【科普】揭秘酸味化学与感知机制

背景：酸味的起源可以追溯至西周时期，《山海经》中就记录有鳖鱼酸甘之味。随着时间的推移，五味也得到了不断的发展。“秋风萧瑟天气凉，草木摇落露为霜”，中医认为，秋天是肺收敛的季节，肺主秋，吃酸味食物能够收敛肺气，预防感冒咳嗽等症状，所以我们应该多吃一些酸味的食物。而人们在口腔中品尝酸味食物时，唾液腺会分泌更多的唾液，以中和口腔中的酸性成分。这种中和过程常常被人们形容为“流口水”，因为唾液会增多，从而让舌头感到湿润和滑嫩[1]。

1、人体是怎样感到酸味的？

多囊肾显性蛋白1L3和2L1是人体中TRPP通道家族中的一员，它们在细胞内扮演着离子通道的角色。在人体中，多囊肾显性蛋白1L3和2L1主要分布在味觉细胞中。这些味觉细胞位于舌头、口腔和喉部等处，并负责感知不同的味道，包括酸、甜、苦、咸等。具体来说，当含有酸味物质的食物进入口腔时，多囊肾显性蛋白1L3和2L1受体会被激活并传递信号至大脑，产生酸味的感觉[2-3]。

图1. 酸味受体（图源自于中国知网[3]）

2、食物中的酸味从何而来？

食物的酸味主要是由其中所含的酸性物质引起，这些酸性物质在水溶液中解离出的氢离子(H+)刺激口腔中的味觉感受体，让人感觉到酸味。质子H+被认为是酸性化合物的定味剂，而对应的酸根负离子则是助味剂。不同的酸类具有不同的酸根，因此它们的酸味强度也会有所差别。然而，酸味强度并不仅取决于氢离子的浓度（pH），还与酸根的种类、缓冲溶液和糖分等因素有关。事实上，在相同pH下，有机酸的酸味强度比无机酸要大。为比较不同酸类的酸味强度，常使用酸度指标，将柠檬酸的酸味强度定为100，计算其他酸的酸味强度时，与柠檬酸的酸味强度进行比较[4]。

图2. 常见有机酸的酸度（图源自于中国知网[4]）醋酸在水溶液中的电离平衡示意图（图源自于https://www.teacher.nt.cn）

3、常见的酸味剂

目前，全球使用的酸味剂市场总产量每年约100万吨，年需求增长率在3%至5%之间。我国允许使用的酸味剂有17种，包括有机酸味剂、无机酸味剂以及相关的有机盐和无机盐。无机酸味剂中使用较多的是磷酸。在众多酸味剂品种中，有机酸是最为常见的类型，如柠檬酸、苹果酸、乳酸、酒石酸和醋酸等，在现代食品工业中广泛使用。

柠檬酸（C6H8O7），又名枸橼酸，在柠檬和柑橘等水果中含量较高，化学名称为2-羟基丙烷-1，2，3-三羧酸，是一种三元酸，电离常数pK1，pK2和pK3分别为3.13，4.76和6.40，在1.0mol/L的水溶液中，pH约为1.56，是一种酸性较强的有机酸。柠檬酸是由瑞典化学家Scheele在1784年从柑橘中提取得到的。其原本是从柑橘水果中提取得到，后来被发现可以利用微生物发酵法进行工业化生产。通过砂糖、糖蜜和淀粉等含糖物质为原料，在有氧条件下进行发酵，实现了柠檬酸的批量化生产。由于其具有广泛的应用范围和必需的酸味特性，柠檬酸已成为经济上十分重要的有机酸之一[5]。

图3. 柠檬水（图源自于https://www.lvchashuo.com）柠檬酸粉（图源自于https://so1.360tres.com）

苹果酸（C4H6O5）是一种重要的食品用有机酸，化学名称为2-羟基丁二酸。它是白色结晶或结晶性粉末，无臭无味，并在水中溶解度极高。该酸味道柔和绵长，能够给食品带来更加醇厚的口感。苹果酸广泛存在于植物和水果中，如苹果、奇异果、甜瓜、无花果和番茄等。此外，该酸还具有抗氧化功能，能够促进能量代谢并减少自由基的产生，从而起到保护机体组织的作用。另外，苹果酸可参与生物体的三羧酸循环并增强机体运动能力，从而具有一定的抗疲劳作用[6]。

