人工甘味其實沒那麼甜?

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

泡澡的巴洛太太

一九五七年五月四日星期六淩晨，約翰．奈勒（John Naylor）警長接獲報案，前往英國布拉德福（Bradford）索恩伯里（Thornbury）的半獨立式住宅新月樓（Crescent）。奈勒進屋時聽到一陣微弱的抽泣聲，看見一位焦躁的丈夫悲慟地緊緊握住一名女性的照片。一名警員帶領奈勒前往樓上的洗手間，照片中的那名女性此時赤身裸體地癱倒在浴缸裡。鄰居緊張但沉默地站在哭泣的丈夫身邊，空氣中瀰漫著不安，大家都相信他是真的悲痛欲絕——但奈勒倒沒有那麼肯定。

所有認識伊莉莎白．「貝蒂」．巴洛（Elizabeth “Betty” Barlow）的人都認為，她與她忠誠的丈夫肯尼斯（Kenneth）的婚姻似乎非常美滿。據鄰居表示，他們相當幸福，從不吵架。比肯尼斯小九歲的伊莉莎白其實是巴洛的第二任妻子，在他的第一任妻子去世後，兩人於一九五六年結婚。伊莉莎白嫁給肯尼斯後，也成為巴洛家的小兒子伊恩（Ian）的繼母。肯尼斯和伊莉莎白都曾在約克郡布拉德福鎮周邊的多家醫院工作，伊莉莎白擔任助理護理師，肯尼斯則是國家註冊護理師，這對夫婦可能也是這樣認識的。

婚禮結束後，肯尼斯繼續在布拉德福皇家醫院擔任護理師，但伊莉莎白則離開了護理行業，在當地一家洗衣店找到一份熨燙的工作。這項工作相當單調，周圍總是環繞著蒸汽雲霧，使她的衣服潮濕又不舒服；但薪水倒是挺合理的，對於他們家庭的財務狀況頗有幫助。伊莉莎白每星期五只上半天班，而一九五七年五月三日的這個星期五也不例外。

中午快到了，伊莉莎白一邊急忙收拾東西準備下班，一邊向朋友說，她很期待有一點自己的時間，她可以好好洗個頭。在從洗衣店走回索恩伯里新月樓的家的這段短短的路程中，伊莉莎白先在當地的炸魚薯條店為家人買了午餐。十二點三十分，她將熱騰騰的炸魚薯條從被醋浸透了的報紙中拿出裝盤，配著麵包、奶油還有一杯茶一起吞下肚子。

看似平凡的泡澡竟成了致命陷阱

午飯後，伊莉莎白忙著做家事，清洗家人的衣服，而肯尼斯則在星期五的下午把車從附屬車庫裡開出來，打算徹底洗刷一番，好好打理他的這輛心頭好。伊莉莎白在下午四點鐘左右前去拜訪住在隔壁的史金納太太，她後來作證說伊莉莎白看起來很開朗，「充滿活力」。史金納太太回想：「事實上，她還給我看了一套她〔買的〕黑色內衣，並拿它來開玩笑。」

那天晚上，一家人轉移陣地到客廳放鬆。伊莉莎白在沙發上躺了一下，但逐漸變得坐立難安，最後跟家人說她要躺一會兒。晚上六點三十分，她一邊上樓，一邊要肯尼斯一個小時後來叫她，因為她想和他一起看一個電視節目。

然而，伊莉莎白其實再也不會看電視了。五十分鐘後，肯尼斯上樓，打算告訴妻子節目即將開始，但伊莉莎白已經換了睡衣躺上床，告訴丈夫她感覺「太舒服了，完全不想動」。肯尼斯獨自一人回到客廳看了半個小時的電視，然後倒了一杯水上樓給妻子，看看她情況如何。

肯尼斯發現伊莉莎白還躺在臥室的床上，並且感到非常疲憊。他後來作證表示，他的妻子告訴他，她「太累了，沒辦法和繼子說晚安」。距離肯尼斯晚上休息的時間還有點早，他也想給妻子一些獨自休息的時間，所以他回到樓下看完電視。接近九點三十分時，肯尼斯聽到伊莉莎白在他們的臥室裡叫他。他上樓走進臥室，發現妻子在床上吐了。他覺得有點不太妙。夫妻倆換了床單，肯尼斯把弄髒的床單拿到樓下廚房的水槽裡。此時伊莉莎白不只抱怨自己很累，她現在還「覺得太熱了」，於是決定躺在新換好的床單上。

