摸過鐵欄杆的手,為什麼會有「鐵鏽味」?
― 發出味道的不是鐵,而是你的皮膚
你以為的「鐵味」,其實不是鐵本身的味道。因為鐵原子根本飛不到你的鼻子裡。真正製造出味道的,是手掌上的汗水,還有皮膚的油脂。鐵只是扮演了引發變化的角色。
你握住公園裡的單槓,或是樓梯上老舊的鐵欄杆,握了一陣子。放開手,不自覺地把手掌湊近鼻子聞聞看。
接著,那股獨特的味道就出現了。有點像血的味道,又有點像金屬味,很難形容。
但奇怪的是,如果把鼻子湊近鐵棒本身,幾乎聞不到什麼味道。味道是從手上飄出來的,不是從鐵上面。
原因只有兩個
要聞到味道,物質必須混進空氣裡,一路飄到鼻腔深處。鐵原子彼此緊緊牽著手,常溫下幾乎不會跑到空氣中。也就是說,鐵原理上就是一種聞不到的物質。
手汗裡含有微量的酸,會稍微溶解鐵的表面。溶出來的鐵粒子,會把皮膚的油脂切碎,變成又輕又容易飄散的氣味分子。鼻子聞到的就是這個。
讓我們依序看下去。首先要了解,「聞到味道」在身體裡究竟發生了什麼事。
聞到味道,就是分子降落在鼻腔深處
鼻腔深處密密麻麻排列著接收氣味的細胞。這些細胞只有在空氣中飄來的分子剛好嵌進接收口時,才會發出訊號。跟眼睛、耳朵不同,嗅覺是要「那個物質的碎片真的送到身體裡」才會啟動的感覺。
所以,要有味道是有條件的。首先分子要小、要輕。而且要容易從固體或液體中飛出來,進入空氣中。這種容易飛出來的性質,叫做揮發性。
鐵完全不符合這個條件。鐵的熔點大約是攝氏1538度,沸點大約是攝氏2862度。以手握住的溫度,鐵原子幾乎不會跑進空氣中。圖1最下方的虛線箭頭,畫的就是這條「不會發生的路徑」。
鼻子聞到的,其實是油脂的碎片
那麼,手掌上究竟發生了什麼事呢?手汗裡含有乳酸等微量的酸。這些酸會稍微溶解鐵的表面,讓肉眼看不見的鐵粒子,也就是鐵離子,跑到皮膚表面。
皮膚表面經常覆蓋著一層薄薄的油脂。這層油脂長期暴露在空氣中,會慢慢氧化。當鐵離子加入之後,已經氧化的油脂會變得不穩定,被切成一段一段。這樣產生出來的,就是一種叫做1-辛烯-3-酮的分子。
這種分子帶有讓人聯想到菇類或潮濕泥土的氣味,而且已知極微量就能被察覺。2006年發表的一項研究指出,人們所說的「鐵味」,其真面目其實就是這種源自皮膚的分子。血液聞起來帶有鐵鏽味,據信也是同樣的道理:血液中的鐵,讓皮膚油脂發生了同樣的變化。
摸金或白金,幾乎聞不到味道。因為這些金屬不容易溶出,不會在皮膚上產生像鐵離子那樣的粒子。不鏽鋼的表面也受到保護,所以雖然同樣含有鐵,味道卻淡得多。相反地,越老舊生鏽的鐵味道越重,一般認為是因為表面變得粗糙,更容易溶出。
味道的原料是皮膚油脂,沒有原料就不會產生味道。洗乾淨並擦乾的手,或是隔著布拿鐵,幾乎不會產生味道。這一點可以透過下方的觀察直接驗證。
總結
鐵的味道,不是鐵發出來的。而是鐵扣下扳機,在你的手上製造出來的味道。我們以為自己在聞金屬,其實聞到的是自己身體的碎片。
那股「鐵鏽味」裡,其實沒有鐵。
你聞到的,是遇見鐵之後的自己的皮膚。
關於鼻子把氣味當成「變化」而非「量」來感知的特性,也可以參考為什麼桂花香總是「某天早上突然」才被注意到?。從另一種感官來理解同樣的金屬,也可以讀讀為什麼金屬摸起來比木頭冷?。
- 握住鐵鑰匙或鐵棒約10秒,聞聞手掌的味道。應該會聞到那股獨特的氣味。
- 用肥皂徹底洗手並完全擦乾,再握住同一個鐵製品10秒。味道會明顯變淡,因為汗水和皮膚油脂被洗掉了。
- 隔著面紙捏住金屬部分,再聞聞那張面紙。幾乎聞不到味道。這才是「鐵本身的味道」。
也可以拿生鏽的鐵、不鏽鋼湯匙、十元硬幣來比較看看。越容易溶出的金屬,味道會越重。
想知道更多 ― 術語、算式、與教科書的關聯從國中理化到大學專業科目,這裡會明確標示是哪個程度的內容
- 國中國中理化會教到的範圍
- 高中高中「基礎化學・化學」會教到的範圍
- 高中+高中的進階內容,或教科書專欄程度的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目(生物化學・感覺生理學)的內容
- 研究中連大學都還不會當成「定論」來教、是研究者目前正在探討中的內容
國中術語:這個現象是有名字的
- 揮發性:液體或固體在常溫下容易變成氣體、飄散到空氣中的性質。這是產生氣味的必要條件。
- 鐵離子:鐵原子失去電子後,溶在水中的粒子狀態。汗水裡的微量酸會把它從鐵的表面引出來。
