这种蜂被写入了濒危物种保护法案,它们还剩下多少希望?

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“如果失去蜜蜂,人类只能再活四年。” ——阿尔伯特·伪·爱因斯坦

你多半听说过这句流传甚广的谣言。爱因斯坦并没有说过这句话,而且它也不符合事实。尽管人工养殖的欧洲蜜蜂(Apies mellifera)是最常见的传粉昆虫,但只有大约30%的食用农作物由它传粉,而且大多在温带地区。

携带着花粉“满载而归”的欧洲蜜蜂。图片来源:Muhammad Mahdi Karim/Wikipedia

携带着花粉“满载而归”的欧洲蜜蜂。图片来源:Muhammad Mahdi Karim/Wikipedia

在剩下的70%里面,粮食作物主要是风媒(比如玉米)和自花授粉(比如水稻),而其他农作物,尤其是热带的农作物则依赖野生的传粉昆虫。

了不起的传粉担当

Bombus spp.)能传粉的植物种类比蜜蜂多。比如说,熊蜂的“舌头”比较长,可以为乌头之类把花蜜藏得很深的花传粉。此外,在高海拔和高纬度地区植被里,蜜蜂不宜生存,而熊蜂耐寒。熊蜂传粉具有相当高的生态价值,已知海拔最高(6700米)的虫媒传粉事件,就是由熊蜂担当的。

传粉昆虫种群的健康程度,是生态系统功能评价的一个重要指标。换言之,传粉昆虫种群的退缩会影响植被的自然更新,传粉昆虫的灭绝会让依赖它的植物失去繁殖机会。前些年热议的“蜂群崩溃综合征”让人们意识到了这种迫近的危机。不过,这个事件主要是造成农业上的损失,主角欧洲蜜蜂数量极多,并无灭绝风险。真正受到威胁的,是熊蜂。

正在减少的野生熊蜂

如今,整个北半球的野生熊蜂种群都在减少,最主要的原因是栖息地破坏和农药的滥用。前者在发达国家比较显著,因为农业集约化程度高,农田生物多样性水平很低;而且为了机械化生产,单一作物的栽培面积往往很大。如果地里种的是玉米或者小麦,熊蜂就找不到吃的。后者在发展中国家和发达国家同样严重。上世纪九十年代,对哺乳动物和鸟类无害的新烟碱类杀虫剂开始广泛应用,而这类杀虫剂对蜂是致命的。

根据IUCN红色名录的评估,生存受威胁的熊蜂一共有22种,其中易危(VU)9种,濒危(EN)8种,极危(CR)5种,接近全世界熊蜂物种数(约250)种的十分之一。需要注意的是,这22种里4种来自欧洲,18种来自北美,亚洲——主要是中国一种都没有。这当然不是因为中国的熊蜂被保护得比较好,而是因为没有足够的数据用于评估。如果得到学术界足够的重视,濒危熊蜂的物种数量应该还会增加。

熊蜂的自然分布。图片来源:FunkMonk/Wikipedia

熊蜂的自然分布。图片来源:FunkMonk/Wikipedia

已知的5种极危熊蜂都生活在北美,它们的命运和当地的人类土著十分相似:被殖民者带来的技术和疾病杀死。除了前述两种原因之外,名为熊蜂微孢子虫(Nosema bombi)的寄生真菌也是熊蜂蜂群减少的重要原因。这种真菌在雄性熊蜂的体内大量繁殖,导致受害者的身躯肿胀而无法与蜂后交配;只有受精卵才能孵出工蜂,而蜂后不交配就没有受精卵,这样整个蜂群都会被饿死。熊蜂微孢子虫和熊蜂共同存在已经有很长的历史,关于它为何突然变得如此致命,科学家有一些猜测。

20年前,可能来了位“不速之客”。图片来源:Wikipedia

20年前,可能来了位“不速之客”。图片来源:Wikipedia

为了给番茄之类蜜蜂搞不定的作物授粉,人们在二十多年前把商业化养殖的东方熊蜂(Bombus impatiens)引入了北美,这些蜂身上携带的微孢子虫和北美的不一样,有可能在北美的蜂群中造成严重的病害。北美熊蜂的衰退正好始于二十年前,时间上的巧合也非常可疑。

把锈斑熊蜂列入保护法案

2017年,美国环境署把5种极危熊蜂之一的锈斑熊蜂(Bombus affinis)列入了濒危物种保护法案(ESA,Endangered Species Act)的名单,这是第一种列入ESA的蜂类,意味着人们终于开始重视这类重要传粉昆虫面临的灭绝风险。

ESA是世界上水平最高的物种保护行动之一,自1973年颁布以来已经将2000多个北美的濒危物种列入名单实施保护。然而,迄今为止被ESA除名的物种只有56个,其中10种灭绝了,种群恢复到无须特别保护的只有28个。从ESA保护成功的比例上来看,濒危熊蜂的前景并不乐观。

岌岌可危的熊蜂之一锈斑熊蜂。图片来源:Wikipedia

岌岌可危的熊蜂之一锈斑熊蜂。图片来源:Wikipedia

过去十年里,意识到北美熊蜂蜂群减少的人们也采取了一些保护措施,比如说规范新烟碱类杀虫剂的使用、在田间和高速公路沿线的绿化带种植本土蜜源植物、鼓励社区建立保护传粉昆虫的花园(conservation garden)等等。对于微孢子虫,目前尚没有控制的方法,只能寄希望于熊蜂自己产生适应性的突变。

同为5种极危熊蜂之一的富兰克林熊蜂(Bombus franklini)很可能已经灭绝,留给锈斑熊蜂的时间已经不多了。

猪瘟肆掠,基因编辑来帮忙了

“非洲猪瘟”的出现让都市里的人们大吃一惊,而中国解决瘟疫问题的强大执行力这一次似乎力有不逮。非洲猪瘟,还是蔓延到了各地,甚至北京也没有幸免。

其实,非洲猪瘟只是各种猪容易感染的瘟疫之一。更常见的猪瘟是“蓝耳病”。这种猪瘟出现于1987年的美国,症状是食欲不振、发烧、嗜睡、呼吸困难等等。这种猪瘟对孕期母猪尤其就有杀伤力,导致母猪流产以及猪胎死亡。即使有顽强的猪胎能够挺过去分娩出来,小猪崽也很虚弱,而且往往有严重的呼吸道症状。如果是小猪感染了,就会出现拉稀和呼吸困难,生长缓慢。

当时把它称为“猪神秘病”“猪神秘繁殖综合症”。因为被感染的猪耳部发蓝,所以也被称为“猪蓝耳病”。直到1991年它才获得了正式名称,叫做“猪繁殖与呼吸综合征”,简称PRRS。这种猪瘟是由病毒引起的。该病毒有两种亚型,欧洲的基本上是1型,美洲的基本上是2型,而亚洲的则是两个亚型都有。

这种瘟疫对于养猪行业影响很大,美国每年的损失超过6亿5千万美元。经过多年的努力也开发了出了疫苗,但效果有限。在养猪行业,也还是通过“防控”来减少损失——也就是说,一旦发现有猪被感染,就立即隔离扑杀,并进行无害化处理。

在中国养猪行业,蓝耳病也是重点防范对象。一旦发现感染,那个地方外延3公里的区域都会被作为“疫区”,再向外延伸5公里的区域被会划为“受威胁区”。疫区会被封锁,措施包括“在出入疫区的交通路口设置动物检疫消毒站,对出入的车辆和有关物品进行消毒”以及“关闭生猪交易市场,禁止生猪及其产品运出疫区”。同时,所有的病猪以及与之同群的猪都会被扑杀,病死猪、排泄物、被污染饲料、垫料、污水等进行无害化处理,而被污染的物品、交通工具、用具、猪舍、场地等都要进行彻底消毒。

简而言之,一旦有猪被感染,就会引发庞大的应急措施。

这种方法实在是劳民伤财。科学家们探索了新的办法——通过基因编辑,让猪对这种猪瘟的病毒产生抗性,也就不怕感染了。蓝耳病的病毒“高度专一”,只通过感染猪的巨噬细胞上的特定基团来传播。所以,如果能够切断这条传播通道,也就能够避免被它所感染了。

有一些特定种类的巨噬细胞中,有一个蓝耳病毒的融合受体,叫做CD163。它有9个“融合受体多半胱氨酸位点(SRCR)” ,蓝耳病毒通过与这些位点的融合来感染猪。如果CD163蛋白过量表达——也就是通过技术手段让它产生得更多,那么本来对蓝耳病毒不敏感的细胞也会被感染。同样,如果把表达这个蛋白的基因完全敲除,细胞中也就不会产生CD163蛋白——没有了融合受体,病毒也就无法感染细胞。

但是麻烦在于,CD163不仅是蓝耳病毒的受体,它还有许多其他生理功能,比如调节系统发炎,清除血浆中的血红素等等。因此,CD163蛋白需要保留。科学家们能做的,是对它就行适当改造,除去与蓝耳病毒融合的能力而又不影响其他生理功能。

早期曾经有过一种尝试,替换了CD163的一个亚基CD163SRCR5。经过这个替换,CD163保留了其他的功能,但只对1型蓝耳病毒有抗性,而对2型蓝耳病毒就没有抗性。这个结果虽然有一定进步,但实用价值有限。幸运的是,科学家们后来发现,那9个SRCR位点中的8个都有其他的生理功能,而5号位点只有与病毒融合的作用。于是,他们通过基因编辑技术敲除了SRCR5基因,也就不影响CD163蛋白的其他功能。

