被稱為「毒塑膠」的聚氯乙烯為什麼還在我們生活中？要怎麼避免它的危害？

只有金屬會導電？

怎麼樣的材料能導電？這個問題的答案或許將永遠改寫。

芝加哥大學的研究團隊發現了一種新的合成材料，擁有塑膠般柔軟的非晶體結構，同時又有金屬般的導電性質。

講到導體，首先會想到的是老字號的金屬家族。金銀銅鐵這類材料是由單一金屬原子排列成整齊的晶格，自由電子可以穿梭其中。大約從十八世紀開始，科學家便知道常見的金屬可以用來傳導電荷，並將物質分為導體和橡膠這類的絕緣體。利用金屬電纜和元件，人們打造了公共電力網和電力火車頭，將人類社會帶進了電氣時代。

相隔許久後，二十世紀後半幾次意外的實驗讓科學家發現聚乙炔這種高分子聚合物在摻雜了些許碘原子之後，也能表現出良好的導電性。這完全顛覆了人們對於導體的認知：

原來除了金屬材料之外，塑膠聚合物也可以作為導體。

和傳統無機材料比起來，導電聚合物的製程簡單便宜，也有較好的可塑性，被俗稱為「導電塑膠」。這種突破性的材料帶來了新一波的電子產品，像是有機發光二極體（OLED）螢幕、有機太陽能電池、以及有機半導體科技等等。

儘管有著導電塑膠的響亮名號，但是導電聚合物和金屬導體一樣，都有緊密整齊的晶格結構，讓特定能量的電子可以順暢地流通。事實上，現代的固態理論認定固態材料必須要有這些整齊排列的晶格，才能有效地傳導電力。像是玻璃、黏土、橡膠這些結構無序的非晶體材料則肯定無法導電。

再一次超越想像，無序材料也能導電

不過芝加哥大學博士生 Jiaze Xie（現為普林斯頓大學博士後研究員）近期發現了另外一種可能性。他選擇了 TTFtt 這種高分子作為嘗試的目標。TTF 結構本身在數年前就已經被發現可以作為導電高分子的組成單元，但因為合成技術困難，並沒有受到研究圈的關注。Jiaze Xie 將鎳原子鑲在碳原子和硫原子組成的長鏈上，合成出全新的 NiTTFtt，開始了一系列的實驗。

在實驗室中，NiTTFtt 展現了不錯的導電性。但最令人驚訝的是，X 射線繞射結果顯示它的分子結構是無序的，沒有整齊的晶格結構。它是一種理論上不該存在的「無序高分子」導體。

事實上，NiTTFtt 的質地就像是小朋友的玩具黏土一樣，只要將一坨 NiTTFtt 黏在電路上，就可以開始導電。這表示它有著幾乎無人能敵的可塑性。除此之外，它還十分的穩定。實驗人員將它加熱到攝氏兩百多度、放在潮濕的空氣中幾十天、在它身上滴強酸強鹼，想盡各種方式考驗它，但它的導電性在各種條件下幾乎都能保持穩定，顯示其實際應用的潛力不容小覷。

這種被現有理論排除的材料為什麼有辦法存在呢？研究團隊利用掃描式電子顯微鏡和 X 光繞射的探測結果建構出了下圖的原子結構模型，企圖對這種前所未見的材料提出解釋。

以每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元。他們首先組成長長的一維長條（左），平行堆疊成千層派一樣的結構（中），並橫向排列形成立體的材料（右）。注意到每個長條排列的方向雖然一樣，但是並不需要有規律的秩序。

透過理論計算和電腦模擬，研究團隊發現長條之間即使經過平移或是扭曲，電子活動的範圍還是能維持足夠的重疊，讓電子能夠穿過不規則排列的千層派結構。也就是說，NiTTFtt 的特殊原子結構使得其導電性能在非結晶結構下屹立不搖。

獨一無二的特性，或許可以帶來更多的突破

NiTTFtt 獨一無二的材料性質顛覆了固態物理的既有認知，讓這份研究登上了《自然》期刊。由於電子產品是如此無所不在，任何關於導電材料的發展都會帶來無限的可能性。NiTTFtt 的可塑性以及耐溫耐濕耐酸鹼的超人特性開啟了許多傳統導體無法想像的機會。

研究團隊向全世界示範了有機分子只要有適當的結構，就可以在非結晶排列下維持金屬般的導體性質。他們也期待「無序高分子」導體能夠像金屬導體和導電聚合物兩位大前輩一樣，為人類社會帶來革命性的科技突破。

參考資料

• Scientists discover material that can be made like a plastic but conducts like metal
• 10.1038/s41586-022-05261-4

每年的 6 月 8 日被訂為世界海洋日，這個節日是希望每個人都可以好好認識海洋，並且重視汙染與資源過度開發的問題，因為海洋大約佔了地球的 70%，扮演著對於地球非常重要的角色，但近年來因為過度的開發，導致海洋生態系遭受破壞。

甚至，在荒野保護協會 2020 年的調查報告中發現，海洋垃圾中佔比的前五名，分別是寶特瓶、塑膠瓶蓋、菸蒂、吸管和塑膠提袋，這五項中就有四項是塑膠製品！

那我們要怎麼幫助減少海洋垃圾呢？

除了減少使用一次性塑膠製品之外，我們在去海邊遊玩的時候，如果有看到沙灘上有散落的垃圾，也可以一起幫忙搜集起來丟掉，以免在漲潮時候被海浪拍打進海裡，被海洋動物誤食。

如果垃圾還是不小心掉到海裡怎麼辦呢？於是世界各國開始研究起了清理海洋垃圾的方法。

澳洲的 Seabin 海洋垃圾桶就是一個成功的例子，它將港口或者岸邊的垃圾作為主要回收目標，可以 24 小時運轉，一年可以清理掉 1.5 噸的垃圾！

其實還有很多很有創意的發明，都可以幫我們解決海洋垃圾的問題，但是如果我們從根源做起，不亂丟垃圾、確實做好回收分類，看到公共區域的垃圾可以隨手撿起來，改變自己小小的習慣，大家都有這樣的共識，就可以發揮無限大的效用。

國民法官生存指南：用足夠的智識面對法庭裡的一切。

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。