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「菜尾重複加熱」長期吃容易得腸癌？

真相追追追

「菜尾重複加熱」　女長期吃得腸癌 – 壹電視發佈於2013年05月08日

其實問題的癥結可能不在於「重複加熱」而是使用甚麼方式加熱，我猜測這位罹患腸癌的主婦可能是以微波爐加熱。今天就來聊聊微波加熱的機制，微波爐可用來加熱含水的物質，這是因為水是極性分子，在微波電場中分子的偶極矩會依照電場的方向呈規則性的排列而以2450 MHz高速轉動，此現象稱為偶極轉動(dipole rotation) 。很多科普文章說成是「振動」其實並不正確，說成「共振」更是錯得離譜，因為這是強迫性的轉動，而不是2450 MHz與其固有頻率相同。於是造成水分子在高速轉動過程中因彼此產生碰撞因而將轉動動能轉變成移動動能，表現出來的宏觀行為就是溫度的上升。

微波除了能加熱含水食物，能否加熱油脂呢?放一杯油進去微波就知道了，油脂還是可以被微波加熱的，或許大家會覺得很奇怪，中學的教科書不是說碳氫鏈是非極性的嗎? 問題就出在COOH羧基這一端，所以油脂還是有部分的極性，在微波爐中仍然有偶極轉動的效應。重點來了，脂肪烴基這一端的碳數很多，具有較大的運動慣性，當COOH羧基這一端受迫轉動時(請不要忘了是以2450 MHz高速轉動)，大家猜一猜會發生甚麼事? 當然就有可能在能量的持續饋入之後造成部分的脂肪烴基斷裂，這就是自由基。那麼肉類經微波加熱是否也會產生自由基？我認為當然也會，或許各位曾有過將肉類過度微波的經驗，這種食物吃起來就有一種臭味（亞硝胺?）。

結論
這則新聞中的例子很有可能就是自由基惹的禍！

評論20

  2. 文章
    作者
    鄭永銘

    其實並不是所有的自由基都是有害的，例如一氧化氮(NO)，它是人體自行產生、具有許多功能、且相當重要的物質，不過當它因為某些原因而產生過量時，就會產生危害而造成疾病。人體內的自由基由有許多種，有人體自行合成而具有重要功能的；或在新陳代謝過程中產生的；也有來自外界環境的。有些自由基相當活潑(通常是小分子量的物質)，具有搶奪其他物質電子的特性，而分子量較大的自由基通常並不活躍，例如維生素C、E自由基，他們可以利用自身結構的特性來穩定不成對的電子，所以並不太會攻擊別的物質。

  4. 文章
    作者
    鄭永銘

    容我在這邊提出答覆，因為您的提問相信也是很多人心中的疑惑。關於”網路追X追”有批評者說微波用「旋轉」是錯的，應該是「震盪」才對。我的看法是:震盪是指分子的振動(oscillation)，水分子的振動能階的吸收峰在10^14 Hz附近，對應的能量是在紅外線區域，這個10^14 Hz並不是位於微波波段:
    http://www1.lsbu.ac.uk/water/vibrat.html
    至於水分子的轉動能階(能帶)才是位於遠紅外線和微波波段，所以「旋轉」才是正確的。至於家用微波爐為何要使用2450MHz，這應該是在綜合考慮了微波對於水在不同頻率下的加熱程度與穿透深度的折衝結果。因為室溫附近時，水的介電損耗(變成熱能的效率)雖然5000MHz的效果會比2450MHz來的好，但是微波的穿透深度在5000MHz時卻只有2450MHz的十分之一。因此使用2450MHz能使微波透進食物的深度較大，比較不會發生裡面還沒熱而外面就已經爆裂了。
    >黃X華教授質疑，加熱水分子後的溫度大約100度C，遠不及炒菜產生的溫度，而此頻率之微波能量甚低，打斷分子鍵結幾無可能…。南京亞泰微波能技術研究所所長陳X傳也指出「按量子力學的理論來解釋，微波加熱過程並未打破食物分子鏈的結構。就微波能量來看，還不足以發生化學性改變」
    這兩位專家應該是學物理出身的，因為從中可以嗅出能階躍遷的味道^^。沒有錯，根據愛因斯坦在光電效應中的理論，小於第一躍遷能的光子無論強度多高(光子數再多也沒用)都無法產生能階的躍遷。但是不要忘了這是在「原子能階」的前提下才是正確的，微波加熱的水分子是「分子而不是原子」，怎麼能使用「氫原子能階」來解釋「水分子能階(帶)」呢?因為水分子的分子能階MO中，從基態到受激態的躍遷能非常小，能量大概落在波長約為數十個μm的數量級，換句話說就是在室溫附近時，水分子的轉動動能E=nhv公式中的量子數非常大，所以量子性就不明顯了。因此這些可以吸收的光譜線由於彼此之間太密集，以至於形成能帶而不是氫原子光譜中的一條一條彼此分開的譜線，這也是使用「分子吸收峰或吸收能帶」來說明，而不是使用「吸收譜線」的原因。既然如此，那麼水分子在微波時轉動動能就會隨著微波時間的加長而使轉動動能越來越高。畢竟水分子不是只吸收一個微波光子然後就立刻跳到100度C，因此不能用「此頻率之微波能量甚低，打斷分子鍵結幾無可能」這種論點來說明。何況人體內也會自動產生自由基，難道人的體溫有這麼高的溫度嗎?所以不能單單從電磁波的單一光子能量或是溫度的角度來判斷自由基是否能形成，要不然以木炭燜燒時那麼低的溫度(這時對應的光子能量非長小)，為什麼能烤焦食物來產生致癌物質呢?若依該教授的說法，化學鍵是不會被打斷的，但考過肉的人都知道這是會發生的。另外，有些化學實驗會利用微波來大大降低聚合反應時間與能耗，微波加熱在原子轉移自由基聚合反應的角色非常明確，這不是用熱水來做就可以達到的，不是嗎? 總結: 微波造成的效應這塊領域其實是與化學相關，媒體若找物理學專家來評論似乎又是找錯人了。
    http://www1.lsbu.ac.uk/water/vibrat.html
    Water absorption spectrum
    water