结果如科学家们所想。他们把敲除了SRCR5基因的猪跟常规的猪放在一起喂养,经过基因编辑的猪没有出现任何问题——这说明,SRCR5的敲除确实没有影响CD163的生理功能。然后,他们人为地让这些猪去接触蓝耳病毒,结果普通的猪很快被感染,而经过基因编辑的猪没有被感染。继续让它们一起生活,经过基因编辑的猪也没有被病猪们感染。

当然,这还只是科学实验上的成功。要让它造福于养猪行业从而造福于社会,还需要进一步的商业化应用开发和监管审批。

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揭秘食品包装背后的真相 | 线下沙龙回顾

几乎没有食物少得了包装。易拉罐、塑料瓶和纸包装饮料,哪个更安全?食品包装里的“微塑料”是什么?包装饮料和食物,包装材质应该怎么选?什么样的包装才更环保?科学松鼠会成员,清华大学化学系博士生,从事生物质新能源相关课题研究的孙亚飞老师为大家带来演讲《食品包装背后的故事》。

以下为孙亚飞演讲实录:

我们这个时代面临一个非常直接的问题,食品包装安全性的问题。今天,我给大家讲讲我们食品包装背后的一些故事。

演讲嘉宾孙亚飞:《食品包装背后的故事》

演讲嘉宾孙亚飞:《食品包装背后的故事》

生活中我们常见的食品包装有易拉罐、纸张和塑料,其实,这三个包装里只有一个真正的包装:塑料。

比如我们常见的用于包烧饼的纸包装,打开之后你会发现,内壁是塑料;大家把易拉罐拆开,然后拿强碱剂泡一下,你会发现易拉罐内侧是塑料薄膜。因此,这三个材料本质上一样的,都是塑料材料。我们真正去做食品包装的时候,去认识食品包装的时候,首先第一个就是要去了解塑料的性质。

在演讲开始之前,我和杜老师还在讨论关于微塑料的话题。微塑料是怎么一回事?今年BBC提出来在瓶装水里面发现了微塑料。这个问题严重到什么程度呢?全世界任何一个地方都不可能避免,甚至是4500米深的海鱼里面都能够找到微塑料的痕迹。

绿海龟吞食塑料,人们早先认为塑料垃圾会让海洋生物误食,现在他们进一步发现了微塑料的问题 。图片来源: Troy Mayne / WWF

绿海龟吞食塑料,人们早先认为塑料垃圾会让海洋生物误食,现在他们进一步发现了微塑料的问题 。图片来源: Troy Mayne / WWF

但是幸运的是微塑料的颗粒非常小,而且它是惰性的,跟人体没有直接的反应。微塑料通常很小,直径大概是在几微米。当然也有大的,直径几微米,但是长度可能会达到几厘米这么长。

微塑料对食品有什么影响呢?比如海洋里面因为微塑料很多,现在的海盐,就是我们吃的食盐里面也会有微塑料。如果我们有些人喜欢用粗盐,粗盐里面会含有更多的微塑料。微塑料已经是不可避免的,但是它对我们造成的影响还需要更多的科学实验来证明。

图片来自flickr | Oregon State University

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塑料对我们的影响比微塑料更复杂更多。第一个就是塑化剂。2010年发生过一个特别严重的事情,而这个事情也是促使我走向科普道路的一个事件。2010年我当时本科毕业正在工作,所做的项目正好是塑料的助剂,也就是塑化剂。在大陆翻译叫增塑剂,在台湾当时翻译成塑化剂,英语是PAEs phthalates。这种材料为什么会造成这么大影响?它是哪来的?当时因为看到媒体转载的文章里面出现非常多的错误,而且不少人的感受是所有的塑料都含有增塑剂的,其实这是错误的,所以我决定站出来做科普。

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首先,我们来认识不同的塑料。一般在瓶底,也会在瓶身上面,有一个三角形的框,这里面有一个序号,这个序号是1到7,三角形是代表循环使用的途径。每年每一种塑料的产量都有几千万吨,如果不回收,这种资源就太浪费了。

图片来自pixabay

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1到7就是这下面列的这七种塑料,7号塑料并不是真正的7号塑料,7号在回收的途径里面叫“其他” 就是others。因为现在PC塑料,也就是聚碳酸酯塑料现在用量比较大,所以现在一般7号塑料就是指它。

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比如说PET,你知道它是对苯二甲酸 ,它还有一个更常见的名字,涤纶。这种瓶子回收了做衣服。巴西的奥运会好多国家是拿瓶子去做了涤纶的衣服,更常见的是做什么?做涤纶的绳子。

这七种塑料,有六种会跟食品直接接触,但是它们并不都是安全,我给大家依次讲解一下。

1号塑料。

1号塑料。

这是1号塑料,就刚才我说的PET,也叫涤纶。它非常干净,里面几乎不用任何的添加剂,非常透明,刚生产出来的透明度可以达到90%以上,跟我们现在戴的眼镜非常接近了。所以,一般不会加任何的塑化剂。只有一种,就是在聚合的时候会加一种催化剂是含锑(Sb)的,但是一般的饮料是不会对它发生萃取作用,所以这种塑料材质总的来讲是非常安全的,这也是矿泉水瓶大量地使用这种材料的原因。

但是它有一个非常大的缺点不耐热。80度以上就会严重变形,到了140度之后基本就融化了。所以在我们平常使用的时候有一个注意的地方,就是不要去装热水。网上有报道说拿这个瓶子反复喝水会致癌,那些都是子虚乌有的。这个瓶子应该说是在我们塑料瓶子里面非常接近安全的一种材料。

2号塑料。

2号塑料。

这是2号塑料。八九十年代打酱油一般就是拿这个。这个叫高密度聚乙烯,也较HDPE。这个材料总的来说是安全的,但是不适宜装液体的食物。

因为它生产出来后本身是半透明的,为了让它的强度更高,不得不去加一些石灰或者是二氧化硅。如果用这种塑料制品去装油,包括装奶制品,都不可避免会发生萃取或者说让它发生溶解,因此,这种塑料相对来说就没有那么安全。现在的超市里面卖油用的一般都是1号,因为它既耐水又耐油。

4号塑料。

4号塑料。

这是4号塑料,也是我们平常生活当中最常用的塑料包装。它可以做得非常薄。这一类的塑料捻开的时候,有的很容易,一搓就开,有的怎么搓都搓不开,这是因为我们用了一些化学助剂去调整塑料的参数。虽然用的量很少,但是如果跟食品的可食用部分直接接触的话,是有一定风险的。所以,这种塑料用来装食物没有太大问题,但是不要直接跟食品的可食用部分接触。

5号塑料。

5号塑料。

这是5号塑料PP聚丙烯。聚丙烯被公认是最安全的塑料,它不仅没有助剂的问题,还可以耐高温,放在微波炉里面能够耐受140到150度的温度。目前很多的餐饮业也在推广使用这种塑料,但是成本相对要高一些。

6号塑料。

6号塑料。

这是6号塑料,聚苯乙烯(PS)。聚苯乙烯很多年前一直被妖魔化,一提到这种泡沫饭盒,我们都觉得它污染很严重毒性很大。但是与大家想象的正好相反,其实聚苯乙烯总的来讲还是比较安全。它唯一不安全的因素是在很高温度的时候会分解成苯乙烯,苯乙烯是有毒的,但是聚苯乙烯没事。

我们一般把聚苯乙烯做成泡沫使用,此外,喝咖啡的杯盖一般是PS的。为什么不拿它直接既做咖啡杯又做咖啡盖呢?不是因为成本的问题而是因为它虽然安全性好,但是却有一个工程性的问题,他的结晶性非常高,结晶性高就偏脆。

7号塑料。

7号塑料。

这是7号塑料,聚碳酸酯(PC)。聚碳酸酯前几年引起过一个比较大的事情, 2012年,欧盟提出来要开始监制聚碳酸酯的奶瓶。奶瓶用这个塑料非常好,因为PC是这里面唯一的一种工程塑料,它的加工性能远远超过其他塑料,耐磨性还有力学性都非常好。但是它唯一的缺点是里面含有双酚A。双酚A是生产PC材料的原材料之一,而且不像PS,双酚A在PC里面的残留是很难清除的,因为聚合方式不一样。

此外,双酚A是环境雌激素。激素只要非常小的量就可能对人体造成直接的影响。科学证明,当双酚A在我们的尿液的含量在1.43PPB( 十亿分之一)的时候就可能对健康造成影响。也就是说,如果塑料里面大概含有不到一微克这么一个量的时候,就可能对人的健康造成影响。

因为PC塑料地广泛使用,美国大概92%的成年人存在双酚A在尿检当中超标的问题。中国的情况也不乐观,我之前查过一个资料,广州出现这个问题的概率大概在85%,估计上海的情况也不乐观。

有些家长反映说,孩子没有到青春期就开始出现了一些性征,有一些研究认为,这可能是和环境激素有关系。另外,双酚A可能和一些癌症之间也存在关联。所以,在欧盟提出禁止PC的奶瓶之后,中国很快也禁止了。现在的奶瓶都换成了玻璃或者PP,但是问题并没有真正解决,因为像这种PC塑料在我们生活中还是用得非常普遍。所以,如果家里还有这种老式饮水桶的话,我建议回去最好更换掉。