图4. 苹果（图源自于http://www.sohu.com）奇异果（图源自于https://www.360kuai.com）

自古以来，我国传统食醋作为调味品和中药配伍使用，历史悠久。近年来，随着生活水平的提高，对高品质食醋的需求也越来越普遍。有机酸是食醋中含量最高的物质，其中乙酸（CH3COOH）和乳酸（C3H6O3）占80%以上。乙酸主要由醋酸菌氧化乙醇而产生，是主要挥发酸；乳酸则由乳酸菌代谢葡萄糖而产生，通常存在两种构型D/L-乳酸（左旋构型和右旋构型乳酸），比例接近1∶1，是主要不挥发酸。我国传统食醋酿造主要是以高粱、大米、糯米等谷物为原料，利用多菌种发酵曲作为起始发酵剂，经复杂的生化反应如糖化、酒化、醋化等酿造而成，食醋不仅具有独特的口感和各种营养成分，还具有抗氧化、降血脂和降血糖等多种保健功效。

图5. 山西老陈醋（图源自于https://detail.tmall.com）山西老陈醋的酿造流程图（图源自于知网[7]）

葡萄果实中的有机酸含量较高，其中以酒石酸为主导，占有机酸含量的54.87%~69.78%。抗坏血酸是葡萄酒石酸的前体，主要通过L-半乳糖途径合成。阳光照射有利于葡萄果实中酒石酸的合成。酒石酸不仅影响了葡萄浆果的味道，还对葡萄酒的色泽、口感、微生物稳定性和陈酿潜力具有重要作用。作为一种含量较高的有机酸，酒石酸具有独特的酸味和缓冲作用，在发酵过程中能生成新的有机酸，帮助平衡味觉和视觉感受。同时，其还能抑制微生物的生长，为葡萄酒的品质和保存提供保护作用。因此，针对酒石酸在葡萄中的重要性，可在种植管理、采收和加工等环节中优化控制，有利于提高葡萄酒的品质和口感，增强经济价值[8]。

图6. 葡萄（图源自于http://spro.so.com）葡萄有机酸合成途径（图源自于中国知网[8]）

4、酸性物质对人体健康的益处

“酸甜苦辣咸”，在五味中，酸排在第一位[4]。食用酸味食物能够让人感到爽快刺激、增进食欲。英国萨塞克斯大学的一项实验表明，食用酸性物质的参与者更加勇于接受挑战，并且食用酸性食物还有助于改善焦虑症和抑郁症等疾病。因此，我们可以多摄入富含酸性物质的食物，即便不考虑美食的诱惑，也抵挡不住其丰富的营养价值和健康功效[9]。

5、小结

总之，酸味是一种常见的感受，酸味剂在食品工业和人们日常生活中有着广泛的应用。了解酸味产生的机制和常见的酸味剂，既可以帮助我们更好地提升食品口味，还有助于监测食品质量。但是过量摄入酸性物质也可能带来一些负面影响，长时间或大量摄入酸性物质会对牙齿造成损害，容易导致龋齿和其他口腔疾病。因此，建议在日常饮食中适度地摄入酸性物质，并保持合理的饮食和健康生活方式，以确保身体健康。

参考文献

[1] 文生,郑秀丽,杨宇. 《黄帝内经》论酸[J]. 中国中医基础医学杂志, 2020, 26(12): 1748-1750.

[2] 陈大志,叶春,李萍. 味觉受体分子机制[J]. 生命的化学, 2010, 30(5): 810-814.

[3] 庞广昌,陈庆森,胡志和,等. 味觉受体及其传感器研究与应用[J]. 食品科学, 2017, 38(5): 288-298.

[4] 邵黎雄,陆建梅,姜雪峰. 味觉化学之酸味化学[J]. 化学教育(中英文), 2020, 41(13): 1-5.

[5] 杨雅轩,丁兆钧,杨柳,等. 食品酸味剂使用现状及发展趋势[J]. 南方农业, 2015, 9(9): 165-167.

[6] 南龙伟,闫小玉,门靖,等. 苹果酸的生理功能及在食品中的应用研究进展[J]. 精细化工中间体, 2022, 52(5): 26-29, 62.

[7] 严文法,李毓婷,孙婷婷. 基于新鲁科版教材“微项目”的再开发与实施——以“食醋酿造”的教学为例[J]. 化学教与学, 2022(15): 17-21, 75.

[8] 朱磊,陈芸华,胡禧熙,等. 葡萄有机酸的研究进展[J]. 中外葡萄与葡萄酒, 2022(6): 88-95.

[9] 多吃酸味食物缓解焦虑[J]. 中国食品学报, 2018, 18(7): 277.

作者：可乐

作者单位：西北师范大学