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【Gene思書齋】別把化學吃下肚?

Gene Ng_96
・2014/09/03 ・2845字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

螢幕截圖 2015-04-28 11.34.10

如果我說,請你吃一個食物,其主要成份是乙酸戊酯、多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物、單元不飽和脂肪、多元不飽和脂肪、β-胡蘿卜素、葉黃素與 玉米黃素、硫胺、核黃素、煙酸、泛酸、吡哆醇、葉酸、鈷胺素、L-抗壞血酸、麥角鈣化醇、生育酚、2-甲萘醌、色氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨 酸、蛋氨酸、胱氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、纈氨酸、精氨酸、組氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、穀氨酸、甘氨酸、脯氨酸、絲氨酸、鈣、鐵、鎂、錳、磷、鉀、鈉、鋅、 一氧化二氫,請問你想吃嗎?

如果我告訴你,那是一根香蕉呢?是的,不管我們吃什麼,都把化學吃下了肚。問題只是,我們吃下肚的化學物質,天然存在嗎?量有多少?關於食品添加物的危害,不少書籍在討論,這本《把化學吃下肚 造假的美味,揭開食品添加物的祕密成分:有哪些東西?以及它們為何有害健康?》(Chemie im Essen: Lebensmittel-Zusatzstoffe. Wie sie wirken, warum sie schaden)就像一本食品添加物的百科全書,在前三分之一探討了食物添加物的各種潛在問題,其他大概三分之二的篇幅,是食品添加物辭典,一一列舉出所 有食品添加物是啥、危險性如何,以及和你我有關嗎?並且用圖示說明各種食品添加物之「製造過程含基因改造技術 / 過敏症患者不宜 / 人工偽美味 / 高危險物質 / 添加氾濫 / 人工化學合成物質」。

《把化學吃下肚》是德國人寫的,一般上而言,歐盟對食品添加物等的心態,比老美保守,很多美國開放的東西,歐盟反而禁止。原則上,老歐比較傾向有罪推定, 凡未證實無害的,暫時假定有害;老美則傾向無罪推定,凡未證實有害的,先暫時假定無害。不過降說當然也不是很精確啦,因為在國際貿易盛行下,很多食品添加物的開放與否,不完全是根據科學上的判斷,或者由文化決定,還包含了政治及經濟因素。

只要是先進國家,就很難避免加工食品的盛行,即使在有悠久和優良飲食文化的國家,如日本和台灣也一樣,一進到超市,就有買不完的加工食品。不過在食品添加物的管理上,台灣可能還比歐盟還保守,書中許多歐盟開放的食品添加物,台灣要嘛禁用,要不然就是限制使用範圍。這本《把化學吃下肚》中文版很可取的是,編輯用心附注了台灣的規範。

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《把化學吃下肚》第一章,先提到一位女性的心臟受到食品添加物危害,因為食品添加物在加工食品中無所不在。並且指出,《德國醫師協會通訊》已對歐盟合法的 食品添加物提出警告。作者漢斯烏里希‧格林(Hans-Ulrich Grimm)認為,食品添加物的副作用就像是新型膽固醇一樣侵害人們的健康,還有可樂中的磷酸鹽造成青少人骨質疏鬆。不過書中舉的例子,究竟有多少科學證據,我感到高度懷疑,因為學界裡也還未有定論。

《把化學吃下肚》在第一章告訴我們假造的滋味及其後果,基本上食品加工產業已經進化到能夠「調制」出許多食物的味道了!舉個例來說,煮雞高湯可以不用到雞,草莓優格也不需要用到草莓,還有許多調理湯包其實是化學香料湯。《把化學吃下肚》提出,大量使用人工香料是導致肥胖的祕密之一,因為含量稀少的微量營養元素會給身體錯誤訊息,以為要吃更多才能補充之類的。另外,遮蔽劑也掩蓋了廉價原料的異味等等。

