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為什麼吃甜的會蛀牙?——《生活中的東西都可以寫成化學式》

快樂文化
・2022/05/09 ・1404字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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來談談我們的敵人——蛀牙。

蛀牙的化學物語

導致蛀牙的主要原因有兩個。前面提過的蛀牙菌是其中一個因素,而蛀牙菌具體的名稱為「轉糖鏈球菌」,據說這種細菌常在孩童約三歲以前經由大人傳染,原因包括使用父母用過的筷子和湯匙,或輪流喝飲料等;另一個因素就是食物中所含的糖分,主要成分為「蔗糖」。

這兩個因素結合在一起時,就會發生以下情況:首先,轉糖鏈球菌利用蔗糖製造一種稱為「葡聚糖」的分子。葡聚糖的化學式為(C6H10O5)n,後面會再詳細說明。葡聚糖附著在牙齒表面,會成為轉糖鏈球菌的棲息地。此外,口腔中的其他細菌(根據統計,口腔中的細菌有 600 多種)也會混入其中。

這些附著在牙齒上的組合物稱為「牙菌斑」,有時也被稱為「齒垢」或「生物膜」(biofilm,又稱菌膜)。你可能在牙膏等的廣告中有聽過這些名詞。

之後,獲得棲息地的轉糖鏈球菌會產生大量的「酸」,引發去礦質作用,最終導致蛀牙。這個過程如下列所示。

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轉糖鏈球菌生活在溫暖的葡聚糖裡,並分解出乳酸;事實上它們也會分解出醋酸,及一種稱為甲酸(HCOOH)的酸,但乳酸所佔的比例較高。這些酸會引發強烈的去礦質作用,溶解牙齒並造成蛀牙。

在這種情況發生前,必須好好刷牙,以澈底清除黏附在牙齒上的牙菌斑(葡聚糖+細菌)!即使是漱口,具黏性的牙菌斑也不易脫落,最有效的方法還是好好刷牙。而牙膏中含有研磨劑(可幫助去除汙垢的顆粒),能有效去除黏黏的牙菌斑。

不易蛀牙的甜食

上個單元我們說明了糖是如何引起蛀牙的。事實上也有一些分子的味道就和糖一樣甜,但卻不太容易引起蛀牙,其中最有名的分子之一就是「木糖醇」,你可能有聽過加了木糖醇的口香糖吧!這個分子的化學式為 C5H12O5,詳細的結構如下圖。

為什麼木糖醇味道甜甜的,卻不容易引起蛀牙呢?在回答這個問題前,我們先回想一下為什麼蔗糖(糖)會導致蛀牙。蔗糖是轉糖鏈球菌用來製造葡聚糖的材料,而反應過程中產生的果糖,會被轉糖鏈球菌做為養分來源,並分解出乳酸分子。

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那木糖醇呢?首先木糖醇不像蔗糖是製造葡聚糖的材料,另外轉糖鏈球菌不會把木糖醇當成養分來源,所以也不會分解出乳酸。因此它們的味道雖然很甜,但卻不容易引起蛀牙。

這裡出現了一個問題。木糖醇和蔗糖的結構看來截然不同,但為什麼味道也是甜甜的呢?若像下圖一樣,稍微改變一下木糖醇的畫法,就會發現它的結構與構成蔗糖的葡萄糖和果糖很像,具有許多羥基這點也非常相似。

——本文摘自《生活中的東西都可以寫成化學式》,2021 年 11 月,快樂文化

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快樂文化
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原來牙膏只是潔牙的配角?
衛生福利部食品藥物管理署_96
・2023/10/07 ・2009字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文轉載自食藥好文網

  • 文/陳儀珈、國立臺灣大學醫學院附設牙科醫院住院醫師郭宸輔 共同撰稿

明明都有乖乖刷牙,為甚麼我們還是會蛀牙?想要解答這個疑惑,必須了解蛀牙的原因和潔牙的原理。

當我們吃甜食,我們口腔內的細菌會將食物中的糖分轉換為酸,隨著酸性物質停留在牙齒表面,酸性物質會使得牙齒的礦物質流失,使琺瑯質「去礦化」進而造成蛀牙。所謂的牙菌斑,是細菌、食物殘渣、唾液⋯⋯等的集合體,為了避免蛀牙,我們就必須清除黏附在牙齒表面的牙菌斑。

