砂糖的甜蜜物語──《知識大圖解》

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。

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。

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。

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）」：

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。

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。

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。

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。

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

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。