《把化學吃下肚》舉了1968年發現於《新英格蘭醫學期刊》(New Enland Journal of Medicine)上的一篇文章,指出味精會造成「中國餐館症候群」,可是該篇文章事實上是篇投書,並非正式學術論文,而學界也花了好幾十年試圖尋找味精的害處,卻從未成功過。《把化學吃下肚》指出,聖路易華盛頓大學的約翰‧歐尼(John Olney)的研究結果顯示味精會影響大腦,可是學界對此假說也還未有定論。 約翰‧歐尼也強烈反對阿斯巴甜(Aspartum)。阿斯巴甜也引起了不少爭議。《把化學吃下肚》也探討了阿斯巴甜。不過和使用百年的味精不同的,近年有研究發現,阿斯巴甜等代糖,主要問題可能並非本身的害處,而是對體重管理無益,有可能是因為大腦發現身體吃了甜的東西,就會告訴身體該儲存能量了。

除了對成人健康的可能危害,《把化學吃下肚》還提出,食品中的化學物質對兒童的牙齒造成負擔,因為小孩喝太多汽水和吃太多零食了。零食裡頭的化學添加劑, 可能比許多加工食品都還多,包含各種人工香料和人工色素,雖然對兒童有莫大的吸引力,可是讓未來主人翁大量吃喝,很難不說是件頗令人擔憂的事。雖然加工食品需要在包裝上標示原料成份,可是還仍有陷阱,就是可以合法地簡化標示,所以有時候消費者即使努力閱讀標籤,仍然不曉得吃下去的東西有多少化學添加劑。

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或許有人會說,就是沒證據顯示食品添加物殘害健康啊。是沒錯,可是研究食品添加物這些玩意兒,本身就存在幾個難以克服的問題,一來實驗即使很嚴謹地在實驗室用大量動物進行,也還是只能觀察短期的結果,而人類比老鼠等實驗動物的壽命長太多了,難以說明長期的壞處,加上人類生理畢竟和老鼠等不同,說不定會有預期外的問題;二來,研究人員難以預料我們會吃多少和怎麼吃那些食品,是以何種組合吃下去的,而化合物之間會有複雜的交互作用,兩種安全的食品添加劑分別加入各別食品,結果一起吃下而產生問題,這幾乎在實驗室是無法預料到的。

那我們真的就該懼怕食品添加劑了嗎?我的答案是,是的,我們該怕,不過我們也不需要怕。哇勒,怎麼又有說等於沒說XD 我詳細說明好了:p 我說該怕,是因為我們本來就不該放心到天天餐餐吃加工食品!很多美味的汽水和零食,在我小時候,是過年過節才吃喝得到的,偶爾嘗一下當然沒問題啦!但是現在富裕的社會讓小孩都可以天天大吃大喝零食汽水啊。我們身體本來就不是演化來天天餐餐吃一堆天然不存在的化學物質啊,當然會出問題啊!要怎麼避免吃太多加工食品呢?麥可.波倫(Michael Pollan)在《飲食規則:83條日常實踐的簡單飲食方針》(Food Rules: An Eater’s Manual)就告誡讀者,請避開祖母認不出的食物。就台灣讀者而言,就是避開有商標和包裝的食物吧(請參見〈飲食規則-我們該吃什麼?〉)。

那為何不需要太擔心呢?因為這世界上,大部分事物,有一好就沒有兩好!加工食品在現代社會有其存在的必要,因為其便利性節省了忙碌的現代人許多寶貴的時間,尤其是歐美日等發達國家,幾乎很難避免。台灣可能還好,因為餐飲業發達,東西好吃又便宜,不過外食高油高鹽,即使不吃加工食品,也難保證更健康。所以,我們可能面對的風險,是用來換取便利性和適口性的。因此我主張,風險和便利,請自己斟酌作決定。在為了方便或嘴饞而吃加工食品時,千萬不要以為它們完全無害。天下真的沒有白吃的午餐,會帶來又安全又健康又方便的食品。我相信,如果只是為了健康而吃得乏味和少樣,那人生又有何樂趣呢?所以,請就自己的價值觀做選擇吧,只要記住千萬別讓食品公司哄騙說所有加工食品絕對安全又健康!

