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為什麼東西會這麼好吃?是嗅覺、回憶還是化學鍵?——《完美歐姆蛋的化學》

日出出版
・2022/12/30 ・2854字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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嗅覺:廚房的第一道防線

嗅覺是我們在廚房裡的第一道防線,主要功能是防止我們接觸到可能會致命的東西,例如細菌。

有極小比例的人缺乏嗅覺,他們不僅無法擁有品嚐食物的完整體驗,也不具有可以防止我們吃下腐壞或變質食物的人類直覺。

我真的認識一位沒有嗅覺的人,有一次他媽媽去看他,結果一踏進他的公寓就差點吐出來。原來是有壞掉的雞肉埋藏在冰箱的某個角落,但是他聞不到。

嗅覺是我們在廚房裡的第一道防線。圖/pexels

至於對其他人來說,如果餐點聞起來和吃起來都很美味,兩種感官會結合在一起,形成所謂的風味。餐點的風味會讓人有所反應——而且每個人都有自己最喜歡的風味組合。

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話雖如此,全世界的每一種風味,從 Kraft 起司通心粉,到頂級餐廳的菜單,都是由四個分子組成:水、脂肪/油、蛋白質和碳水化合物。

味蕾的辨識能力:離子通道

人類的大腦非常擅長解析這些味道在微觀層次上的差異;事實上,大腦甚至可以分辨出我們是在攝取單醣還是多醣(也就是糖還是澱粉)。

這是因為我們的味蕾會辨識各式各樣的分子,然後傳送訊息給大腦。例如,當味蕾辨識出氫離子(H+),我們會覺得食物有酸味;另一方面,鹼金屬則會讓食物帶有鹹味。

就烘焙層面來說,這一點之所以很重要,是因為我們的大腦可以辨別單醣—水果混合物中的糖—和多醣—低筋麵粉中的澱粉—之間的差異。

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我敢說,派是最讚甜點的原因,正是甜(單醣)和鹹香(多醣)混合。(我也許有點偏頗——我有說過我媽會做無敵好吃的派嗎?)

我們的味蕾會辨識各式各樣的分子,然後傳送訊息給大腦。圖/pexels

我們的味蕾可以辨識各種分子,是因為大腦會監測特定離子在所謂的離子通道中的濃度,以剛才的例子來說就是 Na+ 和 H+。

這些離子通道位於人體器官中的細胞,並提供特別的途徑讓離子可以在人體內移動,就像道路可以讓汽車從一個地方移動到另一地。

當我們咬下含有大量鹽的食物,大腦會察覺到在舌頭上的離子通道移動的鈉離子數量增加。而當水合氫離子的濃度上升,大腦則會馬上知道我們正在吃有酸味的東西。

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而且,這一切都是瞬間發生。我們的大腦真的很強大。

各種味道的差別:化學鍵

從分子的層次來說,鹹/酸和甜/鹹香之間有個非常明顯的差異——分子之間的鍵。有鹹味和酸味的食物利用的是離子鍵,有甜味和鹹香的食物則是利用共價鍵。

這就是為什麼我們可以忍受非常甜的食物,卻無法接受超級酸的食物。舉例來說,吃藍莓派的時候,我們的味蕾會立刻辨識出甜味,但由於我們在吃甜食,離子通道並沒有派上用場。

基於相同的道理,苦味的程度會維持不變,因為濃度不影響整體的味道。不論你是喝一滴或一杯,味道都是一樣苦。

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由於甜、鹹香和苦味不需要經過人體內的離子通道就能抵達大腦,這三種味道通常會被歸為同一類。這些味道源於特定的共價分子和味蕾細胞膜中的受器所產生的化學反應。

這種反應發生的瞬間,我們的大腦就會察覺到甜、鹹香或者苦的味道。再次強調,這整個過程花不到一秒鐘。

甜、鹹香和苦味不需要經過人體內的離子通道就能抵達大腦。圖/pixabay

既然談到了這個話題,我想要快速釐清一個常見的誤會。人的整個舌頭可以相對平均地嚐到總共五種味道,也就是說味蕾並沒有分區!舌頭的每一吋都可以分辨出你的派有多甜。

總而言之,食物有五種主要的味道:甜、鹹、酸、鮮和苦。(鮮[umami]這個詞源自日語,字面上的意思就是美味,不過大多數人會用鹹香[savory]來表達這個概念。) 烘焙高手會利用這五種味道來組合出無限多種美妙的風味。

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看看經典的大黃派就知道了,內餡有 4 杯大黃(酸味)、2/3 杯糖(甜味)和一小撮鹽。再加上一點檸檬汁(更多酸味),就可以呈現出完美平衡的鹹—甜—酸可口風味。

經典的大黃派可以呈現出完美平衡的鹹-甜-酸可口風味。圖/pexels

不過我覺得特別有趣的地方在於,從化學的角度而言,每個人對相同的分子組合都有各自的解讀。有些人討厭大黃派,我卻完全吃不膩,為什麼呢? 

