史高維爾辣度怎麼量？為什麼我們愛吃辣？——那些關於辣椒的二三事

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

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。

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 奈米或 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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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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辣椒裡的辣椒素會刺激皮膚疼痛纖維，觸發「痛覺」和「溫度」神經。痛覺讓口中產生灼熱感，灼熱感讓神經誤以為體溫上升，為了調節體溫身體大量出汗散熱！

辣椒是人類種植最古老的農作物之一哦！考古學家估計，在西元前5千多年，辣椒就已經是美洲瑪雅人的食物囉！
可是在東方，華人使用辣椒的歷史，並沒有那麼長……

味覺故事——辣味的古往今來

辣椒引進東亞大約只有三百多年，之前華人菜餚上的辣，來自葱薑蒜、花椒還有茱萸，辣椒反而被當成觀賞用植物…但後來，又是怎麼被普遍使用了呢？

過去，住在高山區、離海邊較遠的居民，取得鹽巴不易，居民試著在菜餚中加入辣椒，取代鹽巴來提味。

辣椒普遍被種植後，不但取得容易，還補強了缺鹽的窘境。而又辣又痛的感覺，讓古今中外人人都上癮，成為菜餚中重要的調味料哦！

吃辣和吃冰哪一個可以讓體溫下降呢？實驗結果顯示，辣椒裡的辣椒素會刺激皮膚疼痛纖維，觸發「痛覺」和「溫度」神經。痛覺讓口中產生灼熱感，灼熱感讓神經誤以為體溫上升，為了調節體溫身體大量出汗散熱！而吃冰，雖然能讓人瞬間感到涼爽，但人體會察覺到體溫下降太快，會自動調節體溫，反而體溫會上升！

全新第三季《神廚賽恩師》

公共電視科普節目《神廚賽恩師》 ，結合科學、廚藝與食育教育，引領大眾用有趣的方式、從 Science-科學角度讓大眾了解傳統廚藝「伙房 36 法」中的科學知識。第三季節目於 2023 年 2 月 3 日起，每週五晚上 6 點在公視主頻首播，公視 3 台每週五晚上 7 點首播，重播時段為公視主頻每週六早上九點三十分與公視 3 台週日晚上六點播出。

▸《神廚賽恩師》第三季將於 2/3（五）起，18:00 在公視主頻首播

 其他播出資訊

▍ 公視頻道每週五晚間 18:00、公視三台每週五晚間 19:00 （首播）

▍ 公視頻道每週六早上 09:30、公視三台每週日晚間 18:00 （重播）

▍ 並將於公視+ 影音平台完整上架　敬請期待

▍ 烹調中蘊含科學原理，一起發現料理中樂趣

生物學上，辣椒的辣不屬於味覺或嗅覺，而是一種本能和直覺上令人不適的灼熱感。動物不偏好這種感覺，但是人類卻對這樣的刺激躍躍欲試。至於為什麼辣椒會在各種料理中這麼普遍，以及為什麼有些人即使受盡折磨，也要嚐一口那辣死人的滋味，科學上有幾種解釋，不過到目前都還沒找到完全讓人信服的理由。

其中一個理論講的是地域性：吃辣會使人流汗，可以幫助散熱，所以辣椒在熱帶地區比較常見。但是這個說法不能解釋，為什麼寒冷地區的人也逐漸吃起辣來了。另一個理論認為，吃辣可以刺激感官：食品科學作家哈洛德．麥克吉（Harold McGee）表示，嘴巴裡和舌頭上的神經受到灼熱的刺激後，味蕾會短暫的對觸覺和溫度變化等變得比較敏感，這麼一來，食物的味道嚐起來會更鮮明、更令人愉悅。但另一方面也有科學證據指出，辣椒造成的灼熱感，其實會讓神經的感覺變得比較遲鈍。

在生物學上完全講不通的人類吃辣習性，可謂一宗味覺懸案。甜味、苦味、酸味、鹹味或鮮味都有悠久的歷史，它們的存在比人類早了數億年，但是辣味對智人來說，還是一種頗為新穎的味道。辣椒的起源地在南美洲安第斯高原（Andean highlands）橫跨現今秘魯和玻利維亞的地方，距離現代人起源的東非大裂谷（East African Rift Valley）非常遙遠。

