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石化與生活:生活中的化學

跨年活動的絢麗煙火秀如何才能氣勢磅礡?為什麼在食品的外包裝上,要求必須標示出反式脂肪及飽和脂肪的含量?
 
 
 
璀璨的煙火秀

「5、4、3……」隨著主持人高聲地倒數吶喊,明美與俊凱就和廣場上其他的人一樣,緊緊盯著不遠處的臺北 101 大樓的樓頂,期待著花火爆發的那一瞬間。

「碰!」終於,臺北市跨年最精彩的煙火秀的第一聲煙火的爆炸聲響起。在黑幕的襯托下,繽紛燦爛的煙花閃耀著七彩光芒,讓人目不轉睛,明美與俊凱也趕緊在這時候對著四射的煙火許下新年新願。

壯麗的煙火秀讓人目不暇給,明美屏氣凝神地觀賞著,然後趁著空檔之餘,回過頭去興奮地問著俊凱:「這些璀璨煙火是如何產生的呢?」

俊凱笑了笑回答說:「煙火彈的主要成分包括黑火藥、氧化劑、助燃劑、著色劑等。煙火的五光十色來自於著色劑內不同金屬化合物在高溫下燃燒時所發出的光芒,例如,鎂鹽燃燒時發出白光、鉀鹽是紫光、鈉鹽是黃光、鈣鹽是橘紅色光、鐵鹽是金黃光芒、鋰鹽是深紅色光芒。但是,在發出藍色光和綠色光芒的煙火彈中,需要添加少量的含氯化學物質,因為氯會和發出藍色光的銅鹽、綠色光的鋇鹽作用,增加鮮豔度。」

稍微休息一下、喘了口氣,他接著說道:「煙火雖然漂亮,但是經由爆炸與燃燒過程而產生的懸浮微粒、二氧化硫、氮氧化物、多環芳香烴、一氧化碳等物質,會造成空氣汙染。而且,產生大量氣體時造成的巨大聲響,也屬於噪音汙染。」

明美聽完後,輕拍俊凱肩膀說:「真掃興,一年一度難得的機會,總該有一點彈性吧。」突然,明美露出了恍然大悟的表情,問:「那發生災難時,求救的訊號彈應該也是這種原理囉?」「沒錯!」俊凱燦爛地笑笑,望著美麗的煙花,然後跟著融入大家喜悅的氣氛中。

讓人又愛又恨的塑膠容器

觀賞完煙火秀後,俊凱與明美漫步走回家,看到路旁的垃圾桶裝滿了飲料空罐與寶特瓶,俊凱不禁搖頭嘆氣:「這真是環境的一大浩劫啊!看看這些保麗龍飲料杯和寶特瓶,因為使用方便,一個晚上就為台北市增加了幾十公噸的垃圾。」

望了垃圾桶一眼,明美淡淡地回答:「這也沒辦法啊!雖然現在環保意識抬頭,有人買了寶特瓶飲料後,還把空瓶子留下來當水壺。但是就在前幾天,我收到一封『切勿重複使用礦泉水塑膠瓶』的電子郵件,內容提到杜拜有一名 12 歲的女童,因為連續一年使用某個礦泉水瓶而罹患癌症。因此,為了健康,這些瓶罐當然用過就要丟掉啊!」

不置可否地搖了搖頭,俊凱皺著眉道:「那女童罹癌與寶特瓶是否有直接關係,我們無法判斷。不過,由於寶特瓶是由對苯二甲酸和乙二醇在含銻的觸媒協助下,聚合產生的化合物。如果受到陽光曝曬過久,或放置在溫度超過攝氏 40 度的高溫下,就會引發材質老化,塑膠材質可能因此釋放出非常微量的有害物質,造成慢性中毒。也因此,寶特瓶重複使用的時間不要超過一、兩週,以避免材質老化。一般小吃店所提供的塑膠湯匙,材質與寶特瓶相同,也不建議在熱食中使用。」

俊凱接著說:「不過,用保麗龍材料的容器來裝飲料或食物,對健康的影響就更直接了。保麗龍是由聚苯乙烯經由添加發泡劑,使它的體積增加 10~45 倍所製成的,因此質量輕又有保溫作用,而廣泛使用在免洗餐具、咖啡杯、肉類及水產蔬果的包裝盒、冰淇淋盒、蛋糕盒、電器緩衝包裝材、隔熱材等。雖然聚苯乙烯耐水性佳,卻不耐有機溶劑及油,因此不適合用來當作像柳丁、鳳梨、楊桃等酸性果汁及油炸類高油脂食品的容器。」

