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下一個林杰樑?

陸子鈞
・2013/10/21 ・1473字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 567 ・九年級

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Lin_Jie-Liang

8月5日中午時分,常在螢光幕替大眾解開食品顧慮跟毒物問題迷惑的林杰樑醫師,離開了這個紛紛擾擾的人世。身為毒物學和腎臟科專家,林杰樑醫師更讓人敬佩的,是每當有毒物議題,他都願意親上火線,不畏廠商威脅,耐心、詳細,但又淺顯地向善於斷章取義又欠缺科學素養的大眾媒體解釋這些複雜知識。台灣失去了這麼一位將人生奉獻給社會大眾的俠醫,許多人不禁要問:「下一個林杰樑醫師在哪?」。

林杰樑的老師吳德朗教授在告別式上接受媒體訪問時表示:「林杰樑醫師的風範,值得後人學習,但是要再複製林杰樑,大概是不可能的。」像林醫師這樣能抵抗壓力、擁有專業知識且持續精進的專家,我認為台灣還有。但問題或許是:我們該繼續把重擔放在一個人身上嗎?

為何不能有更多來自不同領域的專家,更樂於向大眾分享針對社會議題的科學評析呢?經營PanSci泛科學的經驗讓我認為其實科學圈的文化漸漸改變,有越來越多願意和媒體記者打交道的科學人,但大多數的科學家仍不是如此。〈解開科學家跨足新聞媒體的心鎖〉就提到,對科學家來說,與媒體打交道並不容易,要有內在(道德、自我肯定……)或外在(知名度、列入評比項目……)的誘因來鼓勵科學家。科學家除了要有和媒體接觸的意願之外,也得增進溝通和表達的技巧,才能成為像林醫師一樣受新聞媒體倚重的諮詢對象。

那麼沒有科學專業背景的民眾,該如何面對毒物議題?在食品藥物管理署的網站上,可以從「整合查詢中心 」查詢到各種合法的食品添加物、農藥、動物用藥的容許量標準、使用範圍還有中英文品名;而且根據規定-「非表列之食品品項,不得使用各該食品添加物」,也就可以確認新聞報導中的「毒物」項目、檢出的量是否合法。另外從「健康風險評估資料專區 」還可以查到這些添加物對人體的影響,還有「違規資料查詢」會顯示違規的食物廣告、食物標示、食物資訊、藥妝品廣告。當然,這些資訊雖然公開,但公開的方式對一般人來說並不友善,因此有很大的改善空間。

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毒物致癌與否大概是最受媒體青睞也讓人擔心的。如果想確認這項「毒物」有沒有致癌性,可以到世界衛生組織(World Health Organization, WHO)底下的國際癌症研究機構(International Agency for Research on Cancer, IARC),查詢每年公布的致癌物清單,依據不同的致癌風險,有4份不同等級的清單。只要大家透過具公信力的網站得到的資訊對毒物議題有了初步的理解,就可以減少恐慌,不易受騙。

在政府、廠商之外,第三方公信檢驗組織扮演重要角色,像是柏克萊大學Dara O’Rourke教授在2007年成立的「GoodGuide」就是很好的例子。GoodGuide的科學團隊,依據180項標準檢驗超過14萬種玩具、個人用品、居家用品,再綜合成健康、環境、社會責任三項從0~10的評分,公開給民眾參考。而且除了網站可以查詢之外,當你在賣場裡,也可以拿出智慧手機,利用GoodGuide的行動app,掃描商品標籤之後,就會顯示相關的檢驗資料還有評分。GoodGuide在2009年陸續獲得兩筆共超過900萬美金的投資,可見這樣的服務的確具有價值。

中國也有網友發起「中國食品達爾文獎」,只要「對人體有害」、「在中國生產」、「在中國銷售」,就有被提名的資格,首獎獎金是極具諷刺意味的1.4元人民幣。台灣也該來舉辦類似活動,讓這些黑心廠商知道消費者並沒有忘記。

食品安全或者毒物議題是大家都高度關注的,但這樣的關注力道總是被更多議題海嘯洗去而難以為繼,制度上的改革當然重要,但也需要民氣的支持,以及更多像林杰樑醫師一樣的專家願意發聲。要創辦台灣版的GoodGuide 不容易,但若我們真的敬重林杰樑醫師在世時的努力,我們就該共同承繼林杰樑醫師對抗毒物的未盡志業。

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原發表於udn專欄 [ 2013/09/16 ]

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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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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哪一年才是食安元年?
葉綠舒
・2014/01/26 ・7001字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 536 ・七年級

2008年8月,大陸爆發出三聚氰胺(melamine)事件 [1]。當時主要的影響層面在嬰幼兒,造成許多家長擔心、害怕;還記得當時筆者在課堂上問醫技系的學生:為什麼大陸會把三聚氰胺加在奶粉裡,臺灣卻不會?