演讲嘉宾孙亚飞:《食品包装背后的故事》

演讲嘉宾孙亚飞:《食品包装背后的故事》

接下来讲一下3号塑料 PVC,又叫聚氯乙烯,聚氯乙烯就涉及到我们刚才提到的塑化剂的使用。刚才上面六种塑料里面完全没有提到塑化剂的材料,真正跟塑化剂有关的只有这一种塑料和另外一种叫PVDC的塑料,但是那种塑料用的量非常少。

聚氯乙烯在生活当中的应用非常广泛,有这种很硬的管、水晶垫、PV的垫片等。

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这三种居然是一种塑料,如果我不提,可能很多人都难以想象。这三种塑料怎么能够做到这么大的形象差异?就靠一样,增塑剂。通过调整塑化剂的比例就可以生产各种各样的塑料制品。

上图左边这个里面的增塑率大概只有10%-20%,右边这种水晶垫的增塑率大概在40%左右。如果能够做到这种密封垫跟橡胶一样,弹性非常好,它的拉升可以拉到两倍、三倍的长度,增塑剂的比例能到50%-60%。增塑剂越多它的透明度也会越高,因为它不结晶了,几乎跟我们高温的固体一样,跟液体差不多了。

这样的材料在我们生活当中跟食品总的来说接触得不多,只有极少数的时候会使用。如果是老款的玻璃瓶的啤酒,把盖掀开之后,里面有一层小的垫片就是用PVC去做的。现在技术好了,用HPE,就是聚乙烯也可以去实现了。

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这个管道在一些食品工厂里面有时候会出现的。按照食品的法规,食品工厂里面都要采用硬连接,只能用不锈钢作为直接接触食品的要求。但是有一些工厂在调试或者为了省钱,可能会有一些PVC管。除了这种硬管之外,可能有软管,也可能会造成增塑剂在食品里面出现。

目前来讲,虽然也有人说聚氯乙烯可能是跟双酚A一样是环境雌激素,但是就我所看到的文献,没有特别的证据证明它和人体的激素有一定关系。但是可能会和一些疾病有关联,这是它的一个风险。

讲完这些,大家应该对我们身边的塑料有一个充分的认识。实际上塑料材质不是洪水猛兽。我们每年生产几亿吨各种塑料,只有大概不到1000万吨是含有增塑剂的。跟我们生活比较密切相关,跟我们食品直接相关的,只有极少数的几种有安全问题。

在用塑料制品的时候,关键是注意好以下几点:

第一:是装合适的东西。比如说矿泉水瓶,它什么都能装,但是有一些可能就不适合装油。聚乙烯塑料袋,就不适合装油了。

第二:注意使用温度。

第三:尽量避免光照。因为光照对塑料来讲会造成老化,老化之后的塑料安全性就没法保障了。一般来讲,我们家里面用的塑料制品尽量不要超过三年。

第四:塑料和金属一样,也会疲劳,你反复地去用机械力给它造成一些伤害的时候,它也会发生一些反应,也是有一定隐患的。这就是我们对食品用的这些塑料的一个比较全面的观察。

接下来谈到金属材质。提起金属材质,大家想到的应该就是铁,因为铁在我们生活当中用的最多, 除了菜刀、锅这些东西之外,最常用的是不锈钢。

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不锈钢在食品工业里面几乎是跟食品接触最多的。不锈钢里面含金属铬。金属铬对人体怎么样?这个问题我也想澄清一下,一般跟食品接触要求是304以上的不锈钢。它的铬的溶出是用硫酸做实验。如果在硫酸里面不到安全线的铬的溶出才能够被称作304钢。我们的食品不会比硫酸的腐蚀性更强,所以我们不用担心不锈钢对人体的影响。

另外一种常见的铁是马口铁。马口铁叫名字大家有点陌生,它也叫镀锡铁。很多人吃的罐头, 内层有点发黄的那种材料就是马口铁。

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“马口”据说是在澳门生产的,澳门的英语叫Macao,所以后来就翻译成马口铁。马口铁跟我们食品接触的是锡,为什么会用到锡?锡对食品来讲影响非常小,锡的活性很低。它唯一的一个问题是不耐低温,大家可能听说过拿破仑去俄罗斯征战,用锡制的纽扣到冬天掉了。那个故事不是很真实,但是有一个故事是真实的,就是去南极考察的时候,有一个英国的考察队用锡壶装汽油,到中转站之前就全部漏光了。因为锡在低温的时候变成了粉末。锡除了在低温的时候会变成粉之外,其他没什么问题。我们如果家里面有锡器,千万记得别放冰箱里。

总的来说,马口铁是比较安全。此外,锡其实有味道,有些人如果比较敏感是能感觉到锡的那种特殊的味道。

用铁制作设备,比如铁锅,如果你长期贮存,它会溶出铁离子,特别是游离的铁离子或者亚铁离子,吃多了对人体非常不安全。我们平常补铁,说实话,从安全的角度来讲,不建议补游离的铁,尽量还是从食品当中去获取铁元素。

美国人喜欢吃补剂,几乎每年都有小孩按成人的量吃补剂造成中毒。因为它是会产生自由基会有中毒的问题。从食品安全的角度来讲,用铁器尽量用马口铁或者不锈钢,这两个是比较安全的。

再一个就是铝罐。烧烤中用到的锡纸并不是锡,而是铝箔。因为锡除了不耐低温之外,它也不耐高温,200多度就化了,虽然有些人说铝会造成老年痴呆,但是铝箔在包食物的时候,实际上基数很少,再加上它跟食品、痴呆的关联现在也没有得到证实。

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易拉罐刚才我已经解释过了,它看似是金属的包装,但是它实际上真正跟食物接触的是里面的那层薄膜,所以它不存在铝污染的问题,但是却带来了更严重的问题。它里面用的是环氧树脂。如果大家见到一种防水的停车场,可能有印象,绿的那种。那个绿的是环氧树脂。

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这个环氧树脂就是咱们铝罐里面用的涂层,这个涂层非常的精密,在罐里面它大概只有不到一微米的厚度。它的生产技术不比造飞机简单,造飞机用的零件都没有这么精密,但是它给我们带来的问题却是非常大。

环氧树脂和聚碳酸酯一样,也是用到双酚A。易拉罐一般装的是碳酸饮料。碳酸饮料真的是碳酸吗?不是,它里面用的是磷酸。我们喝的可乐,它的酸度可以达到2.8。这个酸度,我们一般的人的牙齿其实是不怎么能够耐得住这么高酸度的。长期喝可乐,牙的保养是很成问题。既然连牙都可能会遭受到这种腐蚀,那么环氧树脂也会受到影响。

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在酸性的饮料下面,环氧树脂的膜非常容易被萃取,饮料里面的双酚A的浓度可能比PC装水里的更高。从这个角度来讲,我建议咱们家里孩子或者孕妇这样的一些特殊人群,在喝易拉罐饮料的时候千万留点神。

到目前为止,没有一个工业化的其他的材料能够替代这个罐子。所以可能在很长一段时间里面,易拉罐仍然会使用环氧树脂作为内透膜,这在食品包装上面其实非常严重的一个事情。此外,我国到目前为止,没有一个能够生产易拉罐的企业。80%以上的易拉罐是由美国的三家易拉罐厂生产的。这三个易拉罐厂其实已经形成了一个商业联盟,对公众,易拉罐使用环氧树脂作为内透膜这件事一直是被抹掉的。我们不得不承认,食品安全有时也是会受商业利益的影响。

除了刚才已经知道的这些事情之外,金属包装也有一些其他的隐患。比如说重金属,我们最常见的情况有 铅、汞、镉、铬、砷,砷实际上不是金属元素,但是一般在讲重金属的时候都会给它列入在内,它就是砒霜的不幸的来源。另外几种,铬我刚才已经提到了,不锈钢里面会含有。镉在锌里面有的时候会含有,还有就是电池里面也会含有。镍,其实食品里面几乎很少会遇得到,不锈钢一般是用铬,很少用镍。再一个是汞和铅,汞和铅过去很多是炼丹。除了刚才讲涂层的问题之外,还有就是颜料。颜料很多是含有重金属的,我们在用任何纸包装的时候,千万注意不要让颜料去和你的食物直接接触。

除此之外,也讲一下特氟龙。特氟龙这几年的争议很大,它叫聚四氟乙烯,也叫不粘锅。它在生产的时候用一个中介叫全氟辛酸脂,全氟辛酸脂毒性非常低。总的来讲,特氟龙本身的安全性是有保障的,它只有一个缺点就是强度不高,你炒菜的时候尽量不要用铁铲,用木铲就行,不会给它刮破,但是吃下去,实际上对人体不会有太大的影响。现在新的技术已经出来了,不再用全氟辛酸酯作为中介品质生产。

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最后讲一下纸包装。像油条、烧饼、牛奶或者糕点,都会用到纸包装。这里面大部分里面都是有涂层的,这个涂层不用太担心,它不是环氧树脂,它是高密度聚乙烯的膜。这个聚乙烯有什么好处呢?从纸包装上你就能看出来,它在喷涂了之后,经过高温就可以把这个边封上,这是聚乙烯的一个特点。

