3734-33-6/目前已知最苦的物質(zhì)——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(shí)許多物質(zhì)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(qiáng)烈的苦味，從這個角度來看，苦味無疑扮演了重要的保護(hù)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(biāo)。將以苦味出名的奎寧定義為基準(zhǔn)1，以此為參考標(biāo)準(zhǔn)，苯甲地那銨（又稱“苦精”）這種人造物質(zhì)苦度為1000，是目前已知最苦的化合物。

圖 1 曾經(jīng)錯誤認(rèn)為舌頭的不同區(qū)域?qū)Σ煌队X靈敏度不同

人造苦味劑：苯甲地那銨

苯甲地那銨其實(shí)或多或少也屬于實(shí)驗(yàn)中的意外發(fā)現(xiàn)。1958年，蘇格蘭科學(xué)家麥克法倫•斯密斯（Macfarlan Smith）在研究局部麻醉劑的過程中發(fā)現(xiàn)了這一物質(zhì)，濃度為10 ppm的苯甲地那銨溶液對絕大多數(shù)人而言已經(jīng)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(yè)直覺，斯密斯將其以Birex注冊了商品名，隨后這種物質(zhì)作為厭惡劑（添加進(jìn)有毒害商品中防止誤食的帶有怪味的物質(zhì)）被廣泛用于工業(yè)酒精、防凍劑、動物驅(qū)散劑、日化產(chǎn)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(jié)合而成的季銨鹽，其中陽離子部分的結(jié)構(gòu)與局部麻醉劑利多卡因（Lidocaine）尤為相似。事實(shí)上，利多卡因只需要烷基化后經(jīng)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(dāng)容易，以2, 6 –二甲基苯胺為原料，首先?；儆枚野啡〈u素即可。

圖 2 苯甲地那銨苯甲酸鹽的合成

苯甲地那銨的應(yīng)用

中醫(yī)認(rèn)為具有苦味的藥物具有開胃、驅(qū)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(yī)藥領(lǐng)域并沒有確切用途。有意思的是，它的苦味卻在其他領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用：如工業(yè)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(yǎng)成咬指甲的不良習(xí)慣。苯甲地那銨應(yīng)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(fā)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(xí)慣，據(jù)說效果特別顯著。然而，需要指出的是，嚴(yán)格意義上的厭惡劑應(yīng)僅僅具有不好的味道，不應(yīng)當(dāng)有害，目前長期暴露在苯甲地那銨物質(zhì)下是否會對影響人體健康還不確定。

我們?yōu)槭裁磿杏X到苦味？

哺乳動物的味覺是在漫長的進(jìn)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(tǒng)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(nèi)的多種味覺究竟是怎么產(chǎn)生的呢？近些年針對味覺系統(tǒng)的研究取得一定進(jìn)展，我們才得以窺探到其中的些許奧秘。通常認(rèn)為的味覺包括酸、甜、苦、咸、鮮五種，所有的這些味覺其實(shí)是在整個口腔中產(chǎn)生，而并非圖1所示的那樣存在舌頭不同區(qū)域?qū)Σ煌兜烂舾卸炔煌奈队X圖。因?yàn)樘峁┪队X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(jù)功能的不同，這些味蕾細(xì)胞又被細(xì)分為I~IV型細(xì)胞，而它們在真正傳遞味覺信號時又涉及到更加復(fù)雜的分子層面的機(jī)制。

幸運(yùn)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(lián)受體。其中介導(dǎo)苦味的屬于2型味覺受體T2R（taste receptor family 2 member，T2R），它們特異性結(jié)合苦味物質(zhì)后導(dǎo)致細(xì)胞膜電位發(fā)生變化再經(jīng)突觸將信號傳遞給下個細(xì)胞，最后經(jīng)神經(jīng)中樞的整合產(chǎn)生苦味感覺，但更細(xì)節(jié)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(jié)構(gòu)和相應(yīng)配體

結(jié)束語

味覺的功能不僅在于辨別不同的味道，而且與營養(yǎng)物的攝取和體內(nèi)環(huán)境恒定的調(diào)節(jié)也有關(guān)系。其中苦味讓人產(chǎn)生不愉快感，進(jìn)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(zhì)，這是機(jī)體有效的自我保護(hù)機(jī)制之一。苯甲地那銨這種人造“苦精”高居苦味物質(zhì)榜首就恰好成為我們的保護(hù)者。雖然近年來對味覺系統(tǒng)的研究取得了一定進(jìn)展，但關(guān)于味覺信號傳遞過程尤其是酸味、咸味的認(rèn)識還不清楚。相信隨著學(xué)科的不斷發(fā)展，我們對味覺感受機(jī)制的認(rèn)識也將更加深入，未來在食品和飼料風(fēng)味改良、味覺疾病診療及藥物“掩味”等技術(shù)領(lǐng)域也會取得更大的進(jìn)展。

參考資料

[1] 陳大志, 葉春, 李萍. 味覺受體分子機(jī)制[J]. 生命的化學(xué), 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(jī)制與苦味肽研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè)科技, 2018, 39 (11): 333-338.

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