本文原刊登於【GENE思書軒】,並同步刊登於The Sky of Gene

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Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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How To 正確乾燥食物保留最高營養?乾燥法大解析!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/12/04 ・2336字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

本文由 安麗紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。

  • 作者/陳亭瑋

在農業大規模革命、跨國貿易興起之前,夏秋季豐收的農產品經常為人們帶來另一種煩惱:該怎麼將新鮮的蔬菜水果保存到天寒地凍的冬天享用呢?

利用各種方式將食物中的水份減少,防止微生物或酵素所造成的腐敗變質,是人類很早期就會使用的食物保存方法。時至今日,乾燥技術除了用於保存食物,也用於減小體積、減輕重量方便食品包裝與運輸,而由此也發展出許多便利的食品,如咖啡粉、泡麵等,攜帶方便、沖泡熱水就能夠食用。

而乾燥的方式有分許多種,可被分為兩大類:自然乾燥與人工乾燥

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自然乾燥法:利用環境的陽光與風

自然乾燥法利用環境中的陽光、風來替食物乾燥,主要包括日曬風乾陰乾。常見柿餅、蘿蔔乾、香菇、筍乾、葡萄乾等就是以日曬來製成;傳統新竹米粉則是以風乾來乾燥。

既然是利用環境能量,優點就是不耗能、最為經濟、操作簡單,也不需什麼技術或設備就可以進行。但主要的缺點就是「天有不測風雲」,需要依賴環境氣候,有太陽或大風才方便進行。由於自然環境不易控制,難以掌握乾燥速率、衛生條件、場地需求大、需要人工輔助整理等,因此不利於大量生產。

人工乾燥法:人工提供熱源,利用空氣加熱乾燥

自然乾燥需要依賴自然環境的條件,而人工乾燥當然就是人工以各種技術,提供想要加工的食品適合的乾燥環境囉,一般會有不同的壓力環境,以傳導、對流、輻射,或以電磁波加熱的方式乾燥食品。這裡的技術種類非常多,受限於篇幅,本篇主要介紹在常壓下,以空氣為媒介的乾燥技術,其他如加壓乾燥、減壓乾燥、電磁波乾燥就暫不介紹了。

最古老的人工乾燥法被稱為「窯式乾燥法」。簡單來說,就是設置一個密閉空間,分成上下兩層,上層是待乾燥的食物,下面擺放爐火熱源,經由熱空氣將食品慢慢地烘烤至全乾。這個乾燥法常見於乾燥水果等食品。現在也有用同樣原理推出的小家電「食物乾燥機」,讓你在家裡就可以自製果乾或是肉乾等。

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新興乾燥技術:噴霧乾燥與折射窗乾燥

前面介紹的乾燥法,主要處理的成品是屬於顆粒體積較大者,大如蔬菜乾、水果乾,小如肉丁、砂糖等。如果要處理相對液態或糊狀等產品又該怎麼辦呢?以下要介紹兩種常應用於液狀食品的乾燥技術。

噴霧乾燥法(Spray Drying)

「噴霧乾燥法」(spray drying)的特性就是由噴霧器擔當了重要角色。機器內的噴霧器會將液狀或糊狀的原料噴出為小液滴,藉由熱空氣作用,在幾秒鐘的時間內將小液滴乾燥為細粉狀。噴霧乾燥機主要分為空氣加熱與循環系統、噴霧裝置、乾燥倉本體以及產品回收裝置。

因為液滴表面積大、乾燥速度很快,實際上食品本身的溫度不會升到很高,對於保存食品原有的營養有很大的幫助,常用於食品、飲料、保健食品和藥品的製作。這個方法製作的常見產品有奶粉、咖啡粉、豆漿粉、蛋白粉等,只要加水就可以飲用的粉末。

折射窗乾燥法(Refractance Window Drying)

另外一種更嶄新的食品乾燥方法則是「折射窗乾燥法」(Refractance window drying),將想乾燥的材料放在透明聚脂膜的「折射窗」上,折射窗下有使用 95-97℃ 的熱水作為熱源,同時會抽風去除多餘水分,最後把薄膜和材料分離就完成乾燥啦!

