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從古至今最關鍵的五餐飯──《品嘗的科學》

行路出版_96
・2016/03/12 ・2914字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

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最早出現的和味道有關的跡證,早在地球生命開始感覺到周遭世界的時候就有了。海水裡從這些生物體旁邊漂過的養分,其味道就激發了牠們原始的神經系統。在接下來的數十億年裡,生命演化的過程中,已經吃過無數餐飯了。

我們現在的口味,就像俄羅斯套娃那樣,一層層包覆著以前的那些體驗。不論一個人的口味是怎麼培養起來的,或是一道菜裡的成分有多麼不易察覺,一個味道就能勾起久遠記憶中的原始衝動,這些原始衝動呼應著演化過程的轉折,與遠古時候為食物爭得你死我活的爭鬥。

底下介紹的從古至今最重要的「五餐飯」,每一餐都是在演化史的重要轉折點發生,它們對於要解釋味覺從哪裡出現,以及智人的烹飪發明天賦從何處產生,大有幫助。

地球生命的第一口飯

這種小動物有些像金龜子,大約一吋長,有格紋狀的柔軟甲殼,會在海岸淺灘的沙子裡竄來竄去。接著牠能察覺到由氣味、振動與光線變化交織而成的破舊織毯。牠那蟲狀的獵物會往沙裡挖洞,企圖迴避閃躲到安全地點。不過為時已晚。掠食者用鉗狀的下顎把獵物扯開,吸進嘴裡、吞進食道,然後繼續牠的行程,尋找藏身處躲藏,讓食物消化。

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四億八千萬年前的這一餐,證據是在一九八二年發現的。那一年,還是研究生的馬克‧麥克孟納明(Mark McMenamin)為墨西哥政府調查索諾蘭沙漠(Sonoran Desert)的地質,在墨西哥索諾拉州圖桑市(Tucson)西南方約七十英里處的高山 Cerro Rajón(中譯:朗山) 的山側進行挖掘(古代的海底現在變成在山頂上了)。他在一片灰綠色頁岩上注意到一個很微小的化石壓痕,當時他也沒有多想,就把那個壓痕從岩石上鑿下來,把它和其他那堆標本一起裝袋。

由未經訓練的人來看的話,那個化石只不過是大約四分之一吋長、隱隱約約的連續刮痕。當麥克孟納明把它拿回實驗室研究時,他辨認出那是三葉蟲的運動,刻畫在硬化泥漿上的爬痕。在動物界裡,三葉蟲幾乎要算是每種動物的老祖宗了:魚類、雙翅目、鳥類、人類。牠們在海床上留下無數化石,讓它們成了這種天然的歷史博物館裡的固定班底。很多化石有多節式外殼,看起來像是鱟和蜈蚣雜交的產物。這種化石的紋路圖樣很有名,甚至還有一個學名「多線皺飾蟲」(Rusophycus multilineatus)。麥克孟納明保留了這個化石,也在自己的博士論文裡寫到它。一直到二十多年後他擔任曼荷蓮學院(Mount Holyoke College)地質學教授、研究早期的生命演化過程之前,他都很少想到這件事。

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cedit:Kevin Walsh@flickr

後來麥克孟納明在看到他以前忽略掉的東西時,再一次檢查了那個化石。「它具有這種額外的特徵,不只是三葉蟲而已,緊鄰的另一個彎彎曲曲的軌跡化石也有這特徵。」他說:「這些東西很罕見。」他推斷,這個化石包含了兩種生物相遇的證據。另外的那道軌跡,就是一隻像蟲子那樣比較小的生物想要鑽進泥巴裡的證明。從這些記號的排列來看,顯然三葉蟲就在牠的正上方。麥克孟納明採用了「奧卡姆剃刀」(Occam’s Razor)原理:最簡單的解釋,就是三葉蟲要挖洞找吃的東西。他寫道:這就是「第一口飯」的證據─是目前已知最古老的掠食者吞吃獵物的化石。

這一餐的味道如何?有可能想像出來嗎?

