蛋白質折疊：內摩擦力扮演更重要的角色

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

AlphaFold的誕生：人工智慧的奇蹟

2018 年，Google 旗下的 DeepMind 團隊推出了第一代 AlphaFold，這是一款基於深度學習的 AI 模型，專門用於預測蛋白質的三維結構。AlphaFold 的命名取自「fold」一詞，意為折疊，指的是蛋白質在胺基酸鏈構成後迅速摺疊成其功能所需的三維結構。

AlphaFold 的突破在於其能夠預測出蛋白質折疊的可能性，這是一個傳統計算方法無法達到的領域。第一代 AlphaFold 在國際 CASP 比賽中取得了一定的成功，雖然其預測準確度尚未達到實驗室標準，但其潛力讓科學家們充滿期待。

為什麼蛋白質結構預測如此重要？

蛋白質是生命的基石，它們的功能取決於其複雜的三維結構。然而，僅靠實驗技術來解析蛋白質的結構既昂貴又耗時。過去科學家依賴於如 X 光晶體繞射等技術來解析蛋白質的結構，然而這種方法雖然精確，但往往需要數年時間來得出一個結論。

到目前為止，人類已知的蛋白質數據庫中，全球僅解析了大約 22 萬種蛋白質的結構，這遠遠不足以滿足生物學和醫學研究的需求。尤其是人類的許多蛋白質結構仍然未知，這成為阻礙醫學進步的一個主要瓶頸，特別是在藥物開發和疾病治療上，因此如何加速對蛋白質的結構的解析至關重要。

AlphaFold 2：技術飛躍

2020 年，AlphaFold 2 橫空出世，改進了多項技術，預測準確度大幅，幾乎達到了與實驗結果相媲美的程度。這一成就震驚了全球生物學界，許多科學家開始將 AlphaFold 2 應用於實際研究中。

AlphaFold 2 的成功源自於其三大技術革新：

• 注意力機制：模仿人類的思維模式，從大局出發，關注蛋白質結構中的每一個細節，進而提高預測的準確性。
• 多序列比對功能：通過搜尋類似的胺基酸序列，推斷新的蛋白質結構。
• 端到端預測模式：利用深度學習神經網路，不斷反饋預測結果，持續優化模型。

AlphaFold 3：下一代 AI 的力量

隨著 AlphaFold 2 的成功，DeepMind 並未停止其腳步。2024 年 5 月，AlphaFold 3 正式推出，這標誌著 AI 技術在生物學領域的又一個里程碑。AlphaFold 3 的改進再次吸引了科學界的目光，它強化了注意力機制，並引入了擴散模型，這使其能夠更快且更準確地預測複合蛋白質的結構。

擴散模型是一項關鍵技術，它能夠生成大量的可能蛋白質結構，並快速篩選出最可能的解答。與此同時，AlphaFold 3 還內建了「減幻覺」功能，這讓其在產生結果時能夠避免過多不切實際的預測，提升了結果的可信度。

AlphaFold 的實際應用：醫學與藥物開發

AlphaFold 3 的誕生，不僅是一個技術突破，還為醫學和藥物開發帶來了巨大的希望。過去，癌症治療中的標靶藥物需要經過漫長的實驗才能確定其作用原理，然而現在，通過 AlphaFold 的預測，科學家可以更加精確地針對癌細胞中的錯誤蛋白質，設計出更有效的藥物。

除此之外，AlphaFold 3 還在抗病毒藥物、抗生素以及阿茲海默症等領域展現了潛力。其能夠預測蛋白質與其他分子（如DNA、RNA）的交互作用，這使得研發新藥的過程大大加速。

AlphaFold 3 的挑戰與未來

儘管 AlphaFold 3 取得了驚人的進展，但其仍然面臨一些挑戰。首先，目前 AlphaFold 3 的模型尚未完全開源，這限制了研究人員對其內部運作的了解。為此，一些科學家已聯名要求 DeepMind 開放其程式碼，以便進行更深入的研究和應用。

不過，隨著 AlphaFold 3的逐步推廣，生物學家相信它將繼續改變生物學研究的方式。未來，這項技術有望在解決更多未解難題中發揮關鍵作用，並為醫學領域帶來更大的突破。