當時有一位學生很有自信的說:因為臺灣人比較有良心!

當時我笑笑的說,我們今天是上生化,所以我不討論道德的問題。還記得當時那位同學立刻一臉不服氣的樣子。

去年(2013),當我問台下的學生同樣的問題時,學生立刻說:因為在台灣會被抓到!

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雖然兩個答案都不對(其實是因為臺灣驗牛奶品質不使用「定氮測量法」,而是驗比重、乳脂肪、蛋白等等 [2],所以加入三聚氰胺是沒有用的。),但是可以由這個簡單的問題,隨著時空不同得到不同的答案,瞭解到臺灣這幾年大家對食品安全的信心的改變。

B01

在2011年3月,因為一位熱心的公務員,在分析益生菌粉末時發現不正常波峰 [3],花了兩週時間分析後發現益生菌粉末含有塑化劑,在那一刻,大家對於台灣製食品的信心,開始崩壞了。當時,連一向被我們嘲笑充滿了黑心商品的大陸,也封殺了858項產品 [4]。我們的政府,也在那一年宣布2011年是「食安元年」,並且著手修改「食品衛生管理法」,將會提高罰則等等措施。

時間很快就過去了,我們從2011年來到2013年。大家都以為食管法早已經通過、立法生效,卻沒想到在2013年的5月,我們忽然發現,我們的粉圓、肉圓裡面有順丁烯二酸(maleic acid) [5];接著在6月,我們發現大黃豆干竟然是用皂黃(metanil yellow)染色的 [6]。

然後,就是10月16日,彰化地檢署會同彰化衛生局等政府機關,查到大統長基食品公司在橄欖油裡面混摻棉籽油、葵花油、銅葉綠素… [7,8]。接著發現許多知名的老牌子、食品大廠也紛紛中箭落馬,就如2011年的塑化劑事件一樣。

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事情發生後,筆者的許多友人們,都惶惶然地說,不知道什麼可以吃了。

是啊,飲料可以不喝、粉圓可以不吃,反正這些都不是必需品;但是每天做菜都會用到的食用油出了問題,真的讓人有種天塌了的感覺。

不過,2013年的這些食安主角們真的有這麼可怕嗎?

順丁烯二酸(maleic acid)

圖片來源:維基百科

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順丁烯二酸又叫做馬來酸,化學式C4H4O4,在工業上通常由順丁烯二酸酐(maleic anhydride)製成;而順丁烯二酸酐是來自於苯(benzene)或丁烷(butane)氧化的產物 [9]。

順丁烯二酸的毒性極低,在它的物質安全資料表(MSDS)上面 [10],提到它的半數致死劑量(LD50):在大鼠是每公斤708毫克,在兔子是每公斤1560毫克。不具有致癌性,可能對腎與肺有影響。參考這些資料就可以知道,順丁烯二酸的毒性其實相當低。對照DEHP的物質安全資料表 [11]可以發現,DEHP具有致癌性,長期暴露在3000, 6000或12,000ppm下的小鼠跟大鼠都出現了肝癌。

當然,因為長期暴露的效果未知,所以歐盟定了一個每日可耐受量(TDI)是0.5毫克 [5]。在泛科學新聞網上面的一篇文章 [12]提到,除非您吃到的肉圓其中順丁烯二酸的殘留量超過2300mg,對一個60公斤的成人來說,才會超過每日可耐受量。大部分當時查到的產品,裡面順丁烯二酸的殘留量都沒有這麼高。

不過,再怎麼說,加入順丁烯二酸的化製澱粉,並不為食藥署所允許;而當時媒體一面倒的用「毒澱粉」來形容有順丁烯二酸殘留的化製澱粉,甚至說,如果食用殘留量接近2300ppm的肉圓,就有如「服毒」 [13],更在當時製造了許多恐慌。

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皂黃(metanil yellow)

跟順丁烯二酸一樣,皂黃也是不為食藥署所允許的添加物。在印度,皂黃也是不合法的食品添加物,在過去曾有不少研究發現皂黃具有肝毒性,長期暴露可導致肝癌 [14],對哺乳動物的神經系統發育也有害處 [15]。