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在那個時代(也就是寒武紀〔Cambrian Period〕)之前,就任何有意義的方面來看,味道是不存在的。地球上的生命大部分是由漂浮、過濾和光合作用組合而成。細菌、酵母和其他單細胞生物,藏身在花崗岩的溝紋裡或是砂粒之間。有些單細胞生物會湊在一起形成黏糊糊的細胞叢。管狀或碟狀的生物體會搭著洋流的順風車漂流。「吃」的意思是指吸收海水裡的營養成分。有時候某個生物體會包裹住另一個生物體。

接著,經過數千萬年──以地質學的時間尺度來說只是一瞬之間─海洋裡變成充滿各種新生物,包括三葉蟲,牠成了生命演化史上最成功的生物類別;牠們稱霸地球的時間持續超過兩億五千萬年。牠們大約是五億年前出現的,也就是我所知自然界真正開始的時間:有史以來第一次,生命開始有系統地吞吃掉其他生命。這些新生物和牠們的前身不一樣,牠們有嘴巴和消化道。牠們擁有較原始的大腦和感官,以偵測到明、暗、動作和洩漏形跡的化學特徵。牠們利用這種精巧的新工具來獵捕、殺掉獵物與填飽肚子。就像伍迪‧艾倫(Woody Allen)電影《愛與死》(Love and Death)裡的角色鮑里斯(Boris)說的:「對我來說,嗯……我也不知道,大自然是蜘蛛與蟲子,以及大魚吃小魚。還有植物吃掉植物,動物吃……它就像一座巨大無比的餐廳。」

三葉蟲並沒有存活到現在,從那些化石也沒有辦法知道牠們神經系統的資訊,所以想要知道牠們的感官能力,得仰賴經過訓練的推測。確實,牠們可能完全沒辦法察覺像黑巧克力、葡萄酒這類複雜的氣味。人類的味道,即使是討厭的味道,都充滿細微之處,而且和其他氣味、過去的事件與感情,我們學到的經驗整體,都息息相關。很可能三葉蟲不會有「愉快」這類的感覺,而且僅能保留一點點殘存記憶。每一餐嚐起來的味道必定都差不多。而這一餐的特點一定是大多來自化解了飢餓感,以及攻擊的衝動。

還有,這些原始的氣味元素是一種相當了不起的演化成就,而人類的味道同樣具有這種相同的基本生理學構造。當然,這好比是拿小鳥比雞腿似的。不過,味道的基礎已經奠定了。

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根據化石證據,寒武紀時期,物種出現爆炸性的成長。本圖為藝術家模擬寒武紀時期的海底樣貌。credit:Ghedoghedo

地球生活條件的某些重大改變,引發了這場掠食者與獵物間的重大變革,也就是「寒武紀大爆發」(Cambrian explosion)。科學家們對於它是什麼狀況並沒有共識。有一些科學家認為那是一場史前時代的全球暖化,融解了長期冰凍的兩極冰帽所造成的。海面上升達數百英呎,海水淹進內陸,淹過長了青苔與真菌的低矮山丘和岩石(樹、草和開花植物在當時都還沒出現),侵蝕出潟湖並塑造出沙洲與淺灘,創造出相當適合生命體生長繁殖的溫暖淺窪地。有些科學家描述這次大爆發是地球磁場方向改變,更有其他人指稱是突變的關係,這種突變會導致動作電位(action potential)出現,也就是讓神經細胞能遠距離溝通的能力,或是在 DNA 編碼上的其他偶然變化。

不管事件的精確順序是怎樣,在敏銳的感官與演化成功之間,已經建立起一個相當牢靠的連結。就在身體與神經系統適應了日益升高的威脅與機會之後,一場生物學上的武器競賽展開了。那些感官,一度只是「偵測與反應」的機制,為了引導出複雜的行為,必須發展得更有效果才行。

氣味成了這個過程的關鍵。從三葉蟲存在的時代到現在,覓食、獵捕和吃食物這些行為,推動了生命不斷地啟動,在我們人類的大腦與文化成就上登上顛峰。氣味更勝於視覺或聽覺或甚至是性,是人類的核心裡最重要的要素。它創造了我們。麥克孟納明說,最為諷刺的,就是世界上開始出現殺戮,並伴隨著難以言喻的痛苦,也發展出智能和知覺,最後產生了人類的意識。