俊凱再接著說:「特別是當保麗龍容器接觸到高溫、多油的食物時,聚苯乙烯容易釋出在製造過程中所添加的塑化劑──烷基酚,烷基酚是會干擾人體內分泌的環境荷爾蒙。而且,保麗龍因為質量輕,會浮在水面上隨風漂移,已經是國際環保團體公認最大宗的海洋漂流物之一。海洋生物經常會誤食這一類的保麗龍產品,對牠們的消化系統造成傷害。」

聽了俊凱的說明後,明美思索了一下,接著緩緩地說出前一陣子看到的新聞:「保麗龍對環境的影響層面,從地表到海洋,真是讓人無法忽視。」

不過,說到保麗龍的化學穩定性比較差,可以被有機溶劑溶解的特性。98 年 6 月的報紙報導,就讀陽明大學牙醫系大四的女學生鄭玉辰把丙酮加入保麗龍中,由於丙酮會破壞聚苯乙烯的結構,讓發泡氣體逃逸,使得保麗龍的結構軟化潰散,再把軟化的保麗龍放進濃硫酸溶液內加熱數小時,利用磺酸化的反應把保麗龍改質成多孔性的保麗龍膠。

鄭玉辰由 20 公克的保麗龍製得了27公克的保麗龍膠,可以淨化 88 公升含銅離子的工業廢水。剩下的,還可以捏製成手工藝品。這一項保麗龍資源化再利用,以吸附工業廢水裡面有毒的重金屬物質的發現,更獲得了世界智慧財產權組織(World Intellectual Property Organization, WIPO)的金牌獎章。這是世界智慧財產權組織第 1 次把金牌獎頒發給非會員國的臺灣,讓臺灣在國際環保界和聯合國國家間揚眉吐氣。」

俊凱接口說:「對啊,廢棄物資源化、再利用,也是保護環境的重要課題。國內工研院能資所利用高熱特性,成功地開發出廢保麗龍液化的技術,可以把廢棄的保麗龍轉換成相當於柴油等級的燃料。另外,臺中女中曾依晴同學從麵包蟲體內分離出可以分解保麗龍的菌種,也是為了降低保麗龍對環境的危害。曾依晴同學也因此獲得美國英特爾國際科技展覽會的微生物學科首獎。」

明美說:「保麗龍材質的容器或寶特瓶,用完就應該回收。但是,為了垃圾減量,還是要鼓勵大家自備水壺與餐具。」

讓人避而遠之的反式脂肪酸

經過一個下午的補眠以後,明美精神清爽,決定好好犒賞自己。她準備了一大盤奶油焗烤馬鈴薯、一大桶的炸雞塊與薯條,並且高高興興地在烤麵包上塗了厚厚的奶油。四溢的香味不禁讓還在半睡半醒中的俊凱感到肚子餓,爬了起來,勉強張開睡眼,望著滿桌子的食物,脫口便說:「哇!你想不開嗎?整桌都是不營養又傷身的食品。」

明美回應:「好啦,別擔心。我知道這些雞塊與薯條算是垃圾食品,但是焗烤馬鈴薯、麵包、蛋糕、甜甜圈、冰淇淋可是人間美味。這些美食讓我吃得開心,就會讓我的細胞更加有活力。況且,這些脂肪裡含有的脂肪酸,是人體用來製造細胞膜與荷爾蒙的重要材料啊。」

俊凱說:「不是所有的『脂肪』都是營養品。脂肪的構造是由一群碳及氫原子形成的長分子鏈,與羧基結合成為長鏈脂肪酸,再由3個長鏈脂肪酸分子和甘油形成的三酸甘油酯。」

俊凱接著說:「分子鏈上的碳與碳元素之間,如果以單鍵結合,就稱它為飽和脂肪,例如豬油、牛油、雞皮等動物脂肪及椰油和棕櫚油中,就含有大量的飽和脂肪。如果碳與碳元素之間以雙鍵結合,則是不飽和脂肪,像是芝麻油、大豆油、葡萄籽油、橄欖油、葵花籽油等植物油中,就含有豐富的不飽和脂肪。再依據組成雙鍵的這兩個碳原子上,所鍵接的兩個氫原子在雙鍵同一側或不同側,而區分成順式脂肪(cis fat)或反式脂肪(trans fat),自然界中存在的脂肪大多以順式的形式存在。」