肯尼斯換好睡衣後上床，開始看書。到了十點，伊莉莎白仍然覺得不舒服，而且全身大汗淋漓。她脫掉衣服，告訴丈夫她要去泡澡讓自己冷卻一下。在睡著之前，肯尼斯聽到了洗澡水流淌的聲音。

無法解釋的瞳孔擴張：巴洛太太的最後時刻

突然間，肯尼斯沒來由地驚醒。他瞥了一眼床頭櫃上的鬧鐘，發現已經是晚上十一點二十分了，而且他還驚訝地發現妻子還在泡澡，沒有回到床上。他焦急地呼喚伊莉莎白，問她：「你還好嗎？還要泡多久？」他沒有聽到任何回答。肯尼斯擔心她在已經變得冰涼的洗澡水中睡著了，於是下床走進浴室，結果驚恐地發現伊莉莎白已經沉入水中，一動也不動。

恐慌的肯尼斯肯定妻子溺水了，迅速拔掉浴缸裡的水塞，放掉泡澡水。等到水都流完，肯尼斯便拚命想把妻子從浴缸裡拉出來，好讓她躺在堅硬的浴室地板上。但不管他怎麼做，就是無法把她抬出來。幸運的是，身為一名訓練有素的護理師，肯尼斯知道自己必須為還在浴缸裡的妻子進行人工呼吸。他試圖將空氣吹入伊莉莎白死氣沉沉的肺部，但一切徒勞無功，他需要幫忙。

肯尼斯自家的屋裡沒有電話，於是他穿著睡衣衝到隔壁，吵醒了鄰居斯史金納一家。巴洛焦急地懇求他們叫醫師，然後他回去再次嘗試讓妻子甦醒。奇怪的是，鄰居沒有立即叫救護車，而是決定親眼看看發生了什麼。他們走到隔壁，沿著小樓梯走到浴室，震驚地發現伊莉莎白赤裸的身體仍然躺在空蕩蕩的浴缸裡，而肯尼斯正在揉她的肩膀。

史金納夫婦現在確信情況的嚴重性，於是打了電話給家庭醫師，拜託他儘快趕來。在他們等待醫師的時候，史金納太太瞥了一眼肯尼斯，他坐在扶手椅上，臉埋在手裡，輕輕地抽泣著。儘管醫師已經盡快趕到，但為時已晚，伊莉莎白被宣佈死亡。

死亡總是令人不安，但當死者生前是一位健康的年輕妻子和母親時，又更令人不安。說不出為什麼，醫師總覺得事情似乎不太對勁。伊莉莎白當然已經死了，屍體也開始出現僵硬的跡象，但他的直覺讓他確定自己應該連絡警方。沒多久，奈勒警長便趕到現場調查。

伊莉莎白在那天晚上決定泡澡的行動確實相當關鍵。如果她繼續躺在床上，那麼她令人遺憾的英年早逝非常有可能會被判定為自然死亡。乍看之下，伊莉莎白似乎是溺水身亡，但她的瞳孔放大程度相當誇張，遠超過醫師在溺水者身上會看到的程度。

但是究竟是什麼使得伊莉莎白的瞳孔放大呢？是什麼讓她熱到需要洗個冷水澡來降溫？是什麼讓一個充滿活力的年輕女性如此疲憊？值得注意的是，伊莉莎白之死的答案圍繞著一種非常簡單的東西，也是數百萬人每天會在咖啡和茶中加入的東西：糖。

——本文摘自《毒藥的滋味：11種致命分子與使用它們的凶手》，2024 年 7 月，方舟文化，未經同意請勿轉載。

飲料中的添加糖和食物中的添加糖，造成的影響有所不同嗎？

如果生存開關的啟動只與熱量有關，無論是吃軟糖，還是喝汽水，高果糖玉米糖漿所產生的作用理當一樣。但事實並非如此，喝糖通常比吃糖更糟得多。為什麼會這樣？生存開關是由於肝臟中的 ATP 濃度下降所觸發，因此關鍵在於有多少果糖到達肝臟。如果肝臟接收到大量果糖，則 ATP 會大幅下降，刺激生存開關強烈反應。倘若只有少量果糖到達肝臟，果糖代謝效應會比較溫和。這意味著，儘管我們在談論生存開關時，一直將它簡化為一種按鈕，可控制為開或關，但實際狀況比較像是可調整強度的旋轉鈕，會根據狀況產生強弱不同的反應。

