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搭飛機送農產品出國,可沒你想像的簡單!

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/04/14 ・3026字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 568 ・九年級

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本文由 我的青航時代-2021航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

因兼具熱帶與亞熱帶的氣候條件及成熟的培育技術,台灣一年四季都盛產豐富多樣的水果蔬菜。當我們在享用金鑽鳳梨、愛文芒果等好吃的在地農作物時,是不是也想讓外國朋友也嘗嘗這美好的滋味呢?然而,要讓農產品以新鮮可口的姿態來到國外消費者的手上,在運銷保存技術和航空運輸上都是一大挑戰。

身處樞紐的臺灣航運

台灣位處亞太地理樞紐,飛往東北亞、東南亞主要城市平均只需 4 個小時,在國際空運市場上的地位可謂舉足輕重。以桃園國際機場爲例,在全球機場貨運量排行榜上,曾有躋身前十的佳績。Covid-19 疫情反轉了航空產業的營運模式,過去載著旅客的客機改爲運送滿滿的貨物,去年桃園機場的貨運量更達 234 萬餘噸,刷新 1979 年成立四十多年來的記錄。

圖/pixabay

桃園機場目前有 4 家航空貨物集散站提供服務,分別為華儲、長榮空運倉儲、遠雄航空自由貿易港區及永儲,每年可提供 260 萬噸進、出、轉口貨運處理量(相當於 13 艘讓蘇伊士運河阻塞的長賜號之載重噸位)。同時,站區内還有 3 家整合型快遞物流公司(FedEX、UPS、DHL)及兩家專業的貨運地勤服務——桃園航勤及長榮航勤公司。

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空運農產品沒那麼簡單

要將農產品空運出國,必須有「物流公司」、「航空貨物集散站」及「地勤」三者互相配合才能完成。

假設你是一顆要搭飛機到國外超市的愛文芒果,必須先通過輸入國的檢疫標準、取得合格證書後,才可獲准出國,就像一般民眾出國入境,需要申請簽證。取得合格證書的愛文芒果會由物流公司協助安排運送行程,類似旅行社會協助旅客安排交通行程、訂定艙位、運送機場和報關服務。送到機場後,愛文芒果會先到航空貨物集散站集合,等待飛機運送,航空貨物集散站如同貨物的候機室!以華儲爲例,其設有不同種類的庫別如冷藏庫、冷凍庫、溫控庫、危險品庫及貴重物品庫等,可按照各貨物的需求,提供相應的倉儲設備。在班機起飛前,愛文芒果會交由地勤公司的裝卸人員完成登機作業,之後,這顆芒果便可以展開到遠征海外的旅途!

冷鏈物流:肩負護送蔬果疫苗重責大任

根據行政院農委會農產貿易概況資料,2019 年台灣農產品出口貿易價值約 55.8 億美元,其中生鮮冷藏水果出口值佔了近兩億美元。過往桃園機場貨物多以大宗貿易乾貨爲主,溫控貨物的比例較小。由於生鮮蔬果都是對溫度變化相當敏感的「嬌客」,因此若要進一步突破距離限制,擴大海外市場,完善的冷鏈物流系統是必不可少的。

冷鏈(Cold Chain)指的是經由冷藏包裝的方法,搭配物流運輸規劃,在運送過程中維持溫度的一致性,來保護對溫度敏感之貨物,涉及原料提供、儲藏加工、運輸至消費者的整個流程。這對延長生鮮蔬果的品質,以及降低農產品的耗損量至關重要。

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在規劃冷鏈系統中的低溫物流保鮮中心時,應包含以下考量:

  1. 冷鏈物流動綫規劃:貨品爲了保鮮需快進快出,進出貨的動綫盡可能不與加工動綫重叠,避免貨品交叉感染。規劃上也要納入人員、起重機及廢棄物動綫。
  2. 進貨的前處理:農產品自田間採收後,未冷卻達到其最低的安全儲藏溫度前,兩者間熱含量的差值,被稱爲「田間熱」。田間熱及運輸過程中的微生物,都會影響農產品品質,因此「預冷處理」(Pre-Cooling Treatment)非常重要。目前預冷技術之原理、優缺點及應用可見下表。
方法原理優點缺點
室冷
(Room Cooling)
將產品置於冷庫中,使其表面與適當循環的冷空氣接觸適用於任何產品常因容器材料與容器内空氣,導致傳導阻力大、速度慢
水冷
(Hydro Cooling)
用冷水淋洗及短時間浸泡產品以降溫冷水可直接與產品完全接觸,降溫速率快適用產品有限;需防水容器或特別處理以讓水流開
碎冰預冷
(Icing Cooling)
產品裝箱前後加入碎冰,或以半冰半水由產品堆上 / 側邊開口進行澆灌效果快速,可大量處理,適用於易老化或可耐低溫的青花菜、青葱、玉米適用產品有限;防水容器製造成本高
强制風冷(Force Air Cooling)又稱壓差預冷,與室冷類似,但藉由出入風口壓差,使冷空氣吹入容器從另一開口出去與產品接觸面積更大,降溫效率佳需注意容器左右前後的通風口大小、堆叠方式、高度、數量、抽風强度與冷氣溫度
真空預冷(Vacuum Cooling)將原產品置於真空,使水一個大氣壓下的原沸點 100°C 轉為 0°C,水分汽化吸收大量熱,而達到降溫效果可大量快速將產品降低至目標溫度設備昂貴;每降低 6°C 需耗損 1% 植株重量,僅適用於表面積大的葉菜類
  1. 納入 HACCP 規範考量:危害分析重要管制點(Hazard Analysis and Critical Control Points)為一種評估制度,最開始由美國首先應用在太空食品的製造上。它的目的在於判別、監控管制而降低食品加工產業的污染風險。
  2. 冷藏冷凍庫體設計關鍵:各倉庫會根據需求設定不同溫度,原則上由高溫空間依序進入低溫空間。在建材上,也需考慮其材質和設計的溫度散溢機率。為避免溫度差造成土地凍突、倉庫結霜,也可埋設自動調溫電熱綫。

而近來全球最備受關注的航運貨品——火熱出爐的 Covid-19 疫苗,因其嚴苛的低溫保存運送條件,更需仰賴冷鏈系統。華航是台灣首家獲得國際航空運輸協會(IATA)醫藥品冷鏈運輸認證( CEIV Pharma)的航空公司,並已在 4 月 4 日將第一批由國籍航空運送的 19.92 萬劑 AZ 疫苗空運回國,全程維持在 2 ~ 8 °C 的低溫。

其他貨物該怎麽儲存?

除了需把關溫度的貨品之外,航空貨物集散站也會安排特別的倉庫,以接待一些不好惹的貨物。危險物品如爆炸物品、氣體、易燃液體、毒性及放射性物質,都需特別申請、通過管制中心審核,並按照 IATA 「危險物品處理規則」進行接收與審查。危險物品會與非危險物品區隔開來,再存放在貼有清楚種類與處理指示標簽的危險物品庫,倉儲人員也會定時進行巡視檢查,盡可能降低事故發生的風險。

處理指示標籤。圖/交通部民用航空局

自發明飛機以來,人類不只完成在天空翺翔的夢想,迅速流通到世界各地的不同貨品,也使各國社經文化上的交流變得空前的緊密。航空運輸的發展及冷鏈系統技術的成熟,除了讓人們可以趁新鮮品嘗到異國生鮮蔬果的美好味道外,更成爲我們在和病毒的全球抗疫大戰中,帶來勝利轉機的關鍵。

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參考資料

  1. 108 年我國農業貿易概況
  2. 桃園國際機場股份有限公司-商務服務:貨運集散站介紹
  3. 華儲股份有限公司
  4. 冷鏈物流保險中心建構設計準則
  5. 國籍航空運送新冠肺炎疫苗華航拿下首案

本文由 我的青航時代-2021航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 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?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

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。

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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:

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  • 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

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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?

圖形處理的例子

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。

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典型的CPU與GPU架構

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?

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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?