有沒有聽過開刀手術、懷孕生產過後要喝一碗鱸魚湯補身體呢？每當有親友開完手術時，通常會燉煮一鍋鮮美的鱸魚湯，期望讓術後的患者能快速癒合傷口，恢復元氣^[1]。

不過現在市面上已經有「鱸魚精」這樣方便又營養的產品，讓消費者免去熬煮魚湯的麻煩，即開即飲，這跟一般在家做的滴魚精有什麼不同呢？

在家做的滴魚精和工廠做的鱸魚精之差異

一般在家裡自製的滴魚精，不外乎就是將魚肉放進密閉容器中，以類似蒸箱的方式加熱，讓這些肉滴出具有營養價值的精華——蛋白質和少量支鏈胺基酸（branched-chain amino acid, BCAA）。

支鏈胺基酸包含纈胺酸（valine）、白胺酸（leucine）及異白胺酸（isoleucine），是骨骼肌主要胺基酸成分，也是重要的能量來源。補充支鏈胺基酸除了可延長肌肉耐力外，亦能促進肌蛋白合成並減少分解作用，有助於組織建構及修復^[2]。

魚肉雖然是優質的蛋白質來源，但大分子蛋白質還是必須經過胃腸道消化，分解成小分子胺基酸才能被身體吸收。

所以飲用魚精，能讓無法正常咀嚼、飲食，僅能飲用流質食物的人，或是對蛋白質、胺基酸有額外需求者（例如消化功能不良、大手術病患、懷孕等），得以迅速補充營養。

但其實滴魚精的支鏈胺基酸含量並不如一般市售的鱸魚精來得多。因一般市售的鱸魚精的加工方式更為嚴苛，能夠從肉中萃出更多的支鏈胺基酸及胜肽。

那麽鱸魚精是用什麼特殊加工技術製造的呢？

超高壓加工所萃出的支鏈胺基酸含量可提高十倍

鱸魚精產品以「品純萃」為例，其採用「超高壓加工^[註]輔助酵素水解法」，將處理好的鱸魚肉放入密閉的軟性包材中，加入蛋白分解酵素，同時對它施加 0.2～400 MPa 的壓力（近 4,000 大氣壓）。

如此極大的壓力，增加了酵素與蛋白質的作用及水解效果，使鱸魚精中游離支鏈胺基酸的含量提高至 279 mg / mL。

相較於傳統熱萃取的方式（也就是在家自製的方式）僅能萃出 21 mg / mL 的游離支鏈胺基酸，超高壓加工輔助酵素水解法約提高 10 倍的營養成分萃取，使原料的利用率與產率大幅提升^{[3, 4, 5]}。

而這項優秀的萃取技術已經完成了專利申請。

雞精也是似類似的道理，雖然沒有用到 HPP 技術，但它也是透過長達 10 小時「高溫高壓」的隔水蒸煮，將雞肉中長鏈的蛋白質，轉化為人體易吸收的支鏈胺基酸和小分子胜肽^[6]。

這些嚴苛的加工條件，不是在家自己 DIY 能夠輕易達成的。

白蘭氏有公開其製造加工雞精的流程影片，可點下方的影片直接觀看。

鱸魚精和雞精的營養差異

所以喝魚精或雞精，主要就是在補充支鏈胺基酸，有助於減少運動所產生之身體疲勞。除了可延長肌肉耐力外，亦可降低運動後會造成疲勞的血液生化指標，如肌酸激酶活性、乳酸去氫酶活性及乳酸等，以維持較佳的運動表現^[7]。

當然上述兩項產品皆通過健康食品「抗疲勞」認證，擁有小綠人標章，筆者依衛生福利部審核通過之健康食品資料查詢，將擁有健康食品認證的鱸魚精與雞精做個比較。

其中雞精除了抗疲勞，還多了一項免疫調節的保健功效，研究發現，支鏈胺基酸也有助於促進免疫細胞增生的功能，或促進吞噬細胞及自然殺手細胞的活性^[2]。

不過，根據 110 年「超高壓輔助鱸魚副產物之發酵水解物對調節血壓功能性與產品開發的評估」報告，超高壓加工輔助商業酵素水解發酵鱸魚副產物經動物試驗及體外試驗的結果顯示，具有調節高血壓的效果^[8]。