人類首度品嚐辣椒，大概是在一萬兩千年前，從亞洲遷移到美洲的路上；真正變得比較普遍，則是五百年前左右。人類不斷在嘗試新的口味、愛上新的味道。辣椒的興起意味著，人類還在發掘新的感官刺激味，持續拓展我們的味覺版圖。這當中的意涵相當複雜。人類的味覺和嗅覺，與生理學之間有很密切的關聯，不管在新陳代謝、情緒和社交上，都扮演著重要的角色。突然闖進一種全新的味道，而且是以強烈而神祕的神經化學訊號刺激我們的大腦和身體時，會帶來什麼樣的衝擊呢？就像過去幾個世紀以來，我們飲食中的用糖量大增一樣，辛辣口味對人類的生理和飲食趨勢也是一大考驗，不同的是，辣味帶來的影響，有可能是利多於弊。

就像綠花椰菜的苦味一樣，辣椒的辣也是植物的防禦武器。六千五百萬年前，正當恐龍步入歷史時，開花植物還只是植物界裡地位卑微的成員，為了應付氣候變遷和日益壯碩的哺乳動物，玫瑰長了刺，辣椒則使出了辣椒素。

辣椒和曼陀羅同屬以化學防禦能力著稱的茄科（Solanaceae）植物，兩者都會製造毒素。曼陀羅花製造的毒素會讓人出現幻覺。不過，大部分的茄科植物，像是馬鈴薯、番茄、茄子等，在經過幾千年的培育後，都不再帶有這些毒素了。

但是某些植物，像是辣椒和菸草等，我們反而是用盡各種手段來提高它們的活性成分效果。我們稱這類有效成分為植物鹼，它們對我們的身體和心理都有強大的作用。除了辣椒素和尼古丁，這樣的植物鹼還包含咖啡因，以及海洛因和古柯鹼裡的活性成分。獨具風味的食物也常含有植物鹼，像是巧克力就富有苯乙胺（phenethylamine）和花生四烯乙醇胺（anandamine）等多種植物鹼成分。其中的苯乙胺是一種溫和的安非他命，花生四烯乙醇胺則是一種神經傳導物質，可以刺激大腦裡的快樂熱點（hedonic hotspots），引發快感。

是什麼原因，讓辣椒非得採取這樣強烈的手段，讓動物們避之唯恐不及呢？又為什麼有些野生辣椒不會辣呢？如果辣椒素存在的目的是驅離動物，那麼，那些不辣的不就失去保護能力了嗎？

華盛頓大學的生物學家強納生．圖克斯伯里（Jonathan Tewksbury）利用生長在玻利維亞高原，有的辣、有的溫和的野生番椒（Capsicum chacoense）研究了這個問題。他發現有些昆蟲具有細長的吸吮器，會導致這類野生番椒遭受真菌感染，進而腐爛、無法生成種子。圖克斯伯里走遍了安第斯山谷，在山谷裡到處嚐試番椒、觀察它們的外皮是否有蟲子咬過的痕跡、檢驗是否有感染跡象。最後發現，不辣的番椒受到感染的情形，比會辣的番椒嚴重許多，顯示辣椒素確實可以驅離害蟲，甚至殺死病菌。

但這還是無法解釋為什麼有些辣椒不辣。在研究它們的分布情形時，圖克斯伯里發現了一件有趣的事。不辣的番椒製造的種子數量比較多、質地也較硬，另外它們傾向於分布在較高、較冷的地區。這除了意味著辣椒素可能可以抑制繁殖，還推論出在海拔較高的地方，因為感染真菌的機率較低，所以辣椒素的存在也不是那麼重要了。他繪製出來的地圖顯示，最辣的番椒多分布在山谷裡較溫暖的地帶。此外這份地圖也指出，過去幾萬年或幾百萬年來，辣椒從山上往低處擴展它們的版圖時，辣度是一路增加的。

對辣椒素沒有辨別能力的鳥類吃了辣椒，排出它們的種子，讓辣椒得以四處擴展。等到人類出現，辣椒的分布已經從南美洲、加勒比亞海岸，一路擴展到北美洲了。人類第一次感受到辣椒的辣，是在墨西哥的某處，想當然，這個初體驗不是太美好。不過，沒多久後情況便改觀了。

• 本文摘選自 PanSci 泛科學 3 月選書《品嘗的科學》，「行路」出版。