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这种材料应该说对我们身体不会有太大的问题。虽然说纸看起来很环保,但是它跟食物接触并不是一个好主意,因为它里面会用到包括像胶,胶不是我说的这个聚乙烯的,有一些是用胶水去涂着的,还有就是油墨,这些对人体都可能会造成影响。所以我们在平常去包装食物的时候,我一直也是这么一个态度,不推荐去用纸包装。

以上就是我们生活当中常用的一次性材料,总的来讲,塑料之所以能够大行其道,安全性是有保障的。可即便如此,我还是想强调一下塑料和环保的关系。我虽然搞了很多年的塑料,但是我一直是提倡大家少用塑料。因为在环保方面,塑料给我们造成的影响实在是太大了。

20年前,那会儿坐火车的人应该都有感受,火车道两边全是扔的泡沫饭盒,还有方便面盒,造成了非常严重的白色污染。现在这些年好多了,因为我们从聚苯乙烯换成了PP的饭盒,pp饭盒更薄了,而且回收塑料方式也变得越来越完善。白色污染现在要好一些了,但是有一些看不到的污染,就是海洋里面。海洋里面的海产品可能现在都面临这么一个危机,塑料污染积压的空间。除了4500米深的微塑料之外,在太平洋上面还有好几个塑料的漩涡,因为洋流的问题,它存在这儿永远出不去的。我记得是离夏威夷岛不太远的地方,现在已经造成了很严重的生态问题,包括一些海生物,特别是食物链比较高的哺乳动物,影响就是不可逆转。

我们平常的生活当中,其实并不需要那么多的包装。很多人也一直在追问,过度包装提高商品的价值,它的意义在哪儿?我们平常在家或者去超市,尽量还是少用塑料。最安全的材料肯定不是塑料,玻璃和陶瓷是经过高温烧制的,经过一千多度高温烧制的,所以你装任何的食物它都几乎不会有任何的溶解。

作为化学化工行业的一员,我想对全世界说一句话:希望我们所有的人能够行动起来,为地球做一点贡献。

谢谢大家。

演讲嘉宾孙亚飞:《食品包装背后的故事》

演讲嘉宾孙亚飞:《食品包装背后的故事》

科学生活指南是科学松鼠会在巴斯夫(中国)有限公司的支持下举办的系列线下沙龙活动。每期将会有一个生活相关的话题,由多位嘉宾从不同的角度分享科学知识和看法,展现生活背后的科学思维方式,传递可持续发展的生活态度。

人造肉就要来了?能吃吗好吃吗,中国市场上会不会有?

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美国农业部(USDA)和美国食品药品管理局(FDA)近日宣布,他们将联合对人造肉的生产进行监督,以便保证它们被安全地出售给全国各地的消费者。据《科学美国人》等媒体报道,美国目前有若干家创业公司在进行人造肉的开发,预计短期内就可以出现在市场。

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对于新鲜事物,人们往往充满好奇。这里,来解答几个对人造肉的常见疑问。

人造肉是怎么做出来的?安全吗?

方法是从动物身上抽取干细胞,把它扩增培养成为肌肉细胞,并且分化成肌肉纤维而成为“肉”。

理论上说,这样生产的肉能够更好地避免微生物污染以及使用抗生素,也不需要各种药物,能够更好地保障安全。但是,它毕竟是一种与传统不同的生产方式,生产过程中的“风险点”也跟传统生产不同。USDA和FDA要专门对它进行监管,也就是要分析评估整个产销过程可能出现的风险因素,采取相应的措施来控制和规避。

简而言之,等到批准上市,就意味着它们的安全性能够得到保障。

跟正常肉相比,营养上有啥区别?

从食品的角度,肉就是饲料转化而来的人类食物。传统的肉,是用饲养动物来实现这个转化;人造肉则是略过动物,在生物反应器中直接实现转化。肉中的主要营养物质,蛋白质、矿物质、维生素等等,二者都会有,不过在具体的组成上可能不尽相同。比如,人造肉集中生长的是肌肉细胞,而脂肪细胞会很少。

口感跟正常肉一样吗?

目前,人造肉还没有上市,品尝过的人很少。从理论上分析,二者的口感可能会有明显的不同。人造肉主要是蛋白质,脂肪含量很低,而肉的风味和口感受脂肪含量的影响很大。比如顶级的“雪花牛肉”脂肪含量就很高,而中国传统的黄牛肉脂肪含量就很低,二者的口感差别就很明显。此外,肉的口感跟其中的胶原蛋白与弹性蛋白含量密切相关,它们的含量越高,肉就越“劲道”。比如老母鸡和老鸭,跟速成鸡、速成鸭相比,生长期要长得多,肉中的胶原蛋白与弹性蛋白含量明显要高,口感也就更为劲道。可以想象,人造肉的口感比起速成鸡鸭可能还要更加“不劲道”。

为什么要制作人造肉?

人造肉概念的产生源于美国的火星计划。在飞往火星的宇宙飞船中,饲养动物显然不够现实,而通过生物反应器来生产肉就要现实多了。这个概念“民用”之后,能够解决现在牲畜养殖中存在的问题,比如:

抗生素和药物的需求会大大减少甚至消除;

牲畜养殖排放的粪便污染环境,而排放的气体也是温室气体的一大来源,人造肉的几乎不产生这类污染;

通过动物,饲料转化成蛋白质的效率比较低,而人造肉的蛋白转化率要高得多;

动物福利者一直反对屠杀动物,人造肉能够避免“不人道”的指控。

有没有可能出现在中国人餐桌上?价格方面会更贵还是便宜?

虽然人造肉的技术有了很大的进展,也有不少公司在投资推动商业化。但是迄今为止,成本也还是最大的问题。2013年,第一个用人造肉制作的汉堡成本高达30万美元。经过这几年的努力,生产成本大大下降,比如美国的“孟菲斯肉制品”公司(人造肉的主要厂家之一),宣称今年能够把一个汉堡的成本降到600美元。虽然这已经是巨大的进步,但数千美元一公斤的成本(一个汉堡的肉大约110克),还依然没有什么市场竞争力。

虽然在技术原理上可以“生产出来”,但是价格和口感,依然是人造肉面临的巨大挑战。美国媒体“预计短期内”就会出现在市场,这个“短期”,可能也还是以年为单位计算的时间。

为了从除草剂的“阴影”中活下来,玉米经历了什么?

本文来自微信公众号“物种日历”,未经许可不得进行商业转载

玉米这种从带着硬壳的大刍草培育而来的作物,远比我们想象的要多姿多彩。

不知从什么时候开始,中国的市场上出现了很多特别的玉米,如糯玉米、水果玉米、彩色玉米等,还有专门用来做爆米花的玉米。也不知从什么时候开始,大家给这些“非正常”(与传统老玉米不同)的玉米,都打上了似是而非的转基因标签。于是,一场论战开始了,各种所谓辨别转基因的“妙招”也应运而生。

这些基因从何而来?转基因作物是如何发展起来的?今天,我们就来啃一啃转基因玉米的诞生历史。

玉米(Zea mays)及一种野生大刍草(Z. diploperennis)。图片:Silverije & Jeffdelonge / wikimedia

玉米(Zea mays)及一种野生大刍草(Z. diploperennis)。图片:Silverije & Jeffdelonge / wikimedia

为什么是玉米?

其实玉米并不是最早的转基因植物,也不是最容易实现转基因的植物。恰恰相反,玉米的转基因道路远比烟草和矮牵牛这样的模式植物要复杂,而且最初的成功率很低。

世界上第一例转基因植物是含有抗生素药类抗体的烟草。图为红花烟草(Nicotiana tabacum)。图片:Joachim Müllerchen / wikimedia

世界上第一例转基因植物是含有抗生素药类抗体的烟草。图为红花烟草(Nicotiana tabacum)。图片:Joachim Müllerchen / wikimedia

玉米为什么会被选中呢?是因为外国人根本就不吃这种东西吗?当然不是。举个例子,玉米本身就是美国农业的核心作物,它与大豆、小麦、棉花常年占据美国农作物产量的头四把交椅——2011年,美国玉米产量3.28亿吨,大豆产量9032.82万吨,小麦产量6030.95万吨,棉花产量264.08万吨。而在中国,玉米也与水稻、小麦一起,占据了全部粮食产量的90%以上。

目前除了玉米,关于水稻的转基因研究亦有不少。然而小麦在这方面比较“落后”。为什么?因为它的基因组实在太复杂了。

A. 1960~2014年,中国三大农作物产量走势;B. 1960~2014年,美国、中国、印度三国玉米产量比较。图片:Xiaolin Wu et al. / Frontiers in Plant Science(2015)

A. 1960~2014年,中国三大农作物产量走势;B. 1960~2014年,美国、中国、印度三国玉米产量比较。图片:Xiaolin Wu et al. / Frontiers in Plant Science(2015)

首先要通过“城墙”

实际上,与很多科学技术的发展道路一样,转基因也是先有技术,后有应用和商业开发。

孟德尔告诉我们,生物的性状是由遗传物质控制的;沃森和克里克告诉我们,性状的秘密就隐藏在双螺旋之中,并且这些信息在很大程度上是四种碱基(A、T、C、G)排列组合的结果。但要真正实现转基因,其实并不容易。

