为什么汽车防冻液有甜味?
提到甜这个味觉,大部分人首先想到的会是各种各样的糖果,或者铺满水果的奶油蛋糕,再或者是蜜雪冰城里的果茶奶茶。大家实在没办法把甜这样一个形容词联系到汽车防冻液身上,在大家的印象里汽车防冻液有着果汁般花花绿绿的颜色,但是却有着一定的粘度,像是一瓶掺杂了少量胶水的没有气泡的汽水,让一般人提不起尝一尝的兴趣。
那么汽车防冻液为什么会是甜的呢?我们不妨从根本出发,看看汽车防冻液的本质是什么。目前,国内外汽车防冻液的主要成分为乙二醇,和我们平时熟悉的酒精的主要成分乙醇有着“亲戚”关系。
在有机物中,用于描述和区分分子中具有特定化学性质和反应行为的结构部分被称作是官能团。乙醇的官能团为羟基,即-OH,而乙二醇相较于乙醇则是多了一分子的羟基官能团所以两者性质相近。乙醇能和水之间进行任意比例的混合,乙二醇也可以。乙二醇与水进行混合之后,发生了一些物理变化,它改变了冷却水的蒸汽压,从而显著地降低了水结冰的温度——也就是我们所谓的冰点。一般来说当乙二醇的含量为60%时,冰点可降低至-48.3℃,这可以有效地防止发动机和冷却系统在低温下冻结,避免引起管道破裂和发动机损坏的风险。
同时乙二醇具有较高的沸点,使其在高温下不易沸腾。能够在高温条件下保持相对稳定的性能,这使得它在高温引擎工作时能够继续发挥防冻液的作用,不会因为温度升高而失去防冻效果。
总之,乙二醇仿佛就是天生做防冻液的“材料”,性质非常的优良。那么我们回到开始的问题,乙二醇为什么是甜的呢?想要讲清楚这个问题,我们还要再另外了解一个知识点,那就是我们为什么会感受到甜味?
味觉是一种感觉,通过舌头上的味蕾细胞来感知食物中的化学物质。味蕾细胞位于舌头上的小凸起,称为味蕾。每个味蕾包含许多味蕾细胞,这些细胞具有不同的受体,用于感知不同的味道,如甜、酸、苦、咸和鲜味。
对于甜味的感知,主要涉及到甜味受体和甜味物质之间的相互作用。甜味受体是一种蛋白质,位于味蕾细胞的表面。而甜味物质通过与蛋白质之间通过多种非共价相互作用进行结合,从而刺激神经经过一系列的传递产生甜味。其中便包含了跟乙二醇相关性很高的氢键作用。氢键是一种分子间的相互作用力,它对于生物化学、药物研发和材料科学等领域具有重要意义。
首先,我们需要了解一下氢键的形成原理。氢键是由氢原子与较电负的原子(如氧、氮、氟)之间的相互作用引起的。这些较电负的原子中的一个带有部分负电荷,而氢原子则带有部分正电荷。因此,当这些带电的原子彼此靠近时,它们会发生相互吸引,形成氢键。
大家印象里甜甜的糖果包含葡萄糖、果糖或者蔗糖的成分,这些有机物就含有很多的羟基,当它们的两个氢原子之间有一定的距离,这个距离恰好能与舌头上的味觉感受器形成化学吻合物。这种化学吻合物可以刺激味觉感受器,使其产生脉冲,脉冲进而由神经传入大脑,使人感到甜味。这里有个小细节,形成化学吻合物需要两个氢原子并且距离恰当才能产生甜味。上文中我们提到的乙醇只有一个羟基,所以在品尝酒水时我们并不会觉得它是甜的。
但乙二醇就不一样了,它自身恰好携带了两个羟基,同时两个氢原子的位置较为适中,正好能够满足与甜味受体发生作用,从而刺激神经形成甜味的味觉。
跟乙二醇类似的物质还有护肤品中的主要成分甘油(丙三醇,自身含有三个羟基)以及最近在减肥圈中大热的赤藓糖醇(丁四醇,自身含有四个羟基)、木糖醇(戊五醇,自身含有五个羟基)。它们也不属于糖类,但是都或多或少有一些甜味,自身含有的多个羟基帮助它们骗过了我们的舌头,在我们的大脑中产生了本不应该出现的甜味。它们中的一些充当了甜味剂,用于增加食物或饮料甜味,但相比普通糖类(如蔗糖)所提供的热量更低或几乎没有热量。
不过乙二醇不能作为甜味剂,它自身有着微量的毒性,经过消化系统作用,乙二醇会先被氧化成乙醇酸(强酸),再被氧化成草酸。乙二醇及其副产物会先影响中枢神经系统,接着是心脏,而后影响肾脏。如无适当治疗,摄取过量乙二醇会导致死亡。相较于普通的有毒物质,它真正的危险性恰恰来自它的甜味。小孩和动物比较容易因摄取大量的乙二醇而中毒。
不过转念一想,突然也就理解了为什么防冻液厂商要把防冻液制作的如此让人大失胃口,提不起尝一尝的兴趣了。
参考文章:
[1]https://www.zhihu.com/question/310647825
[2]https://zhuanlan.zhihu.com/p/61950294
[3]科普中国-科学原理一点通《糖为什么是甜的》 刘秋蕾, 王飞, 李磊,等. 甜味分子与G蛋白偶联受体Tas1R2/3的相互作用及激活机制[J]. 生命的化学, 2014, 34(4):000500-505. 官大威.法医学辞典:化学工业出版社,2009年 百度百科:糖类、甜味剂