 

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行路為「讀書共和國」出版集團旗下新創的出版社,出版知識類且富科普或哲普內涵的書籍,科學類中尤其將長期耕耘「心理學+腦科學」領域重要、具時代意義,足以當教材的出版品。 行路臉書專頁:https://www.facebook.com/WalkPublishing

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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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【2023 年搞笑諾貝爾獎快訊】10 項怪奇獲獎研究出爐
PanSci_96
・2023/09/15 ・3874字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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一年一度、讓你廢到笑出來的搞笑諾貝爾獎,今年在美東時間 9 月 14 日下午 6 點準時直播。

今年的主題為「水」,這次 10 項獲獎都或多或少與「水」有關(但大部分是口水),現在就快讓我們一起來看看今年的得獎快訊,並一起期待後續的個別研究報導吧~

化學和地質獎:為什麼地質學家與古生物學家會舔化石

這是一封說明「過去」地質學家與古生物學家,為什麼會有舔化石習慣的「快訊」(發表在期刊上,但被歸類為快訊),這封快訊說了幾個故事,其中最讓我印象深刻的,是「義大利地質之父」的喬瓦尼·阿爾杜伊諾(Giovanni Arduino,1714-1795)用自己的舌頭「品嚐」這些化石,分類出可能是史上第一個「地質時期」

故事的亮點是引用了喬瓦尼·阿爾杜伊諾的研究紀錄,看起來就像是個美食家在品嚐化石。

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文學獎:重複寫字,直到感覺不對勁

A 編小學時,曾被老師罰抄生字 100 遍,寫到一半突然懷疑這個字是不是這樣寫,趕緊回頭看前面寫的字,還把課本翻出來看才確定自己沒有寫錯。

上述的情境,稱為「猶昧感」(Jamais Vu),「猶昧感」是「既視感」(Deja Vu)的反義詞,描述人們對熟悉的事物,突然感到陌生,也是這篇論文主要探討的主題。

這研究的笑點在於他的實驗,他們讓受試者一直重複寫同一個字,跟小學被老師罰抄生字一樣。

實驗中,約有三分之二的受試者體驗到「猶昧感」,這些受試者大約在重複 30 次或一分鐘後開始感到異狀。另外,研究也發現平常越容易發生「既視感」的人,也更容易發生「猶昧感」,未來「猶昧感」的相關研究,可能會加深我們對「既視感」的理解。

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  • 原文研究: “The The The The Induction of Jamais Vu in the Laboratory: Word Alienation and Semantic Satiation,” Chris J. A. Moulin, Nicole Bell, Merita Turunen, Arina Baharin, and Akira R. O’Connor, Memory, vol. 29, no. 7, 2021, pp. 933-942.  doi.org/10.1080/09658211.2020.1727519

機械工程獎:死靈機器蜘蛛

會招喚骷髏或操縱屍體的死靈法師稱為 Necromancer,而科學家再次中二病發作,把用液壓操控的蜘蛛屍體,稱作 Necrorobotics 死靈機器。

我跟同事討論這種死靈機器,算不算是一種仿生科技?他覺得是,我覺得不是,你們覺得呢?

  • 原文研究:“Necrobotics: Biotic Materials as Ready-to-Use Actuators,” Te Faye Yap, Zhen Liu, Anoop Rajappan, Trevor J. Shimokusu, and Daniel J. Preston, Advanced Science, vol. 9, no. 29, 2022, article 2201174.  doi.org/10.1002/advs.202201174
死靈機器蜘蛛。

公共醫學獎:斯坦福馬桶

恩,就是接上各種感應器的物聯網馬桶,能即時檢測使用者的糞便與尿液。這東西最酷的是能「肛門辨識」,只要坐到馬桶上,斯坦福馬桶就能透過肛門的型態,辨識出使用者!

