3734-33-6/目前已知最苦的物質——苯甲地那銨 （Denatonium benzoate）

引言

人類最普遍的味覺莫過于“酸甜苦辣咸”，而其中“苦”是味覺中最為敏感的一種，許多人將其理解為不愉快的或者無法接受的感覺。生活中含有苦味的食物主要是苦瓜和黃連，其實許多物質例如奎寧、尼古丁、咖啡因、古柯堿等也具有苦味。太苦的味道通常會使人或動物排斥這種食物，因而許多致命植物所含的生物堿都有強烈的苦味，從這個角度來看，苦味無疑扮演了重要的保護生命的角色。為了衡量苦味程度，與酸度、甜度、辣度這些概念類似，人們以“苦度”作為衡量指標。將以苦味出名的奎寧定義為基準1，以此為參考標準，苯甲地那銨（又稱“苦精”）這種人造物質苦度為1000，是目前已知最苦的化合物。

圖 1 曾經錯誤認為舌頭的不同區域對不同味覺靈敏度不同

人造苦味劑：苯甲地那銨

苯甲地那銨其實或多或少也屬于實驗中的意外發現。1958年，蘇格蘭科學家麥克法倫•斯密斯（Macfarlan Smith）在研究局部麻醉劑的過程中發現了這一物質，濃度為10 ppm的苯甲地那銨溶液對絕大多數人而言已經苦得無法忍受，哪怕濃度只有50 ppb （parts per billion，1 ppm =1000 ppb）人類的味覺都可以感知到苦味。也許是敏銳的商業直覺，斯密斯將其以Birex注冊了商品名，隨后這種物質作為厭惡劑（添加進有毒害商品中防止誤食的帶有怪味的物質）被廣泛用于工業酒精、防凍劑、動物驅散劑、日化產品中。

苯甲地那銨是一種由季銨鹽陽離子和惰性陰離子組成的，例如苯甲酸根離子或糖精陰離子結合而成的季銨鹽，其中陽離子部分的結構與局部麻醉劑利多卡因（Lidocaine）尤為相似。事實上，利多卡因只需要烷基化后經過陰離子交換即可制備苯甲地那銨。利多卡因的制備也相當容易，以2, 6 –二甲基苯胺為原料，首先酰基化，再用二乙胺取代鹵素即可。

圖 2 苯甲地那銨苯甲酸鹽的合成

苯甲地那銨的應用

中醫認為具有苦味的藥物具有開胃、驅蟲、止渴、清熱、解毒、開竅、收斂等功效，盡管人造的苯甲地那銨擁有“苦精”之名，可目前它在醫藥領域并沒有確切用途。有意思的是，它的苦味卻在其他領域得到廣泛應用：如工業酒精中添加該苦味鹽，除了可以避免誤食外，還可以避免其被按照酒精飲品的類別征稅；向那些對人體有害的液體或溶劑，例如甲醇、乙二醇、油漆、指甲油、潔廁劑中添加微量的苯甲地那銨，其苦味同樣可以避免被人誤飲。

此外，加入苯甲地那銨的特殊指甲拋光劑可以避免兒童養成咬指甲的不良習慣。苯甲地那銨應用的另一個典型例子莫過于日本知名的電子游戲和玩具開發制造商任天堂在2017年3月推出的Switch游戲卡帶中添加了該化合物，一方面可以避免因卡帶過小造成孩童吞食，另一方面也能有效幫助部分游戲玩家戒掉難以理解的“舔卡”習慣，據說效果特別顯著。然而，需要指出的是，嚴格意義上的厭惡劑應僅僅具有不好的味道，不應當有害，目前長期暴露在苯甲地那銨物質下是否會對影響人體健康還不確定。

我們為什么會感覺到苦味？

哺乳動物的味覺是在漫長的進化過程中逐漸形成的，多樣的食品成分以及靈敏的味覺感受系統使我們感受到了“有滋味”的世界。相信很多人都會好奇，包括苦味在內的多種味覺究竟是怎么產生的呢？近些年針對味覺系統的研究取得一定進展，我們才得以窺探到其中的些許奧秘。通常認為的味覺包括酸、甜、苦、咸、鮮五種，所有的這些味覺其實是在整個口腔中產生，而并非圖1所示的那樣存在舌頭不同區域對不同味道敏感度不同的味覺圖。因為提供味覺信號的味蕾除了舌頭外還分布于上顎和會厭（與舌根部相連覆蓋了一層黏膜組織的軟骨）表面，所有這些味蕾均可識別所有的味道。根據功能的不同，這些味蕾細胞又被細分為I~IV型細胞，而它們在真正傳遞味覺信號時又涉及到更加復雜的分子層面的機制。

幸運的是，目前所有基本味道的感受器都已被識別出來，其中酸和咸是由感受器的離子通道接收的，而甜、苦、鮮則屬于一種G蛋白偶聯受體。其中介導苦味的屬于2型味覺受體T2R（taste receptor family 2 member，T2R），它們特異性結合苦味物質后導致細胞膜電位發生變化再經突觸將信號傳遞給下個細胞，最后經神經中樞的整合產生苦味感覺，但更細節的傳遞途徑以及大腦是如何感知苦味的，目前還有許多問題亟需解決。

圖 4 五種基本味覺的受體結構和相應配體

結束語

味覺的功能不僅在于辨別不同的味道，而且與營養物的攝取和體內環境恒定的調節也有關系。其中苦味讓人產生不愉快感，進而造成心理上的厭惡感，因此苦味的感知可以防止我們攝入有害物質，這是機體有效的自我保護機制之一。苯甲地那銨這種人造“苦精”高居苦味物質榜首就恰好成為我們的保護者。雖然近年來對味覺系統的研究取得了一定進展，但關于味覺信號傳遞過程尤其是酸味、咸味的認識還不清楚。相信隨著學科的不斷發展，我們對味覺感受機制的認識也將更加深入，未來在食品和飼料風味改良、味覺疾病診療及藥物“掩味”等技術領域也會取得更大的進展。

參考資料

[1] 陳大志, 葉春, 李萍. 味覺受體分子機制[J]. 生命的化學, 2010, 30 (05): 810-814.

[2] Yarmolinsky, David A., Charles S. Zuker, and Nicholas JP Ryba. “Common sense about taste: from mammals to insects.”Cell2009,139, 234-244. DOI:10.1016/j.cell.2009.10.001

[3] 畢繼才, 崔震昆, 張令文, 林澤源, 江海洋, 莫海珍. 苦味傳遞機制與苦味肽研究進展[J]. 食品工業科技, 2018, 39 (11): 333-338.

[4] 維基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Denatonium