由於牙菌斑會緊緊黏附在我們的牙齒上,無法光靠漱口來清除,也沒有辦法使用泡沫或藥劑將牙菌斑變不見,因此在清除牙菌斑的方法中,目前以「物理性清潔」為主,建議大家使用牙刷、牙線或牙間刷,才能儘量把牙菌斑從牙齒上面刷掉、刮掉。

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雖然牙膏並不是清除牙菌斑的主力,但也是關鍵的輔助角色,透過牙刷和牙膏的相輔相成,有助於減少蛀牙率。

牙膏如何成為最強輔助?

牙膏的主要成分包括研磨劑、氟化物以及甜味劑。

目前牙膏中常見的研磨劑包括「碳酸鈣」和「水合氧化鋁」,可以協助牙刷移除牙齒上的牙菌斑以及染色區域。需要注意的是,雖然現今被添加在牙膏中的研磨劑通常都很溫和,不太會傷害到琺瑯質,但刷牙力道仍然需要控制,儘量不要太大力刷牙。

其中,氟化物能夠將琺瑯質的主要成分「羥磷灰石」中的氫氧根離子 (OH) 替換為氟離子 (F) ,當氫氧根離子被替換為氟離子後,溶度積常數( Ksp 值)會降低,換句話說,就是讓琺瑯質更難被細菌產生的酸性物質酸蝕,進而達到預防蛀牙的效果。

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為了讓大家更願意刷牙,牙膏中也添加了甜味劑,使民眾對刷牙的接受度更高,同時也能在刷牙後有擁有一口清新的口氣。請大家別誤會,添加甜味劑並不代表牙膏被摻雜了糖,而是使用糖精、山梨糖醇、木糖醇來增加甜味。

除了上述主要成分外,有些牙膏使用不同添加物,以此達到各式各樣的功效,但基本的作用大同小異。例如,美白牙膏會添加過氧化物,藉由氧化還原牙齒表面來美白牙齒;加入如硝酸鉀等成分後,可以藉由改變鉀離子濃度或封閉牙本質小管來改善敏感狀況,成為市面上常見的抗敏感牙膏。

每天至少使用含氟牙膏兩次!

根據衛生福利部口腔健康司「成人口腔保健手冊(專業版)」指出,只要有進食就要刷牙,其中,睡前的潔牙尤為重要。

我們每天至少要使用含氟離子濃度 1000 ppm 以上的牙膏潔牙 2 次,且每次不得少於 2 分鐘。含氟牙膏的使用量少於豌豆的大小即可,約 0.25 g 左右。刷牙時,須搭配「貝氏刷牙法」的潔牙順序,將刷毛傾斜,使刷毛與牙齒表面呈現 45° ~ 60° ,深入牙齦溝,每一次清潔兩顆牙齒,左右來回清刷十次後,再換下兩顆牙齒。

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除了刷牙外,也建議使用牙線、牙間刷刮除牙縫沾黏的食物與牙菌斑。潔牙後避免漱口、喝水,維持口腔中氟離子的濃度,讓氟離子持續作用 30 分鐘以上。

此外,食藥署也提醒:選購一般牙膏時,記得選購標示完整的產品,不購買來路不明或標示不清的產品,使用時保留外包裝或說明書以便了解產品相關資訊。此外,以化粧品管理的一般牙膏如有添加含氟化合物,其氟總量不得超過 0.15% (1,500 ppm) ,且不具有醫療效能,不可治療牙周病等病症;若有嚴重口腔問題,應就醫治療。

參考資料

衛生福利部食品藥物管理署_96
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衛生福利部食品藥物管理署依衛生福利部組織法第五條第二款規定成立,職司範疇包含食品、西藥、管制藥品、醫療器材、化粧品管理、政策及法規研擬等。 網站:http://www.fda.gov.tw/TC/index.aspx

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阿斯巴甜真的致癌嗎?代糖為何能超甜又零熱量?它是如何騙過舌頭產生甜味的?
PanSci_96
・2023/09/05 ・4326字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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代糖是致癌物?還是控制血糖的聖品?