台灣過去幾年也曾經發現有食品(大黃豆干、金針)添加皂黃的情形,所以每年都會抽驗,而且也開發出了簡易試劑;台北市新北市衛生局都有提供民眾索取。

棉籽油(cottonseed oil)

棉籽油在2013年10月被發現添加在大統長基公司出產的橄欖油、花生油等油品中,後來在追蹤大統公司油品、以及進口棉籽油的流向時,發現有更多廠商涉及混油;當時因為棉花內含棉酚(gossypol),而棉酚在過去被發現可以導致男性不孕,因此在媒體強力報導之下造成極大的恐慌。

棉酚。圖片來源:維基百科

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其實棉籽油在國外作為食用油,已經有超過150年的歷史 [16]。原先在軋完棉花以後,棉籽就被丟棄,在19世紀時甚至造成環境問題,當時各州政府曾經制訂罰則,要求棉花工廠不可以將棉籽丟棄在河川裡。直到由棉籽壓製棉籽油的技術被發明以後,棉籽才由無用的垃圾轉變為有用的原料。一開始棉籽油是點燈的油,但很快被石油取而代之;後來開始有人嘗試將棉籽油用來烹調,於是棉籽油正式躍上餐桌,甚至成為製造西點用的酥油(Crisco)的主要原料 [17]。

事實上棉籽油並不是壞的食用油,而且因為他的冒煙點相對較高 [18],且價格便宜,在許多加工食品如洋芋片、零嘴等的製作中,都採用了棉籽油。

Cottonseedoil

而棉酚呢?其實早在1968年,就已經知道精煉的棉籽油不含棉酚 [19];事實上,未精煉的棉籽油,會有一股難聞的「臭青味」,不能也不適合食用,當然也無法摻雜在其他油品中不被發現。

但是,在媒體鋪天蓋地的宣傳之下,使得民眾認為棉籽油是壞的食用油,會導致男性不孕,因此許多民眾紛紛將摻雜了棉籽油的食用油拿到賣場要求退貨,而政府由一開始對棉籽油的中立立場,也在一面倒的輿論壓力之下,最後要求業者將所有摻雜棉籽油的產品全數銷毀不得上架。

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洪水猛獸與否?先弄清楚TDI(tolerable daily intake)的定義

在順丁烯二酸事件中,有一個數值一再被提起,就是TDI。歐盟對順丁烯二酸的TDI是0.5mg/kg,因此有媒體對順丁烯二酸殘留量超過2000ppm(即每公斤的澱粉製品含有超過2000mg的順丁烯二酸)的澱粉製品,下了「猶如服毒」的標題 [13]。但是,究竟TDI的定義是什麼?

我們來看一下歐盟對TDI的定義

A TDI is an estimate of the amount of a substance in air, food or drinking water that can be taken in daily over a lifetime without appreciable health risk. TDIs are calculated on the basis of laboratory toxicity data to which uncertainty factors are applied.

TDIs are used for substances that do not have a reason to be found in food (as opposed to substances that do, such as additives, pesticide residues or veterinary drugs in foods- see ADI).

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就是說,TDI是針對通常應該不會出現在食物裡的物質所定的劑量。在這個劑量下,一個人可以吸收這個物質一輩子而不會有健康的危險。TDI是經由實驗室的毒性測試結果加上能考量到的未知因素所計算出來的。

因此,低於這個數值應該可以說是「絕對安全」的;而高於這個數值,應該也不能稱為「服毒」吧?

皂黃就如DEHP一樣,具有致癌性;因此,在飲食中添加皂黃也是不能允許的。但是棉籽油,就像前面提到的,棉籽油其實在歐美有超過150年以上的食用歷史,而台灣的精煉技術也不會使棉籽油含有棉酚。

當然,這並不代表在食用油中加入棉籽油的廠商就是可以被原諒的,畢竟用低價的食油混入高價的食油中,並以高價賣出,這違背了誠信原則,還是應該要被譴責的;但是把可以吃的食用油當作有毒的油丟掉,這是一種資源的浪費。

銅葉綠素(chlorophyllin)

不過,在這部分,加入了銅葉綠素(chlorophyllin)的油品應該要另外討論。其實銅葉綠素是合法的食用色素 [20],在衛福部食藥署的資料中,總共有銅葉綠素、銅葉綠素鈉、鐵葉綠素三種可以使用,但是都不可以使用在食用油中。因為葉綠素在高溫下會分解,如果有烹飪經驗的讀者應該知道,綠葉菜類過度烹調時顏色會變得黃黃的不好看,那就是葉綠素在高溫下氧化分解的關係。

