香香脆脆的滋味怎麼來？膨化食品製程大揭密

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

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

《烘焙東西軍》熱映開播啦！這一集真的很「熱」，因為節目邀請到了兩位烘焙達人來到現場熱烘烘的烤！麵！包！

第一位華麗登場的，是有著亮麗小鬍子、動作咻咻咻超有效率的「有添加師傅」，另外一位古意老實、動作慢條斯理的，則是近年來越來越被看重的「無添加師傅」——這是一場「有添加」與「無添加」的世紀大對決！

「有添加」與「無添加」的世紀大對決

外表亮麗的有添加師傅，其實早已憑著「三好」稱霸市場多年。所謂的三好，是好快、好吃、好美！為何會這麼說呢？

食品添加物存在於食品中許久，早期因為食物加工技術不夠精良，為了食品安全無虞，便添加可以讓食物安定的添加物，延長保存期限。又因為食品添加物可以改變食品的外觀、口感、縮短製作時程等，因此，長期以來受到業者及消費者的偏愛。

不過，近來由於食安事件頻繁，食品添加物早已偏離了原先讓食物安全的初衷，在追求好吃、好快、好美的背後，卻可能造成身體上的負擔與健康風險！製造過程是否安全合理？乾淨衛生？也是打了許多問號。

再加上現在因健康養生的意識抬頭，消費者們越來越注重吃下肚子的食物成份，開始努力追求簡單無添加。也因為隨著食品加工技術越來越棒，能夠透過改善製程，有效減少添加物的必要性。終於，在消費者意識抬頭、技術成熟等各方條件皆備下，古意老實、耗費工時的無添加師傅，多年以後，開始受到矚目啦！

在這場世紀對決中，有添加師傅在民眾都還來不及反應時，就已經做好了熱騰騰的麵包，每一個麵包都飽滿好看、香氣濃郁，簡直是施了魔法一樣！但見到這麼多食品化工添加物做出來的麵包，難道就不能有更健康的材料選擇或做法嗎？

反觀無添加師傅，他按部就班的從麵粉開始精心挑選，接著再逐一加入可以溯源的材料，接下來，順應麵包的特性自然發酵。即使有添加師傅已經端出熱騰騰的麵包了，無添加師傅仍然不為所動，他循序漸進，寧可耗時製作，堅持做自己的無添加麵包。

無添加師傅之所以堅持，那是因為他秉持著麵包不用任何添加物，不講求快速便利，用純淨的原料配方、遵循傳統法國工法，做出來的麵包也可以照樣香氣四溢、美味好吃，更重要的是每一口都吃的健康又安心！

當兩位師傅的麵包端上評審桌⋯⋯

有添加師傅的麵包外表金黃澎潤漂亮，無添加師傅的則是外表非常質樸。

不過，當評審們吃下麵包後，外表質樸的無添加師傅，竟然擄獲了評審們的心！

怎麼辦到的呢？這是因為花了較多時間製作的無添加麵包，保濕度較佳，口感也較有層次。當評審一口接著一口品嚐，會發現吃的都是食物的鮮甜原味—無添加麵包是名為「裸麵包」的寶藏男孩啊！他不同於外表上看起來質樸敦厚，只要用心切開，裏頭包裹著滿滿新鮮在地的果乾和堅果，是誠心誠意的美味。

烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」，是怎麼來的？

堪稱烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」，是來自於家樂福自製的烘焙產品。長期關注食物真實性與為顧客把關健康的家樂福，2014 年就開始著手了「無添加驗證計畫」，也在 2019 年取得了「A.A. 無添加驗證標章」，更透過第三方專業機構親赴產線檢驗、不定期抽查等層層審核程序，取得了嚴謹認可。

要打造寶藏男孩般的「裸麵包」，並不是容易的事。許多標榜安心安全的麵包，都只能做到製程及配料上的無添加；而追求極致的家樂福，自製白吐司則從特製 100% 的無添加麵粉開始，掌握源頭，做最純淨、最真實且赤裸的麵包。

