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讓你買菜不再苦惱:Nutrition Profiling 食物選擇科學化

社團法人台灣國際生命科學會_96
・2022/07/06 ・3344字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  • 專欄作家— 許珊菁 博士

國立臺灣大學微生物與生物化學研究所博士。實踐大學食品營養與保健生技學系助理教授。曾任康善基金會營養顧問、開南大學觀光與餐飲旅館學系助理教授。專長領域:營養管理、公衛營養、營養教育、國人適用之食品份量及營養密度指標建立及其應用。 

您有沒有在大賣場、超市或雜貨店選購食品時感到無所適從,雖然您知道選擇健康的食物對家人與自已的健康很重要,但有時正確的選擇卻似乎無從著手,尤其是匆忙之下,無法詳細閱讀食品標示。

科學家們嘗試幫食物的「營養健康特性」下些定義,試著引領食品製造業者提供更具健康概念的產品,以方便消費者做出選擇。

跳脫卡洛里迷思:熱量密度 ≠ 營養素密度

從營養的角度來說,食物可以依據熱量密度或營養素密度來加以分類。

熱量密度指的是,單位重量食物中所含的卡路里,而密度高的食物也就是我們常說的高熱量食物,每公克食物約含大於4大卡熱量,如餅乾、蛋糕等。密度低的食物則是我們常說的低熱量食物,每公克食物約含小於 1.5 大卡熱量,如青花菜、雞蛋等。

另外,還有一類食物被稱為空熱量食物,顧名思義,為空有熱量的食物,食物中僅僅含有糖、油脂、或酒精等提供熱量,但其他人體必需的營養素,像維生素、蛋白質、必需脂肪酸等含量很少或沒有提供,例如:碳酸飲料。

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然而,有一些熱量相對較高的食物也可能具有很高的營養價值,如堅果、種子、橄欖油或菜籽油。所以,如果我們只將卡路里視為食物評分的數字,那麼我們可能會避免選擇這些食物,但這些食物應該也可以作為健康飲食模式中的一部分。

另外,有些卡路里含量相似的食物在營養質量方面也可能不同,例如,加工過的肉類比未經加工的瘦肉含有更多鹽分,即使它們卡路里含量相似,不利作為健康飲食。

卡路里不該只是衡量食物營養的唯一標準。 圖/ envato

什麼是「營養密集」食物?

營養素密度是指以食物每 100 公克、每 100 大卡或每份為基本單位來計算營養素,其中「每份」的份量是由食品廠商根據其產品自定,通常採一次食用量為準,如包子以一粒為一份等等。

1974 年時,美國聯邦貿易委員會(Federal Trade Commission)將營養密集食物定義為:「每 100 大卡食物至少能提供蛋白質和其他三種營養素達建議攝取量(Recommended Dietary Allowance, RDA)之 10% 以上」。

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隔年進一步提出,只要能提供一種營養素達 RDA之 50% 以上、提供二種營養素分別達 RDA 之 20% 以上、提供三種營養素分別達 RDA 之 15% 以上、提供四種營養素分別達 RDA 之 10% 以上、或提供五種營養素分別達 RDA 之 6% 以上,亦可以稱為營養密集食物 1。

為了幫助民眾在不超過每日能量所需的情況下,做出更健康的食物選擇來達成營養需求目標, 2005 美國飲食指南(Dietary Guidelines for Americans, DGA)第一次提出,如果能夠提供大量維生素、礦物質及相對較少卡路里的食物就可成為營養密集食物。

在 2015 年補充說明,營養密集食物為蔬菜、水果、全穀物、海鮮、雞蛋、豆類和豌豆、無鹽堅果和種子、無脂和低脂牛奶和乳製品,以及瘦肉等。

2020 年更強調營養密集食物為提供維生素、礦物質及其他促進健康的成分,並且不添加或幾乎不添加糖、飽和脂肪和鈉。

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經由正確選擇每一種食物或飲料都是一個邁向健康飲食模式的機會。下面圖例為從日常選購上可以採取的微小改變之一,幫助選擇相對營養密度較高的產品。

NRF 指數帶你辨識營養好食物

研究發現消費者在購買時往往只閱讀營養標示的前五個組成部分(份量、卡路里、總脂肪、飽和脂肪和反式脂肪)。但如果要識別營養豐富的食物,我們需要確保能夠更進一步閱讀其他有益營養素的標示,如鈣、鉀或纖維 3。

Nutrition Profiling 是一種科學化的方法,根據食物中的營養成分對食物進行分析,可以讓消費者更輕鬆地識別「營養豐富」的食物,也能幫助人們做出更健康的食物選擇。

在眾多 Nutrition Profiling 方法中, NRF 指數(nutrient-rich food index)已與其他方法進行了廣泛的比較,並在健康飲食方面得到了驗證。 NRF 指數為計算九種鼓勵攝取的營養素(蛋白質、纖維、維生素 A、 C 和 E、鈣、鐵、鉀和鎂)和三種需要限制攝取的營養素(飽和脂肪、添加的糖和鈉)的關係式。

