不能乾燒又不能刮傷，使用不沾鍋的規矩為什麼這麼多？

• 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？

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。

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：

• 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

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？

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。

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？

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?

（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）或。

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。

• 本文轉載自 MedPartner 美的好朋友 《含鐵氟龍的牙線有毒嗎？專家研究完整解密》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持  MedPartner 喔！

做好牙齒清潔是保持口腔健康的基礎，除了正確刷牙之外，正確使用牙線也是口腔清潔不可或缺的一部分。但近期有研究指出，某些材質的牙線可能含有毒性物質應該注意，更直接點出了知名品牌歐樂B。到底這件事情是怎麼回事？請大家不要恐慌，讓 MedPartner 團隊的醫療專家們為你完整分析！

鐵氟龍沒毒？半買半相送的全氟烷化合物才有？

常見的牙線材質有尼龍 (Nylon) 與鐵氟龍 (PTFE，Polytetrafluoroethylene) 這兩種。尼龍的健康風險較小，鐵氟龍材質的相關健康風險爭議較大，理論上這樣應該廠商多數會選擇尼龍材質才對。但鐵氟龍材質牙線宣稱具有較好的彈性與韌性、能容易通過較緊的牙縫，使用上可能比較舒適，因此是近年來備受大眾歡迎的產品。

然而鐵氟龍相關製品的安全性，一直以來都有許多爭議。這些爭議並不是來自鐵氟龍本身，而是因為鐵氟龍的製造過程中，通常需要添加全氟烷化合物 (PFAS，Perfluoroalkyls Substances) 作為加工助劑，這種添加物最終會殘留在成品中，增加使用鐵氟龍製品的健康風險。

近期加州大學柏克萊分校公衛學院與麻州寂靜春天研究所，發表了一篇探討生活習慣與全氟烷化合物暴露關聯性的研究。其中一個可能導致全氟烷化合物暴露增加的生活習慣，就是經常使用含鐵氟龍的歐樂 B Glide 牙線¹。

這是第一次有研究證實使用鐵氟龍材質的牙線，可能導致毒化物的暴露，在這篇研究發表之後，有許多國外媒體爭相報導，引起了不少討論。現在就讓我們來帶大家了解，究竟這個研究是怎麼做的？一起用科學的腦袋正確解讀研究結果吧！

也想爭天下第一毒的「全氟烷化合物」，憑什麼？

在開始說明研究發現之前，我們要先了解這個研究評估的毒化物標的：全氟烷化合物 (PFAS)。全氟烷化合物是一組合成化學物質，碳鏈結構上的氫，都由氟或其他官能基取代。由於全氟烷化合物同時具備防油、防水的特性，因此被廣泛使用於民生用品與工業製程中³。

全氟烷化合物中的碳氟鍵鍵結很強，使得這類物質具有相當穩定的化學性質。但這個穩定性對人體、對環境來說並不是一件好事。在環境中的全氟烷化合物不易分解，具有高生物累積性與持久性，全氟烷化合物進入人體內可以維持結構不變，殘留很長一段時間，碳鏈越長的全氟烷化合物，在人的半衰期就越長。

全氟辛酸 (PFOA，Perfluorooctanoic acid) 與全氟辛烷磺酸 (PFOS，Perfluorooctane sulfonates) 是兩種最常被使用的全氟烷化合物。目前已有許多研究指出，暴露於全氟辛酸與全氟鋅烷磺酸，可能與腎臟癌、睪丸癌、精液品質下降、甲狀腺疾病、免疫反應、降低孩童性荷爾蒙與生長荷爾蒙的分泌濃度等有關。

早在數年前，全氟辛酸 (PFOA) 就因為生殖毒性、持久性、生物累積性和毒性等理由，被歐盟化學管理法規 REACH 列為高度關注物質管制⁶。全氟辛酸在 2017 年被國際癌症研究機構 IARC 列為第 2B 類可能致癌物質，在動物實驗中有證據，但在人體沒有足夠證據會致癌⁵。根據台灣國家衛生研究院王淑麗研究員的研究指出，全氟辛酸會透過胎盤，直接影響胎兒的甲狀腺素濃度與功能，造成新生兒未來生長與認知功能發展異常²。

