味覺的魔法---味覺的機制與變味劑
 
2018/06/21
 
李讃虔 | 自由撰稿者
 
 

聚餐時,大夥兒會圍著大桌,一起品嚐美味佳餚,飯後再泡杯茶、吃甜點或水果做個快樂的ending。在這段期間,送進嘴巴的每樣食物,都逃不過「舌頭」這個味覺關卡的檢驗,舌頭上分布著許多的味蕾,讓我們得以享受各種食物的美味。

 

日常生活的飲食中,除了甜食、飲料之外,我們很少會吃到單一味覺的料理,通常都是許多種的味覺混雜在一起的食材,其實不同味覺之間是會互相影響的,包括了對比、相乘、抑制等作用。例如:紅豆或綠豆湯裡只要加一點點的鹽就可以激發甜味,因此可以少放一些糖;又如在檸檬汁裡加一些糖,檸檬的酸就變得較可以接受了,在「餐旅的科學與技術:百變的廚房世界」一文中,另提到其他的外在因子,例如:溫度,也會影響人類對味覺的敏感度,溫度太低時,人類對甜度的感覺會下降。所以,解凍中的糖水,喝起來口感會比回溫許久的糖水較淡。這在餐飲界是習知的知識,也是大廚師對食物溫度的要求較嚴格的原因。

 
 

我們的舌頭上布滿著能感受食物味覺的味蕾,它們是由味覺神經、基底細胞與味覺神經所組成。但味蕾是如何偵測食物中的味覺分子?又如何把不同的味覺傳送到大腦呢?在「奇特的新受體變化」一文中說明著,味蕾之所以能感受到甜、苦、鮮這三類味覺分子,是因為味蕾中這三種細胞表面具有許多能與味覺分子產生反應的蛋白質,叫做「G 蛋白偶合受體(G protein-coupled receptor, GPCR)」。這類型的蛋白質有一面是暴露在細胞表面,當味覺分子與此側的細胞表面結合後,GPCR會藉由結合在細胞內側的鳥糞核苷三磷酸(GTP)替換掉原先結合的鳥糞核苷二磷酸(GDP)。,因為它的結構轉變,故活化了細胞內一側,並且將訊息量化,傳遞到神經細胞,一路送到大腦。研究此GPCR結構運作方式的兩位科學家,因為對生物細胞感應與傳達訊息機制帶來突破性的發現,因此獲頒2012年的諾貝爾化學獎。

 
 

在「G蛋白耦合性受體」一文中也提到其實GPCR調節的不僅是甜、苦、鮮這三種味覺,還包含有視覺、嗅覺、心跳、血壓等許多層面,這些都與生物細胞接受外界訊息,傳遞信息的機制有關,對人類健康有很重要的影響。因此許多治療GPCR相關疾病的藥物也都以GCPR為主軸成功地被開發出來,這使得發現GPCR與細胞互通信息關係的兩位學者獲得了 1994 年諾貝爾生理學及醫學獎。下次當你嗅到清新的花香,嘗到美味的食物,看到滿天一閃一閃的星星時,務必要感謝G蛋白偶聯受體家族帶給你這些喜悅。

 

在知曉了個別的分子能引起不同的味覺反應後,我們繼續更深入的來探討﹔味覺受體蛋白質能與各自的味覺分子反應,所倚靠的是「味覺分子結構與專屬的受體蛋白質結構互相結合,而產生刺激」,這種關係好比是鑰匙與鎖孔,若配對成功,門把才能被轉動。這也就是雖然每一口食物都含有成千上萬個的味覺分子,但人類依舊能區分出酸、甜、鹹的味覺,而不亂成一團的原因。再舉個例子:甜味與苦味的接受蛋白都是屬於G蛋白耦合性受體,但喝奶茶時,其中的糖類只會刺激可接收甜味的G蛋白受體,而不會去刺激接受苦味的G蛋白受器,因此飲用時只會覺得很甜,而完全沒有苦的感覺,在「揭開細胞訊息傳遞的奧祕」一文中,就用棒球傳接球的活動來描述這段過程,其比喻的確非常貼切。剩下的兩種味覺「鹹、酸」則分別是由食物中的氫離子與鹼金族離子(例如:鈉、鉀)穿過離子通道蛋白後產生刺激,引發神經衝動。因此,離子濃度與這兩種味覺強度成正比。

