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為什麼我們對臭味避之唯恐不及?哈佛化學博士這麼說

2020-06-26 09:40商周出版 文/摘自《手機、咖啡、情緒的化學效應》

【文、圖/摘自商周出版《手機、咖啡、情緒的化學效應》,作者阮津玫】

在大自然裡,臭味傳遞的訊息就是「趕快離開」,例如:路人甲散發出陣陣臭味,表示他可...
在大自然裡,臭味傳遞的訊息就是「趕快離開」,例如:路人甲散發出陣陣臭味,表示他可能有傳染病或細菌,其他人應該儘速遠離。 圖/ingimage

臭味實驗室

氣味屬於機化學的研究範疇。不僅芳香味化合物與調味料屬於有機分子大家庭,臭味也是。化學課將有機化學(Organic chemistry)簡稱為OC。簡簡單單的兩個字,卻讓人又愛又恨,因為修這個科目的時候必須死背很多內容。從前有一次,我一邊動手畫著化學結構式一邊記誦,室友說:「你真是金頭腦耶,還記得住這些結構式!」我倒是認為,真正厲害的是研究出化學分子結構特徵的科學家,因為化學分子根本「無影無形」,如何去研究它們的結構形狀呢?從這一點看來,化學真的是一門出類拔萃的科目啊!除了學習理論之外,化學系學生必須花很多時間做實驗。我們稱之為實習,雖然這個說法可能引起其他專業科系的誤解,但化學系還是保留這個習慣說法。有機化學實習很難,不僅讓人喪氣地只想轉系,甚至還會導致心情低迷懷疑人生。另一方面,它卻超級有趣,例如有機化學裡相當重要的一環就是合成(Synthese),亦即「從零開始」製作新的化學分子。用自己的雙手實驗合成出肉眼不可見、甚至連最棒的顯微鏡都無法一窺其美妙的分子……這感覺多麼酷啊!自己彷彿神奇地晉身魔術大師之列!不過,有機化學實習超血汗的,並且百味雜陳。如果你臨時找不到有機化學實驗室的位置,只需要按「味」索驥就可以找到,而且靠的不是香氣,而是臭味。從前我做完有機實驗之後,在搭車回家途中總是薰暈了車上一票乘客。唉,真是不堪回首話當年!超丟臉的!今天公車裡的汗臭哥應該跟我當年一樣,都相當無奈啊!TMHS屬於有機化合物分子。很多人體部位都會發臭。

停,暫停一下!請先想想,化學家究竟如何得知臭味分子的化學式呢?透過理論推演嗎?絕對不可能!當然是藉由實驗來確定臭味分子的化學組成。

讓我來告訴大家一個特別好笑的故事:一九九八年,在美國明尼蘇達州明尼亞波利斯有位科學家研究十六名受試者的胃脹氣問題。受試者必須在實驗前晚及實驗早上各多攝取兩百克豆類與時此克乳果糖(Lactulose)。乳果糖有助於腸道益生菌迅速繁殖;腸道細菌分解乳果糖的時候會產生氣體,導致放屁。實驗當日,受試者必須收集自己排出的氣體。實驗結果以氣相色譜法等方法分析。值得注意的是,這項實驗還邀請兩位「好鼻師」來鑑定收集到的氣體惡臭特徵。為什麼只請兩位?唉,替科學實驗做臭氣鑑定的人才數目很有限的。此外,他們的嗅覺必須非常厲害,方可進行科學的精確評估。這兩位好鼻師的工作經歷業已證實其高超的嗅覺能力,可對氣體臭味做出「量化分析」與「質化分析」。量化分析指的是例如:以〇(無味)到八(惡臭)等級來判定氣體樣本的臭味強度。質化分析指的是:精確地描述每種單一氣體的特徵,聞起來像有硫化物的味道?臭雞蛋的味道?還是臭甜味?如果只將該氣味描述為很「噁心」,則顯得不夠具體。