全氟辛烷磺酸 (PFOS) 則屬於《斯德哥爾摩公約》附件 B 表列之持久性有機污染物，代表這種物質是屬於應予以限制的持久性有機污染物⁷。締約國應依照公約所規定可接受用途或特定豁免，嚴格限制其使用。台大醫學院發表的研究曾指出當體內全氟辛烷磺酸的濃度增加時，頸動脈硬化、糖尿病與氣喘的風險會上升^2、3。

市面上常見含有全氟烷化合物的民生用品包含，不沾鍋塗層、防油食品包裝、防水衣物、抗污地毯、家具與個人護理產品。民眾會因為使用全氟烷化合物相關產品，或食用接觸過這類包裝的食物，直接產生暴露。全氟烷化合物也會透過室內空氣、灰塵或受污染的飲用水進到人體中。曾有研究於母乳中發現全氟烷化合物，因此嬰兒也有可能因為喝母乳暴露到全氟烷化合物⁴。

鐵氟龍牙線釋出有毒物質？研究結果怎麼說

為了瞭解民眾生活習慣與全氟烷化合物暴露之間的關係，研究人員找來了 178 名中年婦女進行問卷訪談與血液採樣¹。訪談的目的是用來確認受試者，是否有 9 種可能導致高濃度全氟烷化合物暴露的生活習慣，而問卷的其中一題就是「有多常使用歐樂 B Glide 牙線潔牙？」。這樣的問卷設計是因為，過去有研究指出歐樂 B Glide 牙線的製造使用到鐵氟龍，所以研究者假設使用鐵氟龍牙線是一個全氟烷化合物可能的暴露途徑。

為了確認含鐵氟龍牙線與全氟烷化合物暴露的關聯，研究中利用微粒誘發伽馬放射 (PIGE，Particle induced ????-ray emission) 初步評估牙線中全氟烷化合物的含量。檢測結果發現 18 種美國市售牙線中，有 5 種被檢出含有氟，這些有檢出氟的牙線被研究人員認為較有可能含有鐵氟龍，其中包含兩款歐樂 B Glide 品牌生產的牙線。

比對問卷與血液檢測的結果後，研究人員發現經常使用歐樂 B Glide 牙線的女性，較沒有此習慣的女性，血清中有一種全氟烷化合物的濃度較高——全氟己烷磺酸 (PFHxS，Perfluorohexane sulfonic acid)。

全氟己基磺酸因為非常持久性和非常生物蓄積性的緣故，在 2017 年 7 月正式被歐盟化學管理法規 REACH 納入高度關注物質管制⁶。而且就在去年底，聯合國《斯德哥爾摩公約》第 14 次持久性有機污染物審查委員會 (POPRC 14) 已通過全氟己基磺酸的風險資訊草案⁸。該會議結論認為，全氟己基磺酸具有遠距離環境遷移的特性，會對人體健康與環境造成負面影響，因此有必要針對這個物質採取全球性的行動。

好牙線，不用嗎？到底該不該用鐵氟龍牙線？

如同所有的研究一樣，這份研究也有其限制：

1. 首先，血液檢測與問卷訪談之間有時間差，但因為血液中全氟烷化合物的含量，是反映人長期的行為平均結果，而民眾的習慣一般來說不會有過大的變動。
2. 第二，研究中只詢問受試者使用歐樂 B Glide 牙線的頻率，卻沒有區別不使用牙線的人和使用非歐樂 B Glide 牙線的人，這可能弱化全氟烷化合物暴露與含鐵氟龍牙線的連結。
3. 最關鍵的是，這篇研究並沒有直接證據指出全氟烷化合物會從含鐵氟龍的牙線中釋出，也沒有證明牙線上的全氟烷化合物會轉移到唾液或手上，因此如果你是鐵氟龍材質牙線的使用者，目前可以不用太過恐慌。