換句話說，肝臟的反應是依據接收到的果糖濃度，而不是果糖量。比起果糖一次全部進入的狀況，當果糖緩慢進入時，肝臟接觸到的果糖濃度會比較低。也因為如此，軟性飲料比固體糖類更容易啟動生存開關。軟性飲料含有大量的糖分（以 600 毫升的汽水為例，當中含有約 17 茶匙的高果糖玉米糖漿，其中約 9 茶匙是果糖），通常幾分鐘即可喝完，而且由於是液體，不需要消化，這會讓肝臟中迅速充滿果糖和葡萄糖。相較之下，固體食物必須經過消化，需要更長的時間才能到達肝臟。（這也是完整水果較不易啟動生存開關的原因，因為水果纖維有助於減緩吸收。）因此，固體食物中的果糖到達肝臟的速度較慢，不會讓生存開關一下子轉到最強狀態。

營養學家兼遺傳學家斯皮克曼（John Speakman）進行的實驗證實了這一點，他發現餵食液體糖的小鼠，比餵食固體糖的更肥胖。人體臨床研究也比較食用液體糖（來自軟性飲料或其他飲料）和固體糖（來自糖果和甜點）的差別，所有證據都指向同一個結果：液體糖導致肥胖和（或）糖尿病前期的可能性，比固體糖更高。在一項研究中，將年輕受試者隨機分成兩組，一組每天喝一杯 240 毫升的軟性飲料，一組吃下含糖量相等的軟糖，持續四週，然後恢復正常飲食，也持續四週，並在這段「淨化」期之後，讓兩組受試者交換，原本喝軟性飲料的改吃軟糖，反之亦然，再持續四週。試驗結束時，研究人員發現，受試者在「喝糖」期間攝取的總熱量，比「吃糖」期間多了約 17%。在喝了四週的軟性飲料後，受試者的體重增加，脂肪也增加。相較之下，吃軟糖的四週內，他們的體重並未增加。

液體糖比固體糖更容易導致肥胖，而且喝液體糖的速度也會造成影響。為了證明這一點，我們在伊斯坦堡科曲大學的合作夥伴坎貝，提供蘋果汁給志願的受試者，這些蘋果汁內的果糖含量與軟性飲料相似。坎貝讓一半的人在 5 分鐘內喝下 500 毫升果汁，另一半則是每隔 15 分鐘喝下 125 毫升，用一小時喝完 500 毫升的果汁。一小時結束時，雖然兩組人喝下的蘋果汁分量一樣，但兩組間的差異卻非常驚人。5 分鐘內喝完蘋果汁的人，體內的尿酸和血管加壓素（肥胖荷爾蒙）快速增加。相較之下，花一小時喝完蘋果汁的受試者，尿酸和血管加壓素的變化比較緩和。由於尿酸和血管加壓素升高相當於生存開關活化的證據，這表示如果一定要喝軟性飲料，慢慢享用會比大口豪飲來得安全。

幾年前，曾有人基於軟性飲料含糖量高，提議紐約市政府對軟性飲料課稅。軟性飲料業者指出其他食品也含有大量的糖，專挑軟性飲料課稅並不公平。基於這項爭議，再加上其他因素，飲料稅法案最後沒有通過。但根據前面提到的研究，軟性飲料業界的論點其實有誤。

根據液體糖和固體糖的研究，還可以得到一個結論：「魚與熊掌或許可以兼得」。也就是說，享用富含糖類的甜點時，如果吃得夠慢，或許可能避免觸發生存開關。這時蛋糕就只是熱量而已。問題是，要慢慢的吃甜點幾乎是不可能的事！

喝軟性飲料時不能大口暢飲，而得用一小時的時間慢慢啜飲完畢，也同樣不容易。另外，與其單獨飲用軟性飲料，不如在用餐之間慢慢喝，畢竟邊吃邊喝，讓液體中的糖與食物混合，可減慢吸收速度。

重點

液體糖比固體糖更有害，大口喝下軟性飲料是啟動生存開關最有效的方法。含糖軟性飲料、能量飲料、果汁、含糖的茶和咖啡，全都應該避免。如果偶爾想放縱一下，請放慢飲用速度，並一定要與食物搭配。