因為這個獎項,我才知道原來每個人的肛門都長得不一樣……謝謝你,搞笑諾貝爾獎。

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  • 原文研究:
    •  “A Mountable Toilet System for Personalized Health Monitoring via the Analysis of Excreta,” Seung-min Park, Daeyoun D. Won, Brian J. Lee, Diego Escobedo, Andre Esteva, Amin Aalipour, T. Jessie Ge, et al., Nature Biomedical Engineering, vol. 4, no. 6, 2020, pp. 624-635.  doi.org/10.1038/s41551-020-0534-9
    • “Digital Biomarkers in Human Excreta,” Seung-min Park, T. Jessie Ge, Daeyoun D. Won, Jong Kyun Lee, and Joseph C. Liao, Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology, vol. 18, no. 8, 2021, pp. 521-522.  doi.org/10.1038/s41575-021-00462-0
    • “Smart Toilets for Monitoring COVID-19 Surges: Passive Diagnostics and Public Health,” T. Jessie Ge, Carmel T. Chan, Brian J. Lee, Joseph C. Liao, and Seung-min Park, NPJ Digital Medicine, vol. 5, no. 1, 2022, article 39.  doi.org/10.1038/s41746-022-00582-0
    • “Passive Monitoring by Smart Toilets for Precision Health,” T. Jessie Ge, Vasiliki Nataly Rahimzadeh, Kevin Mintz, Walter G. Park, Nicole Martinez-Martin, Joseph C. Liao, and Seung-min Park, Science Translational Medicine, vol. 15, no. 681, 2023, article eabk3489.  doi.org/10.1126/scitranslmed.abk3489

傳播獎:嗎話說著倒能你?

趣有超也獎學播傳,心擔別,的常正是來過反來起看子句得覺在現你!

你有試過快速把彩虹的顏色順序倒著背,或是把你說話中的每個名詞都倒過來講嗎?大家都知道這超難,但這份研究中的兩位受試著確有著超強「顛倒單字或語句」的能力。

研究對象以西班牙語為母語,他們能在對話中輕鬆地將 banana 念成 ananab,或是將「 basket is fun」念成「nuf si teksab」。研究著重在這兩位有著特殊能力的人,推理、記憶能力是否優於常人,以及大腦灰質、白質比例與一般人(對照組)是否有差別。

大腦如何組織語言一直都是個有趣的研究題目,像是為什麼中文的序順不會響影到閱讀,這也是 A 編跟大家都一樣好奇的。而了解大腦語言是如何形成的,也能推進對於失語症、癡呆症的症狀研究。

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  • 原文研究:“Neurocognitive Signatures of Phonemic Sequencing in Expert Backward Speakers,” María José Torres-Prioris, Diana López-Barroso, Estela Càmara, Sol Fittipaldi, Lucas Sedeño, Agustín Ibáñez, Marcelo L. Berthier, and Adolfo M. García, Scientific Reports, vol. 10, no. 10621, 2020.  doi.org/10.1038/s41598-020-67551-z

醫學獎:屍體兩個鼻孔的鼻毛數量是否一致?

俗稱鬼剃頭的「圓禿」(Alopecia areata)不只會頭髮脫落,同時睫毛、眉毛與鼻毛也會脫落,其中,鼻毛脫落會增加得到過敏、呼吸道感染的機率。

由於鼻毛的相關研究非常少,為此,研究者調查 20 具「遺體」的鼻毛數量與長度,並收集相關病史、死往原因…等數據,來評估正常人的鼻毛數量與長度。研究結果顯示,平均每個鼻孔的鼻毛數量約為 120~122 根,左右鼻孔並沒有顯著差異,鼻毛平均長度大約是 1 公分。

  • 原文研究:“The Quantification and Measurement of Nasal Hairs in a Cadaveric Population,” Christine Pham, Bobak Hedayati, Kiana Hashemi, Ella Csuka, Margit Juhasz, and Natasha Atanaskova Mesinkovska, Journal of The American Academy of Dermatology, vol. 83, no. 6, 2020, pp. AB202-AB202.  doi.org/10.1016/j.jaad.2020.06.902

