評估。以科學為基礎,計算研究族群到這個危害源的情況如何,可以是實際或預期上的人體暴露,計算時應考慮攝取頻率、每次攝取的量、暴露時間、族群平均體重和壽命。像是國家攝食資料庫(Food Consumption Database),便提供國人飲食的數據,為進行暴露評估的依據及發展我國風險評估科學的重要基礎建設。
  3. 風險特性化:用淺淺顯易懂的文字描述針對某一族群在所假定的暴露情況下持續一段時間,所產生的特定健康危害之風險有多大,其整合了危害辨識、危害特性化、暴露評估的結果,估算危害因子對人體所產生的特定傷害。重要的是,在進行風險特性化的過程中,亦須將過程中的主要假設及不確定性一同討論。

姜至剛醫師接著補充,在風險特性化上,風險 21 矩陣(RISK21 Matrix) 是一個簡單、高效能、透明化且視覺化之健康風險評估方法。對於民眾,不用困難的公式推演,利用視覺性的矩陣,就能進行觀測。橫軸是暴露、縱軸是毒性,以下圖為例,超過 MOE 線 [1] 的部分就是超過了 ADI,需要高度關注。

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RISK21 Matrix 是一個簡單、高效能、透明化且視覺化之健康風險評估方法。對於民眾,不用困難的公式推演,利用視覺性的矩陣,就能進行觀測。圖片來源:姜至剛醫師簡報

若以風險 21 矩陣評估攝取含戴奧辛雞蛋食品之健康風險為例,雞蛋內含戴奧辛的問題一度引起社會大眾騷動與討論,但其實戴奧辛本來就暴露在我們生活周遭,因此重點在於了解人們身體對於戴奧辛的「耐受程度」,而非一味擔心恐慌。以雞蛋為例,計算的結果是每日吃五顆雞蛋並連續吃一個月,才會超標。「不必因為正常吃雞蛋而恐慌,而是明白在有較高暴露的情形下,避免食用過度的雞蛋、增加高劑量的暴露機會,這樣的觀念才是正確的。」姜至剛醫師說。

以風險 21 矩陣評估攝取含戴奧辛雞蛋食品的健康風險。圖片來源:姜至剛醫師簡報

二、風險管理

風險分析架構的第二要素則是風險管理,姜至剛醫師解釋,風險管理是根據風險評估之結果,規劃出一套可行且維護公眾健康之管理系統,必須徵求多方意見,考量風險、利益、公眾評價、保護消費者健康、提供研究和促進公平貿易等相關因素,在對的時機實施適當的防止、控制和監測方案,包括規章管理措施的制定,最終目的是降低風險的發生。

三、風險溝通

風險分析的最後一項要素則是風險溝通。風險溝通強調要以風險作為討論的核心,建立一個共識,讓政府、產業、民眾三方能一同就這件事情進行討論。風險溝通要有「照護溝通」、「共識溝通」、「危機溝通」三元素,稱作 3C 溝通。「這些溝通的背後需有教育來支持,才能將安全飲食的觀念真正深植人心,透過建立共識,讓人們對食安議題有共同體認。」

風險溝通又可以分為理性訊息感性訊息兩種。專家學者針對風險通常是從科學、技術面等較為理性的部分切入進行溝通,彼此所感受到的多為理性訊息;但對於一般民眾,所接受到的可能多是感性訊息、容易憤怒或恐慌,因此進行風險溝通前應瞭解與尊重理性、感性兩種因素如何影響人們做出風險判斷,才能進行有效溝通。

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要先理解影響人們判斷的感性與理性因素,才能做出有效的風險溝通。圖片來源:ROYAL AIR FORCE MILDENFALL, CC License

在現代複合性飲食下,是否會對人體產生影響

「食品從農場收成、加工、販售、一路到餐桌的過程中,難免會有接觸間接污染物的情況。不過那些可拋棄性、會溶出物質的餐具,現在大多都已在政府的管制之下,未來應建立的是將資訊透明化,像是碗的製造日期、使用範圍、使用年限等。」姜至剛醫師結論,「而至於身為一般消費者的我們,可以要考慮的是選擇對地球友善之餐具,能夠重複使用、才是重要的餐具。」

活動當日照片。圖片來源:Pansci

註一:

暴露限值(The margin of exposure, 以下簡稱MOE)。MOE 作為測量在特定環境暴露下,可能產生的健康副作用,當 MOE 增加,環境潛在副作用減少。MOE 通常需要考慮數種不確定因素如物種間差異性,及搭配完整的資料庫,以作為風險評估的判斷依據。

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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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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

  • 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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福島核污水是什麼?我們還能安心吃海鮮嗎?核污水全解析!
PanSci_96
・2023/10/01 ・4897字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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福島核污水正式排放入海了!食鹽要屯多少?海鮮還能吃嗎?哥吉拉要誕生了嗎?