转基因过程可以归结成三个步骤:第一步,把想要的目的基因(抗病、抗虫或者抗除草剂)和基因的“开关”塞进植物细胞;第二步,筛选出那些成功获得外来基因的植物细胞;第三步,把获得外来基因的植物细胞培养成一棵完整的植物。

要想实现第一步就需要一个高效的基因运载工具,因为所有生物的细胞都有一层起到“城墙”作用的细胞膜,它的完整性对于细胞的正常生命活性至关重要。要想在不破坏细胞的情况下“合理合法”地通过这个城墙,就需要特殊的运载工具。

还记得细胞膜上这些成分的主要作用么?图片:ncnr.nist.gov;汉化:物种日历

还记得细胞膜上这些成分的主要作用么?图片:ncnr.nist.gov;汉化:物种日历

1981年,转基因技术终于有了突破。科学家发现,一种叫根癌农杆菌的细菌可以作为通过细胞膜的“交通车”,把目的基因送进植物细胞。今天我们知道,转基因的过程依赖于这种细菌中的质粒(也叫闭合环状DNA),它才是真正能把目的基因投递到终点的“运载工具”(从此,质粒也成为很多生物狗的噩梦)。

找出那些转基因的细胞

光有基因片段可不够。生物体内的基因表现出自己的功能,其实有着严格的时间和空间顺序,比如头皮上不会长指甲出来,幼年的时候生殖系统不发育等等,这些都与作为基因开关的“启动子”和“终止子”有关。虽然植物基因的启动子非常难于琢磨,但是科学家意外地发现,来自细菌的启动子DNA片段可以很好地“打开”植物体内的基因。

这一组“开关”的原理简单讲就是:乳糖影响了终止子的功能,当两者未结合时,“开关”闭合,基因不表达;当两者结合时,启动子与相关的酶才能正常工作,“开关”被打开,基因得以表达。图片:T. A. RAJU / wikimedia

这一组“开关”的原理简单讲就是:乳糖影响了终止子的功能,当两者未结合时,“开关”闭合,基因不表达;当两者结合时,启动子与相关的酶才能正常工作,“开关”被打开,基因得以表达。图片:T. A. RAJU / wikimedia

现在我们能把基因送进细胞了,但并非每一个细胞都可以接受到新的DNA片段,如何排除那些没有成功的细胞的干扰成了一个难点。这里出现了一个天才的想法,那就是用一个基因来筛选细胞。

自然界有很多耐药细菌,这些耐药性也是由基因产生的。所以,科学家们在插入植物细胞的基因上加上了一段抗卡那霉素的基因片段。只要基因插入成功,那么这些全新的“混合体”细胞就一定能抵抗住卡那霉素的侵袭,反之则会被卡那霉素杀死,这样就能筛选出那些成功转化的细胞。

最后一步是把转化好的细胞重新变成完整的植物。1981年时,植物的组织培养技术已经非常成熟了,人们可以利用有限的细胞分裂出需要的细胞团块,并且再诱导它们长成我们需要的植物体。

获得转基因植株的主要步骤。图片:S.Jhansi Rani,et al. / Journal of Pharmacy Research(2013);汉化:物种日历

获得转基因植株的主要步骤。图片:S.Jhansi Rani,et al. / Journal of Pharmacy Research(2013);汉化:物种日历

转基因技术的目标有了,工具也有了,但是运送一个什么样的基因进入玉米,又成了一个大问题。

选什么基因好呢?

对于转基因玉米,不得不提的就是孟山都开发抗草甘膦(农达)玉米。

草甘膦的推出远早于抗除草剂玉米的出现。值得一提的是,草甘膦作为一种广谱除草剂,一度是孟山都的“拳头”产品,也是投入大量人力和物力去推广的产品。这种除草剂的强大之处在于,不管是单子叶植物(如玉米、小麦)还是双子叶植物(如大豆、西瓜)它都可以通杀。那问题来了,如何在有效杀死杂草的同时,又能让农作物健康成长呢?能不能让农作物产生对抗草甘膦的特性呢?

“长臂”正在喷洒“农达”。图片:USFWS Mountain-Prairie

“长臂”正在喷洒“农达”。图片:USFWS Mountain-Prairie

研究发现,在草甘膦的作用下,植物体内的EPSPS合酶(5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶)活性会下降,这将导致植物过量积累莽草酸,莽草酸最终把植物给毒死了。

如果基于传统想法,那我们就应该从千千万万的玉米幼苗中筛选出那些能抵抗草甘膦的个体加以培育。但是这无异于摸彩票,中奖的几率实在太低了。这一次,科学家们改变了思路。他们尝试通过给玉米细胞导入新的基因来改变这些酶的状态,使之不再结合草甘磷,从而让玉米细胞避开草甘膦的侵扰,真正实现定向杀灭杂草的目标。于是,抗草甘膦的基因被送进了玉米细胞中,形成了我们今天看到的大量抗草甘膦的转基因玉米。

从技术到应用

有意思的是,虽然孟山都的设想和实验都走在前面,但第一个真正实现这个目标的却是欧洲的实验室。

故事到这里并没有结束。实际上,一个作物品种,单单有一个优秀的基因是远远不够的。所以不管孟山都情愿不情愿,只有当老牌的育种企业、先锋种业进入转基因种子市场之后,才有了真正市场化的产品。

注有转基因标识(genetically modified organism,GMO)的抗除草剂玉米。图片:beyondpesticides.org

注有转基因标识(genetically modified organism,GMO)的抗除草剂玉米。图片:beyondpesticides.org

读到这儿你就应该知道,转基因作物并不是一种心血来潮的产物,也不是任何一位科学家的疯狂想法,这一切都是科技发展到一定阶段的必然产物。如何正确认识这项技术,更好地规避其中的风险,发挥技术的最大效能,才是我们应该深入思考的问题。如果大家想了解更多关于转基因作物的内容,可以去翻阅《收获之神》这本书,它记述了转基因作物的早期发展历史以及其中的恩恩怨怨。真相有时候比故事更有戏剧性,也更为精彩。

白藜芦醇有多神奇?来看看这个领域的那一地鸡毛

在各种“生物活性成分”中,白藜芦醇是极具号召力的一种。不管是红葡萄酒还是提取物,白藜芦醇都经常被当作“有科学证据支持”的保健品而受到追捧。2012年,一位相当具有影响力的美国教授被证实学术造假,而白藜芦醇的功效研究正是他的重点领域。虽然其他学者认为这一颗老鼠屎不会坏了白藜芦醇这一锅汤,不过白藜芦醇的研究到底能否支持那些营销广告,依然是一个值得探究的问题。

白藜芦醇研究专家被清理门户

美国康涅狄格大学卫生中心是白藜芦醇功效研究的重镇之一。其心血管研究中心主任、外科系教授迪帕克•达斯(Dipak K. Das),在过去的三十多年中发表了数以百计的研究论文,其中大量是关于白藜芦醇的。2008年,康涅狄格大学收到了一份匿名举报,说达斯的实验室甚至没有人能够熟练进行蛋白免疫印迹(Western blot)的操作,却发表了许多该操作的图片。大学迅即组成调查组,开始了广泛深入的调查。

2012年,调查完成,形成了长达60000页的报告,光是摘要就长达60页,结论是达斯教授发表的论文中有145处篡改和伪造数据。据此,大学冻结了达斯教授的科研经费,并且拒绝了他向联邦政府申请到的89万美元的科研经费。除此之外,大学还向11家学术刊物通报了调查结果,导致了20篇论文被撤销。

2012年5月,达斯教授最终被康涅狄格大学开除。他拒绝承认学术造假,在2013年宣称起诉康涅狄格大学,指控大学侵犯了他的名誉权,并索赔3500万美元。后来,又发起另一起诉讼要求恢复工作。不过,还没有等到开庭,他就离开了人世,终年67岁。

斯教授发表了大量关于白藜芦醇的论文,很多论文经常在白藜芦醇的营销中被引用。这一学术丑闻使得白藜芦醇的研究受到了许多怀疑。

白藜芦醇的研究起源于脑补的营销概念

达斯教授虽然名气不小,但毕竟也只是众多白藜芦醇研究者中的一位。白藜芦醇是否有效,并不由这一起学术丑闻所改变。

不过,白藜芦醇的研究颇有“先打靶,后画圈”的意味。1939年,有日本学者从一种有毒植物白藜芦中分离出了一种新的化合物,根据其化学结构命名为“白藜芦醇”。在此后的几十年中,虽然在其他一些植物中也发现了它的存在,不过也就只是一种普通的化合物分子而已。 1980年代之后,有一些学者开始研究它的生物活性,不过也没有引起太多关注。

峰回路转发生在1990年代。1991年,美国有个电视节目介绍了著名的“法国悖论”:法国人吃很多高热量、高脂肪、高胆固醇的食物,但心血管疾病的发病率却不高,并且给出了一个可能的解释——法国人大量喝红葡萄酒,是葡萄酒起到了保护心脏的作用。

图片来自pixabay

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一消息引发了公众的巨大关注,葡萄酒商们当然更高兴,大力推动“红葡萄酒有益健康”这个概念。喝葡萄酒所伴随的生活方式、葡萄酒爱好者的经济状况、葡萄酒中的酒精、单宁等成分,也都作为“法国悖论”的原因得到了许多研究,不过结论都不那么赏心悦目,基本上属于“或许是,不确实”的状态。

在这样的热潮中,白藜芦醇得到了空前的关注,研究论文多达几千上万篇。

研究虽多,结论依旧雾里看花

白藜芦醇是一种酚类化合物。某些植物在收到真菌、病毒之类的外来侵袭时,产生白藜芦醇来进行防御。这样的代谢产物一般具有抗氧化、抗菌功效,所以对动物或者人有生活活性,也毫不意外。关键是:有什么样的活性?需要吃多少才能体现出活性?在这个量下会不会有毒副作用?

