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硼砂:讓食物變得 QQ 的月石

行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2017/12/14 ・5085字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

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本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

撰文/李忠勳│ 自由寫手

2017 年五月,校園傳出一起惡作劇事件:因被好友欺騙是糖粉,學童誤食了硼砂,回家後發高燒、吐血送醫,引起不少討論。在其他食安新聞中,也會不時聽聞貢丸、油條等食品驗出硼砂,究竟硼砂有沒有毒?有多毒?會出現在生活中哪些地方?以下,且聽我們娓娓道來。

硼砂(左)與洗滌鹼(右)。圖/lailajuliana @Pixabay, CC0

在正式進入硼砂之前,讓我們先從元素「硼」說起。硼(Boron)在元素表排序第五,屬於含量較稀少的元素,總量在地殼之中約佔 0.003%。元素硼外表色黑,是硬度相當高的物質,僅次於金剛石,但質地相當脆。單質硼可應用於冶金工業,在鋼中參入少量的硼,即可大幅改善不鏽鋼強度;此外,硼也是維持人跟植物生理機能必須的元素之一。

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而我們俗稱的「硼砂」並非元素態的硼,而是硼與氧、水、鈉的化合物:四硼酸鈉(Na2B4O7.10H2O)。

硼砂(Borax)的外表是無色晶體與白色粉末,比起純元素的硼,硼砂是早期在自然界中較容易找到硼的型態 ── 另外一個常見的型態為硼酸,可在火山與溫泉中發現;元素硼則是至 1808 年才被化學家給呂薩克、泰納德與戴維分離出來。在硼元素被發現之前,硼酸甚至一度被列入元素表呢。

加州死亡谷的採礦遺跡。該地自1875年發現大量硼砂後,成為當時最大的礦場。圖/Brigitte Werner @Pixabay, CC0

煉金術士的法寶--硼砂的歷史應用

硼砂的用途相當廣泛,約西元前 200 年時,巴比倫人就已經將硼砂用於黃金鑄造的過程。之後,古埃及與羅馬人也會使用硼砂製作玻璃器皿,他們發現玻璃製作過程中加入硼砂,除了能幫助融熔,也可以控制玻璃的膨脹率,提高耐火度。中國則在西元前 300 年將硼砂用於陶瓷釉料,主要功能同樣是促進融熔、降低溫度,並做為琺瑯的原料之一。

到了西元 8 世紀,開始有文字記載波斯、阿拉伯煉金術士將硼砂用做金屬工業上的助焊劑與助熔劑。這是由於硼砂在焊接金屬的過程中,會分解成水、偏硼酸鈉(NaBO2)、氧化硼(B2O3),其中氧化硼能夠與金屬表面的氧化物反應、將之去除,故能夠幫助被焊金屬結合。

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硼砂的中西醫藥發展

除了冶金、玻璃與陶瓷工業上的應用,硼砂也具有藥用價值。在中國古代,硼砂又稱月石,被用作礦物藥的一種,《本草備要》中便有記載:「硼砂潤,生津,去痰熱。甘,微咸,涼,色白質輕。」硼砂在傳統藥效上,外用可解毒防腐、消腫,為主要用途;內服可治療喉嚨腫痛、咳嗽止痰、反胃等症狀,例如許多人嘴破時會用的西瓜霜,配方即含有少量硼砂。講到這邊,應該有人會想問:西瓜霜在臺灣不是被列為禁藥了嗎?事實上,這是由於大家所熟悉的桂林西瓜霜為中國藥廠製,目前在臺灣並未經過查驗核准發給藥品許可證,因此該藥品屬於不可販售的禁藥,罪魁禍首並非硼砂。

而在西方,硼砂的醫療研究常與硼酸相提並論。約公元 10 世紀左右,科普特人使用含有硼砂的成分來治療眼疾。1702 年,荷裔醫師 William Homberg首先將硫酸鐵與硼砂共熱,製備出硼酸。但 William 醫師還不知道他製造出來的物質就是硼酸,而將其命名為「鎮靜鹽(sedative salt of Homberg)」,聲稱其具有鎮靜、止痛、解痙攣的效果。