核廢水是怎麼來的?

2011 年 3 月 11 日,一場海嘯衝擊了在福島海邊的第一核電廠,破壞了核電廠中做為緊急電源設備的發電機,在備用電池電力耗盡後,冷卻系統完全失效。然而反應爐內的連鎖反應還在持續,最後溫度不斷竄高,高溫水蒸氣與燃料護套中的鋯合金,發生鋯水反應並產生大量易燃的氫氣,最終與空氣中的氧氣作用導致爆炸。

在事故發生前後,日本政府灌入大量海水來為反應爐進行冷卻,而這些直接接觸熔融燃料棒的污水,就被稱為核污水,日文則稱為「汚染水」。至於當時的決策細節與失誤,大家可以看今年上映的日劇《核災日月》複習一下。而既然事件已經發生了,我們就重點討論核污水。

《核災日月》圖/IMDb

現在儲存在福島的核污水不只有冷卻水,其實還有受污染的降雨與地下水。事故發生後,東京電力公司在第一核電廠加裝擋水牆,阻擋因為降雨流經 1、2、3 號機組的污染水流入海洋。並且設置凍土牆隔絕地下水,同時挖水井抽出污染的地下水,讓廠區內的地下水水位下降,因此地下水只會從外部滲入,內部的污染水則不會滲到外面。不論是降雨還是抽出的地下水,都屬於污染水,平均每天都會增加 92 立方公尺的污染水。直至本集影片上架,當地已經存有 134 萬噸的汚染水,而且還會持續增加,你可以自己打開 Google Map,鳥瞰這密密麻麻的眾多大型儲槽,別忘了,核反應爐本體才是日本更迫切的問題,要是污水不先處理,要是下一個天災來襲,麻煩又會疊加。因此日本政府在 2016 年就展開討論,準備要處理掉這些污水。

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福島第一核電廠。圖/Google Map

為何決定排放入海?

為何核污水的最終處置決定是排放入海呢?其實 2016 年提出的方案有五種:稀釋入海、蒸發至大氣、電解水釋放氫氣、深層地質注水、以及水泥固化並地下處置。很快,電解水因為還需要相關技術研發而被否決,這個我們在氫能那集講過。深層地質注水和水泥固化並地下處置,則有選址與法規問題,無法立即實現。這部分則等同於核電使用國都面臨的核廢料處置問題,我們之前花過好幾集介紹過,歡迎前往複習。

最後僅剩稀釋入海和蒸發至大氣兩種方法,最後日本認為海洋的擴散行為更容易追蹤,最重要的是成本僅有蒸發的十分之一,因此選用了這個方法。至於有些人說,既然東電跟日本政府都保證安全,何不做成瓶裝水拿去賣?之類的建議在這我們不多討論,就請大家用理智來看待。

核廢水如何被處理?

根據日本政府的規劃,在這些污染水排放入海前,會先進行淨化處理成為處理水。首先,污染水會經過「銫吸附裝置」,除去銫(Cs)和鍶(Sr)。接著再經過淡水化裝置除去水中的鹽分後,成為「鍶處理水」。這種鍶處理水,可以作為 1, 2, 3, 4 號機組的冷卻水再次循環利用。

最後,大部分的鍶處理水,會被送到「ALPS多核種除去設備」,將 63 種放射性核種中的 62 種放射性核種去除。「ALPS多核種除去設備」唯一不能去除的放射性核種,就是氚(H-3)。但其實啊還有一個碳-14 無法被過濾,但濃度低到可以忽視。經過「ALPS多核種除去設備」處理過後的「鍶處理水」,就稱為「含氚處理水」。

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根據日本政府的規劃,在這些污染水排放入海前,會先進行淨化處理成為處理水。圖/PanSci YouTube

含氚處理水中的氚,指的是氫的同位素的一種,在自然界中就存在。半衰期為 12.43 年,衰變時會進行 β 衰變,放出一顆電子並成為氦-3。β 衰變對人體的穿透距離僅限於皮膚,不會對內臟器官產生傷害。
如要能危害人體,需要長期大量攝取由氚構成的重水。關於攝取過多重水對動植物的影響,我們網站上有文章詳細說明過。

簡單來說,綜合自然界中跟福島即將排放的氚,以及我們的生活型態來看,遠遠達不到可能產生危害的程度。知道劑量決定毒性,就像我們每天都吃下不少「有害」物質,例如殘留農藥、油炸致癌物、過多的精製糖等等,但攝取的多寡,對你的健康影響差異很大。那麼重點來了,福島排放的處理水,真的有合乎標準嗎?