銅葉綠素。圖片來源:維基百科

銅葉綠素在高溫下會氧化分解,釋放出銅離子,長期食用有健康上的疑慮(但不見得就是「服毒」),因此不被核准加在要加熱的食品中;但是如果不加熱,銅葉綠素其實還有一些抗癌的效果 [21]。但是因為國人食用油品一定是加熱的(而且常常是高溫炒炸),所以加入銅葉綠素的油品其實不去食用是較為安全的,除非要直接淋在生菜沙拉上。

譴責之餘…忘了什麼?

今年這幾件食安事件爆發後,社會大眾紛紛譴責廠商,所用的字眼無非是「黑心」這類帶有道德譴責含意的語詞。當然罔顧社會大眾健康的確是值得被譴責,但是商人本來就是將本求利,如果一味地將道德的大帽子往商人的頭上扣,這似乎也太過沈重。

在2011以及2013這幾件食安事件中,其實塑化劑、皂黃的添加,其嚴重性可比擬多年前的千面人下毒事件;因為塑化劑,不論是DEHP、DINP其實都具有致癌性;而皂黃也已經被證實會導致癌症。這些都是已知具有致癌性質的物質,也從未被允許添加到任何食品中,業者卻為了牟取利益而將他們添加到食品之中。至於順丁烯二酸以及銅葉綠素兩個事件,雖然也從未被核准加入(某些特定的)食品,但是毒性輕微,對大眾的影響較小。至於棉籽油事件,由於精煉過的棉籽油不具棉酚,對健康並無危害,則純粹是誠信問題(在法律上應該可類比為詐欺)。

但是,在譴責廠商無良的同時,大家是否曾想過消費者在這些事件中的角色呢?

就如2011年的塑化劑事件,塑化劑出現在「起雲劑」裡面固然不該,但是為什麼飲料裡面會有「起雲劑」?「起雲劑」的成分又是什麼?

合法起雲劑的成份通常是乳化劑、精製食用棕櫚油、阿拉伯膠(天然植物膠)、變性澱粉等 [22],可以使溶液中的溶質均勻分散,調整液體的密度 [23]。會被加入到果汁裡面,其實一部份的原因是因為消費者希望在「合理」的價錢下,買到「夠濃」的果汁。

一杯果汁到底多少錢才合理?去年年底筆者在超級市場裡面看到來自日本青森縣、使用真空技術壓製的蘋果汁。

筆者攝自花蓮家樂福

一公升這樣的果汁在花蓮是245元,因為筆者對於它的味道實在是太好奇了,便買了一瓶回家嚐新。

喝起來的確有天然蘋果的味道,而不像由濃縮果汁還原的蘋果汁,只有淡淡的蘋果味(與很多的甜味)。但是我忍不住想到,我們在超市買到的蘋果,最便宜的每顆也要9-10元;就算在產地價格只有售價的三分之一到四分之一,那麼也有2-4元左右。而一公升的蘋果汁需要幾顆蘋果呢?我沒有實際上製作過,但我猜想,用最小顆的蘋果,20-30顆蘋果應該跑不了。就算每顆蘋果3元,光是蘋果的成本就要75元,還有玻璃瓶、採摘的人工、壓製與包裝蘋果汁的人工、空運的成本,其實245元實在只能說薄利多銷而已。但是由濃縮果汁還原的蘋果汁,通常一公升的價格是60-80元。

一瓶245元的蘋果汁,在花蓮因為乏人問津,到上週(2014年1月中旬)已經降價到199元;降價就可以看到開始有人購買(當天筆者就看到有人買了兩瓶),但是認真去想相關的成本,其實都是太便宜。但是因為消費者只看到價錢,沒有看到成本,所以「料好實在」的產品常因為價格無法壓低,當「價廉物」(?)的產品出現在市場上時,就會因為不敵(惡性)競爭而黯然退出市場。

就如在《美味陷阱:黑心食品三百年》一書中提到的,因為民眾希望能夠買到「價廉物美」的食品,最後就有廠商發明了似乎是「價廉物美」的食品–這些食品從十九世紀的人造奶油,到現在加了起雲劑的果汁,或是由濃縮果汁還原並加入糖的還原果汁。民眾在這中間從一開始的完全知情,到當廠商看到利用廉價的原料製造出的加工食品所產生的利益有多巨大之後,開始由食物製造者轉為食品發明者,而「人造食品」也由在困苦時期的替代食物,成為餐桌上的常客。到了二十一世紀,許多我們的孩子已經習於人造食物的味道,忘記了真正的食物的滋味了。