    至於您提到微波使用不同段數之差別、微波解凍等。由於微波一旦啟動，從磁控管產生的微波功率就是固定的，因此使用不同段數只是讓磁控管開開關關來產生類似方波波形那樣的間斷式運作方式，改變單位時間內的磁控管開啟時間之長短，就能做到改變平均功率的結果。至於微波解凍，由於冰凍的食物中，水分子已經被凍結住而無法旋轉(嚴謹的說法是陷在晶格中被分子間的氫鍵綁住)，在這種情況下的水分子雖有極性也無法隨微波電場的方向來改變偶極矩的排列方向。既然如此，那麼為何微波還是可以解凍? 這是因為晶格總有缺陷，其中就會有未被晶格綁住而可自由轉動的水分子，解凍就是藉由這些極小部分的水先被加熱，然後傳熱給晶格。由於水的熱傳導效率很差，因此微波爐就必須先停機一段長時間，靜待熱量能有效傳遞後，才能啟動去加熱更多的液態水，也由於這種走走停停的時間費時甚久(特別是結凍食物比較大團而微波難以穿透時)，所以微波解凍才會這麼費時。
    >脂肪受迫轉動時，會斷在三串碳鏈處?
    是否會斷在這裡而釋放自由脂肪酸，這一點我無法確定。不過高溫確實會導致分子重組(rearrangement)的不良反應發生。譬如脂肪的原子排列方式會變形，而且在溫度降低後不會恢復其原來的形狀(ex.順式變反式)，其中的分子鏈一旦改變原有位置，那麼在人體內這些不自然的分子就有可能會導致癌症的發生，這也就是反式脂肪之所以那麼難被脂肪酶降解的原因。
    至於用瓦斯爐煮食熱能的傳遞方式，傳統的烹調方式是熱能由外至內傳遞給食物沒錯，這種熱傳導方式比較單純，沒有微波的偶極轉動效應。因此，傳統烹調除非是熏烤(產生苯芘)或高溫油炸(產生丙烯醯胺)，否則還是很安全的。

  6. 文章
    作者
    鄭永銘

    好問題! 自由基不至於，但是國內有專家研究出滷汁中所含的膽固醇氧化產物（COPs）確實會隨滷肉的加熱時間過長而變多，在連續加熱三天之後，COPs的濃度約為數十個ppb(非常低)。我剛剛查了它的小動物實驗中的資料，沒有提到半致死劑量LD50，所以它沒有急毒性。至於是否會致癌?在小動物實驗中答案是確定的↓
    http://www.cyberlipid.org/perox/oxid0008.htm
    只不過這還是回到量的問題，因為藉由維生素C這一類的還原劑即可將血管壁上氧化的膽固醇轉變為膽酸來代謝掉，所以若不是天天吃陳年滷肉，我認為從蔬菜與水果中所獲得的維生素C就已經足夠把COPs轉換掉了。若還是不放心，那麼吃完滷肉飯，來一顆維生素C吧^^

