第50期 2009/01/20

反網釣菲爾
Anti-Phishing Phil

反網釣的線上訓練遊戲,玩家扮演一隻名為菲爾的小魚,他必須檢查蟲上所附的網址,判斷吃牠是否安全。

出自<<科學人>>2009年1月號(網路釣魚小心上鉤)






 

 
發燒主題--遇火不燃、盛水不破的紙鍋
   
專題文章--來自陽光的維生素
   

科學馬戲團--綠屋頂幫高樓戴「草帽」

 

遇火不燃、盛水不破的紙鍋
餐飲業者近幾年從日本引進一種可以裝大量水,並長時間於火上煮食的紙鍋,噱頭十足,然而紙為可燃物,為什麼紙鍋遇火不會燃燒,盛水也不易破掉?它有什麼特別之處?
文/楊嘉慧
審稿/中國文化大學化工系教授 李璜桂

  近幾年,餐廳出現一種以紙做的鍋子,不僅能將其放於火上,還能煮熟食物。這種神奇的紙鍋是日本人在100多年前發明的,不過當時的紙鍋是在紙的表面塗上一層明膠,以防止水滲透,因此只能短時間加熱食物;隨著造紙技術的進步,現在的紙鍋不僅可以盛放大量高湯,還能
長時間熬煮,有一定的實用程度。

水泡不爛的秘密
  紙鍋可以當鍋子使用,主要具備兩項特性,即紙張強度及燃點都比一般紙高。紙的原料來自植物中的纖維,一般製紙過程是先利用泡水、煮爛及浸泡化學藥劑等步驟,從植物中分離出纖維(主要成份為纖維素,cellulose),接著磨碎纖維,再依用紙需求添加化學成份,最後經過壓平和烘乾等手續,纖維素之間就會以氫鍵相互結合,形成具有一定強度的紙張。

  中國文化大學化工系教授李璜桂表示,氫鍵的產生是因為纖維素的組成單元葡萄糖分子具有多重羥基(-OH鍵),當纖維素間的距離夠近,羥基之間就會形成氫鍵,彼此吸引,不過氫鍵的力量相當微弱,只要一點外力,彼此的引力就會消失,使紙張破裂。此外,羥基也能與水分子形成氫鍵,水滲入紙張後,有些纖維素上的羥基會轉而與水分子形成氫鍵,原本纖維素間的氫鍵結合力因此喪失,使紙張容易破裂。

  為了提高紙鍋的強度,製紙過程會添加濕潤紙力增強劑(簡稱濕強劑),改變纖維間的結合方式。濕強劑會使纖維素之間形成共價鍵,其結合力比氫鍵強10倍以上,水分子很難破壞共價鍵,所以紙張不僅變得較難撕裂,遇水也不易破裂。

紙燒不著是物理現象
  紙鍋為什麼可以放於火上烹煮呢?其實將任一個裝了水的紙杯置於臘燭上,紙杯也不會燃燒起來,這只是個很普通的物理現象。李璜桂表示,水的沸點為100℃,只要紙鍋中的水沒有燒乾,就會不斷吸收紙從燭火得到的熱能,使紙的溫度無法超過100℃,達不到紙的燃點160℃,因此不會燒起來。然而,紙杯的強度不夠,用於煮食很容易引發意外,因此紙鍋必須經過特殊處理,使其可以長時間熬煮,同時不會因為攪拌而使紙張破裂。

  李璜桂表示,紙鍋使用兩種提高燃點的方法來達到雙層防火,一種是在製程中添加耐燃劑,讓紙本身的燃點提高;另一種是在紙的表面塗上結晶化的聚對苯二甲酸乙二酯(crystal polyethylene terephthalate, C-PET)塗料,提高紙表面的燃點。聚對苯二甲酸乙二酯就是寶特瓶原料,而結晶化的PET分子排列整齊,結構強,可讓紙的燃點上升至600℃左右,使其可在溫度更高的瓦斯爐上燃燒或微波爐上加熱,也可避免在烹煮時因乾燒而瞬間燒起來的意外。C-PET也具防水功效,讓水不會滲出造成漏水。

  由於造紙技術的進步,現在才能用各種方法改變紙的特性,使原屬於易燃物、遇水會破的紙,變成可以盛裝湯汁、食材,讓人得以享受以紙鍋煮食的樂趣。

紙張強度,比一比
  濕強劑的開發約在二次世界大戰時期,主要應用於地圖紙,讓軍隊在雨中作戰時也能按圖索驥,之後才大量用於民生用品。中國文化大學化工系教授李璜桂表示,比較衛生紙與餐巾紙或面紙的差異,就能馬上知道濕強劑的效果:衛生紙完全沒有加濕強劑,擦拭後,短小的纖維(微細纖維,即紙粉)容易掉出來,一遇水,纖維也會斷裂使紙破掉,這也是為什麼衛生紙可直接丟進馬桶不會造成堵塞的緣故;至於餐巾紙、面紙,由於添加了濕強劑,泡水後仍可保持一定強度,丟入馬桶很容易造成堵塞。