所以這些蛋白質水解物不只可抗疲勞，還具有免疫調節或調節高血壓的功效，說不定鱸魚精未來還會再多一項「輔助調節血壓功能」的健康認證。

哪些人不適合喝魚／雞精？

魚 / 雞精雖然是健康食品，可以補充營養和體力，但衛生福利部食品藥物管理署不建議以下 4 類族群天天飲用：

1. 慢性腎臟病患者：魚／雞精內含豐富鉀離子與蛋白質，可能加重腎臟負擔。
2. 高血壓患者：魚／雞精的鈉含量可能偏高，易造成血壓升高。
3. 痛風患者：魚／雞精屬普林類食品，可能易導致尿酸升高，不利於痛風控制。
4. 楓糖尿症患者：此種罕見疾病無法代謝支鏈胺基酸，魚／雞精內所含胺基酸可能導致疾病惡化^[9]。

我有需要喝魚／雞精嗎？

對於健康的人來說，吃魚／雞肉當然比喝魚／雞精更營養。

以蛋白質為例，鱸魚每 100 克有 20 克的蛋白質，魚精則約含有 2.5 克左右；而去皮的雞胸肉每 100 克有 22 克的蛋白質，雞精則約含有 8 克左右，肉的蛋白質含量會比「魚／雞精」高得多。

且吃魚／雞肉可攝取到更多元的胺基酸、維生素 B 群和鐵等更多成分，營養會更完整且更美味。

若覺得疲累，喝「魚／雞精」或許有助於改善疲勞，但如果是長期工作壓力累積的的疲勞，喝「魚／雞精」只能治標，不治本，還是得改變不良的生活習慣才能有效改善疲勞喔！

註解

超高壓加工（high pressure processing, HPP）：包括動態高壓加工（High Dynamic Pressure Processing, HDPP）與高靜水壓加工（high hydrostatic pressure processing, HSPP）技術。

前者是運用衝擊波使加工原料更為均勻細碎化；後者是以水作壓力介質對原料進行加壓作用。屬非熱加工技術，優點在於食品風味不會受到高溫破壞，與新鮮原料較為相近，也具殺菌的效果。

目前全球已開發應用的產品包括肉製品、果汁和飲料、蔬菜製品、水產品等種類，但因高壓加工的成本遠高於熱加工技術，故在商業化應用的進展較為緩慢^[10]。

參考資料

1. 行政院農業委員會，2009。追溯鱸魚補身的秘密。食農教育資訊整合平臺。
2. 黃桂英、洪可珎、田宛容，2019。雞精~真「滴」營養嗎？。國泰綜合醫院營養通訊 108，1-4。
3. 食力 foodNEXT，2021。【食聞】什麼是「HPP」技術？用來製作鱸魚精，竟能保存更多營養？。
4. 林雨欣、李季樺、林家驊、顏薏貞、莊曜陽、陳冠文，2017。水產食品中超高壓加工技術的應用與發展現況。海大漁推 47，17－32。
5. 金利食安科技股份有限公司，2017。專利編號 TW I600379 B。臺北市：經濟部智慧財產局。
6. 白蘭氏，雞精製作過程。
7. Coombes, J. S. and McNaughton, L. S. 2000. Effects of branched-chain amino acid supplementation on serum creatine kinase and lactate dehydrogenase after prolonged exercise. Journal of sport medicine and physical fitness 40: 3 240.
8. 陳冠文，2022。超高壓輔助鱸魚副產物之發酵水解物對調節血壓功能性與產品開發的評估。計畫編號 MOST 108-2221-E-019-040-MY3。臺北市：國家科學及技術委員會。
9. 衛生福利部食品藥物管理署，2018。送長輩滴雞精，真能讓他們「補身體」嗎？。食藥好文網。
10. 吳思節、劉育姍、徐源泰，2021。新型態高壓加工技術－蔬果產品加值應用之新契機。農業科技決策資訊平台。