迄今为止,白藜芦醇的活性研究中,最多的“保护心血管”“抗癌”“抗衰老”这几方面。在2010年之前的十几年中,研究基本上集中在细胞实验和动物实验。细胞实验可以直接显示物质对细胞的作用,动物试验可以用大剂量去研究“可能的功效”和安全性。这些实验可以用来引导人体试验的设计,但要证实白藜芦醇对人体健康的作用和安全性,还必须进行大规模的人体试验。

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2010年,世界上研究白藜芦醇的科学家们举行了一个“白藜芦醇与健康国际研讨会”。交流讨论的结论是:“在细胞实验和动物实验中展示了希望,但需要人体试验”。过去几年,出现了一些小规模的临床试验。2012年12月又召开了第二届研讨会,有了更多更新的研究,然而总的结论还是依旧。到了2014年底,又举行了第三届研讨会,出现了更多研究,动物试验结果和作用机理的研究也更为广泛,但对于人体中的作用,也依然还是雾里看花。商家可以拿着这些研究去忽悠公众,而科学界的从业人员却总是在说“这些研究不足以做出有效的结论”。

消费者应该怎么选择

按照白藜芦醇与健康国际研讨会的的总结,有充分的证据支持白藜芦醇在动物试验中的健康功效。不过,动物实验中的“有效剂量”都很大,换算到人身上,相当于需要每天几百到两千毫克。而一瓶红葡萄酒中,总共只含有几毫克,白葡萄酒中更只有零点几毫克。

也就是说,哪怕是“大量”喝红葡萄酒,人们从饮食中获得的白藜芦醇是很有限的。这么低剂量的白藜芦醇能否产生健康功效,无法由动物实验和细胞实验来推测。而要达到动物实验中“有效”的剂量,只能通过白藜芦醇补充剂来实现。基于这样的思路,保健品商家就推出了各种各样的补充剂产品。

面对这些形形色色的白藜芦醇补充剂,消费者需要明白的是:

第一、补充剂经过提取加工和服用,其代谢与剂量效应关系有可能不同;

第二、即使是这些补充剂,其每日推荐的服用量在几十到几百毫克之间,与动物实验中的“有效剂量”仍有差距;

第三、大剂量服用白藜芦醇补充剂的安全性,只有短期的实验证据,长期服用是否产生危害,现在还无从得知。

简而言之,基于目前的科学证据,服用白藜芦醇补充剂不是一个明智的决定。合理食谱、营养均衡,才是最稳妥、更合理的选择。

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洞察火星——为了同源殊途的历史

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北京时间11月27日凌晨,洞察号探测器就要在我们的红色邻星表面着陆了。

它是人类向火星发射的第8个火星探测器,作用和前辈们大不一样。它不像凤凰号那样专注于“听风舞尘”(测听大气流动、分析火星土壤成分),也不像好奇号那样天天优哉游哉(其实并不)给地球发到此一游的照片。它的主要作用,是弄清楚火星内部的物理性质——如它的岩石圈粘度、密度、热导率等。

火星地表的“世界地图”。图中白点代表目前已经登陆火星的探测器的着陆点。INSIGHT是洞察号的预计着陆地。图片来源:维基百科

火星地表的“世界地图”。图中白点代表目前已经登陆火星的探测器的着陆点。INSIGHT是洞察号的预计着陆地。图片来源:维基百科

斥资数亿美元,把一个能装进飞机肚子里的小不点送到亿万公里开外的火星,难道就是去测几个物理参数么?

(是的。智慧文明就是这么浪,这是咱的特权。)

俗话说得好:“识人识面不识心”。人们对火星并不陌生:这颗红色的光斑早在几千年前就映在了老祖宗的眸子里,早在几百年前就在伽利略的镜筒里扩展成了一个两极清晰可辨的球体——然而,就算在好奇号已然给人们传回了大量火星表面照片的当下,人类也依然回答不了这么一个很基本的问题:火星内部到底是什么样子?

而这,就是洞察号的使命。

上天容易入地难

入天外的地,难上加难。

地球咱们都熟悉。这颗蔚蓝色的行星,其实有着一个“鸡蛋状”的构造。一如鸡蛋分为了蛋壳、蛋白和蛋黄,咱们的地球,也分为地核、地幔、地壳3个圈层。

这样的知识就像常识一般印在人们的印象中,就仿佛人人都能看到地核、地幔和地壳一样。但仔细一想,其实根本不对劲。人类迄今为止往地下打的最深的钻探,也不过仅仅钻了12公里深。12公里是个什么概念呢?大概相当于北京西三环到东三环的距离。相比之下,地球大陆地壳的常规厚度是30-50公里,而地球的直径则是12 567公里。

连地壳一半儿都没有钻穿,你还指望看到地球内部的世界?显然不可能嘛。那人们是怎样知道地球内部的圈层结构呢?

靠地震波。

地震波是一双“顺风耳”,可以看到肉眼看不到的世界。就像声波是空气的振动一样,地震波便是大地的振动,它们都属于机械波。机械波在不同介质中的传递速度不一样,遇到介质交界面时,则会发生折射和反射,和光的功能非常类似。我们双眼之所以能够看到不发光的物体,便是因为射向物体的光线经过反射之后进入了眼睛,从而勾勒出物体的轮廓。既然机械波在地下也可以反射,倘若我们拥有一双能够“看到”(其实比喻成“听到”更合适)机械波的“眼睛”(耳朵),岂不是就能知晓地下的轮廓和结构,知晓纷繁多彩的地下世界了?

是的。所以人类派出了洞察号,让它贴着火星地面去“听一听”那颗红色星球上的地震。

洞察号到火星,将探测火星地表之下的内部构造。图片来源:维基百科

洞察号到火星,将探测火星地表之下的内部构造。图片来源:维基百科

但另一个问题是:火星已经几乎没有内部地质活动了,哪里来的地震波可以收听呢?

首先,“火星内部没有地质活动”本身就是一个没经过证实的推测,而不是科学事实。洞察号的前任们,从来没有就相关问题开展过研究。洞察号这次去火星的目的之一,本身也是为了弄明白到底火星上会不会出现一些天然内部地震。

其次,就算没有火星内部活动,地壳的震动也是可以通过外界因素诱发的。在地球上,人们部署地震勘探工程时,便通过人工震源来释放机械波。火星上显然没有人工震源,但有一些“热心分子”会积极地前来帮忙——它们便是小行星。由于没有大气层的保护,每年都会有一些小行星能够成功撞上火星地表,然后激发地壳,发生振动。对于洞察号来说,每一次小行星撞上火星,就是一次难得的“收听机会”。

另外,洞察号还携带了一个热传导测量仪,能够搞清楚火星地核中的热量到底要经过多久才能传到地表。于是,洞察号一方面通过接收地震波在火星内部不同结构之间反射,勾勒出火星的圈层结构;一方面,通过计算热导率来估算深部物质的组分。两者一结合,火星的内部,基本上就对人类“开放全息”了。

洞察远方,实乃洞察历史

了解火星内部的圈层属性,并不是人类的终极目的。根本的目的,是想让火星讲讲它亿万年来的演化回忆录。而这份回忆录,或许写满了早年火星与地球一同共享、却已经被地球忘却了的故事。

太阳系有8颗行星。这8位太阳神的巨子,有着不同的身份特征。靠内的这4位,即水星、金星、地球和火星,是由岩石构成的。而靠外的4位,即木星、土星、天王星和海王星,则主要由气体和冰构成。8颗行星都是在45亿年前的太初时代,由无数尘埃围绕着太阳逐渐吸积变大而形成。有这么一个常识,就是离太阳越远越冷(废话),所以靠近太阳的部分只有岩屑才能幸存下来,冰尘只能集中在远离太阳的外侧地带。这就导致靠内的4颗行星最终形成了岩石质地的躯干,而外部的巨行星则是冰核和云气的聚合物。

地球和火星,这紧密相邻的两兄弟,都是岩质行星,共享着相同的起源和相同的原始组分特征。但后续的情况用不着解释也知道:一个生机勃勃、演化出了智慧生命;另一个荒芜冰冷,几乎毫无生气。

或许我们会说,这是“宜居带”使然。的确,在太阳的温度梯度下,地球确实落在能够让水维持液态的距离内。但根本的问题是,如果一颗星球连液体都“抓不住”、如果一个星球表面压根就储存不了热量,纵然你落在宜居带内又有什么用呢?围着咱们转的月亮也在宜居带内,可液态水能在月亮上保存吗?并不能呀。