雖然產品釋出全氟烷化合物到人體的模式還不夠明確，國內法規也未對產品中全氟烷化合物的殘留限量進行管制。但已有許多研究結果證實，全氟烷化合物在產品製造、使用和廢棄物處理階段，會釋放到環境介質中，空氣、土壤跟水都有可能受到污染。由於全氟烷化合物具有高穩定性與高生物累積性，所以就算不是從使用產品的過程中直接暴露，人類還是可能從環境介質或食物鏈間接暴露到這類物質。

因此，即便使用鐵氟龍牙線與全氟烷化合物暴露的因果關係有待更多科學證據，我們站在公共衛生與環境友善的角度，仍然建議避免使用。

既然全氟烷化合物對環境有害，我們該如何避免？

在更進一步的毒理證據出現之前，我們無法斷言這個成分對人體的風險有多大。因此在這個階段，使不使用全氟烷化合物製品，如同塑膠污染議題，是一個方便性與環境保護之間的抉擇。想要免於全氟烷化合物污染，就改變消費習慣吧！減少購買含全氟烷化合物的產品，降低市場需求，才能真正從源頭減量。以下是日常生活中你可以做到的 6 點：

1. 外帶食物自備容器，就能減少使用防油紙袋、紙盒。
2. 建議避免使用含鐵氟龍的牙線。
3. 避免選購有防污處理塗層的家具、地毯。
4. 避免使用防污噴霧噴塗的家具與地毯。
5. 盡量減少購買含全氟烷化合物的產品。
6. 如果已經購買了，請依照產品材質說明謹慎使用全氟烷化合物產品。

全氟烷化合物已是近年來科學界高度關注的新興污染物，這類過去被認為安全無虞或未經過足夠安全性評估的物質，隨著科學進展卻被證實有危害性。

我們應該把這些研究結果當作一個提醒，未來人類在合成製造新材料時，除了考慮材料本身的應用性外，也應該完整的評估對人體、對環境可能的風險。在決策時思考得更全面，考慮得更長遠，就有機會避免更多新興污染物的出現。

使用全氟烷化合物製品的人體毒性也許還有待確認，但是對環境的傷害已被證實。這個後果會由整個生態系共同承擔，人類當然也無法倖免。

希望這篇文章可以讓大家有更深的了解，不要因為新聞報導過度恐慌，但也不要低估相關的風險。歡迎大家分享這篇文章給身邊的親友，也希望你加入我們的訂閱計劃，讓我們有能力傳播更多正確、深度的醫療健康知識給更多的人。

參考資料

1. Boronow, K. E., Brody, J. G., Schaider, L. A., Peaslee, G. F., Havas, L., & Cohn, B. A. (2019). Serum concentrations of PFASs and exposure-related behaviors in African American and non-Hispanic white women. Journal of exposure science & environmental epidemiology, 1.
2. 國家環境毒物研究中心 (2016) 研究新知－全氟烷化合物可能夠拓胎盤影響胎兒甲狀腺素濃度，造成新生兒生長及認知功能下降
3. Lien, G. W., Wen, T. W., Hsieh, W. S., Wu, K. Y., Chen, C. Y., & Chen, P. C. (2011). Analysis of perfluorinated chemicals in umbilical cord blood by ultra-high performance liquid chromatography/tandem mass spectrometry. Journal of Chromatography B, 879(9-10), 641-646.
4. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). 2018. Toxicological profile for Perfluoroalkyls. (Draft for Public Comment). Atlanta, GA: U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service.
5. International Agency for Research on Cancer (IARC). 2017. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Volume 110.
6. 經濟部工業局國際化學品政策宣導網 (2019) 歐洲化學總署公告高度關切物質(SVHC)清單
7. 環境保護署持久性有機污染物 (PoPs) 資訊網站
8. Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants Review Committee. (2018). Report of the persistent organic pollutants review committee on the work of its first meeting. Rome: UNEP/POPS/POPRC.