口味喜好常與過去經驗綁在一起

風味喜好完全取決於愉悅的心理狀態,這可以解釋為什麼人有最喜歡的食物,還有最喜歡的顏色、電影、歌曲等等。雖然大腦中的化學極為複雜,但一般來說,心理學家多半都認同一個理論:人之所以有最喜歡的東西,是源於他們首次接觸到這個東西時的正面經驗……而且他們的大腦會因此對不同的化學受器產生反應。

以食物來說,大多數人最愛的食物都是在年紀非常小的時候就固定下來。

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我這麼愛大黃派,很有可能是因為這是我人生中第一次吃到的派。那種甜—酸—鹹合而為一的風味,震撼了我幼小的心靈,後來我再也沒吃過任何勝過那次體驗的派。

味蕾辨識力可以訓練,也可能會退化

不過這套通用的理論有個例外:其實你可以訓練舌頭辨識出更多風味。就像你可以為了準備馬拉松或足球比賽而鍛鍊肌肉,只要努力、認真和大量接觸,你就可以學會辨識食物中的不同分子。

成功之後,這些人通常會發現一些自己開始喜歡上的新食物,這都是因為他們的味覺變得更加敏銳——簡單來說,他們可以辨識出的風味種類變多了。

有些人的味覺非常敏銳;舉例來說,我有遇過一些烘焙師可以立刻辨認出燕麥餅乾裡的一絲肉豆蔻味,或是有些老饕可以吃出自己最愛的泰式餐廳在某一種咖哩中加了哪一種魚露。

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有些老饕可以吃出自己最愛的泰式餐廳在某一種咖哩中加了哪一種魚露。圖/pexels

不過大部分的人年紀越大(或是菸抽的越多),大腦就越難解讀來自舌頭的訊號。

簡直就像是味蕾——或分辨離子和共價鍵分子的能力——折損或變遲鈍了,尤其是當你邁入老年。

所以,趕緊趁你還年輕的時候,多出去走走嘗試新食物吧。烤個大黃派和蘋果派,看看你比較喜歡哪一種。

——本文摘自《完美歐姆蛋的化學》,2022 年 12 月,日出出版出版,未經同意請勿轉載。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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找出品酒的「底層邏輯」——我們的身體如何品出酒品的獨特感受?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/10/27 ・1234字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 財政部國庫署 委託,泛科學企劃執行。

你注意到了嗎?在品酒時,品酒師不會一口乾,而是充分觀察、品嚐後才會下肚。這些動作可不是單純裝模作樣,而是有科學根據的。品酒有五個基本動作:觀察、搖晃、聞、啜飲與漱口、吞嚥,究竟我們的感官跟大腦是怎麼接收酒的訊號呢?

從最簡單的「嗅覺」開始,酒杯湊近口鼻、進入口腔,我們可以聞到「外部」和「內部」的香氣。外部指的就是用鼻子聞到的香氣,是先穿越鼻孔到達嗅上皮組織,形成我們所熟悉的正鼻嗅覺。而內部呢?那些已經在我們嘴巴裡的酒液,會走鼻咽和後鼻孔這條路,最終到達嗅覺粘膜。即使這口酒已經被喝下去,只要輕輕呼口氣,也依然能「聞」到酒味。

圖/giphy

另外,口鼻之間的通道,也就是鼻咽,在吞嚥的過程中會關閉,所以在吞嚥時會有一種「味道好像弱掉了」的錯覺,但其實只是你暫時無法靠鼻間的任何通道呼吸而已。這也是為什麼品酒師會要把酒液含在嘴巴裡漱口,甚至還會打開嘴巴吸一口氣。

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緊接在嗅覺之後的「味覺」,則是重頭戲!食物進到嘴巴,溶解在唾液中,啟動了味覺受器。人類可以透過味蕾的受器感受到「鹹、酸、苦、甜、鮮」五種味道。不過,也有部分的人不喜歡酒的原因,正是因為味覺。美國賓州大學農學院過去研究發現,人體中的苦味受體來自基因 TAS2R13 和 TAS2R38,辣椒素受體則來自基因 TRPV1。因此不同的基因表現,影響著人們對這兩種味道的感受,也決定了他們的攝取喜好。