當我們失去了對真實食物的味覺

去年(2013)年在一場飲食安全的展演中,我跟我的助教將檸檬酸與豐年果糖(就是高果糖糖漿HFCS90)與水混和後,邀請一群小學生上來品嚐。我跟助教事先已經品嚐過它的味道,知道它很像某些飲料;展演的當天有許多小朋友上來「嘗鮮」,令我們驚訝的是,小朋友對它的評價是:喝起來像橘子汁、葡萄汁、或是檸檬汁。有些小朋友喝得意猶未盡,直說我們太小氣,只給那麼小一杯。

活動結束後,我開始思考這一切。什麼時候我們的孩子已經無法辨別食物的真味?什麼時候我們的孩子再也不願意吃味道看似平淡的白斬雞(我家兒子稱之為「冷雞肉」),寧願去吃可能只有三分之一是雞肉的炸雞塊?

筆者並非美食家,認識我的人都可以同意這件事。當我們失去了對真實食物的味覺,它的嚴重性並不只是在口欲這件事情上面而已;更嚴重的是,人造食物相比於天然食物,它在營養成分上的多樣性降低了,而以大量的人工調味來製造出美味的幻覺。於是我們的後代在(某些)營養過剩的同時也營養不良。

而誠如《美味陷阱:黑心食品三百年》一書中提到的,所有的這些食品添加物,它們的安全性都是「個別」測試的;從來沒有任何一個政府要求食品業者應該把「所有」他打算加在「草莓」蛋糕裡的食品添加物「一起」拿來測試。我們都知道不同的藥物合併使用時,有些會產生交互作用,因此不可混用;但是卻沒有人曾經想過,這些食品添加物–很多是化學物質–同時混用在一種食物裡,會有什麼樣的風險。

由於有巨大的利益作為誘因,廠商們「發明」食品的腳步永遠不會停下來。過去許多以為安全的食品添加物,如高果糖糖漿、食用色素,現在都已經知道長期食用會導致不良的副作用。長期大量食用單糖跟糖尿病、高血壓的關連沒有多少人能否認,而食用色素與兒童過動之間的關係也已經建立。

努力回到真實的味覺,別掉進「自然」一定最好的陷阱

在現代的社會,要完全不吃到任何食品添加物,可能除了「事必躬親」以外沒有良方。但是,有一些方法可以讓我們少吃些食品添加物。

就像前面提到的,人造食品後面含藏著巨大的利益,所以廠商是不可能不繼續「發明」人造食物的;但是聰明的消費者,如果有願意保護她的人民的政府作後盾,的確可以做到減少攝取。

當法令規範不含有某種天然原料的食物,僅能標示為具有某種天然原料風味時,消費者只要稍加留心,就可以避開這些「風味食品」。如即將提前在今年(2014)七月生效的「宣稱含果蔬汁之市售包裝飲料標示規定」,要求不含原汁的產品需標示「無果蔬汁」 [24],屆時消費者便可以經由仔細閱讀標示,來充分瞭解果蔬汁中是否完全不含原汁,從而決定是否購買。

不過,食品添加物也並非萬惡,要求百分之一百天然,有時不僅困難重重,非「事必躬親」不能完成;有時也不一定健康。如蕃茄醬為了不添加防腐劑而加入更多的糖來達成防腐效果 [25],就現代人的眼光來看,多吃糖與食用少量防腐劑對健康的傷害,似乎只是在兩個爛蘋果中間選一個罷了。

當然,政府在保護消費者上也需要擔負一定的責任。就如前面提到的,立法強制標示可以達成一定的保護消費者的效果,而消費者也需要善盡保護自己的責任。例如蔬果汁的標示,其實目前已經有規定需要標示,但是業者總是會把標示放在離開品名較遠的地方,字體也較小而不顯眼,不過,只要消費者稍微用心去找尋,總也可以找到標示的果汁含量;許多「風味食品」其實也並不難在標示上發現,只看我們去不去尋找而已。

當然,如果政府無法擔負這份責任,如「食品衛生管理法」竟然在這次的立院會期未排入議程(26),消息一出,在輿論的壓力下,終於勉強在下週(27、28日)排入臨時會議程 [27],這樣的消息,除了讓去年在食安風暴再度橫掃臺灣時,才知道2011年早該通過的法令竟然還躺在立法院的民眾再度滿地找眼鏡之外,身為消費大眾一員的筆者,也想問問自稱是我們的「父母」的政府:我們到底還要準備多少副眼鏡來掉?

