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防曬擦越多越好?研究顯示防曬乳部分成分會由皮膚進入血液

彥寧
・2019/10/03 ・2451字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

一時出遊一時爽,一直出遊一直爽!不過,出門玩的時候,若是待在戶外太久,很容易被刺眼陽光曬傷(啊啊啊是破壞死光啊)。這時候為了不要被曬傷,就應該塗防曬乳,對吧?

但是,你知道其實大部分的防曬乳都沒有經過藥品的安全測試嗎?

又刺又亮的陽光彷彿能讓城市燒起來。圖/GIPHY

等等,你說沒有經過測試是什麼意思!?

在美國,他們將防曬乳視為能防止曬傷和皮膚癌的藥,所以由美國食品藥品監督管理局 (U.S. Food and Drug Administration,縮寫為 FDA) 來管理。

從前,在美國賣藥品是不需要任何數據及資料來支持其效力的;但是,在 1962 年,一款緩解孕吐的鎮靜劑在西歐導致成千上萬的嬰兒出現嚴重的先天性缺陷,所以美國 FDA 修法,要求藥品製造商必須科學地證明藥物不僅安全,而且有效。

然而,修法曠日廢時,當終於完成的時候,已經有超過 10 萬種非處方藥在市面上流通,其中便包括了本文的主角──防曬乳。

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面對這樣的狀況,美國 FDA 的處理方式是:為它們一個一個列出成分表,如果有公開數據證明這些成分通常是安全有效的,就不用再做進一步檢驗。

正因如此,才會導致現今大部分的防曬乳都跳過了藥品安全測試這一關。

大部分的防曬乳其實都沒有經過藥品的安全測試。圖/chezbeate@Pixaby

擦在皮膚上的防曬乳,原來可以滲入血液中

但是在今年 (2019) 五月,美國醫學會雜誌 (Journal of the American Medical Association) 刊登了一篇美國 FDA 對防曬乳的隨機臨床試驗結果。(Matta et al., 2019)

他們讓 24 位受試者每天塗四次,持續四天,三天過後抽取血樣並進行分析。

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結果,這次的分析確定了市售防曬乳中,有四種化學物質會通過皮膚滲入血液,而且滲入的量讓美國 FDA 認為需要進一步的毒理學測試,以確認是否會導致癌症或其他不良缺陷。

這四種化學物質分別是苯甲酮 (Oxybenzone)、阿伏苯宗 (avobenzone)、奧克立林 (Octocrylene) 還有依莰舒 (ecamsule)。

嘿!防曬乳的研究大概比想像難多了

雖然我們可以嘗試藉由臨床測試來了解藥物對人體帶來的影響,但是,在沒有大規模長期研究的情況下,其實多半無法預測它多年後所產生的後續影響。

因此,單憑缺乏負面證據並不能證明防曬乳是安全的

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另一方面,有動物研究結果發現,防曬乳中吸收紫外線的分子 (UV filter),可能會對生殖、發育還有免疫等等多方面產生不利影響,甚至破壞內分泌系統,而前面提到的苯甲酮 (Oxybenzone) 便是其中一員。

苯甲酮 (Oxybenzone) 的化學結構式。圖/wikipedia

等等,所以防曬乳會讓我們不孕不育嗎?別那麼快下結論。

前美國 FDA 專員、杜克大學醫學院教授羅伯特卡利夫博士 (Dr. Robert Califf) 便解釋道:就算 UV filter 可能會在人體中造成類似風險,但目前並沒有證據證明真是如此。另一 方面,大族群中個體之間的微小差異其實很重要,但我們很難發現這些差異。女性無法懷孕、男性無法生育……這些事情每天都在發生,我們不會想到「噢!一定是防曬乳害的」,當然,也可能真的不是防曬乳害的。

這樣聽起來,防曬乳的研究實在是難以進行啊!

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怎麼辦,這樣還要擦防曬乳嗎?