  濕強劑添加的多寡會影響紙質的強度,例如餐巾紙較面紙含更多濕強劑,而一般必須盛水或泡水達數分鐘或數小時的紙鍋、茶包、咖啡濾紙等,也會添加較多的濕強劑;由於濕強劑會溶進飲料裡,因此用於盛裝食物的紙都是添加食品用濕強劑,即使溶進食物也不致對人體造成傷害。不過,濕強劑所能提高的強度仍有限度,盛裝牛奶或果汁的紙盒除了加濕強劑外,表層還會塗上一層聚乙烯薄膜(PE薄膜),讓水不會滲進纖維,因而能達到長時間盛裝飲料的目的。

延伸閱讀
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高一課本《基礎化學》

【本文轉載自《科學人雜誌》2008年12月號 ,科學Easy Learn網路版•行政院國科會補助案】

來自陽光的維生素
文╱塔弗拉–孟多薩(Luz E. Tavera-Mendoza)、懷特(John H. White)
翻譯/金翠庭

重點提要

  • 長久以來,大家都只知道維生素D與骨骼形成的過程有關。但實際上,它在整個人體內都十分活躍,並且對免疫反應和細胞防禦作用影響甚巨。
  • 我們可以直接從食物中攝取維生素D,也可經由皮膚照射日光而產生。然而,從測量得到的維生素D數值顯示,很多人血液中的維生素D太少,不足以保障健康。
  • 由於維生素D含量低與癌症、自體免疫、傳染性疾病及其他病徵之間的關聯很明確,顯示出目前對此重要營養素的每日建議攝取量需要修改。

  過去,它曾經被稱為陽光治療法,在抗生素發明以前的20世紀初期,這是唯一有效治療結核病的方法。沒有人知道這個方法為什麼會有效,只知道如果將結核病患者送到充滿陽光的地方休養,通常都能恢復健康。1822年,相同療法就已經用來治療另一個歷史上有名的災難「佝僂病」,這是種因骨骼無法硬化所導致的兒童畸形疾病。在18~19世紀的歐洲,佝僂病的案例不斷增加,同一時期因為工業興起,人們從農村搬遷到空氣污染的城市中。當時華沙有一位醫生觀察到,波蘭農村裡的兒童比較少出現佝僂病例,他開始對城市兒童展開實驗,並發現只要讓病患曝曬於陽光下,便足以治癒他們的佝僂病。

  1824年,一群德國科學家發現,鱈魚肝油也有很好的抗佝僂病效果,但是這個療法並未廣為人知,部份原因可能是當時的醫生尚不了解,食品中可能含有看不到但對健康很重要的微量營養素。經過將近一個世紀,科學家才找出佝僂病的飲食治療法與陽光效益之間的關聯。20世紀初期,研究人員在人工誘發佝僂病的大鼠身上發現,以紫外光照射其皮膚與餵食鱈魚肝油,可獲得同樣的療效。皮膚和魚肝油共通的關鍵因子在1922年確認出來,稱為維生素D。那時候,維生素(或稱「維生胺」,vital amine)是個很熱門的新科學題材,然而後續研究在探討維生素D在人體內的功能時,卻受限於「維生素D是必需的微量營養素,而且只能從食品中獲得」的印象。

  在接下來50年間,維生素D與佝僂病間的關聯性,是維生素D研究的主流,像是維生素D分子在骨頭生成時所扮演的角色,以及它如何作用在腎臟、小腸和骨骼上,以幫助人體控制鈣在血液與骨頭間流進流出。然而,過去25年來,維生素D功能的研究範圍變得更廣,同時也揭露出,這個所謂「陽光維生素」的功用遠不止於建造骨骼。現在有大量的證據顯示,維生素D有極強的抗癌作用,也是免疫系統反應的重要調節因子。此外,在這些新發現的作用當中,許多項只有在血液中維生素D的量相當高(比起許多族群的血液中含量要高出不少)時,人體才能獲得最大的益處。上述的發現以及流行病學的研究數據顯示,「維生素D過低與疾病有關」,這些都支持普遍缺乏維生素D可能是造成數種嚴重疾病的原因之一。