19 世紀至 20 世紀,硼酸與硼砂的醫療研究開始蓬勃發展。硼砂與硼酸被認為具有抑制細菌與真菌的性質,普遍被製成各式軟膏、敷藥、溶液藥,用途包含結腸和直腸灌洗、洗胃,也用於燒傷、手術傷口、膿腫時的外用藥;此外治療鼻子、喉嚨,甚至嘴巴內的鵝口瘡等,都可用上含硼酸的藥品。1875 年,英國醫師 Joseph Lister 則是第一個將硼酸用於「食品防腐」的人,開啟了日後硼砂與食品防腐的因緣。

醫生以飽和硼酸溶液沖洗嬰兒的耳朵。圖/Charles Hunter Dunn, Thomas Morgan Rotch @Flickr, No known copyright restrictions

硼砂與食品添加物的淵源

鹼粽。圖/Benjwong @Wikipedia, CC0

回到臺灣,我們習慣將硼砂稱作「冰西」,早期常添加在食品中,增加韌性口感與保水度,如蝦仁、黃油麵、鹼粽、貢丸、魚丸、年糕、燒餅等等。那麼,硼砂為什麼能讓食品變 Q 呢?其奧妙在於將硼砂溶於水時,會產生硼酸,並進一步與水中的氫氧根結合成硼酸根離子,與多醣中的官能基進行縮合反應(一種將兩個分子的官能基結合並脫去其他分子的反應)。換句話說,硼砂是澱粉分子間的關鍵連結,負責將各個分子交聯(cross-link)在一起,從而產生「QQ 的」口感。

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除了提升口感,硼砂也會在生鮮蝦蟹的保存中,用來防止「黑變」發生。在保存過程中,蝦頭、尾表面容易形成黑色斑點,這是由於蝦蟹捕撈離水後與氧氣接觸,體內的多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase)會催化酪胺酸(Tyrosine)代謝產生黑色素沉積,讓外殼看起來黑黑的,與蘋果發生的褐變相似。有些不肖商人為了賣相,會在冰存的鮮蝦、螃蟹等甲殼類中,加入硼砂作為多酚氧化酶的抑制劑,防止黑變。

不過,基於硼砂對人體的危害,世界上許多國家包括臺灣都已禁止硼砂在食品保存與防腐中使用。

硼砂的毒性作用

說了這麼多,硼砂究竟會對人體產生什麼影響?如果硼砂能夠入藥,為何新聞媒體還會稱硼砂是「高毒性」呢?

其實,硼砂對人體的危害,主要來自吃下硼砂後與胃酸反應的產物:硼酸(H3BO3)。硼酸對人體屬於中等毒性,會被腸胃道或是受損的皮膚迅速吸收,但不易排出的「蓄積性毒物」。只有微量攝取時,可由泌尿系統排出,對身體幾乎沒有影響;可是若暴露量太大或累積量過多時,便會引起中毒。

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這是由於硼酸在人體中會抑制消化酶作用,可能引起食欲衰退、阻礙營養素吸收、影響骨骼發育,中毒現象包括皮膚紅疹、脫屑;噁心、嘔吐、腹瀉、休克、昏迷等,嚴重者可能對胃、肝、腎、肺,甚至腦造成危害。

成人若攝入用 1~3 公克硼砂即可能中毒,15~20 公克有致命危險;孩童則因為代謝效率較慢,食用 5 公克可能造成死亡[1]。新聞中的孩童僅沾食了一口硼砂就出現中毒症狀,幸好最後送醫沒有大礙。

蟑螂、螞蟻都聞之色變

既然食品中已經不能添加,我們還會在哪裡遇到硼砂呢?
答案是 ── 殺蟲劑!

硼砂取得簡單、成本低廉,是坊間常見的防治蟻蟑配方,一般會將硼砂與麵粉、砂糖或其他易吸引昆蟲的餌食混合,製成簡單的餌劑。硼砂餌劑的滅蟲機制是利用螞蟻、蟑螂群居於巢穴、會食用同類屍體的習性,將硼砂的毒性傳播出去。2003 年紅火蟻入侵臺灣的危機中,硼砂也被正式用作有效的餌劑之一,可以說是立了大功。

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紅火蟻可能會對當地農業經濟與生態帶來巨大影響。圖/skeeze @pixabay, CC0.