到底是要擦不擦,我真的不知道該怎麼辦啊啊啊!圖/giphy

別緊張別緊張,如果因為這樣就不擦防曬乳的話,毒辣的太陽可是會導致曬傷的!而且,美國 FDA 目前也維持原有立場,認為人們該繼續擦防曬,畢竟,防曬乳能夠防止曬傷及皮膚癌是不爭的事實。

美國 FDA 同時也要求製造商們從事進一步研究,且必須在期限內提供額外的數據及資料,否則將可能將他們製造的防曬乳下架。

還是先給我擦防曬啊!不然曬傷可是很痛苦的!圖/chezbeate@Pixabay

那麼,有沒有更安心的選擇呢?

不過,其實也不是所有防曬乳都含有上述的化學物質喔!防曬乳根據防曬原理及成份可以分為三種:物理性、化學性還有混合性防曬乳。

物理性防曬乳的防曬原理,是藉由防曬乳中的二氧化鈦 (TiO2) 跟氧化鋅 (ZnO) 將紫外線反射、折射或是散射掉,藉此達到防曬的作用;而化學性防曬乳則是由分子吸收紫外線後,將其轉換為熱能或其他能量釋放掉,以達到防曬的效果。如果是物理性防曬乳,就沒有那些會滲入皮膚的化學物質了!

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辨認防曬乳的方法其實非常簡單,只要看看成份表上面有什麼就好!若是成份只有二氧化鈦 (TiO2) 跟氧化鋅 (ZnO) 的話,就是物理性防曬乳;如果缺少上述兩種成分,而是含有其他化學物質的話,那就是化學性防曬乳。而既有二氧化鈦和氧化鋅,也有其他化學物質的,就是混合性的防曬乳啦!

不過啊,雖然物理性防曬乳並不會有化學物質滲入皮膚的問題,與此同時,它也沒有化學性防曬乳來得清爽,擦起來會比較油膩、厚重,而且比較容易顯白,有較重的粉末感喔!

目前市面上大部分流通的防曬乳其實都是混合型防曬乳,各位如果有特殊偏好,在購買防曬乳時還請注意標示,別買錯囉!

只塗在鼻子是沒有用的喔,會曬到的地方都塗才有保護的效果。圖/chezbeate@Pixabay

最後,雖然一直出遊一直爽,但遇到曬傷可就不太爽啦!所以夏日出門,還是記得要擦防曬喔!否則等到曬傷脫皮時再來懊悔就沒用啦!

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參考資料

  1. The New York Times Magazine : When You Wear Sunscreen, You’re Taking Part in a Safety Study
  2. The New York Times Magazine : How Safe Is Sunscreen?
  3. U.S Food & Drug Administratuion : Kefauver-Harris Amendments Revolutionized Drug Development
  4. 美的好朋友:物理性防曬和化學性防曬到底哪個好?關鍵5點讓你秒懂!防曬全攻略
  5. CASE 報科學:【生活化學】防曬乳科學:是保護還是另一種傷害?
  6. Matta, M. K., Zusterzeel, R., Pilli, N. R., Patel, V., Volpe, D. A., Florian, J., … & Kemp, S. (2019). Effect of sunscreen application under maximal use conditions on plasma concentration of sunscreen active ingredients: a randomized clinical trial. Jama321(21), 2082-2091.
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彥寧
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比起鯛魚燒,我更喜歡章魚燒。

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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為什麼會被陽光曬傷?光有能量的話,為什麼照日光燈沒事?
PanSci_96
・2024/05/05 ・3185字 ・閱讀時間約 6 分鐘

唉!好曬呀!前兩集,一些觀眾發現我曬黑了。

在臺灣,一向不缺陽光。市面上,美白、防曬廣告亦隨處可見,不過,為什麼我們會被陽光曬傷呢?卻又好像沒聽過被日光燈曬傷的事情?

事實上,這也跟量子力學有關,而且和我們今天的主題密切連結。

之前我們討論到量子概念在歷史上的起點,接下來,我們會進一步說明,量子概念是如何被發揚光大,以及那個男人的故事。

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光電效應

在量子力學發展過程中,光電效應的研究是非常重要的轉捩點。

光電效應指的是,當一定頻率以上的光或電磁波照射在特定材料上,會使得材料發射出電子的現象。

在 19 世紀後期,科學家就已經發現某個奇特的現象:使用光(尤其是紫外線)照射帶負電的金屬板,會使金屬板的負電消失。但當時他們並不清楚背後原理,只猜測周遭氣體可能在紫外線的照射下,輔助帶負電的粒子從金屬板離開。

