臺灣化學教育
Chemistry Education in TaiwanBlog Archives
個人化的保養品──DIY樂趣多 鍾曉蘭 新北市新北高級中學 教育部高中化學學科中心 chshirley2007@yahoo.com.tw n 簡介 在日常生活中我們常會使用許多的保養品，對保養品的認知與選擇，多數人仍然停留在“人云亦云”、或者“廣告這麼說”，那保養品成分是甚麼？到底我們花了大把銀子買來的保養品中是否藏著有害物質？保養品中的有效成分又是哪些呢？為什麼有些人願意買昂貴的手工肥皂卻不願使用市面上五花八門的沐浴乳呢？手工肥皂的優點與魅力在哪裡呢?市面上人人說讚的保養品真的適合每個人嗎?在這個專欄中我們將一一探討，為讀者解開保養品的神秘面紗。 在這個專欄裡，我們將陸續簡介保養品中常見的化學相關成分與用途，再介紹各種保養品的實作步驟，希望讀者從專欄中瞭解並學會如何自行製作可使用抗菌洗手乳、防蚊液、乳液、卸妝油、天然面膜、凍膜、護手霜、護唇膏、洗髮精、手工香皂等日常生活即可使用的保養品與清潔用品，並說明其相關化學概念，希望讀者能對保養品與清潔用品有更多的認識，並享受自製個人化保養品的樂趣。圖1和圖2是已舉辦的保養品DIY部分活動。 圖1：化學親善大使在科教館DIY活動（照片由蔡孟哲拍攝及提供，計畫補助單位為科技部） 圖2：新北高中校慶之保養品DIY活動 n 認識界面活性劑 油和水無法充分溶合在一起，因此需要使用「界面活性劑」作為油與水調和的中間物質。藉著界面活性劑分子的親油基（hydrophobic group），能與油結合的部分，和親水基（hydrophilic group），能與水分子結合的部分，讓油能均勻地分布在水中。 以肥皂的結構為例，硬脂肪酸鈉（C17H35COO–Na+）的結構一端C17H35COO– 是分子長鏈部分為親油基，可伸入油污並互溶；另一端球狀帶電為親水基，可溶於水中。常見的肥皂和清潔劑的結構如圖3和4所示。 圖3：肥皂的結構之一-硬脂肪酸鈉（圖片來源：Detergent, Wikipedia.） 圖4：合成清潔劑結構之一-長鏈十二烷基苯磺酸鈉（圖片來源：Detergent, Wikipedia.） 在一般化工行可購賣並用於保養品DIY的界面活性劑，依功效而言，可以分成乳化劑、起泡劑、清潔劑、殺菌劑、柔軟劑和抗靜電劑等。依溶解性來區分，可分成水溶性界面活性劑和油溶性界面活性劑。依分子構造來區分，可分成陰離子型、陽離子型、兩性離子型及非離子型四種。各種界面活性劑的性質與用途，請參見表1。 表1：各種界面活性劑的性質與用途 種類 用途 陰離子型 臉部肌膚、頭髮、身體沐浴清潔之用。常見有十二烷基硫酸 (SLS) 鈉、烷基聚葡萄糖 (APGs) 、胺基酸系列界面活性劑。 陽離子型 具有抗靜電及柔軟功能，常添加在潤髮乳及護髮產品中。此外衣物柔軟精也有添加此界面劑來使衣物變柔軟。 兩性離子型 兩性離子型界面活性劑兼具陰、陽離子界面活性劑兩種特性，作為清潔劑泡沫較為細緻，去油力適中、刺激度低，又兼具保濕與殺菌功能，常與陰離子界面活性劑一起添加。因具有溫和特性，常運用於嬰兒的清潔用品之中。常見有椰子油起泡劑。 非離子型 具有乳化、消泡、增稠和安定等作用，可讓保養品中的成份充分並均勻分佈在產品中，並被肌膚所吸收。 n 自製簡易抗菌洗手精 科學原理 夏日炎炎，病菌容易因為高溫而孳長，老師或家長們可帶領孩子自製簡易的抗菌洗手精，一來使用可減少手部病菌的孳生，避免病從口入；二來也可以孩子們從自製簡易的洗手精中學會其中的科學原理與製作步驟，真可謂育樂合一啊！ 油和水無法充分溶合在一起，因此需要使用「起泡劑」（一種介面活性劑）作為洗手乳成分，讓皮膚上的油脂與水調和的中間人。藉著乳化劑分子的親油基（能與皮膚油脂結合的部分）和親水基（能與水分子結合的部分）讓皮膚上的油脂能隨著搓洗溶入水中。一般我們稱為某某油起泡劑，是指從某種油品提煉出的起泡劑。常用於洗手精的起泡劑有：椰子油起泡劑、弱酸性起泡劑、胺基酸起泡劑、葡萄糖起泡劑、純橄欖起泡劑、兩性界面活性劑等。 一般洗手乳會添加少量的食鹽，原因是食鹽溶在水裡解離出的鈉離子能讓起泡劑作用時的泡泡柔細。在抗菌洗手精中常添加天然茶樹精油，是利用茶樹精油的天然抑菌功效。茶樹能有效對抗26種皮癬菌、32種白色念珠菌、及22種小芽孢菌，且不會對人體組織產生損害。 添加玻尿酸原液（保濕功用）是洗後手較濕潤而不會過於乾澀（可不添加），抗菌劑則使用化妝品級抗菌劑DMDMH （dimethylol dimethyl hydantoin, DMDM hydantoin, 二甲基二甲醇內醯尿）能在水溶液中慢慢釋放甲醛，進而發揮功能、易添加、功能佳建議添加於清潔用品…等沖洗式成品，建議用量0.6%以下，即50 mL的洗手精最多加入0.3 mL的抗菌劑，若不使用抗菌劑則保存期限縮短為兩週。食用色素的添加是依個人對產品設計的美觀與色彩的喜好而定，若強調純天然，可不添加色素與抗菌劑，產品會更加天然純淨。 […]