• 本文轉載自MedPartner 美的好朋友，原文為《含鐵氟龍的牙線有毒嗎？專家研究完整解密》
• 編按：愛美是每個人的天性，不過對你而言光是看滿架的化妝品、保養品，各種醫美產品就令你眼花撩亂，更別說還有玻尿酸、膠原蛋白、類固醇這些有聽沒有懂的名詞來搗亂嗎？如果你想要聰明的美，不想要被各種不實廣告唬得團團轉，那麼泛科學這位合作夥伴 MedPartner 美的好朋友，就是你我的好朋友，歡迎大家訂閱支持喔！

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／陳亭瑋│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。此主題希望帶領社群認識最接近自身的「餐飲」面向，並分為外食與自炊二種情境，依照時常接觸的項目進行討論。

今天心血來潮，想自己動手做一盤番茄炒蛋，在炒得軟爛的番茄中倒入蛋汁，加入調味料、用鍋鏟稍微攪拌，待蛋液煮熟凝固，再以小火收汁就完工了。但是等一下，你以為這盤炒蛋裡只有你加入的番茄、鹽、糖和蛋嗎？這可不見得，很可能還有來自鍋子的「間接添加物」進入了食物中喔。

在上一篇以外食為討論場景的文章中解釋過，由於「擴散作用」的緣故，原則上不管用什麼容器或鍋具盛裝食物，都會有微量的物質由容器進入食物；而鍋具用來加熱、煮熟東西，使用溫度較高，也很可能會經歷碰撞、或長時間接觸食物如燉煮等狀況，這些通通都是會加速擴散作用的條件啊！究竟，我們應該如何使用鍋具，才能夠吃得安心呢？

先寫出結論的話：鍋子的「間接添加物」種類完全取決於所使用的鍋具表面。因此，要避免不良「間接添加物」進入食物的首要關鍵，就是慎選鍋具的材質，最好選擇標示明確、有相關檢驗報告的鍋具。

補充鐵質的鑄鐵鍋與鐵鍋

鍋具根據材質可以區分為鐵鍋、不鏽鋼鍋、砂鍋、鋁鍋等，這次，我們整理出幾項討論度較高的常見鍋具，來一一分析使用情境與間接添加物溶出的狀況。

用鑄鐵鍋做菜，吃菜兼補鐵嗎？

近年來很受歡迎的鑄鐵鍋、以及傳統熱炒店必備的生鐵鍋，會溶出的間接添加物從名稱上即可理解，就是我們很熟悉、偶爾會想補充的「鐵質」。1999 年的研究便證實，在某些低開發國家（實驗地點選擇了伊索比亞的社區），使用鐵鍋煮食會比使用鋁鍋更有補充鐵質的效果，並可減少孩童的貧血狀況[1]。然而這是在低開發國家進行的研究，我們一般日常飲食提供的鐵質應已足夠，不太需要以此方式補充。

重視廚具保養的人會知道，鑄鐵鍋與鐵鍋「養鍋」時，會於鍋具表面塗抹油脂再加熱，以形成「油膜」；反過來說，鑄鐵鍋或生鐵鍋如果沒有這層油膜，就會非常容易氧化生鏽。那麼真的生鏽了該怎麼辦呢？若狀況沒有嚴重到會影響鐵鍋整體結構，可磨除生鏽的部分，再以油脂養鍋、繼續使用。

另外，通常不建議使用鐵鍋烹煮酸性食物如番茄、紅酒等，主要是由於酸性食物會破壞油膜，可能造成鍋子表面變色、溶出較多的鐵質，甚至會「自動加味」影響食物風味。在清洗鐵鍋方面，儘量不要使用鋼刷，同時需避免使用大量清潔劑浸泡，以免破壞油膜引起生鏽。