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(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)

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。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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COVID-19 起源迷思:不一定有中間宿主,和市場無關
寒波_96
・2021/04/13 ・2465字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 579 ・九年級

COVID-19(武漢肺炎、新冠肺炎)從何而來,是重要的問題。世界衛生組織 WHO 派出特遣隊前往武漢調查,並在 2021 年 3 月底交出 300 頁的報告。

在我看來,這份報告沒有提供任何新的訊息,而且方向偏差嚴重,持續劃錯重點,竟然還獲得一些科學家的稱讚,可謂科學界的恥辱。

圖/取自 經濟學人

被調查的當事人說沒事,所以報告說沒事

導致武漢肺炎的病原體,SARS 二世冠狀病毒 (SARS-CoV-2) 如何產生,WHO 報告列出 4 種可能性:

  • 第一,「非常非常可能」:由動物保毒者(如蝙蝠)先傳染給中間宿主,再感染人類。
  • 第二,「有可能」:由動物保毒者(如蝙蝠)直接傳染給人類。
  • 第三,「可能」:被感染的動物死亡後,被冷凍保存,再傳染給接觸到的人類。
  • 第四,「極端非常不可能」:從實驗室外洩。

第四項「實驗室外洩」是怎樣排除的呢?就是 WHO 調查隊訪問了武漢病毒研究所的人員,看過他們提供的資料,發現查無外洩,於是宣佈查無外洩。

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第三項非常明顯是中國官方大力推銷的「冷鏈」,不過 WHO 顯然沒那個恥力背書。

我個人覺得機會最大的是第二項。WHO 調查隊認為第一項機率最高也許正確,但是根據已知資訊判斷,所謂的「中間宿主」也可能根本不存在。

也許有,也許根本沒有中間宿主

許多專家假設中間宿主存在,是因為他們認為 SARS 二世冠狀病毒的祖先以蝙蝠為天然宿主,不可能一步跳到智人,就適應得如此之好。更合理的過程是,蝙蝠先傳染給某種較為類似人類的動物,在這種動物身上發生突變,而獲得感染人類的能力。

病毒演化出感染人類的能力,是一系列試誤的過程:從無法感染人類的祖先病毒,演變為極為適應人類的 SARS 二世冠狀病毒。而公認的事實是,我們知道的 SARS 二世一開始就極為適應人類,勝過任何動物,智人就是最佳的天然宿主。

蝙蝠、駱駝、智人之間的跨物種 MERS 病毒傳播。圖/取自 Outbreak of Middle East Respiratory Syndrome-Coronavirus Causes High Fatality After Cardiac Operations

這兒所謂的「中間宿主」,就是讓病毒試誤的動物。這種「試誤的動物」能不能直接就是人類?當然可以!

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SARS 二世冠狀病毒的初期演化,可以分為兩大階段。第一階段是從對人類感染能力不佳的祖先冠狀病毒,經過一系列試誤,演變成以人類為最佳宿主。第二階段才是躍上舞台,成為震撼世界的武漢肺炎。

第一階段的試誤過程,可以在武漢,也可能在任何一個地方發生,不論雲南、廣東、柬埔寨,或是武漢病毒研究所都有機會。對人類感染能力不佳的祖先冠狀病毒,可以在某個地方持續嘗試感染人類,最終累積足夠的突變,成為我們所知道的那個殺手。

如果祖先冠狀病毒直接以人類為中間宿主,完成適應人類的過程,也就等於沒有中間宿主存在,當然是怎麼找都找不到了。堅持一定要找到某種作為中間宿主的動物,是偏執的想法。

當冠狀病毒獲得人傳人的能力,成為 SARS二世以後,仍不一定會造成大流行。假如它好不容易在某個偏鄉誕生,卻沒有接觸到更大的人群,傳播也許不久後就結束了。

不幸的是,SARS二世冠狀病毒出現在人口眾多、交通發達的武漢,又加上中國官僚的掩飾卸責,此後進入第二階段,大都會成為培養病毒的溫床,向全世界散播瘟疫的源頭。

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有政府,會做事!圖/取自 關鍵評論網

武漢的市場和病毒起源無關

公開可考的感染者紀錄,最先在 2019 年的 12 月初。引起許多關注的「武漢華南海鮮批發市場」,在瘟疫最初期出現多位病患,而且又販賣不少種動物,符合病毒跨物種從動物傳人的想像。此處卻明顯不是病毒的發源地。

最遲在 2020 年的 1 月底(中國官方獲得資料的日期更早),分析第一批患者的紀錄便可得知,市場並非最初的起源。由已知證據歸納,已知 SARS 二世冠狀病毒的共同祖先,能追溯到 2019 年 12 月的幾個月前,那時已經完成第一階段的試誤過程,準備進入第二階段。

市場只是疫情初期比較明顯,最早被公眾注意到的地點,和病毒起源沒有直接關係;它是初期的輸入端,而非輸出端。病毒在市場廣傳的同時,早已傳播到其他地方,甚至出國深造,於多處同時醞釀。