光電效應示意圖。圖/wikimedia

於是 1899 年,知名的英國物理學家 J. J. 湯姆森將鋅板放置在低壓汞氣之中,並照射紫外線,來研究汞氣如何幫助鋅板釋放負電荷,卻察覺這些電荷的性質,跟他在兩年前(1897 年)從放射線研究中發現的粒子很像。

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它們是比氫原子要輕約一千倍、帶負電的微小粒子,也就是我們現在稱呼的電子。

1902 年,德國物理學家萊納德發現,即使是在抽真空的玻璃管內,只要照射一定頻率以上的光,兩極之間便會有電流通過,電流大小跟光的強度成正比,而將光線移除之後,電流也瞬間消失。

到此,我們所熟知的光電效應概念才算完整成型。

這邊聽起來好像沒什麼問題?然而,若不用現在的量子理論,只依靠當時的物理知識,很難完美解釋光電效應。因為根據傳統理論,光的能量多寡應該和光的強度有關,而不是光的頻率。

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如果是光線把能量傳給電子,讓電子脫離金屬板,那為什麼需要一定頻率以上的光線才有用呢?比如我們拿同樣強度的紫外線跟紅外線去照射,會發現只有照射紫外線的金屬板才會產生電流。而且,當紫外線的頻率越高,電子的能量就越大。

另一方面,若我們拿很高強度的紅外線去照射金屬板,會發現無論如何都不會產生電流。但如果是紫外線的話,就算強度很低,還是會瞬間就產生電流。

這樣難以理解的光電效應,使得愛因斯坦於 1905 年一舉顛覆了整個物理學界,並建立了量子力學的基礎。

光電效應的解釋

為了解釋光電效應,愛因斯坦假設,電磁波攜帶的能量是以一個個帶有能量的「光量子」的形式輻射出去。並參考先前普朗克的研究成果,認為光量子的能量 E 和該電磁波的頻率 ν 成正比,寫成 E=hν,h 是比例常數,也是我們介紹過的普朗克常數。

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在愛因斯坦的詮釋下,電磁波的頻率越高,光子能量就越大,所以只要頻率高到一定程度,就能讓電子獲得足以逃脫金屬板的能量,形成電流;反過來說,如果電磁波的頻率不夠高,電子無法獲得足夠能量,就無法離開金屬板。

這就像是巨石強森一拳 punch 能把我打昏,但如果有個弱雞用巨石強森百分之一的力道打我一百拳,就算加起來總力道一樣,我是不會被打昏,大概也綿綿癢癢的,不覺得受到什麼傷害一樣。

而當電磁波的強度越強,代表光子的數目越多,於是脫離金屬板的電子自然變多,電流就越大。就如同我們挨了巨石強森很多拳,受傷自然比只挨一拳要來得重。

雖然愛因斯坦對光電效應的解釋看似完美,但是光量子的觀點實在太過激進,難以被當時的科學家接受,就連普朗克本人對此都不太高興。

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對普朗克來說,基本單位能量 hν,是由虛擬的「振子」發出的;但就愛因斯坦而言,電磁波本身的能量就是一個個光量子,或現在所謂的「光子」。

然而,電磁波屬於波動,直觀來說,波是綿延不絕地擴散到空間中,怎麼會是一個個攜帶最小基本單位能量的能量包呢?

美國物理學家密立根就堅信愛因斯坦的理論是錯的,並花費多年時間進行光電效應的實驗研究。

到了 1914 年,密立根發表了世界首次的普朗克常數實驗值,跟現在公認的標準數值 h=6.626×10-34 Js(焦耳乘秒)相距不遠。

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在論文中,密立根更捶心肝(tuî-sim-kuann)表示,實驗結果令人驚訝地與愛因斯坦那九年前早就被人拋棄的量子理論吻合得相當好。