而將鑄鐵鍋再「進化」一些，多彩華麗的「琺瑯鑄鐵鍋」則是在鑄鐵鍋表面加上了一層鍍膜，免除自己養鍋的麻煩。琺瑯鍍膜需要經過 750-850℃ 的高溫燒製上色，因此成品可耐高溫、抗腐蝕，即使長時間燉煮，間接添加物溶出的機會依然很低；加上鑄鐵鍋的儲熱效果佳，因此是以中小火燉煮食物、進行悶燒的好選擇。然而，琺瑯質表層堅硬，也因此較脆、較不耐碰撞，若鍋具內外溫差太大也可能導致琺瑯裂開、失去琺瑯層防止生鏽的效果，因此使用上需要注意的地方較多。

最後，琺瑯鑄鐵鍋外部五顏六色固然賞心悅目，但也要注意塗料本身是否會釋出其他重金屬，因此建議消費者盡量選擇食品接觸面為黑色等原色的鍋具 ── 總之，鍋具的食物接觸面都要留意啊 ── 此外，選擇能提供相關檢驗資料或佐證說明的可靠廠商，更能放心使用。

使用砂鍋和不鏽鋼鍋，會不會吃到重金屬？

而說到花色多變，除了琺瑯鍋，大概就是砂鍋、或稱陶鍋了。砂鍋是由「陶土」經高溫燒製而成，烹煮時可讓食物均勻受熱、且耐高溫保溫，適合長時間燉煮（例如砂鍋魚頭啊！）。不過你可能也知道接下來要出現的是什麼了，砂鍋儘管好用，表面的釉藥塗層卻時常受到質疑，畢竟若不幸買到劣質品，其中可是可能含有鎘、鉛等重金屬，老話一句，選購能提供重金屬檢驗合格資訊的鍋具，較能減少風險。

小知識複習：一般重金屬的定義為比重大於 5.0 或分子量大於 40 的金屬；而在日常生活的討論中，則常指對生物具有毒性的金屬如鎘、鉻、銅、鎳、鉛、鋅、錳、鈷、汞等。

在砂鍋之外，另一種常被提出重金屬疑慮的便是不鏽鋼鍋具。不鏽鋼是由鐵、鉻、碳等元素混合而成的合金，材料裡看上去有很多重金屬，但這類合金具有抗酸鹼、耐高溫不易鏽蝕的特性，一般使用難以溶出重金屬。不鏽鋼的材質種類很多，依據金屬材質的比例，標示主要包括 200、300、400 系列，目前最常見使用於「鍋具」的不鏽鋼則主要為 304、316 或 430。

這邊也要小小釋疑一下，鍋具「有沒有磁性」、「表面光滑與否」跟不鏽鋼的材質本身其實沒有太大關係，因為不鏽鋼的加工方法也有可能影響磁性與光滑度；唯一能夠分辨材質的方法就是根據鋼材標示。不鏽鋼根據材質比例可分為三大系列，其中「鉻」元素是使其不生鏽的原因。

不鏽鋼不易生鏽，是由於合金中的「鉻」會在表面形成一層氧化鉻保護膜，使得整體鋼材不容易鏽蝕，即使有小型的刮傷磨損等情形，也會再度生成保護膜防止不鏽鋼繼續生鏽。而這樣自體形成保護膜的原理，也出現在另一種材質 ──「鋁」身上。

鋁鍋輕便並且導熱快，在家庭及餐飲業中十分常見，它們在一般使用情境下相當穩定，不容易釋出鋁進入食物中（溶出量很低）。這是由於鋁鍋表面覆蓋的「氧化鋁」會形成保護膜，提高表面的抗腐蝕性。一般建議避免使用鋁鍋烹煮酸性食物或長時間燉煮、放置食物，就可以盡可能地減少鋁進入食物的機會。但不論是砂鍋、不鏽鋼鍋或鋁鍋，如果內層真的產生了難以除去的鏽蝕或是明顯的裂痕，就應該要更換，別猶豫了！

食物的沾與不沾

先戳破一個夢幻假象，不管鍋具表面看起來如何像小嬰兒的臉頰般光滑，拿出顯微鏡就會看到光滑的表面還是有許多小縫隙、刮痕。在煎煮食物時，如果食物的汁液進到這些縫隙中才受熱凝固，那這些汁液就會將食物「黏」在鍋子的表面，形成「沾鍋」的狀況。