圖/giphy

講完了嗅覺和味覺,別忘了品酒前的「觀察」。事實上,人們對風味的知覺基礎,來自多重感官的整合。當我們在觀看一杯酒的色澤和濁度時,大腦已經在默默「品嚐」它了。就像是望梅止渴、看到好吃的大餐肚子就先餓了起來。

除上述提到的「身體」感官,其實喝酒的時段、溫度、聲音、順序也會影響我們「心裡」的感受。但話說回來,在品酒前,最重要的應是選擇安全以及衛生的酒品來源,就是要慎選合法的販售業者,並挑選標示內容清晰、完整的酒品。

財政部自 2003 年起委託專業執行機構共同推動「優質酒類認證」制度,從原料、製程、品管、後續追蹤等層層把關,最後通過優質酒類認證技術委員會審查的酒品,才能被授予使用 W 字型認證標誌。因此,選購有 W 認證標誌的優質酒品,可以讓我們在品飲時更加安心!

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 資料來源:財政部國庫署 廣告

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舌頭、石頭,迸出新滋味?科學家為什麼要舔石頭?——2023 搞笑諾貝爾獎
PanSci_96
・2023/09/30 ・3674字 ・閱讀時間約 7 分鐘

J……J 個是!這顆石頭一接觸到我的舌頭,它就像火一樣燃燒,同時留下苦澀和尿味的味道,在這之後還留下了一點甜味。

圖/Youtube

這,這一顆石頭不一樣,它有酸辣味和硫酸鹽味,卻同時給我一種難以形容的愉悅感!就像在品嘗紅酒的酸味一樣!

圖/Youtube

等等,我並沒有壞掉,我現在做的事是某些地質學家和古生物學家真的會做的事,而且這件事還得了諾貝爾獎!只是是搞笑諾貝爾獎。

搞笑歸搞笑,舔石頭卻真的是再實用不過的方法。因為,舌頭真的是太好用了!

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地質地科系祖傳秘招——舔石大法!

2023 年的搞笑諾貝爾獎的化學與地質獎頒給了地質學家揚.扎拉謝維奇,得獎的原因不是因為特定研究,而是它整理了地質學家和古生物學家「品嘗」岩石和化石的「研究史」。

有在跟我們直播的泛糰肯定知道,在今年搞笑諾貝爾獎頒發的隔週,上個月的 9 月 18 日,我們在 YouTube 官方舉辦的 2023 YouTube Festival 活動中,辦了一個實體見面會。在見面會中我們介紹了今年其中三個搞笑諾貝爾獎,其中就包含這則「地質學家為什麼要舔石頭」。另外兩個獎項分別是操縱死靈蜘蛛,和研究為什麼上課為什麼會令人感到無聊。這場見面會也有同時開直播,連結放在右上角的資訊卡,裡面提到不少有趣的觀點,歡迎去直播存檔複習。

當天,除了就像開場演繹的,不同岩石真的嚐起來味道不一樣以外,有一個地科系的觀眾,現場分享了另一個有趣的觀點。但先說聲抱歉,那時候觀眾手持的麥克風訊號沒有進到我們的混音器,所以在線上收聽的朋友沒有聽到前半段。

我們這邊重新轉述一下,這位觀眾說早在這個獎項頒發前,就知道用舔石頭來辨識種類的這種方法了,因為他的老師就是這麼教他的!沒想到,這竟然是地科與地質系祖傳的秘技嗎!

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舌頭比手指還好用?

但除了味道外,觀眾還分享了一個這次搞諾沒有提到的原因,就是舌頭的觸覺可能比手還靈敏。某些岩石例如砂岩跟頁岩,可能用手摸不出差別;用舌頭舔,竟然就能分別出差別。

什麼,舌頭真的這麼厲害嗎?想想好像也是,我們吃東西的時候會用舌頭去感受食物的形狀,這些觸感甚至也是我們品嘗食物時,了解食物的重要一環。除此之外,我們還可以找出食物中的魚刺,或是卡在牙縫中的菜渣,有些人還能幫櫻桃梗打結呢。

圖/Giphy

但好像從來沒有人拿舌頭和手去做比較,因為只要講到觸覺,我們第一時間就會認為手指更加靈敏。

其實,還真的找到有人研究過,一群俄亥俄州立大學食品科技系的實驗團隊,就研究了這個問題。他們準備了幾個形狀極為相似的樣品,樣品的長度、厚度、缺口的大小都一樣,只有缺口處的傾角不同。