這下子,就算學界不願相信愛因斯坦也不行了。愛因斯坦也因為在光電效應的貢獻,獲得 1921 年的諾貝爾物理獎。

1921 年,愛因斯坦獲得諾貝爾物理學獎之後的官方肖像。圖/wikimedia

光電效應的應用

在現代,光電效應的用途廣泛。我們日常生活中常見的太陽能發電板,利用的就是光電效應的一種,稱為光生伏打效應,材料內部的電子在吸收了光子的能量後,不是放射到周遭空間,而是在材料內部移動,形成正負兩極,產生電流。

而會不會曬傷也跟光子的能量有關。

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曬傷是皮膚受到頻率夠高的太陽光,也就是紫外線裡的 UVB 輻射造成的損傷。這些光子打到皮膚,會讓 DNA 分子裡構成鍵結的電子逃逸,引起皮膚細胞中 DNA 的異常變化,導致細胞損傷和免疫反應,這就是為什麼曬傷後皮膚會出現紅腫、疼痛和發炎的原因。

而頻率較低的光線,因為光子能量偏低,所以就不太會造成傷害,這也是為什麼我們沒聽過被日光燈曬傷這種事。

結語

從 17 世紀後半,惠更斯和牛頓各自提出光的波動說和微粒說開始,人們就聚焦於光到底是波動還是粒子的大哉問;19 世紀初,湯瑪士.楊用雙狹縫干涉實驗顯示了光的波動性,而到 19 世紀中後期,光屬於電磁波的結論終於被馬克士威和赫茲分別從理論和實驗兩方面確立。

經過約莫兩百年的研究發展,世人才明白,光是一種波動。

怎知,沒過幾年,愛因斯坦就跳出來主張光的能量由一個個的光量子攜帶,還通過實驗的檢驗——光又成為粒子了。

物理學家不得不承認,光具有波動和粒子兩種性質,而會呈現哪一種特性則依情況而定,稱為光的波粒二象性。

愛因斯坦於 1905 年提出的光量子概念,顛覆了傳統認為波動和粒子截然二分的觀點,將光能量量子化的詮釋也被實驗印證,在那之後,除了光的能量之外,還有其他物理量被發現是「量子化」的,像是電荷。

我們現在知道,電荷也有個基本單位,就是單一電子攜帶的電荷大小。

儘管之後又發現組成原子核的夸克,具有 -1/3 和 +2/3 單位的基本電荷,但並沒有改變電荷大小是不連續的這件事,並不是要多少的電量都可以。

如果你覺得很奇怪,不妨想想,我們用肉眼看會覺得身體的每一個部位都是連續的,但其實在微觀尺度,身體也是由一個個很小的原子和分子組成,只是我們根本看不出來,才覺得是連續的。

光子的能量和電荷的大小,其實也是像這樣子,細分下去就會發現具有最基本的單位,不是連續的。

事實上,量子力學在誕生之後,一直不斷地為人們帶來驚喜,簡直就是物理學界突然闖進一隻捉摸不定的貓。我們下一個故事,就要來聊量子力學發展過程中,打破世間常識的某個破天荒假說,而假說的提出者,是大學原本主修歷史和法律,擁有歷史學士學位,但後來改念物理,並憑藉博士論文用 5 年時間就拿到諾貝爾物理學獎的德布羅意。

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爲什麼代糖這麼多,卻沒聽過「代油」呢?
羅紹桀
・2023/07/31 ・5420字 ・閱讀時間約 11 分鐘

本文節錄自原作者個人網站:無熱量零卡食用油-蔗糖聚酯(Olestra):副作用、爭議和相關研究,您亦可閱讀其英文原文:Olestra(Olean): Side Effects, Controversies & Researches. How can Cooking Oil be Zero Calorie? How Can Potato Chips Fat Free?

本影片直接播放就會有中文字幕如果字幕沒有出現或字幕非你所使用的語言,請到 youtube 頁面並使用CC 字幕。

這個時代幾乎所有的你能想到的食品都有一個零熱量的版本,比如零卡可樂、零卡義大利麵和零卡果凍,食品製造商宣稱這些食物能有與一般的食物相似的風味,卻沒有卡路里。

可是你有沒有想過,在這個到處都是代糖的時代,為什麼沒有看到脂肪替代品或零熱量食用油呢?

其實,還真的有由寶僑公司(P&G)開發的蔗糖聚酯(Olestra),又稱 Olean。

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這時問題來了,既然有沒有熱量的油這麼好的東西存在,為什麼寶僑公司沒有大肆宣傳大賣特賣呢?