舉例來說，煎蛋時必須加上足量的油塞住鍋表面的縫隙、並且將鍋子加到足夠熱度，只要能讓蛋汁在進入鍋具表面縫隙之前先凝固，自然就不會卡在縫隙中黏鍋。此原理如果使用得當，不管是哪種鍋具都能達到「不沾」的效果。

市面上常見便利好用的不沾鍋，則利用了鐵氟龍（聚四氟乙烯 Polytetrafluoroethylene，PTFE）「什麼東西都無法黏上」的特性作為鍋具表面，提供了低油烹飪的選擇。值得注意的是，鐵氟龍在常溫下十分穩定，但如果鍋具加熱到超過 260℃，仍會導致變質，超過 350℃ 時會開始分解、可能釋出有毒氣體，因此使用不沾鍋不可空燒。不過，我們一般用於煎煮之食用油的冒煙點[2]（約 200℃）低於鐵氟龍變質的溫度，因此只要鍋內有食物、且還沒被燒成焦炭，就代表鍋內還沒到達危險溫度，可以安心使用。

另外，由於「不沾」的關鍵在於塗料，若使用過一段時間後鐵氟龍剝落，或者表面出現刮傷，就代表塗層已經有損傷，應該要替換新的鍋子。同時，使用不沾鍋時也要避免鐵鏟、鋼刷、骨頭、貝殼這類尖銳堅硬的物品，以免對鍋面造成損傷。

近年中秋節出現的新產品「烤肉墊」也是採用與不沾鍋相同的原理，將鐵氟龍塗布在玻璃纖維布的表面，達成可以加熱食物卻不需擔心沾黏的效果。但因成份除鐵氟龍外，多含其他樹酯，使用時應依產品標示之耐熱溫度正確使用。而且烤肉墊通常就是直接擱在烤肉火焰之上，溫度相較爐火來說難以控制，應避免空燒，這也是前面提到過的不沾鍋使用原則之一；另外如同不沾鍋，也要注意鐵氟龍表面不能出現刮傷，避免食物中摻入塗層物質。

注意標示、按產品規範使用

和餐具相比，鍋具的材質選擇需要更加費心，因為煮食的同時既要加熱又要攪拌摩擦、甚至長時間燉煮，這些都是增加間接添加物的關鍵時刻啊！但簡單來說，只要不貪便宜、選擇檢驗合格的鍋具，並且盡量保持鍋具表面的完整，此外，購買時選擇標示完整之產品，並依產品標示正確使用，現在這些市面常見且經歷長時間考驗鍋具材質，都適合替你帶來美好的一餐喔。

註解：

1. 本研究證實了鐵鍋的確會提高食物中的鐵質，因而減少了低開發國家的孩童缺鐵性貧血發生的比率。在很多營養學的研究裡這些關聯通常難以證實，因為環境中出現該物質也不代表就會被吸收，而縱使被吸收了也不代表就能改善疾病症狀。另外，人體吸收鐵質的能力（一般情況下吸收率約 10-15 %）與人體對鐵質的需求有關，因此前述研究結論很可能不適合推衍到營養充足的一般人，有缺鐵症狀應該要看醫生吃鐵劑，才是比較正確的對應方法。
2. 冒煙點：是指加熱的油開始產生煙的最低溫度。油在這溫度成份出現變化，開始變質冒煙，尤其會產生各種有害健康的物質、致癌物。
3. 最後一個貼心小提醒：在選擇鍋子的好朋友(?)鍋鏟時，也要盡量選擇材質標示清楚、有良好信譽的廠商。若打算搭配不沾鍋、琺瑯鍋等需要避免刮傷表面的鍋子，建議使用矽膠、塑膠或木鏟等較不尖銳的材質。而關於矽膠、塑膠材質的鍋鏟，還須注意其適用的使用溫度（一般約 200℃ 左右），避免在烹飪的過程放在火上或鍋子邊緣空燒的地方，有可能會超過適用範圍融化鍋鏟喔。