 

在「味覺的分子基礎」一文中,就從演化角度著手,介紹很多野生動物以及家養寵物,在漫長的演化過程中,因為基因突變而失去了某些味覺受器,像是貓科動物都對甜味不敏感,近乎「食之無味」,而海獅、海豹等肉食動物也同樣對甜味無感,可能是牠們大口吞食的進食方式所致,而且吃的都是生鮮肉類,甜不甜應該也無所謂。這些與生存及生殖關係不大的基因,會隨著繁衍的過程逐漸退化甚至喪失功能。老鼠、猩猩與人類則因需採集水果、蔬菜類,故必須具備辨識植物釋放出來的可食(甜味)、不可食(苦味、酸味)的訊息,以及維持體內離子濃度恆定,使之可辨識鹹味的能力。因為人類具備了這麼多種味覺辨識的能力,可避免誤吃有害之物,也大大地增加了生存的機會。

 

 近年來,由於人類對味覺的機制已經了解不少,因此,根據味覺的作用開發了許多替代品,形成一大商機。在「嗅覺與味蕾受體的新發現」一文中就提到有些高鹽、高糖的飲食方式不僅會損及健康也會影響身材的維持,更傷害了不適合攝食高糖與高鹽等人的健康。但食物中若少了甜味、鹹味這兩種可讓人有愉悅感的味覺,吃食就變得乏「味」可陳了,這時,使用味覺替代品就很重要了。常見的就是「代糖」,代糖本身不是糖類分子,而是在立體結構上能與甜味受器結合,進而感受甜味的分子,其甜度是一般醣類的數十到數百倍,添加代糖就是一種不須含糖食物也能品嚐到甜味的方法。在「代糖是糖嗎?」一文中就講到代糖其實是一種人工合成的甜味劑,其化學結構與醣類相差很大,但卻能刺激甜味產生,由於甜度高,只需一點點的用量,就可以引發甜味,故對血糖的影響不大,頗適合糖尿病患者服用。常見的代糖像是阿斯巴甜、六環烷磺胺鈉,這兩種代糖的發現其實是源起於實驗的意外,對這段軼事有興趣的讀者,不妨細細品味「人造甜劑」一文。

 
 

除了代糖以外,自然界中,還有一種叫做神秘果的果實,它的果肉含有「神秘果素(Miraculin)」的醣蛋白,由191個胺基酸所組成,分子量24.6K,能與甜味的受體蛋白結合,在弱酸環境下,可將酸味刺激轉化為甜味的刺激,這是一個相當有趣的調節過程。在「神秘果?」一文中有提到,神秘果素本身不具甜味,它是一種甜味誘導蛋白質(sweet inducing protein),只要略為咀嚼神秘果實後將種子吐出,其後的數十分鐘內只要當舌頭味蕾接觸到酸味的分子,如檸檬酸、維他命C及醋酸時,味蕾就會自動把這種酸的刺激轉化成甜的味覺。因此,神秘果素可以應用在酸性食品的助食劑上,或是滿足糖尿病患、肥胖症患者所需要甜味的「變味劑」,在自然界中是個很特別的例子,另外一個有名的變味劑是仙茅甜蛋白(Curculin),其取自於「寬葉仙茅Curculigo latifolia」這種植物,也能夠把酸味刺激轉變成甜味刺激。

 
 

相信讀者已經粗略了解,味覺其實就是味蕾細胞對於我們接觸食材的化學分子所產生的一些反應,讓我們得以評估這些東西安全與否。然而,只要一提到化學,有些人就會直覺反應「不天然」或「人工合成物」等,而抱持負面的觀感,對於「不要吃味精,它有礙身體健康」,或者是想要了解「產生甜味的分子有什麼共同的特徵?」等問題有興趣的人,都可以在「吃吃喝喝的化學」中找到答案。

 
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