處理水符合標準嗎?

這個問題,我們在今年六月的核廢料主題中有提到,國際原子能總署 (IAEA) 在五月底公布了第一階段的調查結果,針對「日本的核種監控能力」進行第三方驗證。結果認為,日本的檢測標準跟分析方法沒問題,調查結果是可信任的。報告中除了氚以外,其他放射性核種的活度也都遠低於排放限值。例如鍶-90 為每公升 0.4 貝克、銫-137 為每公升 0.5 貝克,以臺灣的「食品」標準,銫-137 為每公升 100 貝克以下,雖然鍶-90 還沒有定下標準,但是依國際食品法典委員會的標準,也是在每公升 100 貝克以下。目前的排放值都遠小於標準。

國際原子能總署(IAEA)公布第一階段的調查結果。圖/PanSci YouTube

除了各單一核種的活度以外,所有水中核種加起來的「告示濃度限度比」也低於日本國家標準的每年 1 毫西弗(mSv/year), 1 毫西弗大約是多少呢?大約是一般民眾一年會接收到的輻射劑量。

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至於無法被 ALPS 處理的氚,因為海洋中的水中就廣泛存在,日本將透過海水稀釋後排放入海。目前世界衛生組織對於飲用水的氚含量標準訂為每公升 1 萬貝克,台灣的標準嚴格了許多,是每公升 740 貝克。東電公司的處理水是每公升 14 萬貝克,在排放前會稀釋 740 倍,以每公升 190 貝克的氚濃度排放,低於台灣的飲用水標準。

那麼食鹽呢?我們需要搶購嗎?這就更不用擔心,因為食鹽中不含水,自然也不含氚。或是更進一步可以參考東海大學應用物理系的粉專,他們計算,根據國家標準,食鹽含水量若為 3% 以下,需要每天吃超過 400 公斤的食鹽才會攝取氚超標。真的,別吃那麼鹹啊。

每天吃超過 400 公斤的食鹽才會攝取氚超標。圖/pixabay

那麼,我們就真的兩手一攤,為這件事劃下結論,核輻射只是庸人自擾嗎?

我們該如何看待排放的處理水?

當然不是,就像許多人擔心的,就算科學上告訴你沒問題,但前提是,這些數據得是沒問題的。而且不用說周邊國家,連日本自家民眾也多次抗議處理水的排放。

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目前在 IAEA 架設的網站上,可以看到整個排水計畫的各種即時監測資料。其中就包括出水口的輻射數值監測。

為了驗證處理水不會對海洋生物產生影響,東京電力甚至從去年 9 月開始,就開始進行海洋生物飼養實驗,並且全程公開直播放在他們的YouTube頻道上。不過這頻道訂閱人數跟觀看次數都有點低迷,有興趣的話不妨訂閱,開啟小鈴鐺。

那麼我們能下定論了嗎?在科學上,我們確實能說,在符合規範下,這些排放入海的處理水是沒問題的,食鹽、海鮮也都能照吃,把注重食安與健康的努力分配到其他危害更大、風險更高的事情上,對處理水保持健康而非病態的質疑,對個人來說應該效益更高。

臺灣從去年到今年 6 月,曾 3 次組團赴日考察,並於 8/24 公佈報告書,包含跟日方的問答內容,還有福島核廢水排放設施的照片。海委會表示,專家觀察團評估日方排放相關作業的安全性,跟國際原子能總署評估的結果一致。然而是否選擇相信日本以及 IAEA 給出的數據,如今看來成了國際政治問題。

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另外,在 IAEA 的小組成員中,包含周邊國家:中國、美國、韓國、越南、澳洲、加拿大、法國、俄羅斯、英國、阿根廷、馬紹爾群島,並不包含台灣。如果台灣也能以任何形式加入團隊,或得以取得樣水複測,讓我們知道,日本以及 IAEA 給出的數值是可信的,想必都能更進一步降低民眾的擔憂。

最後,也問問大家,對於這次的處理水排放事件,你會擔心我們的海鮮或食鹽受到影響嗎?

  1. 不擔心,跟人類對海洋的其他污染相比,根本小巫見大巫。
  2. 擔心,等我親眼見到泛科學到現場實測我才相信。機票我出!

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參考資料

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副食品保存不當容易變質?寶寶粥為什麼可以常溫保存?
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・2022/06/16 ・2039字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 農純鄉 委託,泛科學企劃執行。

  • 作者|Evelyn 食品技師

為什麼自己煮的副食品容易壞掉?