營養獎:電流有一股「電味」

日本明治大學教授宮下芳明 (Homei Miyashita)與他的團隊,發現在筷子與吸管上附加微弱電流,會改變食物的味道。

他們發現微弱電流刺激舌頭時,會產生一股「電味」(論文上寫 Electric taste,你說我要怎麼翻比較好) 。這股「電味」味道如何呢?基本上沒有味道(不能啟動味覺細胞),但如果有其他味道存在,例如鹹味(氯化鈉)或鮮味(麩胺酸鈉),電味會讓食物吃起來更鹹或更鮮。

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接著,他們發明了連著電線的通電筷子與吸管(看起像整人玩具),證明了通電筷子與吸管確實能在不改變食物味道的情況下,讓人們吃進更少的鹽跟味精。

通電吸管構造
  • 原文研究:“Augmented Gustation Using Electricity,” Hiromi Nakamura and Homei Miyashita, Proceedings of the 2nd Augmented Human International Conference, March 2011, article 34.  doi.org/10.1145/1959826.1959860

教育獎:系統性研究課堂上感覺無聊的學生與老師

你覺得上課無聊嗎?多半人都會問答「是」,而這系列研究仔細分析了為什麼上課無聊,且越來越無聊的原因。

你可能會想:「那不就是老師上課很無聊啊,老師不有趣阿。」我只能說你們這樣太沒同理心了,搞不好老師也在想:「教你們真無聊!」

所以,研究者第一個想探討的問題是:「老師如果覺得無聊,會不會讓學生也覺得無聊。」先說結論,不會。

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雖然學生不會刻意去了解老師的心情。但如果學生明確感受到老師很無聊,像是死氣沉沉地念課文,學生就會覺得這堂課更無聊,進而影響學習動機與學習成效。某種程度上,研究還是印證了「老師不有趣覺得無聊」這件事,但老師是否在強顏歡笑,這就不得而知了。

另一個問題則是:「是不是想著上課很無聊,就會覺得更無聊?」沒錯,的確是這樣!只要上課前預期這堂課很無聊,那這堂課就會比你預期的還要更無聊!

  • 原文研究:
    • “Boredom Begets Boredom: An Experience Sampling Study on the Impact of Teacher Boredom on Student Boredom and Motivation,” Katy Y.Y. Tam, Cyanea Y. S. Poon, Victoria K.Y. Hui, Christy Y. F. Wong, Vivian W.Y. Kwong, Gigi W.C. Yuen, Christian S. Chan, British Journal of Educational Psychology, vol. 90, no. S1, June 2020, pp. 124-137.  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31342514/
    • “Whatever Will Bore, Will Bore: The Mere Anticipation of Boredom Exacerbates its Occurrence in Lectures,” Katy Y.Y. Tam, Wijnand A.P. Van Tilburg, Christian S. Chan, British Journal of Educational Psychology, epub 2022.   doi.org/10.1111/bjep.12549

心理學獎:你會跟著抬頭看天空嗎?

他們到底在看什麼?眼前一群人停下腳步抬頭看著上方,你一定會跟著將視線移向相同的地方,看看他們到底在看什麼。

沒錯,這就是著名的從眾效應,或稱做群聚效應、羊群效應。這個1969年進行的經典實驗,應該很多人也聽說過。Stanley Milgram、Leonard Bickman、Lawrence Berkowitz 三人組,在紐約的街道上測試要有多少人同時往上看,才能吸引其他人也駐足湊熱鬧。

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這個實驗能得獎感覺毫不意外,甚至覺得怎麼現在才得獎!

群聚效應引響甚遠,因為整個社會的運作都養類人與人之間的互動與連結。不管是跟風買東西、參與熱鬧的大型活動、政治意識型態的抉擇等等,都能看到群聚效應影響著人們的身影。

大家都有可能是羊群裡面的羊。

  • 原文研究:“Note on the Drawing Power of Crowds of Different Size,” Stanley Milgram, Leonard Bickman, and Lawrence Berkowitz, Journal of Personality and Social Psychology, vol. 13, no. 2, 1969, pp. 79-82. psycnet.apa.org/doi/10.1037/h0028070

物理學獎:一群鯷魚能影響海流?