知道上述資訊超過一年後,WHO 組織的專家團卻依舊將市場列為調查重點,完全是缺乏專業,搞錯方向,浪費資源做虛工。一開始就踏上錯誤的方向,無法取得新的線索毫不意外。

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總之,在 SARS二世冠狀病毒的誕生過程中,中間宿主可能存在,但是不存在的可能性沒有比較低;WHO 報告認為極可能透過中間宿主傳播,不符合現有的證據。而 WHO 列為重點的武漢市場,絕對不是起源地。

延伸閱讀

參考資料

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
193 篇文章 ・ 1062 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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台灣位處亞太地理樞紐,飛往東北亞、東南亞主要城市平均只需 4 個小時,在國際空運市場上的地位可謂舉足輕重。以桃園國際機場爲例,在全球機場貨運量排行榜上,曾有躋身前十的佳績。Covid-19 疫情反轉了航空產業的營運模式,過去載著旅客的客機改爲運送滿滿的貨物,去年桃園機場的貨運量更達 234 萬餘噸,刷新 1979 年成立四十多年來的記錄。

圖/pixabay

桃園機場目前有 4 家航空貨物集散站提供服務,分別為華儲、長榮空運倉儲、遠雄航空自由貿易港區及永儲,每年可提供 260 萬噸進、出、轉口貨運處理量(相當於 13 艘讓蘇伊士運河阻塞的長賜號之載重噸位)。同時,站區内還有 3 家整合型快遞物流公司(FedEX、UPS、DHL)及兩家專業的貨運地勤服務——桃園航勤及長榮航勤公司。

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空運農產品沒那麼簡單

要將農產品空運出國,必須有「物流公司」、「航空貨物集散站」及「地勤」三者互相配合才能完成。

假設你是一顆要搭飛機到國外超市的愛文芒果,必須先通過輸入國的檢疫標準、取得合格證書後,才可獲准出國,就像一般民眾出國入境,需要申請簽證。取得合格證書的愛文芒果會由物流公司協助安排運送行程,類似旅行社會協助旅客安排交通行程、訂定艙位、運送機場和報關服務。送到機場後,愛文芒果會先到航空貨物集散站集合,等待飛機運送,航空貨物集散站如同貨物的候機室!以華儲爲例,其設有不同種類的庫別如冷藏庫、冷凍庫、溫控庫、危險品庫及貴重物品庫等,可按照各貨物的需求,提供相應的倉儲設備。在班機起飛前,愛文芒果會交由地勤公司的裝卸人員完成登機作業,之後,這顆芒果便可以展開到遠征海外的旅途!

冷鏈物流:肩負護送蔬果疫苗重責大任

根據行政院農委會農產貿易概況資料,2019 年台灣農產品出口貿易價值約 55.8 億美元,其中生鮮冷藏水果出口值佔了近兩億美元。過往桃園機場貨物多以大宗貿易乾貨爲主,溫控貨物的比例較小。由於生鮮蔬果都是對溫度變化相當敏感的「嬌客」,因此若要進一步突破距離限制,擴大海外市場,完善的冷鏈物流系統是必不可少的。

冷鏈(Cold Chain)指的是經由冷藏包裝的方法,搭配物流運輸規劃,在運送過程中維持溫度的一致性,來保護對溫度敏感之貨物,涉及原料提供、儲藏加工、運輸至消費者的整個流程。這對延長生鮮蔬果的品質,以及降低農產品的耗損量至關重要。

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在規劃冷鏈系統中的低溫物流保鮮中心時,應包含以下考量:

  1. 冷鏈物流動綫規劃:貨品爲了保鮮需快進快出,進出貨的動綫盡可能不與加工動綫重叠,避免貨品交叉感染。規劃上也要納入人員、起重機及廢棄物動綫。
  2. 進貨的前處理:農產品自田間採收後,未冷卻達到其最低的安全儲藏溫度前,兩者間熱含量的差值,被稱爲「田間熱」。田間熱及運輸過程中的微生物,都會影響農產品品質,因此「預冷處理」(Pre-Cooling Treatment)非常重要。目前預冷技術之原理、優缺點及應用可見下表。
方法原理優點缺點
室冷
(Room Cooling)
將產品置於冷庫中,使其表面與適當循環的冷空氣接觸適用於任何產品常因容器材料與容器内空氣,導致傳導阻力大、速度慢
水冷
(Hydro Cooling)
用冷水淋洗及短時間浸泡產品以降溫冷水可直接與產品完全接觸,降溫速率快適用產品有限;需防水容器或特別處理以讓水流開
碎冰預冷
(Icing Cooling)
產品裝箱前後加入碎冰,或以半冰半水由產品堆上 / 側邊開口進行澆灌效果快速,可大量處理,適用於易老化或可耐低溫的青花菜、青葱、玉米適用產品有限;防水容器製造成本高
强制風冷(Force Air Cooling)又稱壓差預冷,與室冷類似,但藉由出入風口壓差,使冷空氣吹入容器從另一開口出去與產品接觸面積更大,降溫效率佳需注意容器左右前後的通風口大小、堆叠方式、高度、數量、抽風强度與冷氣溫度
真空預冷(Vacuum Cooling)將原產品置於真空,使水一個大氣壓下的原沸點 100°C 轉為 0°C,水分汽化吸收大量熱,而達到降溫效果可大量快速將產品降低至目標溫度設備昂貴;每降低 6°C 需耗損 1% 植株重量,僅適用於表面積大的葉菜類
  1. 納入 HACCP 規範考量:危害分析重要管制點(Hazard Analysis and Critical Control Points)為一種評估制度,最開始由美國首先應用在太空食品的製造上。它的目的在於判別、監控管制而降低食品加工產業的污染風險。
  2. 冷藏冷凍庫體設計關鍵:各倉庫會根據需求設定不同溫度,原則上由高溫空間依序進入低溫空間。在建材上,也需考慮其材質和設計的溫度散溢機率。為避免溫度差造成土地凍突、倉庫結霜,也可埋設自動調溫電熱綫。

而近來全球最備受關注的航運貨品——火熱出爐的 Covid-19 疫苗,因其嚴苛的低溫保存運送條件,更需仰賴冷鏈系統。華航是台灣首家獲得國際航空運輸協會(IATA)醫藥品冷鏈運輸認證( CEIV Pharma)的航空公司,並已在 4 月 4 日將第一批由國籍航空運送的 19.92 萬劑 AZ 疫苗空運回國,全程維持在 2 ~ 8 °C 的低溫。

其他貨物該怎麽儲存?

除了需把關溫度的貨品之外,航空貨物集散站也會安排特別的倉庫,以接待一些不好惹的貨物。危險物品如爆炸物品、氣體、易燃液體、毒性及放射性物質,都需特別申請、通過管制中心審核,並按照 IATA 「危險物品處理規則」進行接收與審查。危險物品會與非危險物品區隔開來,再存放在貼有清楚種類與處理指示標簽的危險物品庫,倉儲人員也會定時進行巡視檢查,盡可能降低事故發生的風險。

處理指示標籤。圖/交通部民用航空局

自發明飛機以來,人類不只完成在天空翺翔的夢想,迅速流通到世界各地的不同貨品,也使各國社經文化上的交流變得空前的緊密。航空運輸的發展及冷鏈系統技術的成熟,除了讓人們可以趁新鮮品嘗到異國生鮮蔬果的美好味道外,更成爲我們在和病毒的全球抗疫大戰中,帶來勝利轉機的關鍵。

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參考資料

  1. 108 年我國農業貿易概況
  2. 桃園國際機場股份有限公司-商務服務:貨運集散站介紹
  3. 華儲股份有限公司
  4. 冷鏈物流保險中心建構設計準則
  5. 國籍航空運送新冠肺炎疫苗華航拿下首案

本文由 我的青航時代-2021航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

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針對疫病害蟲劃下的封鎖線:「植物檢疫」如何把關進出口的農產品?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/07/17 ・3879字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 547 ・八年級

本文由 動植物防疫檢疫局 委託,泛科學企劃執行

市場裡的世界博覽會,以及來自世界的外來疫病害蟲

在果菜市場逛一圈,你看到的植物可能來自世界各地。

在全球化的時代,我們的餐桌前所未有的豐饒,跨國的食材並不稀奇:美國、日本、紐西蘭的蘋果、智利的酪梨、澳洲的櫻桃與紐西蘭的奇異果。即使是在地菜園直送的農產品,如果開啟生物地理學的眼睛,追根溯源也常常是來自他鄉:玉米、馬鈴薯與番薯源自於美洲、辣椒來自中美洲、茄子來自南亞,而胡蘿蔔則來自於歐洲。近代以前,人類跨地域的遷徙以及交流已是常態,在這個過程中也連帶將各種好吃好用的植物、動物傳布到不同的區域。