參考資料:

  1. 行政院國家科技委員會 科技大觀園。 三聚氰胺知多少
  2. 台灣生牛乳品質及其監測 – 行政院農業委員會畜產試驗所
  3. 2011.6.17 時代臉譜/埋首檢驗室揪塑毒 楊明玉蒙面女英雄。時報週刊1739期。
  4. 2011.6.5 塑毒風暴 陸封殺我858項產品。旺報。
  5. 2013.5.13 呼籲食品業者應使用經核准之化製澱粉。衛生福利部食品藥物管理署 公告資訊。
  6. 2013.6.8 新莊百年豆干老店 涉用油漆染料製作。自由時報。
  7. 2013.10.16 橄欖油疑不純 檢搜大統長基。中央社。
  8. 2013.10.17 衛局:大統長基有產品沒橄欖油。中央社。
  9. 2013.12.22 Maleic acid. Wikipedia.
  10. 2013.5.21 MSDS for Maleic acid. Science Lab.
  11. MSDS for DEHP.
  12. 2013.5.27. 誰是毒澱粉專家?(1)談順丁烯二酸酐。泛科學新聞網。
  13. 2013.5.29 每一口都在服毒!台中肉圓驗出2159ppm順丁烯二酸。ETtoday東森新聞雲。
  14. 2014.1.22 美國國家圖書館網站搜尋metanil yellow toxicity. NCBI Pubmed.
  15. Nagaraja TN, Desiraju T.1993. Effects of chronic consumption of metanil yellow by developing and adult rats on brain regional levels of noradrenaline, dopamine and serotonin, on acetylcholine esterase activity and on operant conditioning. Food Chemistry Toxicology. 31(1): 41-4.
  16. Nixon HC. 2005. The Rise of the American Cottonseed Oil Industry. Journal of Political Economy 38(1):73-85
  17. 2014.1.2. Crisco. Wikipedia.
  18. 2014.1.14. Cottonseed oil. Wikipedia.
  19. 2013.11.5 周志輝。棉籽油不是劣質油。蘋果日報。
  20. 食品添加物使用範圍及限量暨規格標準。衛生福利部食品藥物管理署網站。
  21. 2013.10.20. Chlorophyllin. Wikipedia.
  22. 2011.6.1. 吞食市場!起雲劑同業賣250元 黑心昱伸賣100元 NOWnews.com 今日新聞網
  23. 2011.5.24. 起雲劑小檔案。自由時報。
  24. 2014.1.22 果蔬汁標示純度 7月實施。中央通訊社。
  25. 2012.2. 美味詐欺:黑心食品三百年。Bee Wilson著,周繼嵐譯。
  26. 2014.1. 「食管法」漂流54天 立院竟沒過。聯合新聞網。
  27. 2014.1.24. 「修食管法傷臺灣形象」政府對立院下指導棋。自立晚報。

 

原刊載於 Miscellaneous999

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下一個林杰樑?
陸子鈞
・2013/10/21 ・1473字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 567 ・九年級

Lin_Jie-Liang

8月5日中午時分,常在螢光幕替大眾解開食品顧慮跟毒物問題迷惑的林杰樑醫師,離開了這個紛紛擾擾的人世。身為毒物學和腎臟科專家,林杰樑醫師更讓人敬佩的,是每當有毒物議題,他都願意親上火線,不畏廠商威脅,耐心、詳細,但又淺顯地向善於斷章取義又欠缺科學素養的大眾媒體解釋這些複雜知識。台灣失去了這麼一位將人生奉獻給社會大眾的俠醫,許多人不禁要問:「下一個林杰樑醫師在哪?」。

林杰樑的老師吳德朗教授在告別式上接受媒體訪問時表示:「林杰樑醫師的風範,值得後人學習,但是要再複製林杰樑,大概是不可能的。」像林醫師這樣能抵抗壓力、擁有專業知識且持續精進的專家,我認為台灣還有。但問題或許是:我們該繼續把重擔放在一個人身上嗎?

