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苯甲酸:乾貨們擺脫不了的防腐劑?

行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2018/02/13 ・3222字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 468 ・五年級

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

文/林宇軒

年關將近,年貨含過量防腐劑常上新聞。圖片為示意圖,非苯甲酸過量的食品。圖/Chanzj @pixabay

年關將近,當爸爸媽媽爺爺奶奶又開始採買各種年貨、準備吃好菜過好年時,卻看到了像是「乾貨檢出防腐劑苯甲酸過量」、「年菜好朋友梅乾菜苯甲酸超量多吃恐傷身」等與年節食品檢驗不合格相關的新聞,讓年節歡愉的氣氛蒙上了一絲絲的不安啊……到底「苯甲酸」是什麼?它真的很傷身嗎?已經很「乾」的乾貨又為什麼會需要添加防腐劑呢?

乾貨為什麼要添加防腐劑呢?苯甲酸又為什麼可以防腐?

乾貨之所以被製作成乾貨的原因,除了能增進食品本身的風味以外、還能降低食物中的微生物可利用的水分、以抑制微生物生長。但只有減少水活性這招是不夠的!乾貨再怎麼「乾」,都還是會含有些許的水分,再加上儲存在臺灣如此潮濕的環境,這都讓微生物有了可趁之機。

所以還需要有其他的招式,於是苯甲酸就出現了!但它又為什麼能被用作為防腐劑呢?

苯甲酸分子,有一個氫可以釋出讓所在的環境變酸。圖/Sigma Aldrich

說到苯甲酸的防腐機制,就要從它本身的分子特性說起了。因為苯甲酸在偏酸性的環境下(pH 約低於 4)會偏向以未解離的形式存在;而未解離的電中性狀態較不易被細胞膜攔截,因此容易進入細胞中。苯甲酸進入細胞後,在細胞內中性的環境會解離、並酸化細胞質,進而影響微生物的代謝功能,也藉此抑制了細菌或真菌的代謝與生長(Warth, 1991; Hazan, Reut etal., 2004; Krebs et al., 1983;  Lambert & Stratford, 1999)。

因為一般的細菌喜歡在 pH值 4.0~9.0 的區間中生長,所以在酸性環境下的苯甲酸就能夠用來抑制微生物的生長。不過苯甲酸本身不太容易溶解在水中,因此為了讓溶解度更高,實務上通常會使用苯甲酸鹽類,例如鉀鹽、鈉鹽、鈣鹽等。當這些鹽類溶於水中後,解離出來的苯甲酸根,有同樣抑制微生物生長的效果(Wibbertmann et al., 2000)。因此我們會在一些果醬、含果汁飲料等偏酸性的加工食物中,看到苯甲酸鹽類的蹤影。

藍莓、干貝與果醬,生活中的苯甲酸

天然的藍莓也含有微量苯甲酸。圖/PhreddieH3 via Wikimedia

事實上,苯甲酸並非只作為食品添加物出現,某些動植物體內也會有自然產生微量的苯甲酸,像是多數的莓果類如藍莓、蔓越莓、越橘等都含有大約 0.05% 的苯甲酸,而北半球極地地區的岩雷鳥Rock ptarmigan, Lagopus muta)(Wibbertmann, 2000),他們的肌肉中就含有微量苯甲酸,又例如:麝牛Muskox, Ovibos moschatus)散發強烈氣味的費洛蒙分泌物中就含有微量的苯甲酸(Flood, 1989)。

苯甲酸作為添加物不一定都是壞事,重點是有沒有超量添加。衛生福利部訂定苯甲酸能添加在一些海鮮及肉類醃製與煉製品、調味料、果醬、飲料、豆皮豆乾及醃製蔬菜等。不同類別的食品能添加的量也不盡相同(詳情請見衛福部公告)。

WHO 建議苯甲酸的每日耐受量為 5 mg/kg(也就是一位體重 60 公斤的成人,每天吃 0.3 g 以內是可以接受的量),如果是用各種食物的添加上限做計算的話,要達到 0.3 g 的量,吃半公斤乾貨、或是吃超過 300 g 的果醬,才有可能超過建議標準,而飲料由於添加上限為 0.6 g/kg,所以每天 500 ml 就有可能達到每日耐受量了。但只要看清楚食品添加物標示、慎選安心來源的食品,其實也不用太過恐慌。

那苯甲酸究竟會不會傷身呢?