為什麼代糖吃了可以感受到甜味,卻不會產生負擔呢?它真的沒有熱量嗎?

今年 7 月 14 日,世界衛生組織(WHO)旗下的跨政府機構國際癌症研究中心(IARC)將零卡汽水、無糖口香糖中常用的人工代糖阿斯巴甜(Aspartame)列為 2B 級的「可能的人類致癌物(possible human carcinogen)」。都喝了這麼久才說,代糖啊代糖,你是完美無害的白色謊言,還是惡搞大家的黑色幽默呢?

代糖是什麼?為什麼「甜」卻無熱量?

代糖顧名思義就是糖的替代品,也稱為甜味劑。你應該知道代糖的種類很多,不過呢主要可以根據是否會產生熱量,分為營養甜味劑和非營養甜味劑兩類。

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蛤?代糖還有營養的代糖喔?這裡的營養指的是食用後還是會產生熱量的代糖,但每公克產生的熱量比蔗糖低。這類營養甜味劑多數來自天然來源,也被稱為天然甜味劑,大家熟悉的就是口香糖內的木糖醇 xylitol,它是從玉米等植物中提煉、加工後製而成。

而非營養甜味劑主要為人工合成,食用後既不會產生熱量,甜度也是蔗糖的好幾百倍,其中最著名的阿斯巴甜,甜度是蔗糖的 200 倍,一公克可產生四大卡熱量,咦?不是說沒有熱量嗎?你看看,它的甜度那麼高,所以實際只需非常少的份量,就能產生我們所需的甜度,所以攝取時的熱量少到可忽略不計。

不過這些代糖竟然可以騙過我們的味覺,讓我們有「甜」的感受,到底是對我們動了什麼手腳?

其實代糖沒有動手腳,是它剛好符合我們的味覺受體。

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我們如何嘗到甜味?

先複習一下,人類的舌頭分為五個區域,可以各自負責感受酸、甜、苦、鹹和鮮五種不同的味道。

味覺圖。圖/PanSci YouTube

其實這張始於 20 世紀初的味覺圖,早已經被證實是錯誤的,仔細想想,難道你舔冰淇淋的時候才嘗的到甜味,巧克力放進嘴巴後就吃不出來了嗎?舌頭的中間,並不是無味區,我們整個舌頭都能感受到酸、甜、苦、鹹、鮮。抱歉啦,大內密探零零發,品嚐美酒時其實不用把舌頭捲起來喔。

我們整個舌頭都能感受到酸、甜、苦、鹹、鮮,品嚐美酒時其實不用把舌頭捲起來喔。圖/我們都愛周星馳

如果你伸出舌頭仔細觀察,可以看到上面充滿一粒一粒的顆粒狀物就是「舌乳頭」。在顯微鏡下,可以看到舌乳頭內有洋蔥形構造的「味蕾」,負責接收各種由唾液溶解後的味道分子,並且把味道傳給我們的大腦。

洋蔥形構造的味蕾。圖/Wikimedia

那這些味蕾是如何產生味覺的呢?每個味蕾內約有 100 個味覺細胞,而每個味覺細胞的細胞膜表面,都只會呈現單一種類的味覺受體,就像是門鎖和鑰匙的概念。只要門鎖和鑰匙匹配了,味覺訊號就會被送出。因此我們嘗到甜味時,只有甜味分子專一性受體的味覺細胞會被活化。

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當我們張嘴把一塊讓人心情愉悅的蛋糕送進嘴裡,蛋糕裡的甜味分子會與味覺細胞的膜上甜味受體結合,這個鑰匙與門鎖的結合必須精確無誤,接著就會活化一連串的下游路徑,製造傳遞物質,讓細胞內蓄積在內質網的鈣離子被釋放,引起細胞電位變化而活化感覺神經元,最後將這個「甜味」的訊號傳到腦部。

這一連串精密的流程,在 1967 年由科學家 Shallenberger 和 Acree 的「AH/B 甜味理論」中提出。

Shallenberger 和 Acree 的「AH/B 甜味理論」。圖/PanSci YouTube

回頭來說這些甜性物質,以葡萄糖為例,要能夠與甜味受器結合,需要三個要素才能形成這把開啟「甜味」大門的鑰匙。

第一是能形成氫鍵的 AH 基團,第二是負電性很強的 B 基團,第三則是這兩個基團的距離得約為「0.3 奈米」。

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必須要有這三個要素,才能讓我們味蕾上的甜味受體感知到甜味,刺激神經傳到大腦,開啟美妙的甜味饗宴。