為何不能有更多來自不同領域的專家,更樂於向大眾分享針對社會議題的科學評析呢?經營PanSci泛科學的經驗讓我認為其實科學圈的文化漸漸改變,有越來越多願意和媒體記者打交道的科學人,但大多數的科學家仍不是如此。〈解開科學家跨足新聞媒體的心鎖〉就提到,對科學家來說,與媒體打交道並不容易,要有內在(道德、自我肯定……)或外在(知名度、列入評比項目……)的誘因來鼓勵科學家。科學家除了要有和媒體接觸的意願之外,也得增進溝通和表達的技巧,才能成為像林醫師一樣受新聞媒體倚重的諮詢對象。

那麼沒有科學專業背景的民眾,該如何面對毒物議題?在食品藥物管理署的網站上,可以從「整合查詢中心 」查詢到各種合法的食品添加物、農藥、動物用藥的容許量標準、使用範圍還有中英文品名;而且根據規定-「非表列之食品品項,不得使用各該食品添加物」,也就可以確認新聞報導中的「毒物」項目、檢出的量是否合法。另外從「健康風險評估資料專區 」還可以查到這些添加物對人體的影響,還有「違規資料查詢」會顯示違規的食物廣告、食物標示、食物資訊、藥妝品廣告。當然,這些資訊雖然公開,但公開的方式對一般人來說並不友善,因此有很大的改善空間。

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毒物致癌與否大概是最受媒體青睞也讓人擔心的。如果想確認這項「毒物」有沒有致癌性,可以到世界衛生組織(World Health Organization, WHO)底下的國際癌症研究機構(International Agency for Research on Cancer, IARC),查詢每年公布的致癌物清單,依據不同的致癌風險,有4份不同等級的清單。只要大家透過具公信力的網站得到的資訊對毒物議題有了初步的理解,就可以減少恐慌,不易受騙。

在政府、廠商之外,第三方公信檢驗組織扮演重要角色,像是柏克萊大學Dara O’Rourke教授在2007年成立的「GoodGuide」就是很好的例子。GoodGuide的科學團隊,依據180項標準檢驗超過14萬種玩具、個人用品、居家用品,再綜合成健康、環境、社會責任三項從0~10的評分,公開給民眾參考。而且除了網站可以查詢之外,當你在賣場裡,也可以拿出智慧手機,利用GoodGuide的行動app,掃描商品標籤之後,就會顯示相關的檢驗資料還有評分。GoodGuide在2009年陸續獲得兩筆共超過900萬美金的投資,可見這樣的服務的確具有價值。

中國也有網友發起「中國食品達爾文獎」,只要「對人體有害」、「在中國生產」、「在中國銷售」,就有被提名的資格,首獎獎金是極具諷刺意味的1.4元人民幣。台灣也該來舉辦類似活動,讓這些黑心廠商知道消費者並沒有忘記。

食品安全或者毒物議題是大家都高度關注的,但這樣的關注力道總是被更多議題海嘯洗去而難以為繼,制度上的改革當然重要,但也需要民氣的支持,以及更多像林杰樑醫師一樣的專家願意發聲。要創辦台灣版的GoodGuide 不容易,但若我們真的敬重林杰樑醫師在世時的努力,我們就該共同承繼林杰樑醫師對抗毒物的未盡志業。

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原發表於udn專欄 [ 2013/09/16 ]

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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科學界的高手偵探—質譜儀
科學月刊_96
・2011/06/21 ・1911字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 601 ・九年級

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質譜儀(mass spectrometer)是一種量測帶電粒子質量∕電荷(m/z)的分析方法。自1913年諾貝爾獎得主物理學家湯木生(J. J. Thomson)提出質譜於化學分析的觀念,至今已近100年的時間。20世紀中葉開始,質譜逐漸成為太空、地質、材料、醫學、藥學、生命科學、環境科學等領域中不可或缺的儀器。特別是2002年諾貝爾化學獎得主,約翰芬恩(J. B. Fenn)及田中耕一提出了可大幅提升質譜儀功能的電灑游離法(ESI)及介質輔助雷射脫附游離法(MALDI)兩種離子化方法後,質譜儀的使用在過去10至15年中以近乎指數的方式快速成長。醫藥一直是質譜儀最重要的應用領域。不論藥品研發、代謝物毒性、藥品製造都必須需仰賴質譜儀優於其他儀器的分析能力。本文將對質譜於食品安全及生命科學兩新興領域的影響作簡要的說明。