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圖/ 安麗紐崔萊

雖然步驟有點多,但實際上因為同時有傳導、對流、輻射三種導熱模式介入,所以進行乾燥的速度相當快;又以熱水做為熱源,產品溫度也不會升到太高,因此適合使用於對溫度敏感、需要保存更多營養成分的產品。有研究指出,可藉由「折射窗乾燥法」保留植物蔬果類產品容易流失的天然色素分子,也能保留植物蔬果中較多的營養價值。此乾燥技術不止應用於食品工業,亦可見於保健食品、製藥、化妝品等各方面的應用。

食品科學中的乾燥方法非常多種多樣,不同的乾燥方式亦有不同的適用對象、與成本考量。如何選擇適合的乾燥方法,應用於加工品,其中也牽涉到許多專業。而隨著食品科學的進展,過往天然食品經過加工後,必然會損失許多營養元素的情況,已經越來越能夠避免。

請與我們一同期待新興的萃取與乾燥技術,能夠帶來哪些更健康、更營養的食品吧!


秉持科學嚴謹精神,安麗紐崔萊研究植物營養的科學家們持續革新技術,為了從植物蔬果中萃取最多的營養價值,從原物料篩選到萃取生產,每道程序皆嚴格把關。在萃取階段,安麗紐崔萊以獨家萃取技術——「噴霧劑乾燥法」「折射窗乾燥法」,保留植物蔬果中最多的營養素,提供消費者營養充足、純淨安全的保健食品。

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本文由 安麗紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。

參考資料

  1. 施明智、蕭思玉、蔡敏郎(2017 年 9 月)。食品加工學,188-213。
  2. Refractance window drying of foods: A review
  3. Refractance window drying of fruits and vegetables: A Review
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用塑膠容器會吃到塑化劑?都是擴散作用搞的鬼! ──「PanSci TALK:餐具都會釋放間接添加物?」
衛生福利部食品藥物管理署_96
・2017/12/11 ・4855字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

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本文由衛生福利部食品藥物管理署委託,泛科學企劃執行

撰文/李允誠 │ 自由寫手

編按:近一年來許多人重新討論起美耐皿、烤肉墊、塑膠湯匙碗盤等器具對食品安全的影響,這次,我們將「間接添加物」定義為非刻意添加之成分,而是食品製作過程、環境、餐具中產生或接觸的物質。除了本場講座活動紀實,此主題亦針對外食與自炊二種情境分別推出主題文章:外食篇自己煮篇

「塑膠包裝的食品放進微波爐加熱,會吃到塑化劑!」、「常用美耐皿餐具恐致癌!」大家對這類說法應該不陌生,有關餐具、廚具的食安新聞每隔一段時間就會重新出現。但是這些言論的依據究竟為何?可信度又有多高?食安系列講座的最後一場「PanSci TALK:餐具都會釋放間接添加物?如何避開這些潛在的食安風險?」邀請到了輔仁大學食品科學系的陳政雄老師,來跟大家一同解析食品包裝下的神秘面紗。