各式各樣的農產品,如果開啟生物地理學的眼睛,追根溯源許多是來自他鄉。圖/pixabay

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這些交流除了帶來各式各樣的農產品,許多病蟲害亦因此有機會隨行進入新的地區。外來種的病蟲害如果能適應一地的氣候風土,由於離開了原本的生態系統、告別原有的天敵,有時會變得非常難以控制,在該地造成嚴重的負面影響。會造成生態災難、經濟損失以及健康威脅的外來種,被稱為「外來入侵種」。在臺灣,我們最熟悉的案例,莫過於來自南美洲的福壽螺 (Pomacea canaliculata) 以及入侵紅火蟻 (Solenopsisinvicta) 了。

外來入侵種對經濟生態造成的損失,可由松材線蟲 (Bursaphelenchus xylophilus) 及非洲菊斑潛蠅 (Liriomyzatrifolii) 為例說明。松材線蟲被視為松樹大敵,會造成受感染的松樹快速枯死,在北美、歐洲、亞洲均是重要的防檢疫目標。原產於美國的非洲菊斑潛蠅主要危害葫蘆科、茄科及十字花科植物的葉片,其幼蟲會在葉片組織內鑽行取食,造成許多隧道狀食痕,影響植株外觀與生長,在北美洲造成菊花產業嚴重經濟損失。

因此,在享用國外進口的植物產品時,應盡可能避免潛在的外來植物疫病害蟲落地生根。

植物檢疫,防止有害生物入侵預防勝於治療

談到防範植物疫病害蟲的各種措施,行政院農委會動植物防疫檢疫局 (以下簡稱防檢局)鄒慧娟副局長表示:「其實病蟲害,最好是能夠『預防』,牠不要進來最好。那牠進來了就要去採取有效的防治措施。」而這其中最重要的預防機制,當然莫過於「植物檢疫」了。

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植物檢疫並不僅僅是在邊境執行,其他重要工作還包括收集國外植物相關的重大疫情資料、開發及應用有害生物檢測及滅除技術等等。重點在於對國際疫情資訊保持敏感,持續更新「有害生物清單」,修正相關輸入植物檢疫規定,並由各分局隨時執行進口貨運的相關檢疫措施。

由於植物疫病害蟲的各種樣態複雜,因此需要針對輸入的植物產品、產地與相關的疫病害蟲與檢疫處置內容進行檢核。以去年(2019)經歷多年後再度開放進入臺灣的泰國山竹為例,由於泰國為楊桃果實蠅 (Bactrocera carambolae) 及木瓜果實蠅 (Bactrocera papaya) 的疫區,山竹需要在泰國進行「蒸熱殺蟲」檢疫處理,並且經過我方檢疫人員會同對方檢疫官取樣確認後,才能封櫃運送來臺。而來到臺灣後,也會再度取樣檢查,確保安全無虞。註1

泰國山竹經歷多年禁止進口臺灣,直至 2019 年才又增加「泰國產山竹鮮果實輸入檢疫條件」。圖/pixabay

而一般的入境旅客,應當避免攜帶動植物產品註2,如果有攜帶就應誠實申報,相關的細節可以參考防檢局網站「植物及植物產品檢疫」資訊,或有相關問題需要確認,也可加入防檢局的 line@ ,輸入關鍵字就可以收到回覆資訊。

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除了宣導相關規定,防檢局當然也會對一般入境旅客進行檢疫以確保萬無一失。此部分可分為「人」、「機」、「犬」三個主要項目。「人」也就是回國入境時一定會見到的檢疫人員,入關的所有行李都會經過X光「機」檢查,有疑似動植物產品會打開進行檢查確認,現場也有檢疫「犬」協助偵測違規農畜產品。

另外,近年來各種跨國的網路購物平臺興起,如果有購買植物產品的需求,可以先至防檢局「核准輸入植物清單系統」查詢,列於清單內之植物依現行檢疫規定方可辦理輸入。如果是須檢附植物檢疫證明書的品項,郵寄前一定要事先申請輸入許可,交由寄件人黏貼於郵包外包裝(相關規定請見:郵寄輸入植物檢疫物規定及說明)。千萬不要直接下單訂購,以免物品被退運銷燬外還要遭受高額罰款,若是買到法規中禁止輸入的特定品項甚至會有觸犯刑罰的可能。註3