這是一款依循歐盟規範，取得 A.A. 無添加標章，第三方驗證後可信賴的麵包。

這是關注在地的暖心麵包，嚴選在地好食材、講求動物福利，選用當季水果、非籠飼雞蛋、透明鮮奶、以安佳奶油取代人造奶油⋯⋯。

這是減塑又減廢，以醜蔬果製作配料，減少食材浪費，更導入環保包材，友善環境的麵包。

烘焙東西軍「有添加師傅」與「無添加師傅」的對決，我們看到了，天公疼憨人，穩扎穩打、工法較繁複的無添加製程，受到消費者的青睞——這一場對決，由純粹、誠實、充滿善意的裸麵包，「無添加師傅」獲勝。

才剛踏入聖誕節慶的季節，知名高級巧克力品牌 GODIVA 日前卻爆發冰淇淋含致癌物的食安危機！衛生福利部食品藥物管理署（以下簡稱食藥署）於 2021 年 12 月 10 日公告，因接獲歐盟食品及飼料快速預警系統（RASFF）通報，GODIVA 有 6 款自法國輸入的冰淇淋產品中，所使用到的「刺槐豆膠」檢出農藥環氧乙烷（ethylene oxide）殘留不符合歐盟標準，我國標準為不得檢出，故全數下架回收。

相信身為巧克力控或冰淇淋控的讀者們，得知這個消息時一定非常震驚又難以接受，因為這批環氧乙烷超標的冰淇淋產品從 2020 年開始輸入販售至今，大多數有問題的產品消費者早已吃下肚了。

但話說回來，究竟「環氧乙烷」是什麼可怕的化學物質呢？吃下去對人體健康有什麼影響？又為什麼會出現在冰淇淋產品裡呢？就讓我們繼續往下看吧。

環氧乙烷有多毒？對人體有什麼影響？

環氧乙烷是一種易燃氣體，化學式為 C₂H₄O，主要用作製造抗凍劑、聚酯或其他工業用的化學物質，它也用於醫療設備及相關用品的消毒。

在一些國家如印度、加拿大和美國，環氧乙烷被允許在農業上用作燻蒸劑來殺死害蟲、細菌（包含內孢子）、黴菌及真菌，因具高揮發的特性，環氧乙烷會自行分解到空氣中，殘留在食物是很微量的。然而由於環氧乙烷具有致突變性和致癌性的科學證據，歐盟是禁止將其用作殺蟲劑，在臺灣也是禁用的農藥。

依據環保署毒物及化學物質局提供的「環氧乙烷災害防救手冊」，工人間歇性暴露高於 700 ppm 的環氧乙烷 2 個月後，會出現味覺和嗅覺暫時性遲鈍、頭痛、噁心、嘔吐、昏睡、記憶及思維紊亂、口齒不清、吞嚥困難、面肌和四肢無力等。

而在勞動部職業安全衛生署的「環氧乙烷中毒之認定參考指引」提到，人若短時間內暴露在空氣中高濃度（呼吸或皮膚接觸）的環氧乙烷，會對呼吸道、眼睛黏膜產生刺激，或產生腸道相關症狀。相關研究也指出，長期接觸環氧乙烷的女性工作者，易造成自發性流產。此外，長期暴露環氧乙烷的工作人員易罹患血液與淋巴癌。因此國際癌症研究中心（International Agency for Research on Cancer , IARC）將環氧乙烷列為第一級致癌物^[註1]。

請先別太慌張，通常最容易暴露到環氧乙烷的機會，是在製造或使用環氧乙烷的地方（例如工廠、醫院或農場）工作的工人（呼吸或皮膚接觸）。一般地區的空氣中就算能測出微量的環氧乙烷，也都是低於會造成健康問題的濃度。