久久酒科學 陳政修a、傅麗玉*b a國立清華大學化學系 *b國立清華大學師資培育中心 lyfu@mx.nthu.edu.tw n 原住民酒文化 在清朝文學家《宋琬題戴蒼畫陳階之小像和王阮亭韻》所著一文中提及：「醇酒美人堪送老，唯學信陵君」，由此可知在漢人眼裡醇酒與美人並駕齊驅。 酒在原住民文化中扮演著極為重要的角色，用來敬獻給祖靈或有靈性的萬物，也會在喜慶時餽贈給親友們當作禮物。現今台灣的原住民族，除了達悟族，各族多以小米為主食，皆有其小米文化傳統與小米酒文化。魯凱族和排灣族就地取材，使用紅藜做酒麴；排灣族的小米祭是為慶祝小米豐收，也是排灣族計算年月的開始，傳統排灣族以所經過小米祭次數計算年齡。過去原住民族的小米酒是非常珍貴的，因為小米酒的釀造非常不容易，整個過程必須非常謹慎小心，因此過去原住民族人不隨便喝酒，只有在規範的情況，例如慶典、祭典、婚禮（圖1）、祈福、狩獵歸來、換工、道歉賠罪或是有尊貴賓客的時候，才會釀酒、喝酒。根據泰雅族的gaga（社會倫理規範），喝酒前，先以手指沾酒，向土地點灑三下，請求祖靈庇佑。 圖1：喜宴上的小米酒（傅麗玉攝影） 近代大量製造的酒進入部落後，很容易拿到酒，導致有些族人不小心染上酒癮，最後健康受損，又造成來更多的問題。過去有些社會大眾有「原住民族人愛喝酒」的錯誤印象。這幾年大家在瞭解原住民族小米文化與喝小米酒的文化意義之後，已經修正許多錯誤印象。 n 小米酒的釀造 因不同原住民族群有著不同的釀酒方式，在此我們舉泰雅族為例。泰雅族人們用小米來釀造，在這個過程當中會加入一個相當重要的材料──酒麴，如圖2所示。而在加入麴後，經過一段時間的等待，小米竟變成了香醇的酒，其中究竟產生什麼化學反應？ 圖2：成熟的小米和酒麴（傅麗玉攝影） 醣類俗稱碳水化合物，由於醣類於自然界中種類繁多，可以從它們的分子構造可以區分成單醣、雙醣和多醣。單醣無法分解成更小的碳水化合物，所以稱單醣是醣類中最小的分子，則雙醣則是由兩個單醣經過脫水反應而成，多醣，顧名思義就是由多個單醣（通常是指超過十個單醣分子）經過多次的脫水反應而形成。單醣常見的有生物系統中常被利用的葡萄糖、半乳糖及果醣；雙醣則是有麥芽糖、乳糖和蔗糖；多醣是聚合物的一種，因結構的複雜多變而使其種類益加繁多，常見的多醣如我們日常生活中不可或缺的澱粉、可以幫助腸胃消化的纖維素以及儲存身體多餘葡萄糖的肝醣。下面的反應式是利用麥芽糖作舉例，麥芽糖是一種雙醣，由兩個葡萄糖脫水化合而成，其反應如式[1]所示。 麴，對於多數人來說是陌生的。麴只是小米、糯米等糧食作物的外皮經過研磨後的粉末狀物，但通常會做成球狀，方便攜帶拿取。在釀造過程中，麴的催化功能是相當重要的隱藏角色，單憑肉眼我們看不見它，需要藉著顯微鏡才能觀察到這號人物──微生物。微生物包括了細菌以及真菌等，它們會附著在這些粉末狀固體上，在經過發酵後會大量有效的繁殖。而裡面的過程便是麴黴菌會分泌α-澱粉酶、β-澱粉酶、α-葡萄糖苷酶以及葡萄糖澱粉酶（γ-澱粉酶）進行水解醣類的作用。 原住民們來釀造酒的過程，我們稱之為「酒精發酵」，其過程的化學反應如式[2]所示： 煮熟的小米以及糯米為醣類經過酶的作用，可以從澱粉（多醣）水解成葡萄糖（單醣）。從麴裡面衍生出的酶，不只可以催化澱粉分解，也可以高效率使蛋白質、脂肪等低分子物質進行分解。分解成小分子的單醣之後，便會行發酵作用，將葡萄糖經由呼吸作用中的糖解作用（Embden-Meyerhof Parnas），在無氧的狀態之下反應成酒的主要成份乙醇。 n 結語 我們現今生活中的哪些事物與原住民祖先釀酒的智慧相互輝映呢？最常見是烘焙。上述的發酵反應裡會產生出二氧化碳，使麵包變的鬆軟好吃。酵母微生物在麵糰發酵，使得麵糰中裡的醣類進行酒精發酵，產生出乙醇和二氧化碳；二氧化碳在麵糰中形成空隙，氣泡慢慢受熱增加體積使麵糰膨脹起來，而麵包之所以沒有酒味是因為乙醇烘焙受熱揮發。 無論是哪一個族群，祖先的經驗累積皆有其科學根據的，許多看似平凡無奇的事物背後都藏著許多的科學知識值得探索發掘。 傅麗玉（左）和原住民阿秋媽媽在小米田裡合影 （照片由國立清華大學師資培育中心傅麗玉提供）