花卉蔬菜水果要出國好難?如何突破檢疫障礙

動植物防疫檢疫局的工作,除了把關入境的動植物、守護臺灣的動植物健康,還包括配合產業外銷需求、突破檢疫障礙,向各國提出臺灣水果、花卉種苗、種子等農產品市場開放申請。要突破這些檢疫障礙往往需要國內許多單位的配合,並需經過與他國的諮商談判及書面資料往返,可謂相當不易。

檢疫規範一般由進口國視狀況自行訂定,主要基於各種有害生物疫情資訊及風險評估等科學證據,來設定對於該類農產品進出口檢疫規定。為了促使各國採取合理的檢疫措施並避免貿易障礙,許多國際規範如世界貿易組織/食品安全檢驗與動植物防疫檢疫措施 (WTO/SPS) 協定、國際植物保護公約 (International Plant Protection Convention, IPPC) 、以及國際植物防疫檢疫措施標準 (International Standards for Phytosanitary Measures, ISPM),都是訂定檢疫條件時需遵守的準則。

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輸出檢疫可概略分成三種狀況:

1.無須檢疫:

倘輸入對方國家時,無要求提供我國輸出檢疫證明者,得免申請輸出檢疫。如臺灣目前輸往香港及新加坡的鮮果、蔬菜及切花,未實施植物檢疫。

2.須經特定檢疫處理的品項:

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輸出時依照對方國家(輸入國)要求,須進行檢疫處理以去除殺滅特定疫病害蟲。

舉例來說,因臺灣為東方果實蠅及瓜實蠅的疫區,要將其寄主鮮果實如荔枝、芒果、龍眼、棗、番石榴及鳳梨等水果輸往各國,依據各國之要求,就需先經檢疫殺蟲處理。

3.一般輸出前檢疫

除前述特定的國家及地區之檢疫條件外,輸出檢疫時,不得帶有輸入國家禁止輸入之檢疫有害生物、土壤及枝、葉等植物殘體。檢疫人員依照國際規範及輸入國要求條件執行檢疫合格後,防檢局即核發輸出植物檢疫證明書,供業者向輸入國辦理輸入。

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享受這些豐饒植物產品的同時,也別忘了謹守各項檢疫規定,守護本地的植物健康與生態!圖/elements.envato

農業產品要突破檢疫障礙,往往需要長時間的申請與準備。舉例來說,臺灣自 2009 年就已經提出向美國輸出番石榴的申請。礙於臺灣為東方果實蠅等多種果實蠅的疫區,因此開發低溫殺蟲檢疫處理技術,兼顧番石榴的品質並確保殺滅果實蠅。在此過程中,除了提供書面審查,一系列細節包括果園生產管理、集貨包裝條件、病蟲害檢查及輸出裝櫃檢疫處理等,均須符合美方要求。

談到番石榴輸出到美國的審查過程,動植物防疫檢疫局鄒慧娟副局長表示雖然並不容易,但始終對於臺灣的專業充滿信心,曾經有一次被質疑研究報告內容被要求重作,防檢局即與美國檢疫單位召開跨時區的電話會議進行討論:「我們臺灣殺蟲檢疫處理技術其實是非常成熟了……有任何疑問我們絕對都可以說明!」在多方努力之下,臺灣終於在 2019 年獲准將番石榴輸美,為亞洲的首例。

各種千里迢迢來自遠方的農產品、他鄉的食譜與食材,在在都豐富了人們的生活。享受這些豐饒植物產品的同時,也別忘了謹守各項檢疫規定,守護本地的植物健康與生態!