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舉例:以食物每 100 大卡或每份為基本單位, NRF 指數 =(加權總和九種鼓勵攝取的營養素含量佔每日建議量的百分比值)減去(加權總和三種需限制攝取的營養素含量佔最大建議量的百分比值)。

當 NRF 指數越高,代表此食物有較高的營養密度 4。

NRF 指數特點為,除了著重於需鼓勵增加攝取的營養素外,同時也兼顧要限制的三個關鍵營養素。

以台灣食品成分資料庫中部分肉類食材進行 NRF 指數計算,如下圖。以每種食材 100 大卡為計算單位,發現油脂含量較高的豬蹄膀,計算後 NRF 指數為 0.7 ,五花肉為 -4.5 。

相對的,豬後腿瘦肉 NRF 指數為 63.4 ,雞胸肉為 65.6 。豆魚蛋肉類的每份食物定義為提供 7 公克蛋白質為一份。以每種食材一份為計算單位來看,豬梅花肉、牛腩等高脂肪部位的肉類 NRF 指數為負數。

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因此,從 NRF 指數科學計算,可以間接得知食物中營養素比例,或許可以幫助消費者在日常生活中選擇適當的食物。

Nutrition Profiling 應用在生活中

Nutrition Profiling 應用在生活層面的範例,就是提供消費者辨識食品的營養性質與健康效益。舉例來說:植物奶成分大多來自大豆、堅果、穀物和種子,有改善動物福利與改變對環境的影響等優點,在美國通常以植物「牛奶」的形式銷售。

2021 年研究應用 Nutrition Profiling 於植物奶是否可用作牛奶替代品的評估上,結果顯示只有經營養強化的豆奶含有與牛奶相當的蛋白質、鈣、鉀、維生素  A  和維生素 D  含量。故強化豆奶為目前美國農業部唯一認可作為奶類替用品之飲品,而其他植物性飲品則否 5。

透過 Nutrition Profiling 評估,強化豆奶是唯一營養素與牛奶接近的植物奶。 圖/ envato

全球肥胖率上升的潛在原因包括過度含糖飲料和高能量食物的攝取。 Nutrition Profiling 的目的是根據食物的營養含量對食物進行分析,進而幫助消費者分辨營養豐富且未過度加工的食品。但是,擔憂的是,如果消費者知道必須付出較多的膳食成本來獲取營養豐富的食物,則並非所有人都能接受這種建議。

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因此,針對低收入族群的 Nutrition Profiling 可能無法與富裕社會中所觀察到的相提並論 6,7。未來開發消費者負擔得起的營養分析建議是相當重要的,其中需考量食物價格和實際食物供應的狀況。

對於食品製造業者,建議可經由改變配方,加入全穀類、水果、蔬菜泥或植物性原料增加食品營養密度,提供特殊風味產品使食品中鹽分降低,而不影響人們對食物的喜好。應用 Nutrition Profiling 來確定那些營養豐富且價格合理的食物是幫助實踐健康飲食的第一步。

除此之外,如果可以在食品販售包裝上同時考量適當份量的設計,讓消費者在選擇健康營養食物的同時,不知不覺兼顧到減少卡路里總量的攝取,將會是未來最合宜的做法。

參考資料:

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  1. Drewnowski, A., & Fulgoni III, V. (2008). Nutrient profiling of foods: creating a nutrient-rich food index. Nutrition reviews, 66(1), 23-39.
  2. U.S. Department of Health and Human Services and U.S. Department of Agriculture. (2020). Dietary Guidelines for Americans, 2020-2025. Retrieved from https://www.dietaryguidelines.gov/sites/default/files/2021-03/Dietary_Guidelines_for_Americans-2020-2025.pdf
  3. Graham, D. J., & Jeffery, R. W. (2011). Location, location, location: eye-tracking evidence that consumers preferentially view prominently positioned nutrition information. Journal of the American Dietetic Association, 111(11), 1704-1711. 
  4. Drewnowski, A. (2009). Defining nutrient density: development and validation of the nutrient rich foods index. Journal of the American college of nutrition, 28(4), 421S-426S.
  5. Drewnowski, A. (2021). Perspective: Identifying Ultra-Processed Plant-Based Milk Alternatives in the USDA Branded Food Products Database. Advances in Nutrition. 12(6), 2068–2075ㄡ
  6. Drewnowski, A. (2018). Nutrient density: Addressing the challenge of obesity. British Journal of Nutrition, 120(S1), S8-S14.
  7. Drewnowski, A., Smith, J., & Fulgoni, VL. (2021).The New Hybrid Nutrient Density Score NRFh 4:3:3 Tested in Relation to Affordable Nutrient Density and Healthy Eating Index 2015: Analyses of NHANES Data 2013-16. Nutrients 13, 1734.
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社團法人台灣國際生命科學會_96
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創會於2013年,這是一個同時能讓產業界、學術界和公領域積極交流合作及凝聚共識的平台。期望基於科學實證,探討營養、食品安全、毒理學、風險評估以及環境的議題,尋求最佳的科學解決方法,以共創全民安心的飲食環境。欲進一步了解,請至:ww.ilsitaiwan.org

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不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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。

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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。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

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。

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材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

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)」:

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  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。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

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。

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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。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

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。

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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

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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