答案是寶僑公司當然有試圖大賣蔗糖聚酯,但 FDA(編按:美國食品藥物管理局) 因為其潛在的風險對其設了諸多限制,因為蔗糖聚酯作為油脂還不能被人體吸收,造成嚴重的油便現象(因為沒被吸收只好被排出來呀),同時還會帶走脂溶性維他命或處方藥物,造稱諸多健康問題。

其實當時 FDA 通過蔗糖聚酯作為洋芋片添加品時,就已經爭議不斷了,前 FDA 食品諮詢委員會和科學委員會 Marion Nestle 就在她 2002 年出版的書 Food Politics: How the Food Industry Influences Nutrition & Health 中,寫了一整個章節在討論蔗糖聚酯的爭議。

本文將解釋什麼是蔗糖聚酯。我們將介紹它是什麼,為什麼它不像代糖那樣受歡迎,以及相關的爭議。

什麼是蔗糖聚酯 Olestra——零卡路里脂肪?

蔗糖聚酯(Olestra,也稱為 Olean)是一種不含卡路里的脂肪替代品。 它被用來降低或消除薯片等食物中的脂肪含量和卡路里,這些食物中如果使用一般油脂製作的話脂肪含量通常會很高。

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可是食用油怎麼可能不含脂肪甚至不含卡路里呢?

是這樣的:脂肪的化學結構是三酸甘油酯,通常一個脂肪分子由兩種部分組成:一個甘油骨架三條脂肪酸。其中甘油的分子比較簡單,而脂肪酸的種類和長短卻不相同,包括飽和脂肪酸單不飽和脂肪酸多不飽和脂肪酸。甘油是一個有機小分子,含有三個羥基(OH),而一個脂肪酸是一條碳氫長鏈和一個羰基相連。

三酸甘油酯的的一個例子。左側部分為甘油,右側部分從上到下分別為三種不同的酸。圖/wikipedia

人體要吸收油脂,通常需要脂酶(Lipase)的幫助。脂酶是一種在腸道中發現的酶,它可以分解食物油脂中的三酸甘油酯,將其轉化為單酸甘油酯脂肪酸,截短分子,使分子小到足以穿過腸壁。

然而,在蔗糖聚酯的結構中,甘油分子的部分被蔗糖分子(Sucrose)取代,蔗糖分子有八個羥基(OH),可以連接八個脂肪酸分子,使得脂肪酶無法作用在這麼大的分子上,因此蔗糖聚酯 Olestra 可以毫髮無損地通過腸道而不被人體吸收。 因此蔗糖聚酯雖然嘗起來像脂肪,但實際上不含可用卡路里。

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蔗糖聚酯(Olestra)的結構。Olestra 因為結合蔗糖分子,導致結構巨大且更緊密,脂酶無法進入結構中進行切割。圖/wikipedia

在 1996 年,美國食品藥品監督管理局(FDA)批准 olestra 可以用於即食零食 ,並裁定這樣的使用「符合食品添加劑的安全標準,合理認定其為無害」。 然而,這個結論極具爭議性,我們將在本文後面討論。

蔗糖聚酯的商業化和爭議性

蔗糖聚酯是在 1968 年被寶僑公司偶然發現的。當時寶僑公司(P&G)的研究人員 F. Mattson 和 R. Volpenhein 希望通過改變脂肪的結構,研發出更容易能被早產兒消化的脂肪。


然而,在實驗過程中,他們創造了一種脂肪分子,這個分子巨大且複雜,無法被人體消化系統中的脂酶分解,也就是本文的主角:蔗糖聚酯。

寶僑隨後於 1971 年與美國食品和藥物管理局(FDA) 開始著手討論了將蔗糖聚酯作為食品添加物所需的測試項目。

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寶僑(Procter & Gamble,簡稱 P&G),為源自美國的跨國消費日用品公司,也是目前全球最大的日用品生產商之一。圖/wikipedia
位於辛辛那提的寶僑總部。圖/wikipedia