一隻拍翅膀的蝴蝶能讓海的對面產生颶風,那一群在海中游泳的鯷魚呢?他們可能直接影響了洋流與海面的大氣流動。

如果要計算颱風能量或是海洋鹽分的變化,我們通常會考慮海面風速與氣壓,要不然就是洋流、海溫和密度的垂直梯度等等。但這份研究發現,我們或許忽視了大海居民造成的影響。

研究發現只要到了鯷魚的產卵季,當天晚上海面附近海水的垂直混合程度會增加10~100倍。也就是這群游動的小魚們,像是攪拌棒一樣攪混了上層海洋,程度相當於地球物理現象造成的影響,對海溫與營養鹽分布的作用可能比我們想像的還大。

  • 原文研究: “Intense Upper Ocean Mixing Due to Large Aggregations of Spawning Fish,” Bieito Fernández Castro, Marian Peña, Enrique Nogueira, Miguel Gilcoto, Esperanza Broullón, Antonio Comesaña, Damien Bouffard, Alberto C. Naveira Garabato, and Beatriz Mouriño-Carballido, Nature Geoscience, vol. 15, 2022, pp. 287–292.  doi.org/10.1038/s41561-022-00916-3
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阿斯巴甜真的致癌嗎?代糖為何能超甜又零熱量?它是如何騙過舌頭產生甜味的?
PanSci_96
・2023/09/05 ・4326字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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代糖是致癌物?還是控制血糖的聖品?

為什麼代糖吃了可以感受到甜味,卻不會產生負擔呢?它真的沒有熱量嗎?

今年 7 月 14 日,世界衛生組織(WHO)旗下的跨政府機構國際癌症研究中心(IARC)將零卡汽水、無糖口香糖中常用的人工代糖阿斯巴甜(Aspartame)列為 2B 級的「可能的人類致癌物(possible human carcinogen)」。都喝了這麼久才說,代糖啊代糖,你是完美無害的白色謊言,還是惡搞大家的黑色幽默呢?

代糖是什麼?為什麼「甜」卻無熱量?

代糖顧名思義就是糖的替代品,也稱為甜味劑。你應該知道代糖的種類很多,不過呢主要可以根據是否會產生熱量,分為營養甜味劑和非營養甜味劑兩類。

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蛤?代糖還有營養的代糖喔?這裡的營養指的是食用後還是會產生熱量的代糖,但每公克產生的熱量比蔗糖低。這類營養甜味劑多數來自天然來源,也被稱為天然甜味劑,大家熟悉的就是口香糖內的木糖醇 xylitol,它是從玉米等植物中提煉、加工後製而成。

而非營養甜味劑主要為人工合成,食用後既不會產生熱量,甜度也是蔗糖的好幾百倍,其中最著名的阿斯巴甜,甜度是蔗糖的 200 倍,一公克可產生四大卡熱量,咦?不是說沒有熱量嗎?你看看,它的甜度那麼高,所以實際只需非常少的份量,就能產生我們所需的甜度,所以攝取時的熱量少到可忽略不計。

不過這些代糖竟然可以騙過我們的味覺,讓我們有「甜」的感受,到底是對我們動了什麼手腳?

其實代糖沒有動手腳,是它剛好符合我們的味覺受體。

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我們如何嘗到甜味?

先複習一下,人類的舌頭分為五個區域,可以各自負責感受酸、甜、苦、鹹和鮮五種不同的味道。

味覺圖。圖/PanSci YouTube

其實這張始於 20 世紀初的味覺圖,早已經被證實是錯誤的,仔細想想,難道你舔冰淇淋的時候才嘗的到甜味,巧克力放進嘴巴後就吃不出來了嗎?舌頭的中間,並不是無味區,我們整個舌頭都能感受到酸、甜、苦、鹹、鮮。抱歉啦,大內密探零零發,品嚐美酒時其實不用把舌頭捲起來喔。

我們整個舌頭都能感受到酸、甜、苦、鹹、鮮,品嚐美酒時其實不用把舌頭捲起來喔。圖/我們都愛周星馳

如果你伸出舌頭仔細觀察,可以看到上面充滿一粒一粒的顆粒狀物就是「舌乳頭」。在顯微鏡下,可以看到舌乳頭內有洋蔥形構造的「味蕾」,負責接收各種由唾液溶解後的味道分子,並且把味道傳給我們的大腦。