放屁所排出的氣體多半是氫氣、氮氣、二氧化碳,這些氣體都沒有味道。科學家發現,真正有臭味的氣體絕大多數是硫氫化合物(聞起來像臭雞蛋),然後是甲基硫醇(聞起來像腐敗的蔬菜),以及二甲硫醚(臭甜味)。

這類知識有什麼用處呢?哎呀,科學研究並不一定具有實用價值。研究工作的核心在於更進一步瞭解這個世界,當然也包括瞭解這些氣體在內。上述研究還有續集,而且相當有趣:研究者請受試者穿上防水褲,以強力膠帶黏緊,並以修補腳踏車內胎的方法確定褲子百分之百密不透風。防水褲上面有個連接管,負責收集全數的排氣以供分析。防水褲裡裝有活性碳塗層濾墊,因此可吸收硫化氫之類的分子。所以,活性碳濾墊的用途在於防止產生臭氣!這項實驗計畫主持人測量剩餘的臭味分子,並測量活性碳濾墊的除臭功效。科學家甚至以普通濾墊當做「安慰劑」濾墊,藉以保證研究方法的正確性。

這項實驗的結果又是如何呢?活性碳濾墊防水褲真的具有除臭效果。活性碳濾墊能夠吸收九成以上的硫化物氣體。最重要的事一定要在這裡告訴你們:這個濾墊的大小43,5 X 38 X 2,5公分,大概就跟枕頭一樣大!難怪紡織業遲遲未應用這項科學發明結果,試想誰願意在褲子裡塞個枕頭,僅僅為了去除屁味?不過,這就是科學研究。成功的科研結果與實際應用之間無法畫上等號,甚至經常隔著天壤之別。

在大自然裡,臭味傳遞的訊息就是「趕快離開」,例如:路人甲散發出陣陣臭味,表示他可...
在大自然裡,臭味傳遞的訊息就是「趕快離開」,例如:路人甲散發出陣陣臭味,表示他可能有傳染病或細菌,其他人應該儘速遠離。 圖/ingimage

幸好,號稱「天下無敵臭」的分子並不存於大自然裡,而是由人工合成。這個小分子看起來一副無害單純模樣,卻是臭氣沖天,化學學名是硫代丙酮(Thioacetone)。

硫代丙酮的化學結構式雖然很簡單,製備卻不容易。通常必須先製作它的「三聚體」(trimer),亦即由三個相同的硫代丙酮分子化合生成的產物,然後再透過高溫讓硫代丙酮三聚體進行裂化反應,以製備硫代丙酮。

剛剛不是說過硫代丙酮「天下無敵臭」嗎?那麼還有人會想去製備硫代丙酮嗎?的確有!第一批在化學實驗室裡製作硫代丙酮的化學家來自於德國芙萊堡大學。他們在一八八九年的實驗日誌記錄著:

我們小心謹慎地進行蒸餾,再以水蒸氣降溫。剛剛製成的硫代丙酮瞬間就「臭」傳千里。在距離實驗室八百公尺遠的地方及鄰近社區裡,都瀰漫著這股臭味。實驗室附近的居民抱怨說,有人聞到臭味之後覺得噁心、嘔吐,甚至昏倒。

噁心惡臭都無法遏阻當年那批科學家的好奇心。由此可見,他們一心想追求科學真相,無疑是一群貨真價實的科學家。後來迫於鄰居抗議連連,研究者只好中止實驗。該項研究並無任何應用可能(臭味或可當作武器?)。硫代丙酮的純化分離過程非常困難。僅僅如此,就完全值得「以身試險」了!科學就是在於挑戰可能之極限。