另外，臺灣勞工作業環境空氣中有害物容許濃度標準規定，環氧乙烷的工作場所中 8 小時日時量平均容許濃度為 1 ppm，1.8 mg/m³，這部份勞動部是有在為民眾職業安全衛生做把關喔！

環氧乙烷的食安問題，早在去年歐洲就先爆發

去年 2020 年 9 月，歐洲就先發現印度產芝麻中環氧乙烷殘留量超標，而緊急發出通報，使歐盟展開大規模的監測，導致許多不同類型的產品被回收下架，如麵包、醬汁或其他含有芝麻的食物等，整個歐洲包括奧地利、芬蘭、法國、德國、愛爾蘭、義大利等近 20 個國家皆受到波及，造成很大的經濟損失。

而歐盟也對刺槐豆膠（屬於食品添加物的安定劑）相關製品進行檢查，發現許多冰淇淋皆有使用到環氧乙烷殘留量超標的刺槐豆膠，故也面臨全面下架的慘況。像今年 8 月，雀巢的 Milkybar 和 Nuii 雪糕就有數批就是因此而下架回收^[7]。

根據歐盟的報告推測，是農場端將刺槐豆仁或刺槐豆莢進行殺菌燻蒸時，施作的環氧乙烷劑量過高，來不及揮發到空氣中導致殘留量過高，大大影響了所有的下游端。

那環氧乙烷到冰淇淋的殘留量到底高不高呢？

淺談冰淇淋的製造流程及食品添加物作用原理

在換算環氧乙烷到冰淇淋殘留量有多少前，可以先簡單認識冰淇淋的加工流程。首先將原料乳與各種配料，包括醣類、乳化劑、安定劑、香料或色素等混合，接著過濾、均質及殺菌後，再將混合完成的霜料置於冷藏環境下陳化^[註2]，最後進行攪凍。

攪凍即是在攝氏－2～－8 度的凍結庫攪拌，同時將空氣打入霜料中，霜料的體積就會逐漸膨脹。攪凍完成後，立刻降低溫度至攝氏－18 度以下以硬化組織，就可以拿去販售囉！而霜淇淋與冰淇淋最大的差異，就是它省略了「硬化」這個步驟，所以質地相對比較柔軟。

此外製作冰淇淋最重要的是，要避免形成「大冰晶」生成，因為它是造成沙沙不良口感的主要來源。而牛乳是冰淇淋最重要的原料之一，其富含的乳脂肪可提供乳香味，使冰淇淋保有滑順的口感，也能夠干擾小冰晶結合形成大冰晶。

安定劑就是指膠體，一般常用植物膠（如刺槐豆膠）或羧甲基纖維素（carboxymethyl cellulose；CMC），可防止大冰晶形成，增加冰淇淋黏度、硬度並保持形狀；乳化劑如脂肪酸甘油酯（Mono－and Diglycerides；MDG），則有安定脂肪小球，使氣泡穩定的作用。

或是直接使用乳化安定劑（或稱穩定劑），就是膠體和乳化劑按冰淇淋適用的比例配製好的複方食品添加物。這些食品添加物可避免製作時出現油水分離的情況發生，使終產品的狀態更穩定，在室溫下也不會那麼快融化。

故從微觀的角度來看，冰淇淋是個很複雜的系統，有氣泡、冰晶、蛋白、膠體、乳化劑和脂肪球等，相輔相成結合在一起。 

• 延伸閱讀：食品加工到底在加什麼工？—「PanSci TALK：天然ㄟ尚好？II 」

殘留在刺槐豆膠的環氧乙烷，製作到冰淇淋的時候還剩多少？

回過頭來看，冰淇淋之所以要加安定劑刺槐豆膠（locust bean gum），就是避免冰淇淋在冷凍的期間產生冰晶或乳糖結晶，維持冰淇淋形狀，還能提供蓬鬆、綿密的口感，添加量多在 0.1～0.5％。