- 1-辛烯-3-酮:皮膚油脂被切斷後產生的分子之一,帶有讓人聯想到菇類或泥土的氣味。
國中高中用算式驗證:一整座泳池的水,要放多少毫克才能被聞到
為了實際感受鼻子的靈敏度,我們來想像把氣味分子溶進泳池的水裡。這裡要算的,就是被察覺所需要的量本身。
| 用符號寫 | M = c × V |
| 用文字寫 | 所需的量 = 能被察覺的濃度 × 水量 |
| 公式從何而來 | 由濃度的定義(c = M ÷ V,也就是量除以體積)反推出量 M 的式子 |
| M | 要溶解的物質量,單位是微克 |
| c | 能被察覺氣味的濃度,單位是每公升微克 |
| V | 水量,單位是公升 |
| 泳池大小 | 長25公尺、寬15公尺、深1.2公尺 |
| 能被察覺的濃度 c | 據稱每公升約0.03微克 |
| 一粒米的重量 | 約20毫克 |
| 水面面積 | 25 × 15 = 375 |
| 水的體積(立方公尺) | 375 × 1.2 = 450 |
| 水量 V(公升) | 450 × 1000 = 450000 |
| 所需量 M(微克) | 0.03 × 450000 = 13500 |
| 換算成毫克 | 13500 ÷ 1000 = 13.5 |
一整座泳池的水,只要加入13.5毫克、也就是比一粒米還輕的量,鼻子就能察覺到。手掌上實際產生的量,應該遠遠少於這個數字。即使如此還是聞得到,正是因為鼻子的接收口就是這麼敏銳。
高中高中+為什麼鐵飛不出去,油脂碎片卻能飛出去
高中鐵原子透過共享自由移動的電子,緊緊地互相結合,這叫做金屬鍵。要把一個原子從固體中拉到空氣中,需要很大的能量,所以鐵的沸點高達攝氏約2862度。相對地,油脂被切斷後產生的分子,只是含碳約8個的小分子,分子之間只靠微弱的力互相吸引。所以常溫下也會不斷飛進空氣中。
高中+汗水溶解鐵的階段,是一種氧化還原反應。鐵失去電子變成鐵離子,失去的電子則由另一種物質接收。產生的鐵離子在皮膚上引發的反應,被稱為芬頓反應。當過氧化物與鐵離子相遇時,會產生反應性很高的碎片。
大學脂質過氧化反應這個框架
皮膚油脂被切斷、變成氣味分子的過程,在生物化學上稱為脂質過氧化反應。不飽和脂肪酸與氧反應變成過氧化物,鐵離子作用其上後,會引發連鎖式的分解,產生短碳鏈的羰基化合物。1-辛烯-3-酮就是其中具代表性的產物之一。負責接收的嗅覺受器,是一種七次貫穿細胞膜的蛋白質,曾是2004年諾貝爾生理學或醫學獎的研究對象。
📖 公式推導與更進一步的內容:脂質過氧化反應(日文維基百科) / 芬頓反應(日文維基百科)
研究中目前還不清楚的事
- 究竟是幾種分子在起作用。 一般認為不只1-辛烯-3-酮,還有多種分子混在一起,共同構成「那種感覺」,但完整的配方組成尚未確定。
- 個人差異。 就算摸同一塊鐵,有人味道感受得很強烈,也有人幾乎沒感覺。這是皮膚油脂組成的差異,還是接收口的基因差異,目前尚無法區分。
- 能不能靠味道分辨金屬種類。 不同金屬的溶出難易度不同,氣味的性質理應也會不同,但究竟能分辨到什麼程度,尚未被徹底研究清楚。
也就是說,本文的內容也只是「目前已知範圍內的說明」。越是身邊常見的現象,細節往往意外地還有許多未解之處。
與教科書的關聯(依程度區分)
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・狀態變化與物質性質 | 味道需要揮發性的說明 |
| 高中 | 基礎化學・金屬鍵/氧化還原 | 鐵不會飛出去的原因,以及汗水溶解鐵的階段 |
| 高中+ | 化學・反應速率與催化劑專欄 | 芬頓反應 |
| 大學 | 生物化學・脂質氧化/感覺生理學 | 脂質過氧化反應與嗅覺受器 |
| 研究中 | 氣味分析・官能評估 | 構成氣味的分子組成與個人差異 |
| ― | 與生活的關聯 | 洗手後味道消失的原因 |
- Glindemann 等人(2006年)關於觸摸鐵時與用酸清洗時兩種氣味的論文
- 諾貝爾基金會:2004年諾貝爾生理學或醫學獎(氣味受器與嗅覺系統的組織架構)
- 刊載於日本味と匂学会誌(日本嗅覺與味覺學會期刊)中,關於嗅覺接收分子機制的綜述
- 高中「基礎化學」教科書中,關於金屬鍵與氧化還原反應的單元
※本文為一般大眾取向的科普解說。文中數值僅為幫助理解原理的參考概算。觸摸生鏽金屬或刀具時,請注意避免受傷。