事实上,是这么一个根本原因,决定着行星最终的分化方向。它并不是什么高深的物理变量,而是任何人都再熟悉不过的,我们对万事万物的最直观印象——

个头儿。

行星的个头,决定了它们最终分化的方向。图为地球和火星的大小对比。图片来源:维基百科

行星的个头,决定了它们最终分化的方向。图为地球和火星的大小对比。图片来源:维基百科

行星的大小,几乎决定着它们“生命”中的一切!个头大,表明最初吸积时能储集更多的内能;个头大,表明内部放射性物质的绝对含量会更多;个头大,表明裹在地核外头的“隔热层”非常厚,不容易放凉;个头大,表明着引力大,能够聚集更多地表物质,比如水圈和大气圈等…… 一言以蔽之,大个子的行星更热、更持久、引力更强。

这就带来了很多好处:热量更持久,可以让内部维持超长时间“待机”,也就是长时间维持内动力地质作用,然后驱动岩石圈分裂为板块,诱发构造活动,不断更新地表环境。引力更大呢,可以让地表维持稳定的大气层,从而为地表多变的气候提供基础条件。当地下和地表都具备了长时间活跃条件时,还要看第3个影响因素:只有个头足够大的岩质行星才能持续维持一个熔融态的外地核,从而形成一个包裹全球的磁场,保护着地表的水圈和大气层不剧烈的太阳风给刮走。

事实很明白:所有这些优势,都是属于咱地球的。可对于想追溯历史的人来说,活跃就是一个很麻烦的事情了。活跃不息的地质运动支撑着生物圈38亿年来的活跃;但地质运动——加上生物圈本身,都是爱折腾的主儿。今天沧海、明天桑田,40多亿年来回变幻翻动,早把太初时代那些珍贵地质史料摧残得面目全非。

小不点火星呢,早在30多亿年前就已经冷却了。人类需要的恰恰是这份早年的冷却。它凝固的地核,是历史;它死气沉沉的岩石圈,是历史;它僵硬不动的地层,是历史;它干涸的湖盆、它永眠的火山,还是历史。

人类不是没有想过,亿万年前的火星上,同样有着持恒不挠的造山与填壑。所谓的板块运动,是地球自家维持生命的无二珍宝。

——但前提是,你要确认它的岩石圈内部有遭受应力而褶皱的痕迹。

人类不是没有想过,亿万年前的火星上,同样有着温暖的季节与汹涌的大洋。所谓外动力地质作用,是今日地球自家表层活跃不羁的现实。

——但关键是,你要确认它的岩石圈浅部也有相应的沉积盖层。

人类也不是没有想过,亿万年前的火星上,曾经萌生了最原初的生机。那第一抹曙光是否依旧存在,它沉睡在何处?人们期望过,猜测过,也一次次的试探过。

——但问题是,我们终归没在火星找到确凿的能支撑早期生物存活的环境遗迹。

所以,问题太多,而真正看到的、证实到的,又太少。既然知道真相就埋在那里,现在条件成熟了,何不过去看一看,瞄一瞄呢?一来二往,这眼界便有了突破。在这个节点上,名为洞察号的探测器飞了过去,并在火星上着陆,或许便是我们的历史起源真正揭晓之时。(编辑:Steed)

“为什么学植物?为了吃到各种悬钩子啊。”

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我选择植物学作为自己的终身事业,很大一部分原因是希望借此在野外找到好吃的,而悬钩子属不仅每个种都能吃,而且大多数种类都很好吃。因此,一定程度上可以说我就是为了悬钩子属才学习植物学的。

至于“能好怎”的问题:“好”是没得说,熟透的悬钩子果实都多汁可口,要说缺点顶多是有些种类太酸;“怎”也简单,直接撸下来塞嘴里就行,野生种类果肉太柔嫩,根本不可能贮存运输,也就省得打什么深加工的主意了。

如何确定你面对的就是悬钩子

“能”的问题就说来话长了,对于野生果树,这个问题实际上是如何在野外辨别它们。悬钩子属的特征非常好记:灌木或木质藤本,茎和叶片背面的叶脉上有皮刺,果实是由多个离生心皮发育而成的浆果状聚合果。至于花长什么样我就不说了,在野外看见悬钩子的花意味着你来早了两个月,很郁闷的对不对!

如果觉得术语不好理解的话,悬钩子属的果实就是这样攒在一起的小珠子。这是属模式种黑莓Rubus fruticosus的果实。图片:wiki commons

如果觉得术语不好理解的话,悬钩子属的果实就是这样攒在一起的小珠子。这是属模式种黑莓Rubus fruticosus的果实。图片:wiki commons

很多悬钩子的果实彻底成熟后是黑色的,这样才够甜,红色的时候比较酸。黑莓Black berry即得名于此。图片:wiki commons

很多悬钩子的果实彻底成熟后是黑色的,这样才够甜,红色的时候比较酸。黑莓Black berry即得名于此。图片:wiki commons

尽管辨认到属并开吃很容易,但要确定吃进嘴里的到底是哪种悬钩子却非常困难,这对资深的植物分类学家来说亦然。悬钩子属的分类仍然是世界性的难题,按照不同的分类系统,这个属在全世界有250~700个物种——由这个数字的范围就能看出分类学家在这个属上存在多大的分歧。悬钩子的繁殖方式非常混乱,既容易杂交,又容易孤雌生殖,于是产生了大量的同源和异源多倍体。这让通过形态来辨别物种成了一件几乎不可能完成的任务。

在《中国植物志》记载的约150个物种里,常见的物种分化式样是一个广布的、变异幅度大的物种周围,围绕着若干个狭域分布的近缘种;由于花果相似,很多时候要依靠叶片的形态来区分,但往往是那个广布种的叶片变异幅度就比其他近缘种加起来还要大。

几年前我试图做一些这个属的工作时遭遇了这个拦路虎,一位我所尊敬的老师给我的建议是:“不如你完全抛弃现有的物种划分,先用分子手段把系统树建立起来,再重新分种吧。”我估算了一下采样的难度,又数了数我的经费,默默地放弃了。

对,就是吃过这么多种悬钩子

伤心事不提了,我还是说说这些年吃悬钩子的美好回忆吧。

2005年起我在中科院华南植物园读博士,报到没多久就被老板赶着出野外,于是我带着师弟去了南岭国家级自然保护区。彼时正是春末夏初的好时节,我们实验之余就在周围山上瞎转。这天在一片杉木林下发现了几丛悬钩子,跟我之前见过的种都不一样。这个种是单叶,皮刺很少;果实也是单生的,酸甜之余有一种很难形容的味道。师弟说:“有点像某种农药味,但是很淡,不影响食用。”我们遂暂定其为“农药悬钩子”。当时还没有数码相机,我用一台破海鸥摁了两张,回来后扫了底片。

这个种我鉴定为中南悬钩子R. grayanus,在广东、湖南、福建、浙江一带的山地森林中广布,是一个叶形变异极大的种。它的分布区和一些近缘种的有交错,有很多的过渡类型,难以区分,所幸我们吃的这一株是比较典型的。摄影:顾有容

这个种我鉴定为中南悬钩子R. grayanus,在广东、湖南、福建、浙江一带的山地森林中广布,是一个叶形变异极大的种。它的分布区和一些近缘种的有交错,有很多的过渡类型,难以区分,所幸我们吃的这一株是比较典型的。摄影:顾有容

南岭作为广东省的北部屏障,是温带植被向亚热带植被过渡的地区,悬钩子属作为北温带的代表性类群,在这里的多样性也很高。

南岭的悬钩子里我最喜欢的是空心泡R. rosaefolius,也叫蔷薇莓,果实很大很好吃,没有农药味。果实成熟期是6~7月,成熟的时候部分小浆果会脱离花托而使得整个聚合果呈现空心,故得名。在蔷薇属里有个种的学名跟空心泡的是回文,即悬钩子蔷薇Rosa rubus,其重瓣栽培品种就是著名的荼蘼花。

空心泡R. rosaefolius,这个种是羽状复叶的灌木或藤本,分布遍及长江流域以南、东南亚乃至整个环印度洋区域。图片:wiki commons

空心泡R. rosaefolius,这个种是羽状复叶的灌木或藤本,分布遍及长江流域以南、东南亚乃至整个环印度洋区域。图片:wiki commons

时间再往前一点,我大三暑假在峨眉山野外实习。那时候比较穷,在山上只能买得起1块钱一碗的冰粉聊解饥渴,而且冰粉也不是随时都能买到,所以遇到结果的悬钩子大家都很高兴。记得那天从金顶下行到万年寺,一路上吃了总有十来个种吧,不过景区不让采标本,多数都无法确定种类。后来我在成都工作那几年,基本上把四川盆地西边的悬钩子种类吃遍了,边吃边鉴定之下,几个印象深刻的种也就能对上号。

吃得最多的是喜阴悬钩子R. mesogaeus,中国西南山地的广布种。名为喜阴,但在阳坡上也长得很多,尤其多见于阔叶林被砍伐后的迹地,是一个先锋物种。这个种的果实成熟后是黑色的,甜度适中,胜在量大。这个种还是重要的蜜源植物,花极多,每朵花都能分泌大量的花蜜,而且糖浓度超过50%,蜜蜂特别喜欢。据我们的调查,有关地区7月出产的蜂蜜里大概有90%来自喜阴悬钩子。