刺槐豆膠是由 Ceratonia silqua 種子的胚乳抽取精製而成的水溶性植物膠，在食品業中常作為一種天然的增稠劑使用，還很常用在糖果、巧克力、加工肉品（熱狗、香腸）、調味奶、果凍或蛋糕等。

根據歐盟法規規定，刺槐豆膠的環氧乙烷殘留量標準是訂「最大殘留容許量」 （maximal residue level; MRL） 0.1 mg/kg，是指人在吃這個劑量下，該食品即使吃一輩子也都不會造成健康問題。

• 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）

而這次歐盟在刺槐豆膠中檢測到的環氧乙烷殘留量大多落在 0.4～1.1 mg/kg，換算至最終的冰淇淋產品，環氧乙烷頂多只有 0.005 mg/kg，也就是十億分之五，以一杯 GODIVA 冰淇淋有 80 g 重換算，一杯冰最多含 0.0004 mg 的環氧乙烷，且這還沒有把加工過程中的耗損算進去。

雖然環氧乙烷是第 1 級致癌物，但如此趨近於零的劑量，對我們人體產生危害的機率微乎其微，所以即使你今天是不小心吃到有問題的冰淇淋消費者，也不需要擔憂會致癌喔！

註解

註 1：IARC 將致癌物分為四個等級，分別為第 1 級、2 級（又細分為 2A 及 2B 級）、3 級和 4 級致癌物，其中第 1 級代表確認為人類致癌物。

註 2：陳化（aging），在低於攝氏 5 度環境下放置 4～28 小時，使脂肪固化，安定劑充分吸收水分，增加霜料的黏性及平順感，讓口感更細緻。

參考資料

1. 衛生福利部食品藥物管理署，2021。有關歐盟食品和飼料快速預警系統（RASFF）通報，自法國輸入「黑巧克力碎牛奶巧克力冰淇淋」、「比利時黑巧克力冰淇淋」、「黑巧克力草莓冰淇淋」、「香草味可可冰淇淋」、「黑巧克力碎焦糖咖啡冰淇淋」及「巧克力起司蛋糕冰淇淋」六項產品，使用之穩定劑（刺槐豆膠）檢出含環氧乙烷（ethylene oxide）殘留不符合歐盟標準。食品藥物消費者專區。
2. 香港商歌帝梵亞洲有限公司台灣分公司，2021。關於 GODIVA 杯裝冰淇淋進一步聲明。 GODIVA Chocolatier（Asia） Facebook 粉絲專頁。
3. 徐如欣，2021。環氧乙烷。國家環境毒物研究中心。
4. 行政院環境保護署毒物及化學物質局，2021。環氧乙烷。毒災防救管理資訊系統。
5. 食力 foodNEXT，2021。Godiva 六品項冰淇淋因含「環氧乙烷 」而下架回收！推測可能因用於滅菌導致殘留。
6. Bessaire, T., Stroheker, T., Eriksen, B., Mujahid, C., Hammel, Y. A., Varela, J., Delatour, T., Panchaud, A., Mottier, P. and Stadler, R. H. 2021. Analysis of ethylene oxide in ice creams manufactured with contaminated carob bean gum (E410). Food Additives & Contaminants: Part A, 38: 2116-2127.
7. Hayley, Halpin. 2021. Batches of Nestlé Milkybar and Nuii ice creams recalled over presence of unauthorised pesticide.
8. Goff, H. D. 2016. Milk proteins in ice cream. Advanced Dairy Chemistry. New York: Springer.
9. 陳建元，2018。食用食物添加物 (五版)。臺中市：華格那出版有限公司。
10. 黃國青，2012。「殘留容許量」（MRL）與「安全攝取量」（ADI）指標不同結果方向一致。行政院農業委員會動植物防疫檢疫局。
11. 陳永煌，2016。環氧乙烷（Ethylene Oxide）中毒之認定基準。勞動部職業安全衛生署。