  8. 文章
    作者
  10. 文章
    作者
    鄭永銘

    當初考試時我們全班都是靠邱美嬌老師才能過關的!
    喔不，是考試前我們全班都得影印邱美嬌老師的筆記來K才能過關^^

  11. CC Yu

    感謝您的回覆。我覺得您弄這麼多有趣又生活化的資料，實在幫了學生甚至老師們不少忙。而且很多都還是自己想然後寫下來（勝過很多複製貼上或修修改改、翻譯的，當然傳播也是很大的貢獻）或自己設計並做實驗，蠻令人佩服的。

    dielectric heating中電磁波造成的分子運動應該比較像是造成水分子之間氫鍵的斷開、重構，而非水分子繞著自己某個軸向的轉動。

    波茲曼分佈是統計力學的結果呀，液體和固體也能適用的，推導化學反應速率或是固體比熱時不也是這樣套用嗎？（還不需要量子統計修正的情況下）

    微波或射頻的生物效應，有些缺乏再現性，或者沒有做好雙盲、沒有完全排除其他因素、缺乏樣本數量充足程度的估算、甚至統計方法有問題等等因而飽受批評，我認為目前學術界應該還不算有共識。生物是複雜系統，不像物理化學比較能夠簡化，可能還需要更多實驗來佐證（我覺得那篇論文刊登的會議本身就比較有預設立場，而且可信度跟好的期刊還差一截，無法判斷審核者的標準和水平）。他們每次都說有非熱效應，但物理化學層次上又說不出個道理來，這樣是要怎麼拍板定案呢？感覺會糾纏個幾十年，沒完沒了。

  12. 鄭永銘

    > dielectric heating中電磁波造成的分子運動應該比較像是造成水分子之間氫鍵的斷開
    水分子的氫鍵鍵能是21kJ/mol，E=hν可算出光子能量，其頻率為5.3×10^13Hz，這個頻率不屬微波的範圍，整整比微波攜帶的能量高出4個數量級，這樣微波真的可以打破水分子氫鍵嗎？
    http://www.ch.ntu.edu.tw/~byjin/HSC/HydrogenBond/HydrogenBond.html

    >固體比熱時不也是這樣套用嗎
    那是單原子固體，譬如金屬，但是微波爐中的食物是何等複雜的高分子，例如澱粉、脂肪、蛋白質

    >感覺會糾纏個幾十年，沒完沒了
    我周遭的朋友中也是正反意見都有，物理相關背景的大多不相信微波會造成非熱效應，其論點就在於「光子能量E=hν 遠低於打斷化學鍵的鍵能」。但是幾位醫界朋友普遍認為微波會有生物效應，其中一位就是金忠孝醫師，其論點就在於「臨床數據」
    http://www.jybook.com.tw/anlins03.1_01.htm
    另外，我有位朋友服務於空軍嵩山雷達站，他說他們雷達站創站以來，所有的微波站主任全部生女生，他不信邪，結果也是一直生女生

    >自己設計並做實驗，蠻令人佩服的
    感謝您的肯定，更謝謝您熱心的指正！

  13. CC Yu

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022309302010840
    Hydrogen network fluctuations
    嗯，我用氫鍵斷掉的說法應該不對，您的分析是沒錯的。我想強調的應該是水分子晃動，那氫鍵應該不是斷掉，而是稍微扭曲。

    雖然是高分子，但能量均分定理來看，溫度應該主要還是來自原分子本身的動能而非整體高分子鏈狀的能量，我認為這個近似應該不至於差太遠，至少後者總和不會遠大於前者總和吧，實驗上應該也有人可以證實（抱歉，這部份我就不去找相關參考文獻了，但我想應該不難查。理論化學家建模時應該也會採用相似的假設）。

    http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs193/en/
    WHO的文章。
    另外目前WHO把電磁波列為致癌物2B等級，也就是對人類致癌性證據有限，動物實驗上致癌性不充分，同等級的有咖啡和泡菜。
    其他的生物效應…如果要一個一個檢驗的話，又要求臨床統計的嚴謹性和追蹤的年數要夠長，這個世紀大概也做不完吧…
    雷達站都生女的，好像有聽說過這種案例，不過也有都生男的。我看統計上大概要樣本破千或起碼好幾百再來比較看看。

    http://www1.lsbu.ac.uk/water/magnetic_electric_effects.html
    電磁波、電場、磁場不能說完全對水或其他分子沒有影響。不過可能也要考慮到是否能響應以及影響的程度，有可能目前的強度根本不影響細胞分子生物學上（或再進一步討論組織與器官）的功能。但同樣地，要把每種生物分子交互作用都確認，也近乎不可能的地步呀，太多了。要證明有影響，只要一個夠強的例子就夠了，證明沒有影響卻要遍查所有可能性，這問題很難解呀。另外臨床統計如果能夠滿足所有嚴格的要求，再現性夠強，那至少比較有共識，或許應該加以規範這方面的發表以及研究經費申請的審核。當然我還是比較傾向於有微觀上機制的解釋，目前看來並沒有令大家信服的說法，甚至是連個合理的猜測都很難想出呀。