喜阴悬钩子R. mesogaeus的花蕾和果。《中国植物志》说这个种果实无毛,但也不尽然,上图就是个非典型。依海拔不同,果实成熟期在7~8月间。摄影:顾有容

喜阴悬钩子R. mesogaeus的花蕾和果。《中国植物志》说这个种果实无毛,但也不尽然,上图就是个非典型。依海拔不同,果实成熟期在7~8月间。摄影:顾有容

秀丽莓R. amabilis也是个花果皆大的种,聚合果能有3cm长。分布区和喜阴悬钩子相同,果实成熟略晚,味道偏酸。

秀丽莓。摄影:顾有容

秀丽莓。摄影:顾有容

高粱泡R. lambertianus因为果序像高粱穗子而得名,但我不知道把果实的照片存在哪儿了……它是悬钩子属里开花结果最晚的种之一,果实最迟到10月才成熟,果小味酸,聊胜于无。

高粱泡的花。摄影:顾有容

高粱泡的花。摄影:顾有容

好了,已经写到口舌生津了,但最早成熟的悬钩子也要等到(明年)5月,真是令人捉急。

有关最近的基因编辑,一点看法

本文经授权转载自作者本人公众号“卢平的神奇生物”。如需转载,请联系原账号。

凌晨从光怪陆离的梦境中惊醒,发现国内学者宣布基因编辑婴儿诞生的新闻刷了屏。作为一只生物汪、科普汪,我票圈的大部分反应都是震惊和反对的,也看到了诸如“魔鬼”这样的字眼出现在评论中。下面说几句自己的想法。

这事对不对?肯定是不对的。

在科学研究、尤其是涉及生物活体的科研当中,伦理审查是很重要的一步。一个研究在立项的时候要提交报告经过“学术伦理审查委员会”(IRB, institutional review board)的审核,确定这个研究不违背伦理道德和法律。在美国,这个IRB常常是非常严格的,严格到你的实验如果可以用10只小鼠完成而你计划用20只,都会要质疑一下。业内人士心里应该都明白,贺教授这个研究,在欧美国家是绝无可能通过IRB审核的——这个研究是不符合科研和医学伦理的,是不对的。

图片来自Wikipedia

图片来自Wikipedia

但是这个世界上就是每天都有很多不对的事情发生啊。事实和对错判断的混淆,是很多问题和争论的根源。

能不能阻止?现状来看,是没有成功阻止的,恐怕也很难阻止。

这件事让我想到了我的一次助教经历。当时我在批学生作业,有一道题里,教授提到人类基因组计划和基因组时代可能带来的负面影响,让学生发表一下看法。大部分同学都提到了个人基因组信息的隐私问题,提出应该加强监管,避免基因组隐私泄露。但是有一个回答说了不同的意思,大意是说,如同个人的照片等等其他信息一样,隐私的泄露是个事实,基因组信息也是如此。与其禁止,不如促进研究,尽早利用这些信息攻克疾病,让基因组层面的“不平等”从根源上消失。当时只有研究生二年级的我看到这个答案也十分震惊。在扣分之前,我去请教了同为助教的师兄和出题的教授。教授说,只要说出自己的道理,任何讨论都是合理的。这就是我的助教第一课。

时至今日,我个人仍不会完全同意这个答案,也不会支持草率开展基因编辑的人体实验。但是有一点可能是个“我们承认与否都没差”的事实:给定现在的技术水平和环境,类似的尝试可能很难阻止了。在看到这个新闻后的几分钟内,我自己并没有震惊或者其它负面情绪,反省了一下,可能是因为觉得没必要对一个既成事实(假定贺教授没有说假话忽悠大家)懊悔恐惧,不如好好想想如何应对——在情绪之外,无论作为普通群众还是业内人士,每个人都有可以去思考的事和该做的准备,比如说今后如何看待基因编辑技术,以及如何看待可能已经喜获新生的宝宝。

对于技术本身,正如我们的那位学生所说,如果一件事情已经是既成事实,那么应该努力消除其负面影响。基因编辑的副作用仍然未研究清楚,这也是这次贸然对人类使用在学界引发的主要担忧。然而如果就此对CRISPR技术本身持负面态度,或者对正规使用和研究CRISPR技术的研究者产生敌意,同样是肯定不合适的。如果说目前技术的草率上马带来了不如人意的副作用,那么只有对体系进一步研究才能在未来改善技术,杜绝更多问题,包括理解和补救已经产生的副作用。

再多说一句,CRISPR技术门槛不高,很多实验室都在用,在小鼠之类的模式生物上应用广泛。拿来在人类身上试验成功,也不算什么重大的“技术突破”,争这个第一,只能说是无视伦理道德的抖机灵,并没有给任何人争光。

对于孩子,关于“两个编辑过的孩子以后生育会污染人类基因”的观点,也没什么根据。这次编辑的基因组靶点是CCR5基因,引入的32个碱基对缺失突变是人类基因库中已有的变异——这个自然起源于北欧的遗传变异,已经存在于10%的欧洲人群当中。至于编辑可能产生的脱靶效应(基因组中并非靶点的位置被随机编辑),我们确实不知道脱靶导致的其他变异的效果。但是我们知道的是,从概率上说,每个自然出生的孩子的基因组中都会带有好几个新产生的随机突变;加上父母遗传的变异在内,一个人体内带有几百个有害突变是很正常的事——这些突变的效果,在受精卵产生之前同样也没人知道。演化从来都不是完美的,我们人类的基因,实在是不需要什么编辑技术去“污染”。令人担忧的只是编辑技术对这两个孩子自身健康的损害;如果他们能健康成长,那么他们就是跟任何人一样的正常人类。

总结一下的话,CRISPR技术进行人体实验存在诸多风险,科研伦理上无论如何是说不过去的,应该就事论事,严格调查任何违背学术伦理和规范的行为,加强必要的监管;同时,这个技术是目前在生物医学领域应用广泛、贡献巨大的研究手段,只有继续开展合乎规范伦理的研究,才能为人类创造更大价值;另外,接受编辑的孩子承受了不该有的风险,祝愿她们健康成长,享受所有人都有权利享有的、幸福的一生。

希望技术和孩子,都不必面对不该面对的敌意,也不必受到不该受到的利用。

希望我只是杞人忧天吧?

《风味人间》背后:灰碱棕为什么是金黄色?

在《风味人间》的第二集《落地生根》中,拍摄了“灰碱粽”。片中的农民把砍来的树枝烧成灰,用水溶解,反复过滤得到“灰碱水”。用灰碱水把糯米浸泡过夜,在包粽子,就得到了灰碱粽。

灰碱粽(《风味人间》截图)

灰碱粽(《风味人间》截图)

片子中对灰碱粽的描述是“谷壳般金黄的色泽”。

碱粽(《风味人间》截图)

碱粽(《风味人间》截图)

我们知道糯米是白色的。如果不加调料,也不加其他有色的食材,那么“清水白粽子”是白色的。

水白粽子(图片来自于网络)

水白粽子(图片来自于网络)

灰碱粽也没有加调料和有色食材,只是用灰碱水浸泡了糯米,为什么就变成了金黄色呢?

树枝中主要有木质素等有机物,经过燃烧变成二氧化套和水跑掉了,最后剩下无机物成为“灰烬”。这些灰烬中含有大量的碳酸钾,化学性质跟作为纯碱的碳酸钠很接近。碳酸钾很容易溶于水中,加水过滤之后,收集起来的“灰碱水”主要就是碳酸钾的水溶液。碳酸钾是强碱弱酸盐,水溶液是碱性的,不懂化学的古人称之为“灰碱水”,也还是名副其实的。

制作灰碱水的过程,就是“从天然产物中提取食用碱”的原生态化工生产过程。在世界各地,古人们也都找到了类似的做法,用这样的碱水来制作食物,以及用于其他需要碱性的用途。

糯米的主要成分是淀粉,接近80%,基本上都是支链淀粉。支链淀粉的分子很大,主干上有分支,分支上有分叉,分叉上再分小叉……在加热的时候,支链淀粉比直链淀粉更容易吸水膨胀,然后互相牵扯,形成“胶状”。除了淀粉,糯米中还有7%左右的蛋白质。在高温下,蛋白质变性伸展,也会互相交联形成网络。支链淀粉和蛋白质的伸展和交联,是糯米吸水粘黏的分子基础。分子伸展得越好,互相之间的牵扯就越充分,形成的“食物胶”就越均匀。在碱性环境中,淀粉和蛋白质都更容易舒展开来,交联融合得更为充分,形成的“食物胶”粘弹性更好——在日常用语中,大家把这种粘弹性叫做“Q弹”。

糯米中含有一些黄酮类的物质。在酸性和中性条件下,黄酮类的物质是无色的,所以我们看看到的糯米的白色。在碱性条件下,它们就会呈现出黄色,从而掩盖了粽子的白色。这跟碱面和超薄的馄饨皮总是黄色,是同样的原理。

除了灰碱水,其他的碱性物质也能让粽子有更好的口感和呈现金黄的颜色。比如有一些地方,还保留着“硼砂粽子”的传统做法。硼砂除了起到灰碱水同样的作用,还有很好的防腐效果,在过去很受欢迎。但是,硼砂的有毒剂量比较小,在现代的食品监管中已经被禁止用于食品了。如果碰到电商、微商或者街头小贩推销这种“原生态”“古法”的“硼砂粽子”,不仅不要买,还应该进行举报。

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