我們的主角代糖,雖然不是會產生熱量的糖,卻正好與葡萄糖一樣,具備這三種要素。而且,有過之無不及的是,代糖不僅能產生甜味,甜味竟然還能超過一般蔗糖的百倍以上!原來代糖的結構上,還另外多帶一團帶有疏水性的「γ 基團」,這個非極性的疏水基團與味蕾上甜味受體的疏水部分對接上,增強了甜味受體所產生的神經衝動訊號強度。訊號增強,大腦感知到甜的就更甜了。

這剛好可以挑動我們的甜味受體,不會產生熱量,既是禁果又是仙丹的玩意,是怎麼被創造出來的呢?

第一個人工合成的代糖是怎麼出現的?

第一個人工合成代糖在 1879 年,由美國化學家艾拉·雷姆森和德美雙國籍的化學家康斯坦丁·法爾伯格共同發現,它就是糖精。糖精的甜度是蔗糖的 300-500 倍,卻不會被人體代謝而產生熱量。

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就跟很多科學研究一樣,這個發現可以說是一個意外。

法爾伯格曾敘述那段經過,他說:「那天晚上,在實驗室工作完回家之前,我明明徹底洗手了,然而在晚餐時,我把一些麵包放進嘴裡時,發現我的手嘗起來很甜……我立刻跑回實驗室,嚐遍了工作台上的所有燒杯、小瓶和盤子,直到我終於在其中一個裡找到了味道,而且甜得驚人。」法爾伯格後來也在看到糖精的潛在商業利益後,立刻將其申請專利並大量製造。
只能說還好那時候不是合成出砒霜或氰化鉀呀!

氰化鉀是生理上有效力的劇毒。圖/《名偵探柯南》漫畫

目前代糖除了應用在糖尿病患及減肥者的醣類替代品外,我們每天都要用的牙膏也很常發現它。到目前為止聽起來代糖似乎是個好東西,但為什麼後來的科學家會對代糖提出質疑呢?

代糖健不健康?它是致癌物嗎?

一篇刊登在 2014 年《自然》(Nature) 的論文研究提出,他們在囓齒動物身上發現,人工代糖除了讓體內的腸道益生菌發生重組改變,吃入下去的代糖也有如「望梅止渴」。雖然成功騙過我們的味覺,但終究不能讓身體產生能量,無法獲得真正的飽足感。反而可能造成「葡萄糖不耐症」的代謝異常,促使動物吃下更多食物,造成糖尿病及肥胖相關疾病。但這結論也無法直接推論到人類身上。

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那許多人討論的,代糖是否會致癌的問題呢?

其實目前還沒有明確、直接的實驗證據顯示代糖與人體致癌之間的關聯性

至於先前提到的糖精,透過 1970 年的老鼠實驗,早期科學家曾懷疑糖精可能引起膀胱癌,使其遭禁用近 20 年,但仍沒有明確的證據證實糖精與人體致癌的關聯性。畢竟在老鼠身上所看到的實驗結果,不能直接套用在人體上外,動物實驗中所使用的高劑量也是一般人在生活中很難達到的,因此美國食品藥物管理局(FDA)才撤銷禁令並准許糖精加入飲料及食品中。

然而,這次事件主角阿斯巴甜被列入可能致癌又是怎麼一回事?這次真的找到對人類致癌的證據了嗎?

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食用代糖的好壞,我們該如何看待?

Well, 其實沒有新的證據。我們對「阿斯巴甜是否致癌」這個問題,還需要更多的實驗才能釐清,現階段的人體研究證據有限,在動物實驗的證據也相對薄弱。那為何 IARC 會把阿斯巴甜列為致癌物呢?這是見影就開槍嗎?

——先別急!