洋蔥形構造的味蕾。圖/Wikimedia

那這些味蕾是如何產生味覺的呢?每個味蕾內約有 100 個味覺細胞,而每個味覺細胞的細胞膜表面,都只會呈現單一種類的味覺受體,就像是門鎖和鑰匙的概念。只要門鎖和鑰匙匹配了,味覺訊號就會被送出。因此我們嘗到甜味時,只有甜味分子專一性受體的味覺細胞會被活化。

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當我們張嘴把一塊讓人心情愉悅的蛋糕送進嘴裡,蛋糕裡的甜味分子會與味覺細胞的膜上甜味受體結合,這個鑰匙與門鎖的結合必須精確無誤,接著就會活化一連串的下游路徑,製造傳遞物質,讓細胞內蓄積在內質網的鈣離子被釋放,引起細胞電位變化而活化感覺神經元,最後將這個「甜味」的訊號傳到腦部。

這一連串精密的流程,在 1967 年由科學家 Shallenberger 和 Acree 的「AH/B 甜味理論」中提出。

Shallenberger 和 Acree 的「AH/B 甜味理論」。圖/PanSci YouTube

回頭來說這些甜性物質,以葡萄糖為例,要能夠與甜味受器結合,需要三個要素才能形成這把開啟「甜味」大門的鑰匙。

第一是能形成氫鍵的 AH 基團,第二是負電性很強的 B 基團,第三則是這兩個基團的距離得約為「0.3 奈米」。

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必須要有這三個要素,才能讓我們味蕾上的甜味受體感知到甜味,刺激神經傳到大腦,開啟美妙的甜味饗宴。

我們的主角代糖,雖然不是會產生熱量的糖,卻正好與葡萄糖一樣,具備這三種要素。而且,有過之無不及的是,代糖不僅能產生甜味,甜味竟然還能超過一般蔗糖的百倍以上!原來代糖的結構上,還另外多帶一團帶有疏水性的「γ 基團」,這個非極性的疏水基團與味蕾上甜味受體的疏水部分對接上,增強了甜味受體所產生的神經衝動訊號強度。訊號增強,大腦感知到甜的就更甜了。

這剛好可以挑動我們的甜味受體,不會產生熱量,既是禁果又是仙丹的玩意,是怎麼被創造出來的呢?

第一個人工合成的代糖是怎麼出現的?

第一個人工合成代糖在 1879 年,由美國化學家艾拉·雷姆森和德美雙國籍的化學家康斯坦丁·法爾伯格共同發現,它就是糖精。糖精的甜度是蔗糖的 300-500 倍,卻不會被人體代謝而產生熱量。

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就跟很多科學研究一樣,這個發現可以說是一個意外。

法爾伯格曾敘述那段經過,他說:「那天晚上,在實驗室工作完回家之前,我明明徹底洗手了,然而在晚餐時,我把一些麵包放進嘴裡時,發現我的手嘗起來很甜……我立刻跑回實驗室,嚐遍了工作台上的所有燒杯、小瓶和盤子,直到我終於在其中一個裡找到了味道,而且甜得驚人。」法爾伯格後來也在看到糖精的潛在商業利益後,立刻將其申請專利並大量製造。
只能說還好那時候不是合成出砒霜或氰化鉀呀!

氰化鉀是生理上有效力的劇毒。圖/《名偵探柯南》漫畫

目前代糖除了應用在糖尿病患及減肥者的醣類替代品外,我們每天都要用的牙膏也很常發現它。到目前為止聽起來代糖似乎是個好東西,但為什麼後來的科學家會對代糖提出質疑呢?

代糖健不健康?它是致癌物嗎?

一篇刊登在 2014 年《自然》(Nature) 的論文研究提出,他們在囓齒動物身上發現,人工代糖除了讓體內的腸道益生菌發生重組改變,吃入下去的代糖也有如「望梅止渴」。雖然成功騙過我們的味覺,但終究不能讓身體產生能量,無法獲得真正的飽足感。反而可能造成「葡萄糖不耐症」的代謝異常,促使動物吃下更多食物,造成糖尿病及肥胖相關疾病。但這結論也無法直接推論到人類身上。

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那許多人討論的,代糖是否會致癌的問題呢?