當年芙萊堡大學的故事證明:在那麼多的化學家裡面,最瘋狂的就是有機化學家。至少我個人如此認為,搞有機化學的人工作最勤奮。我家老爸就是有機化學家,湊巧後來轉去研究聚合物。他的博士論文題目探討香味,包括研究剛出爐的麵包香味在內。媽媽常說,老爸那時候下班回家時全身都香噴噴的。我先生馬修也主修有機化學;他讀博士班的時候,我卻沒像我媽那麼幸運。他的研究室就在實驗室裡面,而且完全沒有隔間。雖然我自己唸博士班的時候也在實驗室裡有張書桌,但我們研究室不搞毒物化學。相反的,馬修和其他五位同事都專攻有機化學。唉!他們不僅日以繼夜地在工作台上做著有毒物質的合成實驗,還坐在書桌旁一直呼吸著有毒氣體。雖然實驗室裡有抽風設備,盡量降低他們與化學物質的接觸機會,但多多少少還是會沾染到一些有毒成分。所以,馬修一回家就必須把實驗衣與上班時的衣物脫在特定的洗衣籃裡,然後立刻洗澡,不然不准碰我。他身上幾乎每天都充滿著有機化學的味道。如果連在家的我都聞得到,那麼他在實驗室裡究竟吸入多少毒氣呢?這讓人覺得憤怒,真想破口大罵馬修的指導教授兼老闆、罵有機化學研究所以及整所大學。德國既然是先進國家,為什麼不能提供化學所博士生實驗室以外的研究空間呢?

在大自然裡,臭味傳遞的訊息就是「趕快離開」,例如:路人甲散發出陣陣臭味,表示他可能有傳染病或細菌,其他人應該儘速遠離。如果臭就是毒、毒就會臭,倒也實際並且容易辨認。可惜,有害物質通常都很不顯眼。事實上,發出臭味的成分未必有害,同樣的,有害物質未必臭氣沖天。

剛開始唸化學系的時候,酸性物質簡直是我們的頭號大敵。酸鹼中和(Acid­base titration)實驗的材料之一就是鹽酸。同學們都提心吊膽,害怕皮膚碰到鹽酸會被腐蝕。後來,大家很快就適應得很好,實驗態度變得既有自信更熟練,而且大家對鹽酸的恐懼變小了,因為知道皮膚碰到酸性物質時會馬上有感覺,能夠立即反應沖洗以降低傷害。毫無存在感的化學藥品才可怕,因為它們可能多年後才導致癌症病發。有機實習的時候,最令人印象深刻的是結晶紫染色劑的合成實驗,最終產物是一種金屬般發光的銅金色結晶。極少量結晶溶於水之後,就會變成所謂的「紫藥水」,可用於消毒殺菌。但此項實驗的最主要目的並不在於製備染色劑,而是讓我們體會到清洗實驗器材的千辛萬苦。結晶紫不僅顏色很濃烈,脫色難度更高。我們一直不停地刷洗,但所有實驗器材的顏色卻越變越深。那時候我們才瞭解,原來這就是實驗室抽風設備以及實驗衣每天必然遭受的悲慘命運。當時我和同學們都還是實驗菜鳥,不太懂得清洗染劑的技巧,因此好幾個星期過去之後,抽風設備以及實驗衣上面都還會赫然出現紫色的痕跡。後來我情願處理有毒成分,也不想再碰有色染劑。

.書名:手機、咖啡、情緒的化學效應.作者:阮津玫.譯者:呂以榮.出版...
.書名:手機、咖啡、情緒的化學效應
.作者:阮津玫
.譯者:呂以榮
.出版社:商周出版
.出版日期:2020/05/30
擔任科技記者之後,我反而懷念起實驗室的工作。來找汀娜的時候,我總是表現出對於舊日時光的依依不捨。汀娜有點生氣,認為我不應該對實驗室還存著浪漫的想法。的確,化學系的大學生及碩士生在寒暑假必須實習,毫無假期可言,唸博士班的時候更沒有休假機會。這代表,我生命中整整九年的時間都貢獻給了化學實驗。無論春夏秋冬,我都必須全副武裝地在實驗室裡奮戰,有時候夏天流汗流到眼鏡鏡片都起霧看不清楚了。相較之下,離開化學實驗室工作的我現在正享受著夏天的愉快氛圍,穿著涼鞋輕鬆地散步回家。我應該慶幸自己辭去了化學研究室的工作。你問我想不想念當年?不想,絕對不想!

放屁
流汗

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