再次綜觀人類的發展,硼砂的使用已十分長久,曾經作為煉金術發展的重要原料之一、到一度成為防腐劑的班底。如今在工業上,硼砂不只是製備其他硼化合物的基礎原料,也有許多不同的用途;在農業上,硼砂是硼肥中的重要成分之一。除此之外,只要正確的使用,硼砂也能成為生活防蟲的好幫手。

希望大家在閱讀完這篇文章後,能夠對硼砂有所認識,當然硼砂的應用千變萬化,說不定在生活某處,你也能發現硼砂默默參了一腳喔!(編按:例如自製軟軟和史萊姆的時候XD)

參考資料

  1. Alberta Stwertka 2002, A Guide to the Elements, Second Edition. Oxford University Press, Inc. U.S.A.
  2. Akihiro Koike et al. (1995), Dynamic Light Scattering and Dynamic Viscoelasticity of Poly(vinyl alcohol) in Aqueous Borax Solutions. Macromolecules, Volume 28, Pages 2339-2344.
  3. Jaime Wisniak (2005), Borax, Boric acid, and Boron—From exotic to commodity. Indian Journal of Chemical Technology, Volume 12, Pages  488-500.
  4. Robert J Weir JR, Russell S Fisher 1972, Toxicologic Studies on Borax and Boric Acid. Toxicology and Applied Pharmacology, Volume 23, Issue 3, Pages 351-364.
  5. Valdes-Dapena, M. A. and Arey, J. B. 1962, Boric acid poisoning. The Journal of Pediatrics Volume 61, Issue 4, Pages 531-546.
  6. 許鴻源等人(1985),簡明藥材學。新醫藥出版社,臺北市。
  7. 廖永安(2008),中醫藥材常用指南。黃金屋文化事業公司,臺南市
  8. 蘇明德(2016),硼的自述。科學發展,第523 期,第50-58頁。
  9. 陳竹亭(2008),硼元素的發現。高瞻自然科學教學資源平台
  10. 中國大百科全書總編輯委員會《化學》編輯委員會(1992),中國大百科全書,化學Ⅱ。中國大百科全書出版社編輯部,北京市。
  11. 歐明、王寧生(2005)。中藥及其製劑不良反應大典。大展出版社有限公司,臺北市。
  12. 菲利普.費爾南德斯.阿莫斯圖著,何舒平譯(2005)。食物的歷史。中信出版社,北京市。
  13. 曹艇、劉夢溪(2003),食品中非法添加硼砂的危害。中國預防醫學雜誌,第3期,第237-238頁。
  14. 胡小玲、黃輝濤、肖學成(2008),ICP – AES法測定食品中硼砂。中國衛生檢驗雜誌,第18卷第10期,第 1994-1995頁。
  15. 鄭永銘(2016),為什麼鹼粽吃起來Q彈。跟著鄭大師玩科學
  16. 高憲明(2012),毒家報導──揭露新聞中與生活有關的化學常識。五南圖書出版股份有限公司,臺北市。
  17. 高鎖鋼、田學賓等人(2005),化學元素發現的故事。倚天文化事業有限公司,臺北縣。
  18. 曾道一、賈宜琛(2002),食品科學概論。新文京開發出版有限公司,臺北縣
  19. 行政院農委會水產試驗所(2017),蝦頭變黑與新鮮度無關嗎?水產資訊,水產品食安專區。
  20. 漢斯烏里希.格林著,劉于怡譯(2014),把化學吃下肚。麥田出版,臺北市
  21. 陳俊宏,硼及其化合物(boron and its compounds)引起之中毒及其續發症認定參考指引。勞動部職業安全衛生署,職業傷病管理服務中心。
  22. 邱一中、王清玲(2009),利用硼砂餌劑防治入侵紅火蟻(Solenopsis invicta Buren (膜翅目:蟻科)之效果評估。臺灣農業研究。58卷2期,第 84-92頁。
  23. 陳淑佩、 王清玲 、 翁振宇 、 林俊義(2004),防治紅火蟻入侵簡易餌劑之開發。農業試驗所技術服務季刊,第15卷第4期, 第23 – 25頁。
  24. 王振宇、羅怡珮(2011),螞蟻餌劑對黑頭慌蟻族群的防治效果評估。灣昆蟲期刊,第31卷第3期,第169-177頁。
  25. 黃基森(2005),入侵紅火蟻防治政策在環境保護上之意義研究。環境教育學刊,第4期,第79-107頁。