俊凱接續著說:「飽和脂肪的長分子鏈結構較平直,容易發生堆疊,且堆疊架構緊密,一旦在人體血管內發生堆積,會是成為心血管疾病或動脈阻塞的要因。不飽和脂肪的長分子鏈則扭曲糾結,無法整齊堆疊。因此,隨著生活水準提升後,消費者排斥飽和脂肪的使用,連帶地迫使食品業者轉用不飽和脂肪。但不飽和脂肪無法適用高溫油炸的加工方式,因而氫化脂肪技術順應而生。」

俊凱接著介紹反式脂肪酸說:「反式脂肪酸的製造方法,就是在多元不飽和植物油分子裡加入氫元素,使原本的順式脂肪酸上的部分雙鍵,在過渡金屬觸媒的催化下被氫原子還原,由能量較高的順式雙鍵轉化為反式雙鍵,形成俗稱「氫化植物油」或「部分氫化植物油」的反式脂肪酸。反式脂肪酸的結構類似飽和脂肪,油分子間的吸引力較強,容易發生分子鏈堆疊的現象,因此在常溫下是固態。植物性奶油越硬,則含越多的反式脂肪酸。」

俊凱喝了一口茶後,接著說:「糕餅、太陽餅、鳳梨酥、蛋黃酥、月餅、喜餅等加工食品中,為了增加口感所添加的酥油,就屬於氫化植物油。也由於氫化油不易敗壞,可以重複在高溫中油炸食物,使食物酥脆、賣相好,許多業者為了降低成本,都使用氫化油來炸薯條、雞塊、洋芋片、爆米花、油條、鹽酥雞等食品。」

俊凱又接著說:「考量反式脂肪會影響脂肪酸的代謝,而且阻礙細胞膜的合成及荷爾蒙製造,增加心血管疾病的風險,並傷及肝臟,衛生署已經規定自 2008 年 1 月 1 日起,國內、國外食品的外包裝上,須標示出『反式脂肪』及『飽和脂肪』的含量。因此,減少攝取含有反式脂肪酸的食品,才能降低對身體心血管的危害。」

俊凱又說:「吃下肚子的反式脂肪酸雖然會逐漸破壞人體的細胞膜,不過由於身體一直持續著新陳代謝的活動,因此只要有心改善身體體質,假以時日就可以脫胎換骨,把被反式脂肪酸傷害的身體修補回歸健康體質。」

明美聽完後氣得嘟著嘴說:「好啦、好啦,我又不是常吃糕點類的食品,等這一餐吃完後再說吧。美食當前要放棄是會讓人傷心的!知道糕點中所含的反式脂肪酸對心血管的影響這麼可怕,下星期慶祝媽媽60歲的生日,讓我們改以水果拼盤取代蛋糕,應該是健康又養生的最佳壽禮。」

果酸換膚保持美顏

飽餐一頓後,明美擔心攝取過多的脂肪會增加皮膚的出油量,讓臉上長出太多痘痘,因此拿出寶貝的化妝箱,想自己做果酸護膚。俊凱一看到明美端出的 5、6 瓶化妝品,便不自覺地皺起眉頭:「愛美雖是天性,不過每次塗抹這麼多的化妝保養品,如此多種類的化學成分和肌膚親密接觸,一定要小心使用。妳可沒忘記上個月試用新上市的果酸保養品,結果造成兩頰布滿了紅色斑點,皮膚呈現大大小小不平整的坑洞,整臉紅腫疼痛的慘狀吧!」

明美回答:「放心,上回是我自己太大意,為了貪便宜,隨意網購,買到屬於醫療用的高濃度果酸換膚產品,才會造成意外。我已經向醫師請教,了解現今果酸用在美容方面可以分成為果酸護膚及果酸換膚兩種。果酸護膚是指經常以低濃度的果酸產品塗敷在皮膚上,以達到促使老化角質層脫落、保溼等藥效;果酸換膚則是指利用高濃度的果酸腐蝕表皮,造成皮膚再生,達到換膚的目的。」

明美接著說:「果酸護膚通常可以自行購買含果酸的保養品,不需由專業人員操作,果酸換膚就必須在醫師或醫師指導下由專門人員操作。由於果酸換膚會造成皮膚表皮或真皮的部分破壞,一般都是先採用低濃度的果酸,換膚幾次後,再漸漸增加濃度,以避免換膚不當,造成皮膚發炎、紅腫,甚至灼傷,造成色素疤痕。」