我們先了解一下,目前 IARC 將導致癌症的物質等級分類,總共分為 4 級:

1 級確定為致癌因子、2A 級極有可能為致癌因子、2B 級可能為致癌因子、3 級無法歸類為致癌。

IARC 針對導致癌症的物質做等級分類。圖/PanSci YouTube

分類的依據為:

  1. 有限的流行病學致癌證據
  2. 實驗動物中有充足的致癌證據
  3. 具強力的致癌機制證據

如果三個條件都符合,就會被列入第 1 級確定致癌物,像是空氣污染、酒精、檳榔等等。若是同時符合第一項以及第二或三其中一個條件,也就是有科學證據表明會可能對人類具有致癌作用,就會被列入 2A 級,像是紅肉、高溫油炸的排放物或是夜晚輪班工作等等。而現在未有確定性實驗證據的阿斯巴甜,雖然相關實驗結果相對薄弱,但致癌證據仍不容忽視,因此歸類於 2B,同類別等級的還有醃漬蔬菜跟加油站的氣體等等。

而這次 IARC 的舉動,與其說是對代糖開槍,更像是鼓勵研究者,做更多的實驗去尋找正反面的證據。

聽到這裡你可能會想說,不確定的資料也太多,到底阿斯巴甜可不可以吃?這個問題,目前可以確認的是,只要每日攝取量在每公斤體重 40 毫克的建議範圍內,都是可以安全食用的。換算下來,以一個體重 75 公斤的成年男性而言,大約是一天 5.6 公升無糖可樂的量。不過由於阿斯巴甜中包含胺基酸中的「苯丙胺酸」,而若有先天性苯丙胺酸代謝異常的患者要特別注意,避免接觸到阿斯巴甜相關食品。

以一個體重 75 公斤的成年男性而言,大約是一天不超過 5.6 公升無糖可樂所含的代糖為建議攝取量。圖/Pixabay

目前政府准許使用的甜味劑,都經過完整的評估才被允許使用,同時也訂定「食品添加物使用範圍及限量暨規格標準」,來規範使用甜味劑使用。衛福部也指出,其實造成癌症的成因多且複雜,大可不必因此特別戒吃某種食物。

但就像我們在介紹代油時提到的,我們可以透過蘋果泥、綠豆泥等天然食材產生油脂的口感,取代部分脂肪的使用。而甜味呢,除了代糖以外,水果、蜂蜜等天然甜味來源,也是取代精緻糖的好選擇。

這次換我們問問大家,當你很想吃甜食但又不想那麼罪惡時,你有沒有好方法來滿足口腹之慾呢?

  1. 去吃一些燕麥棒或水果來解解嘴饞,至少有吃到甜又比較健康。
  2. 我就會選擇去吃代糖做的甜點,偶而吃應該是還好啦!
  3. 既然想吃就吃,畢竟保持心情開心也是一種健康之道!

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PanSci_96
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澳洲乳牛吃巧克力?!
胡中行_96
・2023/06/08 ・1939字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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成立於 1824 年的英國品牌吉百利(Cadbury),以製造糖果和巧克力聞名全球。1881 年他們首次接到來自澳大利亞的訂單,從此當地人也能嚐到其產品甜美的滋味。多年後,吉百利先是看上那裏優質豐沛的牛乳,而在塔斯馬尼亞設廠;後來又併購位於墨爾本的公司,擴大營運。[1]2023 年某些南澳的乳牛,也開始吃吉百利的零食。[2]

2022 年吉百利慶祝於澳洲建廠一世紀的特別報導。影/Sky News Australia on YouTube

乳牛的飲食

畜養乳牛是一門講究營養調配的科學,需要充足的碳水化合物、胺基酸、脂肪酸、礦物質、維生素和水份等,來確保牛乳的品質與產量。碳水化合物是乳牛能量的主要來源,佔泌乳期 70% 的飲食,可以從草、糖、飼料與穀物等食物中攝取。[3]以天然食材來說,碳水化合物大致分為纖維素半纖維素等,組成植物細胞壁的結構性碳水化合物;以及澱粉等,存在植物細胞質裡的非結構性碳水化合物。牛瘤胃(rumen)內的微生物,會將碳水化合物發酵。其中非結構性的比較容易進行,而且以糖最為快速。[4]

牛的消化系統,③ 是瘤胃(rumen)。圖/‘Ruminant digestive system’ by Australian Good Meat(CC BY-SA 4.0)