參考資料：

• Flaten, T. P. (2001). Aluminium as a risk factor in Alzheimer’s disease, with emphasis on drinking water. Brain research bulletin, 55(2), 187-196.
• Adish, A. A., Esrey, S. A., Gyorkos, T. W., Jean-Baptiste, J., & Rojhani, A. (1999). Effect of consumption of food cooked in iron pots on iron status and growth of young children: a randomised trial. The Lancet, 353(9154), 712-716.
• 食品器具容器包裝衛生標準
• 食品藥物研究年報鋁製食品容器重金屬溶出試驗之探討
• 食安闢謠專區
• 不鏽鋼食品容器Ｑ＆Ａ
• 不鏽鋼化學成份及機械性質規範
• 鐵質概念1.2.3

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／陳衍達

給大家 10 秒鐘想一下，以下 2 種物品的關聯性：

…3、2、1，時間到。想到了嗎？

使用不鏽鋼鍋通常需要先熱鍋熱油，以免得食物黏住鍋面難以清理；那為什麼使用不沾鍋煎蛋時不加油也不須擔心沾鍋呢？傳統的棉質服裝舒適卻容易吸水，而聚酯纖維和尼龍等化學纖維可以防潑水，卻由於不透氣而少了舒適感；為什麼標榜 Gore-Tex 材質的衣物可以做到既防水又透氣呢？

意外製成的防沾利器：鐵氟龍

答案是一種化學物質，前述兩種生活用品都使用到聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，縮寫是PTFE）的塗層，它有個更響亮的名字──鐵氟龍（Teflon^®）。

鐵氟龍跟我們熟知的塑膠 PET、PE、PP 等等一樣，是一種聚合物，由四氟乙烯聚合而成。這種物質最厲害的特性在化學上稱作「惰性」，也就是不會跟其他物質起反應的傾向。舉例來說，塑膠、陶瓷、玻璃大多對酸鹼有惰性，因此盛裝果汁和醋等酸性的飲料時，會建議使用塑膠、陶瓷或玻璃容器，而避免使用易和酸鹼反應的金屬作為容器。鐵氟龍其分子表面都由電負度最高的氟原子佔據，對油脂以及各種水溶液都有惰性，而且摩擦係數非常低¹（可以到廚房摸摸看不沾鍋的表面，生活中應該很難找到比它更光滑的物質了）。

1938 年時，杜邦公司（該部門後來在 2015 年從杜邦獨立出來變成 Chemours 科慕公司）的工程師羅義 ‧ 甫南克（Roy Plunkett）在研發新的冷媒物質時意外將整罐四氟乙烯放在陽光下，後來發現罐子變重了，內壁還有滑滑的物質生成，這就是第一批被合成的鐵氟龍。鐵氟龍之好用，讓它從 1938 年被發明之後只花了短短八年就進入量產階段²，目前被廣泛用在廚具和建材水管的塗層以及服飾的夾層還有各種領域。

不過，一篇文章到這兒，總是要加一個「不過」。有不好的事要發生了（=w=）

不沾鍋塗料中的大魔王：全氟烷化合物是什麼？

四氟乙烯的運用可以說是成也惰性，敗也惰性。

在製造聚四氟乙烯的製程中，需加入全氟烷化合物（Perfluorinated Compounds，縮寫為 PFCs），如全氟辛酸（Perfluorooctanoic acid，縮寫為 PFOA）或是全氟辛烷磺酸（Perfluorooctane sulfonic acid，縮寫為 PFOS）讓反應進行得更順利，所以在鐵氟龍的產品中多少會有殘留這兩類物質。

全氟辛酸與全氟辛烷磺酸這兩種物質很安定，用途相當廣；全氟辛烷磺酸被廣泛用於紡織品、地毯、紙、塗料、消防泡沫、影像材料、航空液壓油等產品；而 PFOA 則最常出現於生產含有高效能氟聚合物的日常民生用品，例如不沾鍋塗層及微波爆玉米花袋子等。