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註解

  1. 由於 COVID-19 疫情,近期暫無安排檢疫官至泰國進行山竹鮮果的相關檢疫工作,要享受山竹還要再等等了。
  2. 入境旅客攜帶動植物或其產品,請事先洽詢防檢局相關檢疫規定,並於入境時誠實向海關或防檢局申請檢疫,以免受罰。另請注意,旅客(含託運行李)以下種類均不得攜帶:
    (一)鮮果實(如水果類、瓜果類、檳榔等)。
    (二)土壤、附著土壤之植物、植物產品或其他物品。
    (三)有害生物或活昆蟲:如病原微生物、蚱蜢、螞蟻、兜蟲(獨角仙)、鍬形蟲等。
    (四)列屬禁止輸入疫區之寄主植物或其產品。
    (五)列屬禁止輸入之應施檢疫動物及動物產品(例如來自近三年發生非洲豬瘟國家之豬肉及豬肉製品等)。
    有關入境旅客攜帶植物及植物產品檢疫規定,可至防檢局網站入境旅客攜帶植物及植物產品檢疫查詢。
  3. 可先至防檢局「核准輸入植物清單系統」查詢紀錄,列於清單內之植物方可依現行檢疫規定辦理。屬防檢局公告免繳驗檢疫證明書者,可直接郵寄輸入,但應於包裝上明顯標示內容物名稱。較常見的違規案例如某些境外輸入的食用種子仍具發芽活性,應符合檢疫規範方可輸入。

參考資料

  1. 行政院農委會動植物防疫檢疫局
  2. 動植物防疫檢疫局「 入境旅客攜帶植物及植物產品檢疫」「核准輸入植物清單系統
  3. 山竹鮮果您終於回來啦!這是種什麼樣的水果呢?
  4. 美味的山竹,如何由禁止輸入再開放進口?談植物產品檢疫──《科學月刊》
  5. 三種入侵斑潛蠅(雙翅目:斑潛蠅科)之綜述與檢疫措施,錢景秦,植物重要防疫檢疫害蟲診斷鑑定研習會(八)(Oct. 2008)

本文感謝動植物防疫檢疫局鄒慧娟副局長接受採訪並提供資料。

本文由 動植物防疫檢疫局 委託,泛科學企劃執行

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搭飛機送農產品出國,可沒你想像的簡單!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/04/14 ・3026字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 568 ・九年級

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本文由 我的青航時代-2021航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

因兼具熱帶與亞熱帶的氣候條件及成熟的培育技術,台灣一年四季都盛產豐富多樣的水果蔬菜。當我們在享用金鑽鳳梨、愛文芒果等好吃的在地農作物時,是不是也想讓外國朋友也嘗嘗這美好的滋味呢?然而,要讓農產品以新鮮可口的姿態來到國外消費者的手上,在運銷保存技術和航空運輸上都是一大挑戰。

身處樞紐的臺灣航運

台灣位處亞太地理樞紐,飛往東北亞、東南亞主要城市平均只需 4 個小時,在國際空運市場上的地位可謂舉足輕重。以桃園國際機場爲例,在全球機場貨運量排行榜上,曾有躋身前十的佳績。Covid-19 疫情反轉了航空產業的營運模式,過去載著旅客的客機改爲運送滿滿的貨物,去年桃園機場的貨運量更達 234 萬餘噸,刷新 1979 年成立四十多年來的記錄。

圖/pixabay

桃園機場目前有 4 家航空貨物集散站提供服務,分別為華儲、長榮空運倉儲、遠雄航空自由貿易港區及永儲,每年可提供 260 萬噸進、出、轉口貨運處理量(相當於 13 艘讓蘇伊士運河阻塞的長賜號之載重噸位)。同時,站區内還有 3 家整合型快遞物流公司(FedEX、UPS、DHL)及兩家專業的貨運地勤服務——桃園航勤及長榮航勤公司。

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要將農產品空運出國,必須有「物流公司」、「航空貨物集散站」及「地勤」三者互相配合才能完成。

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冷鏈物流:肩負護送蔬果疫苗重責大任

根據行政院農委會農產貿易概況資料,2019 年台灣農產品出口貿易價值約 55.8 億美元,其中生鮮冷藏水果出口值佔了近兩億美元。過往桃園機場貨物多以大宗貿易乾貨爲主,溫控貨物的比例較小。由於生鮮蔬果都是對溫度變化相當敏感的「嬌客」,因此若要進一步突破距離限制,擴大海外市場,完善的冷鏈物流系統是必不可少的。

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  2. 進貨的前處理:農產品自田間採收後,未冷卻達到其最低的安全儲藏溫度前,兩者間熱含量的差值,被稱爲「田間熱」。田間熱及運輸過程中的微生物,都會影響農產品品質,因此「預冷處理」(Pre-Cooling Treatment)非常重要。目前預冷技術之原理、優缺點及應用可見下表。
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