圖一:為毒品古柯鹼(Cocaine)的電子撞擊質譜圖。圖中除了質荷比為303的古柯鹼外,也出現許多離子化過程中產生的碎片離子(裂解離子)。

質譜儀的原理

用質量來測量物質的儀器稱為質譜儀,它主要分成三個部分,離子源、質量分析器及偵測器。其基本原理是使樣品在離子源(ion source)中被轉化成帶電荷的離子,這些帶電荷的離子再經由質量分析器(mass analyser)中電場(或磁場)的作用達到空間或時間上分離,這些離子被偵測器(detector)偵測後即可得到質荷比與相對強度的圖譜,稱為質譜圖。

舉例來說,圖一為古柯鹼(Cocaine)的電子撞擊質譜圖。圖中除了古柯鹼的分子∕離子(m/z 303)外也出現許多離子化過程中產生的碎片離子(裂解離子)。不同的化合物的質譜圖皆不相同,因此質譜圖具有類似指紋的功能,可以提供非常高的區辨能力(定性)。質譜優異的區辨能力使得它被廣泛用於法規證據的取得。例如毒品檢驗,為了避免誤判,尤其是「沒有」卻被判為「有」的誤判(偽陽性),政府規定必需使用質譜作為分析技術以保障當事人的權益。

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圖二:以液相層析串聯質譜分析液態嬰兒奶10 ppb三聚氰氨的結果,由於串聯質譜儀多加了一個質量分析器,能避開分子量相同但碎片不同化合物的干擾,因此串連質譜儀能敏銳地檢測出三聚氰氨。

質譜儀在食品分析的應用

最近幾年食品安全的議題不論在國內或國際都受到高度的關切。食品中是否含有對人體健康有害的物質,一直受到社會大眾的關切。但是食品安全在過去數年間卻突然成為一個醒目的議題,甚至成為頭版頭條的新聞。其中最重要的原因就是質譜檢測能力在過去10年中有了大幅度的提昇,許多傳統方法偵測不到的濃度,因為使用質譜儀而出現了「陽性」的結果。一個明顯的例子就是奶粉中三聚氰胺的檢測(中國毒奶粉事件即是添加三聚氫胺)。如果是使用傳統的液相層析∕紫外光法,它的偵測下限大約為2.5ppm(百萬分之2.5),但是若使用質譜儀,它的偵測下限卻可低於50ppb(百萬分之0.05)。

用來偵測低濃度三聚氰胺的儀器和圖一略為不同,它通常含有兩個質量分析器,因此俗稱為串聯質譜儀,這個儀器的全名是三段四極式液相層析串聯質譜儀(LC/MS/MS)。這個名稱在三聚氰胺事件期間經常出現在新聞媒體上。事件發生時,國內此類儀器的數量不多,因此一度出現日夜趕工仍無法完成分析的困境。串聯質譜儀因為多加了一個質量分析器,可以避開分子量相同但碎片不同化合物的干擾,因此可以得到較低的偵測下限。一般而言,此類儀器可以偵測到個位數ppb (十億分之一)或更低的濃度(圖二)。

質譜儀在生命科學的應用

質譜儀在生命科學上的應用,特別是對蛋白質的分析,被許多人認為是質譜儀近10~15年中最重要的發展。國內各醫學院及醫院在近10年間購買了相當數目的質譜儀即印證了這個趨勢。

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質譜蛋白質分析最主要的動力來自約翰芬恩及田中耕一兩位科學家所發明的新離子化法。在此之前的離子化方法皆不能有效的產生帶電荷的蛋白質。蛋白質是基因轉譯後的產物,它可說是生命科學中最重要的分子。基因固然是一切現象的源頭,但是基因是靜態的,而蛋白質卻是動態的。它反應了基因在某一特定時空下的表現。例如蝴蝶與幼蟲含有相同的基因,外觀卻差異甚大。

當細胞產生變化,例如由正常細胞轉變成癌細胞時,細胞內某些蛋白質的濃度或種類會和正常細胞不同。科學家希望藉由比較正常與疾病狀態下之細胞而找到和疾病相關的蛋白質(生物指標)以利疾病(例如癌症)的早期診斷與監測。可是細胞中所含有的蛋白質種類多達數百甚至上千,而且濃度差異超過百萬倍。要在這麼多不同蛋白質且濃度差異甚大的樣品中找到那些和癌症相關的蛋白質,是一種複雜且困難的工作。 質譜儀因其高靈敏度,分析速度,分析複雜樣品的解析能力而成為此一領域最重要的技術。 許多人認為沒有質譜儀即沒有蛋白質體學。

何國榮:任教台灣大學化學系 / 本文原發表於《科學月刊》498期 2011.6月號

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