  維生素D2(或稱為麥角鈣化醇,ergocalciferol)則是源自一個類似的植物性固醇,且分子結構與維生素D3略有差別。兩者在體內都不具有任何生物活性,必須先經過一連串的酵素修飾,這個過程稱為羥化反應(hydroxylation),會在原來的分子上加上2/3個水分子(羥基),而形成25-羥化維生素D(25-hydroxyvitamin D,簡稱25D)這個產物。
這個轉換反應主要發生在肝臟,但是皮膚中許多不同種類的細胞也有能力進行這個反應。儘管如此,肝臟所製造的25D仍是血液循環中最主要的維生素D。當人體需要利用它時,還需要做最後一次轉換,才成為具有生物活性的形式,由25D進一步羥化成為1,25-二羥化維生素D(1,25-dihydroxyvitamin D,簡稱1,25D)。進行這項反應的酵素「1α-羥化」,最早是在腎臟發現的;而腎臟內進行的反應,則生成了大部份在體內循環的1,25D。

  然而,科學家現在又發現到,許多其他組織(包括免疫系統和皮膚的細胞)都可以製造「1α-羥化」並自行轉換25D。因此所有器官中只有皮膚,能在紫外光存在時從頭到尾製造出具生物活性的1,25D。而其他組織中利用循環的25D局部產生的1,25D,雖是人體內維生素D生物活性的重要來源,卻直到最近才受到重視。只要想到維生素D作用之廣,就不難想像為什麼對某些類型的細胞而言,能夠產生有活性的維生素D來供應局部使用,可能是很重要的。

  1,25D分子的作用像是一個開關,可以控制體內幾乎所有組織中基因的「開啟」或「關閉」。這樣的作用,是由1,25D與一種稱為維生素D受體(VDR,位於細胞核內的轉錄因子)的蛋白質結合後所達成。當VDR與1,25D結合後,VDR會與另一個蛋白質「視網醛X受體」(RXR)形成複合體,然後這個複合體再與目標基因附近的特定DNA結合。複合體與DNA結合後,便引發細胞裝置開始對一旁的基因進行轉錄,接著細胞會再進行轉譯,製造出蛋白質。

  1,25D可藉由讓細胞做出特定的蛋白質,來改變細胞的功能。而能夠在不同細胞中引發基因活動,則是維生素D擁有廣泛生理作用的原因。因為維生素D是由一個組織製造,然後在體內循環、影響許多其他組織,在技術上它也算是一種激素。事實上,VDR屬於一個稱為「核受體」的蛋白質家族,這類蛋白質會對強力的類固醇激素(例如雌性素和睪固酮)起反應。

  目前認為,至少有1000個不同的基因受到1,25D所調節,其中包括了幾個參與體內鈣處理過程的基因,這也解釋了維生素D為什麼會具有廣為人知的造骨功能。然而在過去的20年間,科學家發現有更多基因受到維生素D的活性所影響,其中包括許多在各種細胞防禦功能中扮演關鍵角色的基因。…

【本文轉載自《科學人雜誌》2007年12月號】


綠屋頂幫高樓戴「草帽」
撰文╱菲謝蒂
翻譯/甘錫安

  全世界的城市都在推展環保的「綠屋頂」來抒解一些都市問題。在建築物屋頂種植草皮、灌木或其他植物,可減少暴雨降水的逕流,減輕下水道與水處理系統的負擔。植被在夏天時還可保持屋頂涼爽,降低室內空調花費,進而降低地區發電廠的尖峰用電需求。

  綠屋頂在歐洲已風行10年以上,日本東京現在也規定,中、大型建築的新屋頂必須有20%以上的面積為綠屋頂。在美國帶領風潮的則是芝加哥。綠屋頂大多設置在新建築物上,但翻修時裝置的例子也逐漸增多。

  不論是何種方式,綠屋頂的構造都是一層層重疊而成,覆蓋住屋頂的全部或一部份(參見右圖)。開闊式綠屋頂的覆蓋層截面相當薄,裝盛大約7.5公分類似土壤的培養材料,吸飽水並栽種低矮植物後,每平方公尺重75~126公斤。密集式屋頂較厚、較重,建造及維護的成本也較高,但可種植花圃、灌木,甚至樹木。美國麻州牛頓市ZinCo USA公司的執行副總裁史提爾曼(Jeff Stillman)說:「植物的需求越高,土層必須越穩固,排水及通風也必須越好。」該公司為全世界最大綠屋頂材料供應商ZinCo公司的部門之一。

  一大塊盛著類似土層的預鑄模組,可像拼圖一樣組合起來。這種方式在建造時更加方便,不過往往相當昂貴,而且還會有接縫。

  所有的建造方式最主要的缺點是成本。某些屋頂可能不夠堅固(尤其是較老舊的屋頂),支撐不了這個重量。標準的保險契約可能會將綠屋頂視為可能造成「積水損害」的構造,除非修改契約,否則不予承保。開闊式綠屋頂通常僅需極少的維修並偶爾施予緩釋肥,密集式綠屋頂則需要經常照料。不過,這兩種類型都可將光禿炎熱的屋頂變成宜人的空間,可在此喝咖啡休息、吃午餐、日光浴,或者純粹來此呼吸新鮮空氣。

【本文轉載自《科學人雜誌》2008年6月號】