塑化劑是什麼?使材質軟化與可塑型

「食品包裝又稱為包材,主要有四種功用,可以盛裝、保護食物、增加方便性、提供食品成分資訊。」陳政雄老師在開場時介紹到。

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除了少數選項 ── 如用來盛裝鹽酥雞的一次性紙袋 ── 其他食物盛裝容器大都為塑膠材質,而「塑化劑」也是大家最常聽聞的間接添加物之一。要解釋這個現象,陳政雄老師首先說明,這是因為大部分食品包裝的結構都是「高分子結構」。如下圖所示,高分子結構是從很小的單體透過「聚合化」所組成,「聚合化」的過程就像是磁鐵相吸一般,彼此南北極互相吸引,形成長條的線狀結構物件。假若這些分子的單位空間排列緊密,所形成的包裝材質會是相當堅硬、不易變形的;單位空間較鬆散的,材質便相對柔軟。

高分子結構由許多小單體「聚合化」組成。圖片來源:陳政雄老師簡報

而為了產生彈性、以便做為包材使用,製造者會在這些包裝中加入「塑化劑」,能夠讓材質變得柔軟、易變形,使用上更加方便。陳政雄老師指出,最常見的例子就是 PVC(聚氯乙烯),原始的 PVC 是相當堅硬的,多為製作硬式包裹水管、電線的原料;不過,只要在這類材質中加入塑化劑,便能夠將其形塑成如保鮮膜如此「柔軟」的產品,而一些需要密封包裝的產品便能充分利用保鮮膜可伸縮的特性,以達到包裝封口的目的,免於其受到空氣中水氣的影響,甚而產生微生物,破壞食品本質。同樣是 PVC,一下子有了完全不同的應用場域,關鍵就在於材質裡面的結構被修飾、改變了。

加入塑化劑可以讓塑膠變得柔軟且有可塑性。圖片來源:pixbay

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轉移機制:擴散作用、脫附作用、吸附作用、分散作用

看到這裡你可能會想問:難道只要產品的製作過程裡添加了塑化劑,人們就一定會吃到嗎?陳政雄老師表示,這就要回到「擴散作用」與「轉移機制(migration)」的討論了。

所謂擴散作用,就是分子從高濃度區域往低濃度區域移動,並在長時間下達到平衡狀態;而轉移機制就是擴散作用的一種延伸,很多食品包裝上會有放入添加劑的特殊需求,以上述的塑化劑為例,一旦包材接觸到沒有塑化劑的食物,就產生了相對高濃度與低濃度的環境,產生濃度差。因此,內部的添加物慢慢從包材往介面移動,到了介面上,食品系統與添加物就會互相吸引,「這種添加物從包裝上脫離、往食品系統擴散的步驟,就稱之為脫附作用。」

物質從包材中轉移至所盛裝的食物上的現象,稱為轉移機制(migration)。圖片來源:陳政雄老師簡報

而從食物的角度來看,有物質從包材過來,若彼此之間吸引力很大,就會將該物質吸收,稱之為吸附作用;接著,食物內部所吸收的元素亦會從高濃度處往低濃度移動,稱為為分散作用。 影響整體轉移機制的因素主要有兩者:假若接觸面積夠大,轉移的量就會很多;另一種則是吸引力,如果所接觸的物質吸引力比包材更強,元素便會逐漸往該物質移動。

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「大部分包材結構是由碳跟氫組成,又稱為脂肪族。脂肪族多不溶於水,因此包材內部材質大多不與水相溶(也所以才能防水),包材與水要互相吸引是相當困難的;但如果包材碰到油,由於彼此都具有脂肪族,就較容易互相吸引。」陳政雄老師解釋,「另外,也有許多其他因素會加速轉移作用,例如溫度,生活中多數的化學反應都和溫度上升成正相關。」

以寶特瓶為例,塑膠寶特瓶內部裝水,水與脂肪並不互溶,因此塑化劑轉移到水中的量並不會很多。但若寶特瓶內部裝的是油,這就有待商榷了,尤其是許多油品都會被儲放在家中廚房等較易產生高溫之處,可能更容易加速其內部作用。另外有趣的是,近年對於包材中塑化劑的研究發現,影響較大的是「瓶蓋」中的塑化劑,瓶子內部的塑化劑反而影響不大。

研究發現,影響較大的是「瓶蓋」中的塑化劑,瓶子內部的塑化劑反而影響不大。圖片來源:Pixbay

包材中的添加物有哪些?