回到大家最關心的問題,那麼可以防止細菌生長的苯甲酸,人體吃下去真的沒有問題嗎?事實上,1940 年即有研究指出,人體攝取苯甲酸後,會在肝臟中與甘胺酸反應,而被轉化成馬尿酸(Pero, 2010),而隨著尿液排出體外。而且這個流程在 9-15 小時內就會代謝完畢,代謝的速度相當快。因此只要在合法、合理的劑量範圍內使用,目前的動物實驗都顯示苯甲酸的確沒有慢性毒性的疑慮。而成人急性中毒的劑量高達 1~1.5 g/kg/day,也就是差不多每天吞下小半杯(60-90 g)的量,會產生胃痛、噁心和嘔吐的現象。(國家毒物研究中心資料1, 2

不過可能也有眼尖的朋友已經注意到,苯甲酸結構中有個「惡名昭彰」、已經證實有致癌性的「苯」,這究竟會不會有影響呢?事實上,各種含苯環的有機分子也能夠被肝臟代謝成為馬尿酸,因此科學家和醫生時常藉由偵測尿液中馬尿酸的含量,來判斷患者的生活中是否有暴露於過量的苯類有機分子。

不過目前有少數的例子,能使苯甲酸被轉化為致癌的「苯」。液體環境下如果同時含有苯甲酸和維生素C,在鐵離子或二價銅離子的催化下,苯甲酸有機會被維生素C 還原成苯(Gardner & Lawrence, 1993)。這在國際上也曾引起軒然大波,2017 年 3 月奈及利亞法院認為可口可樂公司在該國生產的芬達,因為同時含有苯甲酸與維生素 C,而判定未來該國生產的芬達飲料都必須要在包裝上標示「可能致癌」的警語(Gardner & Lawrence, 1993; CNN新聞)。不過臺灣的這類飲料如芬達並不是使用苯甲酸,而是使用己二烯酸做為防腐劑,也就不用擔心這個問題了。

加工食品無法躲避的防腐需求

逢年過節我們一定會注意到的當然就是年貨的抽查報告了,每年的縣市政府衛生局都會進行加工食品的抽查,盤點出違法超標的品項。提醒大家,加工食品要選用有商譽的廠商所生產的食品,不要購買標示不清的年貨,就可以安心享用美食。

現代的生活中受惠於食品保存技術的發達,我們的飲食不太受限於季節因素,只要想要就可以品嘗各式山珍海味。而時常使用苯甲酸做為防腐劑的乾貨、醬料正是跨越季節,點綴年節的餐桌好夥伴。適當使用防腐劑如苯甲酸,可以大量減少錯誤保存、細菌孳生帶來的風險,讓大家在感受年味的同時沒有後顧之憂啦!

延伸閱讀:

  1. 微生物的奇幻旅程:食物為何變得好壞壞?  – PanSci 泛科學
  2. 泡麵和罐頭其實是防腐劑絕緣體!你誤會很久的食物保存二三事 – PanSci 泛科學
  3. 食物不壞一定是防腐劑的功勞嗎? – PanSci 泛科學

參考資料:

  1. Warth, ALAN D. “Mechanism of action of benzoic acid on Zygosaccharomyces bailii: effects on glycolytic metabolite levels, energy production, and intracellular pH.” Applied and environmental microbiology 57.12 (1991): 3410-3414.
  2. Krebs, Hans A., et al. “Studies on the mechanism of the antifungal action of benzoate.” Biochemical Journal 214.3 (1983): 657-663.
  3. Hazan, Reut, Alexandra Levine, and Hagai Abeliovich. “Benzoic acid, a weak organic acid food preservative, exerts specific effects on intracellular membrane trafficking pathways in Saccharomyces cerevisiae.” Applied and environmental microbiology 70.8 (2004): 4449-4457.
  4. Lambert, R. J., and M. Stratford. “Weak‐acid preservatives: modelling microbial inhibition and response.” Journal of applied microbiology 86.1 (1999): 157-164.
  5. Wibbertmann, A., et al. “Concise International Chemical Assessment Document 26. Benzoic acid and sodium benzoate.” World Health Organisation Geneva> 26 (2000): 1-48. http://www.inchem.org/documents/cicads/cicads/cicad26.htm
  6. Flood, Peter F., et al. “Odor of the muskox.” Journal of chemical ecology 15.8 (1989): 2207-2217. doi:10.1007/bf01014110
  7. Pero, Ronald W. “Health consequences of catabolic synthesis of hippuric acid in humans.” Current clinical pharmacology 5.1 (2010): 67-73.
  8. Gardner, Lalita K., and Glen D. Lawrence. “Benzene production from decarboxylation of benzoic acid in the presence of ascorbic acid and a transition-metal catalyst.” Journal of Agricultural and Food Chemistry 41.5 (1993): 693-695.
  9. Nigerians boycott Coca-Cola drinks after court rules them ‘poisonous’ – CNN, 2017 Mar. 28
  10. Coca-Cola’s products Sprite and Fanta may be ‘poisonous’, rules Nigeria Court – The Independent, 2017 Mar. 29
  11. 國家環境毒物研究中心 – [新聞解讀] 苯甲酸、己二烯酸
  12. 國家環境毒物研究中心公告 民國 102-103 年新聞整理(食品類)
  13. Benzoic acid – Wikipedia
  14. Benzene in soft drinks – Wikipedia
  15. Preservative- Wikipedia

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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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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》