俊凱問:「聽起來果酸換膚的風險比較高,為何還是有這多的女性熱中地接受果酸換膚美容?難道不怕沒有處理好會傷害到皮膚,而造成一輩子的痛?」

明美答說:「這就是學問了。因為透過果酸換膚可以去除老化角質,防止角質增生而阻塞毛細孔,同時能激發真皮層的膠原蛋白再生、彈力纖維的修補,以及各種基質的產生,使皮膚看起來細緻光滑,並去除淺層的皮膚皺紋,以及淡化青春痘疤痕、黑斑、雀斑、曬斑、黯沉,改善毛孔粗大等問題,能夠使皮膚變得更柔軟、細緻光滑,而且富有彈性。因此,愛美的女性當然不肯錯過能讓自己看起來更年輕的機會。」

明美接著說:「但是,剛完成換膚的肌膚對陽光的敏感性較高,容易造成曬傷。同時,由於果酸換膚是醫療行為,交由合格醫生來選擇、判斷及治療,就不容易發生意外。」

水果酒與酒精測試

午後,明美整理家中的回收紙類時,突然間,報紙上「柳丁加上饅頭土法煉『酒』,受刑人喝醉大鬧牢房」大大的標題躍入眼中。仔細看了一下,原來是在去年 11 月中旬,臺中監獄發生 3 名受刑人偷偷把吃剩的柳丁和饅頭加入溫水,放入容器慢慢發酵好幾天,變成克難的「柳丁酒」。因為他們 3 人喝醉酒,不斷鼓譟,演出鬧劇,驚動了獄卒,才讓私釀酒事件曝光。

看完之後,明美好驚訝,沒想到這樣簡單利用水果所含的水果酵素,把饅頭裡面的澱粉以溫水水解轉換成醣類,進行發酵反應就可以生產出酒來,而且酒精濃度還能高到讓人喝醉。

明美問:「這麼多人愛喝酒,連被關在監獄的受刑人都還異想天開地自製水果酒。那麼,如果只是淺酌,還不到發酒瘋的階段時,交通警察如何測試酒駕?」

俊凱說:「交通警察測試酒駕是用酒精測試儀。酒精測試儀是利用飲酒時,酒精被人體吸收,但並不會完全消化,部分酒精會經過肺泡揮發,重新被人呼出體外的原理所製作的,由一個吹口、一根管子和一個可通過氣體的膛管組成。接受測試的人只要在吹口處深深地呼一口氣,如果呼出的氣體含有酒精,酒精會使測試器中的黃色重鉻酸離子還原成綠色的鉻離子,酒精則氧化為乙醛或乙酸。利用測試器中溶液的綠色深淺程度,就可以了解酒精濃度。也就是酒精含量越多,綠色便越深。」

俊凱接著說:「因為呼出氣體中的酒精濃度和血液中酒精濃度大約呈現 2,100:1 的關係,也就是說,每 2,100 mL 呼出的氣體中含有的酒精和 1 mL 血液中含有的酒精是等量的,交通警察就可以藉由測定駕駛者的呼氣,利用酒精測試儀很快計算出受測者血液中的酒精含量。有些受測人會以剛用過含酒精成分的漱口水為理由,意圖搪塞,通常交通警察在攔下受測者時,會先詢問一些個人基本資料再進行測試,經過這些時間的拖延,漱口水內所含的酒精成分早已逸散,就不會干擾測試結果了。」

化學反應吸引人之處,就在於藉由反應會發生溫度的升降、形體的改變、顏色的變化、氣味的產生等,各式各樣的變化無窮,讓人捉摸不定。由化學反應所製成的各種化學物品,廣泛運用在家電、資通設備、建築、運輸、醫藥、紡織、食品、化妝品、生物化學等多種產業中。

化學品在生活上的應用,種類繁多。在食的方面,例如止痛藥、消炎藥、抗癌藥物、食物香辛料、防腐劑等;衣的方面,例如尼龍、達克龍、聚酯類等合成纖維所編織的布料與縫製的服飾等;住的方面,居家的塗料、油漆、黏著劑、塑膠水管、防水毯、止滑墊、寢具等;行的方面,各類交通工具所使用的燃料、坐椅內的泡棉、輪胎等;育的方面,電腦、液晶螢幕、課桌椅、球類、櫥櫃、打掃用具等;樂的方面,休閒娛樂場所內的室內裝潢、兒童遊樂場所內的球池、防撞護墊、拼圖地毯等。

這些都是以化學反應為基礎的化學工業所生產的產品,以不同的形貌滿足人們在生活上的各種需求。化學工業的發展提供我們舒適生活的重要根基,重視化學工業的節能、環保和安全技術的開發與應用,才能提高化學工業持續發展的能力,為生活帶來更美好的明天。
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