「包材中會有些主動添加的物質,以便產生特定作用,稱之為有意添加物(Intentionally added substances)。」陳政雄老師舉例,像是有些包材會時常於太陽底下曝曬,造成溫度提高、加速內部的化學反應,因此這類包材會添加抗 UV 及抗氧化的物質,來減少太陽曝曬的影響。除此之外,先前所提過的塑化劑,或是能改變顏色的物質等都是包材中常見的有意添加物;其中值得一提的是,為了降低製造過程中結合反應所需的能量,「催化劑」也常會被用在包材的製造上,但後續清洗若不完善徹底,就可能會殘留在包材中。

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陳政雄老師接著補充,除了以上人們刻意加入的添加物,其他比較特殊的則是反應過程不完全中所產生、裂解出的中間產物。「舉例來說,包材如果經過不適當的處理,像是把紙盒、紙袋拿去微波加熱,上面又含有不耐熱的染料,它們經過加熱後裂解產生的物質就不一定是安全的。」

簡而言之,即使原始物質並沒有食用疑慮,一旦經過不當使用,裂解後仍可能產生不可食用的新物質,這些物質如果和食品接觸久了,就會有食安疑慮,這種「不是我們想要的添加物,卻不幸跑進食品裡」的狀況就被稱之為「間接添加」。

輔仁大學食品科學系的陳政雄老師與大家分享餐具與間接添加物的相關知識。圖片來源:Pansci

 

轉移作用的三大要素

陳政雄老師指出,轉移作用是否發生,主要有三點要素需要考量:食品、條件以及包材。

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  1. 食品本身
    食品本身有兩種類型,親水性或親油性。理論上食品親油性越高,包材添加物轉移的機會就越大。「目前生活中的食物多為油水混合,稱之為乳化系統,因此或多或少都有包材添加物轉移的可能。」陳政雄老師說明。
  1. 條件
    影響轉移作用的條件可分為三種:接觸方式、接觸時間、接觸溫度。接觸方式的不同,也會造成轉移作用的差異。最常被討論的便是直接接觸(包材直接接觸食物),其中又以「液體」的接觸面積最大,最容易增加轉移作用的效果。而有些包材內含裂解後可揮發的物質,可能會造成包裝內部產生異味。第二,接觸時間越長,也越可能發生轉移作用。最後,接觸溫度越高,越容易加速轉移作用的發生,所產生問題自然也越多。
  2. 包材性質
    包材本質會對轉移作用造成影響。陳政雄老師解釋,「例如保鮮膜等較軟的 PVC 材質,因為其成分較為鬆散,內含的塑化劑在合適條件下(溫度夠高、脂肪夠多)就會比較容易轉移出去。另外,轉移的物質,分子量越大,越不容易轉移;而放在包材裡的東西越多,轉移問題自然也就會越嚴重。」

哪些因素會影響轉移的程度?

影響「轉移程度」的五項因素。圖片來源:陳政雄老師簡報

另外,陳政雄老師也列出會影響「轉移程度」的相關因素:

  1. 溫度
    像是利用電鍋蒸食物,隔水利用水蒸汽加熱,最高溫度約 100℃ 上下,這類加熱對於大部分的包材(一號、二號、四號、五號、七號)都能夠承受,且加熱時間通常並非長時間持續,轉移問題通常不會太嚴重。但若把剛炸好的炸物放進微波用包材像是美耐皿等,油的沸騰溫度至少超過 190℃,就算放進包材前已經降溫,至多降溫 30、40℃ 而已,殘溫仍是遠遠超過美耐皿所能承受的。
  2. 接觸時間與面積
    很直觀的,接觸時間越長、接觸面積越大,添加物就有更多機會從包材跑到食物上,轉移程度就會越高,增加風險。
  3. 脂肪含量
    如同先前所說,包材內部的添加物大多屬於「脂肪族」,與高脂肪含量的食物本身具有相吸性,因此添加物轉移的程度就會更高。
  4. 材質完整性
    就像人體受傷一樣,受傷的部位有更高的機會受到感染。包材也是同樣道理,當包材有破損時,內部的添加物便更有可能轉移至食品上。