其實目前還沒有明確、直接的實驗證據顯示代糖與人體致癌之間的關聯性

至於先前提到的糖精,透過 1970 年的老鼠實驗,早期科學家曾懷疑糖精可能引起膀胱癌,使其遭禁用近 20 年,但仍沒有明確的證據證實糖精與人體致癌的關聯性。畢竟在老鼠身上所看到的實驗結果,不能直接套用在人體上外,動物實驗中所使用的高劑量也是一般人在生活中很難達到的,因此美國食品藥物管理局(FDA)才撤銷禁令並准許糖精加入飲料及食品中。

然而,這次事件主角阿斯巴甜被列入可能致癌又是怎麼一回事?這次真的找到對人類致癌的證據了嗎?

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食用代糖的好壞,我們該如何看待?

Well, 其實沒有新的證據。我們對「阿斯巴甜是否致癌」這個問題,還需要更多的實驗才能釐清,現階段的人體研究證據有限,在動物實驗的證據也相對薄弱。那為何 IARC 會把阿斯巴甜列為致癌物呢?這是見影就開槍嗎?

——先別急!

我們先了解一下,目前 IARC 將導致癌症的物質等級分類,總共分為 4 級:

1 級確定為致癌因子、2A 級極有可能為致癌因子、2B 級可能為致癌因子、3 級無法歸類為致癌。

IARC 針對導致癌症的物質做等級分類。圖/PanSci YouTube

分類的依據為:

  1. 有限的流行病學致癌證據
  2. 實驗動物中有充足的致癌證據
  3. 具強力的致癌機制證據

如果三個條件都符合,就會被列入第 1 級確定致癌物,像是空氣污染、酒精、檳榔等等。若是同時符合第一項以及第二或三其中一個條件,也就是有科學證據表明會可能對人類具有致癌作用,就會被列入 2A 級,像是紅肉、高溫油炸的排放物或是夜晚輪班工作等等。而現在未有確定性實驗證據的阿斯巴甜,雖然相關實驗結果相對薄弱,但致癌證據仍不容忽視,因此歸類於 2B,同類別等級的還有醃漬蔬菜跟加油站的氣體等等。

而這次 IARC 的舉動,與其說是對代糖開槍,更像是鼓勵研究者,做更多的實驗去尋找正反面的證據。

聽到這裡你可能會想說,不確定的資料也太多,到底阿斯巴甜可不可以吃?這個問題,目前可以確認的是,只要每日攝取量在每公斤體重 40 毫克的建議範圍內,都是可以安全食用的。換算下來,以一個體重 75 公斤的成年男性而言,大約是一天 5.6 公升無糖可樂的量。不過由於阿斯巴甜中包含胺基酸中的「苯丙胺酸」,而若有先天性苯丙胺酸代謝異常的患者要特別注意,避免接觸到阿斯巴甜相關食品。

以一個體重 75 公斤的成年男性而言,大約是一天不超過 5.6 公升無糖可樂所含的代糖為建議攝取量。圖/Pixabay

目前政府准許使用的甜味劑,都經過完整的評估才被允許使用,同時也訂定「食品添加物使用範圍及限量暨規格標準」,來規範使用甜味劑使用。衛福部也指出,其實造成癌症的成因多且複雜,大可不必因此特別戒吃某種食物。

但就像我們在介紹代油時提到的,我們可以透過蘋果泥、綠豆泥等天然食材產生油脂的口感,取代部分脂肪的使用。而甜味呢,除了代糖以外,水果、蜂蜜等天然甜味來源,也是取代精緻糖的好選擇。

這次換我們問問大家,當你很想吃甜食但又不想那麼罪惡時,你有沒有好方法來滿足口腹之慾呢?

  1. 去吃一些燕麥棒或水果來解解嘴饞,至少有吃到甜又比較健康。
  2. 我就會選擇去吃代糖做的甜點,偶而吃應該是還好啦!
  3. 既然想吃就吃,畢竟保持心情開心也是一種健康之道!

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