寶僑在隨後的測試中發現,如果使用蔗糖聚酯替代天然膳食脂肪,能讓血液中的膽固醇水平下降。發現這個潛在的盈利機會之後, 寶潔公司 1975 年向 FDA 申請批准該物質作為降膽固醇藥物。然而,隨後的人體試驗顯示,蔗糖聚酯無法充分降低膽​​固醇水平,因此該應用於 1988 年被放棄。

大約在同一時間,寶僑又向 FDA 申請批准蔗糖聚酯作為食品添加劑,以替代酥油、食用油和零食用油等等。根據 FDA 的說法,寶僑在兩年後修改了申請訴求,將蔗糖聚酯的使用侷限於於包裝零食的添加物。

1984 年,FDA 允許家樂氏(Kellogg)公開聲稱他們的高纖維早餐麥片有助於降低癌症發病率。這個宣稱食品療效的批准案例,被寶僑看在了眼裡,促使寶僑公司立即開始了一項為期三年的測試,試圖證明 Olestra 也具有某種療效,這樣他們就可以在產品宣傳上聲稱相關的療效,藉以大賺一筆。完成這些測試後,寶僑立即試圖申請批准蔗糖聚酯作為一種「家庭烹飪中可替代高達 35% 的脂肪,在商業用途中替代高達 75%」的食品添加劑。

FDA 對蔗糖聚酯的主要擔憂之一,是它可能會因此導致人們在吃油炸物時有不該有的安全感,養成習慣開始食用更多「金字塔頂端」的食物(也就是脂肪、油和糖)。另外,批准蔗糖聚酯作為一種食品添加成分也可能會導致人們習慣食用含有高劑量人工添加劑的食品,這些添加劑通常由於現有研究不足,對健康的長期影響未知。

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因此,除了發現蔗糖聚酯可能導致腹瀉等副作用,以及影響人體吸收脂溶性維生素以外,FDA 對批准該產品的使用限制猶豫不決。

1990 年 8 月,寶僑申請蔗糖聚酯作為「鹹味零食」——例如薯片和玉米片等產品的食品添加劑。當時原專利定於 1995 年到期。1993 年 12 月,寶僑成功申請專利延期,同時在寶僑對 FDA 的瘋狂施壓下,於 1996 年 1 月 24 日,FDA 終於批准 Olestra 作為食品添加成分。

FDA 在 1996 年的裁決中判定:

含有蔗糖聚酯的食品需要帶有明確標示,以告知消費者蔗糖聚酯對胃腸系統可能產生的影響。標示中還必須聲明:本產品添加的維生素,是為了補償蔗糖聚酯造成的維生素流失,而不是提供更高的營養價值。

FDA 後來撤回了該判定,聲稱它具有誤導性,因為 FDA 與寶僑公司認為,「相關標示可能具有誤導性,並導致消費者將嚴重問題歸因於蔗糖聚酯,而這『不太可能』是這種情況」。然而許多證據都顯示,相關問題的確是由蔗糖聚酯的食用行為造成的。

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食用蔗糖聚酯有什麼可能的副作用?

蔗糖聚酯的缺點、副作用和危險性是它可能導致稀便脹氣腹部絞痛。此外,它可能會阻止身體吸收類蘿蔔素等可以降低罹患癌症的風險的營養素。Olestra 還可能阻礙身體吸收維生素 A、D、E 和 K

根據 1998年發表在 Journal of the American Dietetic Association 的文章 FDA 食品諮詢委員會於 1996 年 1 月 24 日做出了一個有爭議的決定,允許將蔗糖聚酯用於鹹味零食(例如,薯片、玉米片等鹹味零食)。由於蔗糖聚酯與含有維生素 A、D、E 或 K 的膳食一起服用時,可能會干擾維生素 A、D、E 或 K 的吸收,因此 FDA 要求按照以下指定的方式,將損失的脂溶性維生素重新添加到含有蔗糖聚酯的產品中:

每克蔗糖聚酯需添加 170 IU 維生素 A、12 IU 維生素 D、2.8 IU 維生素 E、8 微克維生素 K。

總部位於華盛頓特區的非營利性監督機構和消費者權益倡導組織、倡導更安全、更健康食品的公共利益科學中心(CSPI)鑑於蔗糖聚酯的副作用(包括脹氣、腹部絞痛、腹瀉和稀便)有時候可能會很嚴重,因此在其網站上將蔗糖聚酯評為 「避免食用」。

CSPI 認為,雖然製造商可以使用蔗糖聚酯替代油酯製造油膩的低脂零食,但如果要節省卡路里,烘焙食品是更安全的替代品。而且由於蔗糖聚酯技術上來說還是含有大量「無法消化的脂肪」,使用蔗糖聚酯製成的產品不應宣稱其產品是「無脂肪」產品。

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蔗糖聚酯和真的油脂有多類似?