每位寶寶都是媽媽的心頭肉,媽媽們總是耗盡心思烹煮好吃且營養的副食品,可是為什麼自己煮的副食品容易壞掉?因為食品與自然環境中,經常存在著無數的細菌,在處理食物的過程中,難免會受到微生物的污染。

一般在家中,媽媽們會把煮好的副食品放涼,再放進冰箱冷藏保存,但光是這樣的過程中,空氣中的細菌、與副食品接觸到的容器,都有機會讓細菌趁虛而入到粥裡,增加食品腐敗的風險。

再者,將副食品放進冰箱冷藏保存,是不具任何殺菌效果的。大部分的病原菌都是嗜溫菌,喜歡 20℃~40℃ 的環境,就算把溫度降低到一般冷藏溫度 5℃,細菌並不會死亡,只是讓它生長活性降低。因此冷藏僅能降低細菌的繁衍速度,為抑制細菌生長(抑菌),而非殺死細菌。

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食品與自然環境中,經常存在著無數的細菌,在處理食物的過程中,難免會污染到一些微生物。圖/Pexels

冷凍雖然可以讓細菌停止活動,進入休眠的狀態,但也不是殺死細菌,若不慎讓溫度回升的話,細菌即會恢復活力而急速增殖。

所以若想要妥善延長食物的保存時間,就必須要進行「滅菌」,現在市面上有不需要放冰箱也能常溫保存,即開即食的寶寶粥,它是如何做到的呢?

常溫寶寶粥為什麼不用冰也不會壞?

一般常見的巴斯德氏殺菌(簡稱巴氏殺菌)法,是一種把食物加熱至某個溫度(通常低於 100°C)並保持一定時間,即可殺滅一些致病性微生物,是較為溫和的方法,如鮮奶或蛋液等。但因無法完全殺滅所有的微生物,故這類食品就必須放冷藏保存,且保存時間僅 2~4 天。

常溫寶寶粥之所以可放常溫保存仍不會壞,是因為有經過「商業滅菌」的過程。通常商業滅菌即是利用高溫、高壓,將食品中所有的微生物殺滅,使它們無法生長導致食品腐敗,並且驅出容器中的氧氣,避免它和食品中的成份進一步作用,再藉著密封容器防止外界的微生物又污染食品。且依《食品添加物使用範圍及限量暨規格標準》之規定,商業滅菌後的產品是禁止使用防腐劑的。

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加上商業滅菌後的常溫寶寶粥採用「食品級鋁箔積層袋密封包裝」,可耐高溫,不會產生塑化劑,耐酸鹼,還能充分阻隔空氣及細菌入侵。因此,在如此嚴苛的滅菌條件,並搭配嚴謹的無菌環境、密閉包裝的方式下,常溫寶寶粥當然不需要添加任何防腐劑也能夠常溫保存喔!

常溫寶寶粥是採用「食品級鋁箔積層袋密封包裝」,在嚴謹的無菌環境、密閉包裝的方式下,不需添加任何防腐劑也能夠長期保存。

挑選常溫寶寶粥的技巧

寶寶粥除了要具備基本的安全、健康與美味之外,挑選時還需要注意過敏原,以避免家中的心肝寶貝,因為食物過敏而引發嚴重的不適症狀。

依《食品過敏原標示規定》,現在過敏原強制標示總共有 11 項,比較需要注意的常見過敏原如甲殼類、牛奶或羊奶、蛋、堅果類、含麩質之穀物、大豆及魚類等。

故媽媽們在選購寶寶粥的時候,務必要記得檢視產品成分與營養標示,確認是否含有寶寶會過敏的食材。

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此外,選擇信譽優良的食品製造商也是非常重要的,農純鄉的常溫寶寶粥成分公開透明,擁有齊全的安全認證(包含 HACCP、ISO 22000、CAS 認證等),堅持將產品定期送 SGS 檢驗,並將檢驗報告於網站上公開供消費者查看。

而且農純鄉寶寶粥有9種口味,皆通過100%無添加潔淨(clean label)標章驗證,產品完全不使用含基因改造食品原料,亦不含任何的食品添加物。甚至連包裝材質都通過德國 LFGB 檢驗,確保寶寶粥在高溫滅菌處理的時候,與食物直接接觸的包裝與內容物不會發生反應,為安全無虞。

農純鄉的常溫寶寶粥,除了採用純天然、無添加的真材實料令消費者安心之外,在創造健康、美味的同時,更是做了層層安全、嚴格的把關。而且寶寶粥能常溫保存,外出時既方便又能兼顧營養,讓媽媽們既能安心又輕鬆地滿足寶寶的每餐需求喔!

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參考資料

  1. 施明智,2013。食物學原理(第三版)。新北市:藝軒圖書出版社。
  2. 衛生福利部食品藥物管理署