由於這兩種物質相當穩定，只要正確使用就不易從用品中釋出，但若是使用不當，例如最常見的例子，用尖銳物跟菜瓜布劃傷不沾鍋、或是把鍋子加熱到鐵氟龍可耐熱的攝氏 260 度以上（通常只有在乾燒時才有機會飆到這種高溫），這些物質就有機會被釋出。

大魔王現身：全球共同避免全氟烷化合物的毒害

全氟烷化合物被釋出，會發生什麼事呢？

這類化學物質進入人體或是環境中，往往可很安定地存在個幾年（生物體內）甚至幾十年（環境中）³。而它們停留在人體內的時候，如果達到一定劑量，有可能會干擾內分泌系統，甚至影響胎兒及孩童的身體及智能發育^4,5。另外，國際癌症研究署也將 PFOA 歸類為「可能對人類有致癌性」的第 2B 級致癌物。

但是這類化合物已經普遍應用在我們的生活中，要免除其危害，勢必需要集結全球眾人之力，改變產業現況才行。

有鑑於前述 PFCs 的危害與毒性，聯合國在 2009 年將 PFOS 列入《斯德哥爾摩公約》列管的持久性污染物名單（Persistent Organic Pollutants）。歐盟針對 PFOS 的使用，發布了「2006/122/EC 指令」，各國須於 2008 年 6 月 27 日開始實施限制措施；針對 PFOA 的「(EU) No 2017/1000」 規範則於 2017 年 6 月 14 日正式宣布，歐盟各國最晚將自 2020 年 7 月 4 日實施限制。美國則自 2000 年頒布禁用 PFOS 於紡織品、服裝等。加拿大並於 2008 年 5 月 29 日起開始禁止製造、使用、銷售、進口含 PFOS 之消費產品。除了相關政府禁令，亦有倡議呼籲各大知名戶外用品廠牌於相關製程中自主停用 PFCs。

臺灣跟隨國際趨勢，也逐步加嚴對 PFOS 和 PFOA 的管制。行政院環保署已於 2010 年依毒性化學物質管理法，將 PFOS 列為第一類及第二類毒性化學物質，並於 2018 年 6月 28 日新增公告 PFOA 為第四類毒化物，管制濃度 0.01 %，另加嚴 PFOS 管制濃度由 1 % 修改為 0.01 %， 2010 年更於環境用藥管理法中公告禁用。目前業界也有自主動作，如臺灣半導體產業協會（TSIA）亦宣布自 2000 年起旗下公司已全面停用 PFOS，並且目標持續淘汰 PFOA 及其相關的化學產品。

這些措施就可以讓我們全面避免 PFOA 和 PFOS 的危害了嗎？首先，在這裡必須正視一個很殘酷的事實：由於過去的使用，以及這類化學物質的「持久性」，我們在生活中短期內無法全然避免這類物質。（認識更多：持久性有機污染物資訊網站）

已經進到環境系統的部分暫時難以處理；目前對於此類持久性有機污染物的處置共識，便是在工業生產與我們的日常生活中盡量減量，使用不沾鍋等相關的產品時謹守使用規範，就可以盡可能的減少相關物質的危害。

參考資料：

1. 維基百科──Polytetrafluoroethylene
2. Chemours──History of Teflon
3. 國家毒物研究中心，研究新知〈全氟烷化合物可能透過胎盤影響胎兒甲狀腺素濃度，造成新生兒生長及認知功能下降〉
4. 台大公衛學院新聞稿〈醫學團隊研究發現：全氟碳化物增加成人糖尿病風險、胎兒生長認知功能下降〉
5. Rappazzo, K. M., Coffman, E., & Hines, E. P. (2017). Exposure to perfluorinated alkyl substances and health outcomes in children: a systematic review of the epidemiologic literature. International journal of environmental research and public health, 14(7), 691.
6. Chen, W. L., Bai, F. Y., Chang, Y. C., Chen, P. C., & Chen, C. Y. (2018). Concentrations of perfluoroalkyl substances in foods and the dietary exposure among Taiwan general population and pregnant women. journal of food and drug analysis.