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傾角從 45 度到 90 度都有,每塊的角度以 5 度為間隔。受試者必須拿起兩塊樣品,並在蒙眼的情況下,分別用摸或舔的方式來分辨出兩者分別為哪一塊。其中一塊始終是 90 度,另一塊則是從 65 度開始角度遞增。

這次的實驗有 30 位受試者,結果表明,使用手指來分辨兩塊樣品,平均要兩塊的角度差超過 19.81 度時,才能分辨出差異。如果用舌頭舔呢?只要兩者的角度差超過 12.75 度,就能分辨出差異!比用手摸的角度差小了許多,也就是舌頭真的比較靈敏。

實驗結果數據,JND(Just Noticeable Difference)表受試者在樣品相差幾度時能感受到差異。圖/Comparison of The Tactile Sensitivity of Tongue and Fingertip Using a Pure-Tactile Task

當然,這個實驗還有兩個方向值得討論,一是這只針對物體邊緣形狀的靈敏作分析,但觸覺有許多不同感受,例如紋理、粗糙程度等,所以可能每種觸覺做出來的實驗結果會不同。這個實驗看起來不難做,各位可以準備一些能放入嘴的材料,例如請朋友直接將比較硬的芭樂切成不同形狀來舔舔看差別,就能簡單復刻這個實驗甚至更改參數,有實際測試的觀眾也不要忘記留言告訴我們。我們這邊也同步徵求花京院來協助我們實驗。

而另一點是,關於舌頭為什麼有跟手指同等,甚至更強觸覺的生理機制,本篇研究僅止於現象探討,還未有深入研究。

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圖/Giphy

濕濕的石頭更好觀察?

除了味覺和觸覺外,舔石頭還有另一個重要的原因,就是濕潤的石頭紋理更清楚,更方便研究。

這應該大家都有經驗,在學校的大理石地板拖地,或是海邊的鵝卵石,沾到水之後,石頭的紋理都更加清楚,看起來也更漂亮。但這又是為什麼呢?

影響的原因有很多,但影響最大的,就是濕潤的表面讓石頭更「平」,產生類似拋光的效果。但為什麼磨平拋光,顏色就更好看呢?

我們知道光線照到鏡子會產生反射,但鏡子很平整,如果現在照射到的是一個凹凸不平的表面,光線就會往四處反射,這種現象稱為漫反射。當我們只想看石頭上的其中一點時,旁邊的光卻會雜亂的跑進我們的眼睛,影響到對比度。並且各種顏色的色光聚在一起會形成白光,因此這些漫反射而來的光線,就會以白光的形式被我們看到。白話文就是,物體的對比下降了,但是整體的亮度提高,變成我們常看到灰白色的石頭表面。

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直到石頭被拋光,或是因為濕潤產生拋光的效果,這些漫反射就會減少,石頭整體變得比較暗沉,但是斑紋之間的對比度提高了。這就是為什麼粗糙的石頭顯得灰白,浸濕之後卻呈現深沉而圖樣明顯的原因。

還沒完,薄薄一層水還會造成更多影響。例如,這層折射率介於空氣與石頭之間的介質,可以幫助光線稍微穿透岩石的表層後再反射出來,提供視覺上更多的紋理細節。如果將水換成木工中常使用的亮光漆,除了反射與折射外,亮光漆中的分子,還足以讓光線產生散射,讓你在上不同厚度的亮光漆時,能產生不同的顏色變化。

簡單來說,不論是水還是漆,這薄薄的一層介質,能像相機的鏡片一樣,透過光學調校,將更清楚、細節更多的影像送進相機的感光元件,也就是我們的眼睛上。而替換不同的鏡片,就能改變我們看到的樣子。

有介質存在於空氣與觀測物間時,光會產生折射,造成不同視覺效果。圖/askamathematician.com

這個看似玩笑的舔石頭研究,確實好像又有幾分認真的道理,我們自己在研究的時候,最開始也覺得超ㄎㄧㄤ,後來又發現能學到不少冷知識。

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最後也想調查一下,除了舔石頭以外,大家還對哪一則搞笑諾貝爾獎有興趣,希望我們也來講講呢?

  1. 帶電的筷子,能讓食物更好吃?
  2. 哪些人有倒著說話的特殊能力?
  3. 要多少人抬頭看天空,才會吸引路人跟著抬頭?

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參考資料

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