    我認為這個議題很貼近生活，也許可讓學生進行正反方說法資料的蒐集與辯論，有理論上的思考也有跟實驗設計與統計相關的部份。我認為很多學生包括研究生都不太在乎實驗的統計，或者因為害怕數學而沒有搞懂，實驗設計和數據分析爛的要死，導致品質下降，增加其他人研究上包括重現實驗或理論分析的困難度。當然審核者本身也有問題，有些教授讓學生審核，或是教授當年也沒學好，能力有問題，又再或者是類似上下交相賊或共犯結構而大家一起把審核通過的標準弄低。Nature有撰文討論過類似的問題。
    http://www.nature.com/news/poorly-designed-animal-experiments-in-the-spotlight-1.18559

  14. 鄭永銘

    >氫鍵應該不是斷掉，而是稍微扭曲
    我接受這樣的觀點

    >但能量均分定理來看，溫度應該主要還是來自原分子本身的動能而非整體高分子鏈狀的能量
    有道理，這樣解釋起來就合理多了，畢竟水分子有團簇現象
    https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E5%88%86%E5%AD%90%E7%B0%87
    當接收2450MHz微波時，團簇中的每一個水分子的電偶極受到反覆變化方向的電場影響時，水分子就在原處來回旋轉擺盪
    https://www.ozonedepletiontheory.info/Images/thermally-agitated-molecule.gif
    藉由氫鍵的牽引將轉動動能轉變成振動動能，宏觀的表徵就是溫度的上升了

    >不過也有都生男的
    能否提供是哪一個微波站的例子？因為總是生女生似乎比較站得住腳，畢竟X精蟲比Y精蟲的體積大而且壽命也較長，如果微波真能造成精蟲的活動力下降的話，那麼相對的應該對X精蟲比較有利而較容易生女生

    >Nature有撰文討論過類似的問題
    感謝提供珍貴的資料，這對於我將來引用學術論文時能有更明確的指引方向

  15. Chi-Sheng Chang

    這論點其實怪怪的，生男生女和電磁輻射似乎沒關係，一切都是機率論而已。另外，應該沒有證據能說X精蟲比較大，所以他就比較耐受輻射。精子在子宮內力爭上游時都是平等的，更沒理由說Y染色體被影響，所以那顆精子就游不上去了。

  16. Chi-Sheng Chang

    另外，對於金忠孝這位醫師的論點，我抱著質疑態度。

    https://www.ptt.cc/man/NAOE-86/DA48/M.963459838.A.html

    網路上流傳已久的文章。

    「金忠孝表示，一毫高斯的電磁波
    強度將讓體內對抗血癌細胞的抗體無法進行抗癌作用；十二毫高斯則會讓掌
    控生產Ｔ細胞的胸腺細胞死亡，同時讓抗乳癌藥物泰末提芬〔約有三分之二
    乳癌病患長期使用此藥〕無法發揮藥效，且使得體內退黑激素荷爾蒙無法抑
    制乳癌細胞。」

    這段話不管怎麼看都不合理，很想問問他的數據是哪裡來的。
    如果連一毫高斯都會影響抗體的話，那應該不是只針對血癌抗體而已
    全身抗體都受影響，我們應該早就多病而死了。
    還有就是，WHO也說了，尚無法證明3~4mG的極低頻電磁場是否真的造成兩倍機率的血癌
    因為存在太多的統計學上誤差了。

  17. Chi-Sheng Chang

    微波站都生女我認為不合乎邏輯，因為精細胞是整個上去和卵細胞做結合的，所以和單一的X或Y染色體沒有關係，結合機率永遠都是相等。除非有辦法證明Y染色體受微波後會突變成X染色體，或是Y染色體能力下降後會影響整個精細胞，讓他沒有辦法和卵細胞做結合。如果真要說微波有影響的話，那就不該只是生男生女的問題，而是會造成不孕才對，可是實際上並沒有發生這種統計顯著的現象。

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