剛炸好的食物高溫且多油,不適合馬上放到不耐高溫的容器中。圖片來源:Free-Photos@Pixabay BY CC0 Creative Commons

面對這些潛在風險,我們該如何面對?

當然,一般民眾最在意仍是該如何避免這些風險,對此陳政雄老師指出,有兩個觀念可以由大家共同建立:使用方法劑量

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「舉例來說,欲使用微波爐加熱食物,如果是單純由澱粉和水組成的米飯(澱粉),最高就是 100℃,對於能夠耐熱 100~110℃ 的美耐皿來說,並不是什麼問題。但如果放進去的是一塊排骨,骨頭中間有許多金屬離子會和微波產生反應,使該處溫度提高,甚至超過美耐皿所能夠承受之溫度,就有造成添加物轉移的風險。」因此某種餐具究竟安不安全,也取決於人們的使用方法與是否具備相關知識。 Our partner: http://whatismyip.name/ – find your IP address.

法規方面,以美耐皿為例,其規定的轉移量為 2.5ppm,每日允許的食用量(TDI)是每公斤 0.2 毫克美耐皿。且通常法規所制定的標準是以較保守與安全的前提做為參考,因此對於大部分人來說,只要在法規基準下,食用低於其所規定的量,原則上都還是安全的。(延伸閱讀:怎麼決定多少「劑量」對人體有害?

「重點在於不要輕易被網路上的謠言所影響、人云亦云。舉例來說,一般人可以先建立對『溫度』的概念,像是水沸騰溫度約 100℃,能夠就口的溫度大約 40℃,藉此簡單判斷有沒有在包材可承受的溫度範圍內正當使用。」

通常法規所制定的攝取量標準是以較保守與安全的前提做為參考。 圖片來源:Dwight Burdette@wikipedia BY CC 3.0

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注意大原則,就能減少轉移問題的發生

講座最後,陳政雄老師不忘再次提醒現場觀眾幾點重要觀念。在避免轉移問題上,主要有幾點大原則需要注意,「熱」絕對是第一優先考慮的面向;「脂肪」則是第二重要的,熱的脂肪更是需要想辦法避免;「包材本身性質」同樣也需要注意,像是塑膠類包材在洗滌時,假若長期使用菜瓜布等器材刷洗,久而久之材質也會受到破壞,增加轉移作用發生的機率。而「接觸時間」看似很重要,但多數人在使用這些包材的時間不會太長,因此並非優先考量的要素。

我會建議大家比起網路傳言,可以更相信法規!」陳政雄老師不忘強調,網路上許多傳言並沒有科學根據,而法規是透過許多相關專業學者所擬定而成,這些標準是相對可信的。

只要群眾關心,專家學者就會開始著手探討

會後問答時間,現場觀眾提到,近年受推崇的「矽膠類」餐具是否真正安全?對此,陳政雄老師老師簡單說明到,矽膠類餐具能夠耐熱到 200℃ 以上,而至目前為止,矽膠的添加物都還算單純,所以除非是直接將矽膠物質放入鍋中烹煮,否則添加物的轉移作用應該是不大。「另外,目前並沒有太多對於像是鍋鏟等含矽膠餐具的研究,但如果這類議題越來越受到關注,後續一定會有科學家去做研究。」

講座的中場休息時間,有許多參與者上前與陳政雄老師繼續討論。圖片來源:Pansci

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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