——本文摘自《大自然就是要你胖！》，2024 年 06 月，天下文化出版，未經同意請勿轉載。

所謂的甜味（sweetness）指得是五種基本味覺裡面的一種。基本上來說，含有碳水化合物（carbohydrate）的食物，都有產生甜味的可能。其中，單糖（sugar，monosaccharide）、雙糖（disaccharide）在食用的當下就會產生甜味了。至於說多醣（polysaccharide），通常在食用的時候是吃不出甜味的；甜味要在多醣經過水解後才會產生。

由於我們的靈長類老祖宗是以樹葉與水果為食（參考：老祖宗的菜單），因此我們從數百萬年來也習慣了蔗糖（sucrose）的甜味。科學進步以後，科學家們也發現了一些非碳水化合物的分子，因為可以跟我們的甜味接受器（sweetness receptor）產生有效的接觸，所以也可以產生甜味。這些人工甘味（sugar substitute，或者說artificial sweetner）大量的用在特殊飲食（如糖尿病患）或是減肥餐飲上。

不過，只要嚐過人工甘味的朋友應該都發現，其實人工甘味的味道還是跟天然的味道不同。而有些人工甘味號稱比蔗糖甜數百倍、甚至有號稱是蔗糖數萬倍的Lugduname（N-(4-氰苯基)-N-(2,3-亞甲二氧苄基)胍乙酸，N-(4-Cyanophenyl)-N-(2,3-methylenedioxybenzyl)guanidinoacetic acid）。但是，以筆者的經驗來說，筆者嚐過含有天然甘味中最甜的甜菊糖苷（Steviol glycoside，約為蔗糖的40-300倍）製成的餅乾，雖然有甜味，但是還是嚐得出來不一樣。

到底不一樣在哪裡呢？過去的一些研究提到，可能是因為這些甘味劑跟我們的甜味接受器接觸的點並非完美，所以不能完美複製出蔗糖的甜味。最近，賓州州立大學（Penn State）的研究人員進行了一項有趣的實驗，或許也可以解答大家在甜味上的疑惑。

在這個研究中，感官評價中心（Sensory Evaluation Center）的研究人員招募了401個人參加了一系列的口味測試。受試者嚐到了含有楓糖漿、龍舌蘭花蜜、蔗糖，或是含有不同濃度的阿斯巴甜（aspartame）、三氯蔗糖（sucralose），乙酰舒泛鉀（AceK，Acesulfame potassium，乙醯磺胺酸鉀）和甜菊糖苷（RebA，rebaudioside A）的12到15個食物樣本。

參與者指出，如阿斯巴甜、乙酰舒泛鉀、甜菊糖苷等，比起真實的糖，他們可以在較低濃度嚐出；但這些人工甘味所帶來的感覺強度並不大於蔗糖和其它營養性甜味劑的甜度。

研究人員說，在受體生物學（receptor biology）上，一個物質的「效價」（potency）是描述這個物質能夠活化對應的受體所需的最低濃度；效價越高的物質，代表它能夠活化該受體所需的濃度就越低。但是效價並不能預測該物質跟受體結合後，所引發的反應的強度（intensity），也就是嚐到味道以後所引發的感受（sensation）。

因此，過去研究人工甘味的人所說的「甜度」（sweetness），可能指得就是這些人工甘味跟我們味蕾上的甜味受體之間的「效價」，但並不是反應的強度。

所以，研究人員認為，過去許多科學家認為這些人工甘味是「高強度」的甘味劑，其實是一種錯誤的說法。而有些專家認為，肥胖的一部份成因是因為，這些人工甘味劑對我們的感官進行了過度的刺激，造成我們常常吃太多；研究團隊也不同意。研究團隊認為，現代人肥胖的原因，應該是因為想吃的東西總是唾手可得（所謂的「永恆的豐收」）所造成的。

筆者也覺得，應該是因為想吃的東西太容易取得，造成現代人的肥胖「流行」。除此之外，很多加工食品，經常會調入糖與脂肪來提高適口性（palatable），這應該也是造成肥胖的隱性原因之一。

但不知道這所謂的「強度」，是否也跟人工甘味能否與甜味接受器產生與蔗糖一樣的連結有關呢？

原刊載於作者部落格Miscellaneous999 

參考資料：

1. 2014/9/5. Sugar substitutes not so super sweet after all. Science Daily.