 

註解

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[1]在歐盟,硼砂被允許以極少的用量添加於真正的魚子醬中,每公斤魚子醬僅能添加 5 公克。

 

延伸閱讀

  1. 誰是毒澱粉專家?(2)再談順丁烯二酸事件
  2. 驗明殺蟑產品,才能除好除滿!──《當蟑螂不再是敵人》

 

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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
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行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/

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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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是好幫手還是壞朋友?令人又愛又恨的「硼酸」
行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2017/12/26 ・3439字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 539 ・八年級

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

撰文/李成泰 │ 自由寫手

驚!OO 鹼粽又驗出硼砂!」、「鹼粽檢出硼酸,醫:嚴重恐引發代謝性酸中毒」,每年的端午佳節總會看見這類食安新聞又重新登上版面。硼酸與硼砂並非合法的食品添加物,卻仍有不肖業者將兩者違法使用,拿來增加食品彈性、韌性,延長保存期限或是保持色澤美觀,甚至除了鹼粽外,其他如年糕、油麵、貢丸、魚板及蝦仁等追求「口感」的食物也時常遭殃。

究竟,硼砂與硼酸會對人類身體產生怎樣的影響呢?這系列化學物質文章中,我們曾經以〈硼砂的應用 ── 讓食物變得 QQ 的月石〉一文中介紹過能夠製造 Q 彈口感的「硼砂」,這次,就讓我們先簡單複習硼砂的結構與特性,以及它與「硼酸」間的關係。

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鹼粽是節慶期間美味的食物,卻曾被驗出含硼砂、硼酸殘留。圖/Benjwong@wikimedia, CC0 Public Domain

硼砂與硼酸間的轉換

硼砂又稱四硼酸鈉,化學式為 Na2B4O7,是一種常見的含硼鹽類,外觀為無色晶體或白色粉末。它可以抑制酵母菌與黴菌的生長,曾用作防腐劑,也能抑制酪胺酸酵素(tyrosinase)作用,防止酪胺酸 (tyrosine)氧化成黑色素,近年來常被濫用於防止蝦類食品黑變,保持其色澤美觀。

硼砂易溶於水,其中 B4O72- 陰離子可與水分子形成本篇的主角 ── 硼酸(H3BO3),以及氫氧根離子(OH),因而帶有鹼性。水溶液中的硼酸分子會進一步與氫氧根離子結合,產生硼酸根離子(B(OH)4),其兩邊的「-OH 基團」可以和食物中的長鏈狀分子中的 -OH 基團反應形成鍵結,擔任長鏈間橋樑的角色,使長鏈分子們可形成 3D 網狀結構,這便是硼砂可使食物更為 Q 彈的關鍵。

同樣地,硼砂在酸性溶液中,例如硫酸或鹽酸,會被酸化為硼酸,但因氫氧根離子濃度低,不會進而生成硼酸根離子。簡言之,硼酸是硼砂溶於水、或與酸結合而成的產物,所以當食品與硼砂溶液產生反應後,往往硼砂與硼酸皆會殘留其中,而吃下肚後,由於胃液是酸性的,硼砂在體內便會被轉化成硼酸。

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左圖為硼砂的結構式,在水溶液中解離成兩個鈉離子(Na+)與中間的 B4O72- 陰離子,進而與水形成硼酸分子與氫氧根離子。/Sigma-Aldrich。右圖為硼砂礦石。/Aram Dulyan @Wikepedia, CC0 Pubic Domain

自然界中常見的硼酸

硼酸是一種含硼的無機弱酸,外觀為白色粉末或是透明晶體,摸起來有油膩感,微溶於冷水中,但溶解度會隨溫度增高而增大,在攝氏 20℃ 下,1 公升的水約可溶 47.2 公克的硼酸。硼酸在自然界中其實相當常見:海水本身就含有硼酸與其它鹽類;在某些特火山區,例如義大利的托斯卡納(Tuscany)及利帕里群島(Lipari Islands)與美國的內華達州(Nevada),也可以發現它的蹤跡。而有時候,硼酸也會與含硼礦物(例如硼砂礦)共存,穿插在礦物結構裡。