乳牛吃糖

具 30 多年畜牧經驗,擔任全國性產業公會澳洲乳品(Dairy Australia)理事長的 James Mann,在南澳有超過 4,000 頭乳牛。[2, 5]以往除了放牛吃草,Mann 理事長就像許多同業,也會給牛嚐點甜頭。[2]基於發酵難易度的差別,多種碳水化合物混著吃,能讓瘤胃裡的微生物,隨時都有得忙,一直幫乳牛補充能量。拿適量的糖,取代乳牛飲食中的澱粉,既可以促進泌乳;又不太會影響瘤胃內的 pH 值,而害牛乳的脂肪比例下降。[4]

唯一的問題是,2023 年全球糖價上漲。[2, 6]

全球糖價飆升

2 年前全球糖價疲軟時,每噸曾經連澳幣 400 元都不到。然而北半球糖業出口國,例如:印度、泰國和中國等,2023 年的產量都不如預期。地處南半球的巴西,則遭逢大量降雨,擾亂物流。於是就在澳洲的甘蔗進入採收季前,4 月的全球糖價竟衝破每噸 800 元。當地蔗農遇上幾十年未見的榮景,喜孜孜地打算大賺一波;[6][註]同時卻也苦了需要用糖的產業。

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眼見成本飆升,腦筋動得快的 Mann 理事長,決定調整自家乳牛的菜單。他跨州從墨爾本運來一般巧克力、櫻桃巧克力、蜂巢巧克力、蛇軟糖和牛軋糖等。反正吉百利不要的,他家的牛全包。巧克力含有糖和油。[1]脂肪類食物提供的能量,是碳水化合物或蛋白質的 2.25 倍,而且跟糖一樣,也能增加牛乳的產量。[2, 3]總之,一箭雙鵰。Mann 理事長在 6 月初,因為這個大膽嘗試,接受媒體專訪,分享創意飼育的心得。[2]

食品加工與環保

他家乳牛所吃的糖果和巧克力,不如市售的吉百利產品,裹著包裝,還印上原料與營養成份。儘管部份造型跟人類吃的還算接近,更多是輾得粉碎或不可名狀。有時甚至整塊沒剁,以半成品的形式出現。幸好乳牛並不挑嘴,來者不拒,又似乎沒有偏好特定口味。[2]

理事長表示,若不是乳牛幫忙消耗,這些廢料原本大概會被工廠丟掉,所以他的作法對畜牧和環保都好。的確,避免食物浪費雖然最好從源頭做起,但是當製造商無法減少廢料時,再利用也是不錯的補救辦法。[2]

至於生產出來的鮮乳如何?Mann 理事長開玩笑道:「既然巧克力牛奶由我們生產了;我希望草莓牛奶有別人負責。」不過,他家鮮乳的味道其實沒有特別不同,最終還是得與其他牧場的混和,經過工廠加工才能製成調味乳。[2]

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圖/The Simpsons on Giphy

  

備註

多數澳洲蔗農早在 2022 年談好 2023 年 4 月的大盤售價,所以不會馬上受惠於全球糖價飆漲。然而,他們還是可以喊價 2023 年後續每噸澳幣 756 元,以及 2024 年 651 元。[6]

參考資料

  1. Cadbury and Mondelez Australia Pty Ltd. ‘Our History’. Cadbury. (Accessed on 01 JUN 2023)
  2. Boisvert E, Adamo E. (01 JUN 2023) ‘Dairy cows munch on reject chocolate and lollies that would have gone to landfill’. ABC News, Australia.
  3. Erickson PS, Kalscheur KF. (2020) ‘Nutrition and feeding of dairy cattle’. Animal Agriculture, 157–180.
  4. Ravelo AD, Vyas D, Ferraretto LF. (2022) ‘Effects of sucrose and lactose as partial replacement to corn in lactating dairy cow diets: a review’. Translational Animal Science, 6(2):txac044.
  5. James Mann appointed Chair of Dairy Australia’. (31 JUL 2020) Dairy Australia.
  6. Brann M, Cooper L. (20 APR 2023) ‘Sugar prices skyrocket after lower-than-expected output overseas in good news for Australian growers’. ABC News, Australia.
胡中行_96
169 篇文章 ・ 65 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。