美國時代公司於 1980 年 10 月創辦的美國科學雜誌 Discover Magazine(自 2010 年起歸 Kalmbach Publishing 所有) 的一篇文章 The Chemistry of . . . Fat Substitutes,討論了這個問題。

蔗糖聚酯嘗起來像脂肪,但實際上不含可用卡路里,兩項由寶僑公司資助的研究表明,食用它對高膽固醇或心髒病患者有幫助。其中一項研究表明,食用蔗糖聚酯的人可以將膽固醇水平降低 10% 以上;另一項研究發現,在剛吃過含有蔗糖聚酯的香蕉鬆餅的人中,流向心臟的血流量增加了 10% 以上。

在這裡我想讓你注意兩點,第一,這篇文章提到這項研究發表於 2001 年,所以它們是相當舊的研究,但目前都還沒有太多其他研究支持相同的療效。

其次,這些研究是由寶潔贊助的,而寶潔正是試圖將蔗糖聚酯商業化販賣的公司,所以我會對這些研究結果持保留態度。

人類可以消化蔗糖聚酯嗎?

根據加拿大國家百科全書《The Canadian Encyclopedia》發表的題為〈Olestra Controversy〉的文章,以及另一篇題為《Olestra Eaters, Beware》、由 WebMD 發表的文章,蔗糖聚酯可能會阻礙必需的維生素和營養素的吸收。它也可能導致腸胃脹氣和腹瀉,因為如果脂肪不能被身體吸收,它最終必須「去某個地方」。

但在 1996 年,儘管營養學家和消費者權益倡導者強烈反對,美國 FDA 仍批准將蔗糖聚酯用於鹹味零食和餅乾——前提是包裝上必須有警告消費者「該相關食品可能導致消化不良」的標示。

​​在 2000 年 2 月 15 日出版的《內科醫學年鑑》(Annals of Internal Medicine)上,由醫學博士 Ranga Balasekaran 領導的研究小組還發現,經常食用含有蔗糖聚酯的薯片,可能會被檢測出偽陽性的脂肪瀉,因為蔗糖聚酯獨特的化學成分很可能讓他們的糞便中含有大量脂肪,導致昂貴和不必要的醫學測試。

含有蔗糖聚酯的產品還在市面上流通嗎?

根據 Insider 於 2017 年發表的一篇題為「在美國合法但在其他國家禁止的 6 種食品」的文章,由於蔗糖聚酯的食用行為與兒童胃腸道疾病成人嚴重腹瀉有關,並且還被發現會增加食慾,完全抵消了(宣稱的)潛在益處,因此在加拿大和歐洲國家被禁止。但你有可能在美國的食品中找到蔗糖聚酯,有時還會以其品牌名稱「Olean」代稱。

蔗糖聚酯真的不含脂肪嗎?

根據公共利益科學中心(CSPI) ,一家總部位於華盛頓特區的非營利性監督機構和消費者權益倡導組織,雖然製造商可以銷售帶有蔗糖聚酯的油膩低脂零食,但他們建議還是使用「以烘烤代替油炸」等傳統卡路里管控策略更為安全,而且由於技術上含有大量不易消化的脂肪,因此 CSPI 的立場是使用 蔗糖聚酯製成的產品不應標榜為「無脂肪產品」。

參考資料

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羅紹桀
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目前在美國一家數位行銷公司當SEO分析師,特別愛Google的What People Also Ask功能所以還特地開了一個Youtube頻道專門分享各種關鍵字會觸發什麼PAA。 影片皆有中文字幕歡迎訂閱:https://www.youtube.com/channel/UClgRDretD9XNp3ydod8TIlA/videos