左圖為硼酸的結構式。/ Benjah-bmm27@Wikimedia CC0 Public Domain。右圖為利帕里群島的火山,其煙霧含有硼酸分子。/Raymond M. Coveney@wikimedia CC-BY-SA 3.0

另外,硼元素對植物的生長也是不可或缺的存在,它可以促進木質素生成以及根莖的生長;若缺乏硼,植物便會發黃或發黑,甚至葉子形狀發育不良。而這些硼元素常以「硼酸」的形式儲存在植物中,尤其是果樹與水果。所以攝入微量的硼酸並不是什麼驚天動地的事,人體也可以自然代謝掉,並不會對健康產生危害。

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硼酸的其他應用:消毒、除蟲、緩衝液

除了自然幫助植物生長,硼酸在醫療上也有所應用,它具有消毒作用,可以治療輕微割傷與燒傷,也能抑制黴菌的感染(如念珠菌或是足癬),常用作敷藥或是藥膏來使用。稀釋過後的硼酸水溶液(最高允許濃度為 3%)則能用作眼藥水或是洗眼液,舒緩眼睛的不適感,也是目前唯一以知道對眼睛有益的酸。

另外,硼酸具有殺死常見害蟲的功用(硼砂也有相同效果),主要機制是腐蝕昆蟲的外骨骼,並藉由餌食攝入的方式影響其新陳代謝。1948 年,美國國家環境保護署(United States Environmental Protection Agency, USEPA)就曾以硼酸控制蟑螂、白蟻、紅火蟻、蠹魚及跳蚤的數量;而這樣同時具備消毒與殺蟲作用的特性,也讓它被用作木材的防腐劑。硼酸的其他用途還包含:控制核電廠的核分裂反應速度、製造耐熱玻璃(硼矽酸鹽類)、硼酸與其硼酸根配成的水溶液可用做游泳池的酸鹼緩衝液等。

硼酸具除蟲效果,曾被 EPA 用來控制紅火蟻、蠹魚及跳蚤的數量。圖/Agricultural Research Service, CC0 Public Domain

注意!硼酸不可添加入食品中

讀到這裡大家可能會覺得:硼酸還不錯啊!除了本身就存在自然界中外,還是人類生活的好幫手呢。然而,接著我們也要說明使用時需要注意的一面 ── 硼酸的毒性。

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硼酸雖然本身毒性不強,但是在體內有「累積作用」,儘管每次攝取量不多,連續攝取後在體內累積,仍可能破壞中樞與消化系統,妨礙消化酵素作用,引起食慾減退、抑制營養吸收以及促進脂肪分解,導致體重減輕等症狀。此外,在大、小鼠與狗的硼酸餵食研究中,也觀察到長期或短期內攝入大量硼酸或硼砂,雄性生殖系統會受到影響,例如睪丸萎縮。不過,硼酸現階段並未觀察到明顯致癌或是產生基因突變的結果,國際癌症研究中心(IARC)也未將其列為致癌物質。

以劑量來說,成人攝取 1~3 克的硼酸便會產生「硼酸中毒」症狀,包含嘔吐、腹瀉、皮膚產生紅斑、更甚者有休克或昏迷之虞;口服致死劑量則分別是成人 15~20 克,幼兒 5~6 克,以及嬰兒 2~3 克。

因此,國際糧農組織與世界衛生組織之食品添加物專家委員會(簡稱 FAO、WHO JECFA)認為硼砂與硼酸對人體健康具有潛在危害,故不應做為食品添加劑,世界衛生組織(WHO)則建議硼酸的「每日攝取容許量(TDI)」為 0.16 mg/kg bw/day,亦即每日、體重每公斤可容許 0.16 毫克的攝入量。目前世界各國,大多命令禁止將硼砂或硼酸作為食品添加劑(不過歐盟允許硼砂或硼酸做為魚子醬的防腐劑),臺灣也已經明令禁止 ── 我們的食品添加物採正面表列,硼砂並不在許可清單之中喔。

除了仰賴相關單位的檢驗抽查之外,下次再購買相關食品的時候,我們也可以儘量挑選包裝完整且有標示食品成分資訊的產品,多一分用心,就少一分風險囉。

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新聞來源

 

參考資料

 

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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
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行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/