日常的不可思議 化學 不需要先備知識 閱讀約7分鐘

碳酸的刺痛感,舌頭是在哪裡感覺到的?
― 舌頭感受到的不是氣泡,而是「酸味」

喝碳酸飲料時,舌頭會有刺痛感。許多人認為這是「氣泡破裂的觸感」。但研究顯示,就算消除氣泡,刺激感幾乎不變。舌頭感受到的,其實是溶解的二氧化碳變身而成的、極淡的「酸」。

發布:2026.10.09 難度:★☆☆(不需先備知識即可閱讀) 公式只出現在最後的折疊區塊
先想像一下這個場景

炎熱的日子裡,喝一口冰涼的碳酸水。舌頭上刺刺的,直到喉頭深處都涼涼的。

把同一瓶碳酸水打開瓶蓋放置半天後再喝。氣泡雖然還有一些,但那股刺激感幾乎消失了。變溫的碳酸飲料,不知為何也變成了「走氣」的味道。

那股刺痛感,到底是舌頭的什麼部位在接收呢?答案出乎意料,竟是感受「酸味」的機制。

刺激的真相,是兩種「酸的感測器」

1
二氧化碳在舌頭上變成酸

舌頭上「負責酸味」的細胞表面,有一種能讓二氧化碳迅速與水反應的酵素。細胞感受到生成的酸,便將「刺痛」的味覺訊號傳給大腦。

2
同一種酸,也會刺激痛覺神經

口腔中也布滿了傳導疼痛與熱感的神經。這種神經也會對酸產生反應。那種刺刺癢癢的感覺,據認為就是從這裡來的。

也就是說,碳酸的刺激感,是介於味覺與痛覺之間、有點特殊的感覺。而氣泡,並不是主角。讓我們依序來看。

消除氣泡後,刺痛感依然存在

「氣泡破裂的觸感就是刺激的來源」,這個想法非常直覺。於是在2013年,美國的研究者直接驗證了這一點。

他們使用了一個可以提高氣壓的房間。氣壓升高時,二氧化碳會保持溶解狀態,無法形成氣泡。研究者讓受試者在這個房間裡含一口碳酸水,並與一般氣壓下的刺激強度做比較。

結果顯示,即使幾乎沒有氣泡產生,刺激強度也幾乎沒有改變。氣泡只是稍微改變了感受方式,而刺激的主要來源,其實是溶解在水中的二氧化碳本身。

那麼,溶解的二氧化碳在舌頭上到底做了什麼呢?請看圖1。

口中的飲料(溶有二氧化碳) 二氧化碳 氣泡(虛線):並非刺激主角 舌頭表面 酵素把「二氧化碳+水→酸」 負責酸味的細胞 感受酸並反應 味覺訊號「刺痛」→ 傳向大腦 酸也會向周圍擴散 痛覺神經末梢 也會對酸產生反應 傳導「刺痛」感
圖1:感受碳酸的兩條路徑。左側是舌頭表面(橫向色帶)的酵素把二氧化碳變成酸,下方負責酸味的細胞感受到後,如向下箭頭所示,把味覺訊號傳向大腦。右側則是同一種酸如虛線箭頭般向周圍擴散,刺激以曲線描繪的痛覺神經。右上方虛線畫的氣泡,並非刺激的主角。

原來酸味細胞,就是負責感知碳酸的角色

2009年的一項老鼠實驗,驗證了這個機制。研究者讓舌頭上各種味覺細胞分別停止作用,觀察牠們對碳酸水的反應。

就算讓感知甜味、鮮味、苦味的細胞停止作用,對碳酸的反應依然存在。然而一旦讓「負責酸味」的細胞停止作用,對碳酸的反應幾乎就消失了。

更關鍵的是,這些細胞表面的酵素。二氧化碳雖然會與水反應生成酸,但若沒有酵素,反應速度很慢。這種酵素能讓反應速度大幅加快。於是在飲料停留口中的短短幾秒內,舌頭表面就會立刻生成酸。

不過,碳酸水並不會像檸檬汁那樣讓人感覺「酸」。因為口腔整體的酸濃度非常稀薄,又疊加了痛覺神經傳來的訊號。據認為大腦把這些訊號綜合起來,感知成與「酸味」不同的「刺痛」感。

💡 登山用藥,會讓碳酸變成「走氣」的味道

用於預防高山症的藥物(乙醯唑胺)具有抑制這種酵素作用的效果。據說長期以來,有服用這種藥物的登山者反映「碳酸飲料的味道變得像走氣了」。這被視為能在人體上證實酵素是感受碳酸關鍵的一個例子。

為什麼冰涼的碳酸飲料刺痛感更強?

刺激的來源,是溶解的二氧化碳量。而氣體能溶於水的量,水越冷就越多。請用圖2的滑桿改變溫度試試看。

每公升水能溶解的二氧化碳量(二氧化碳為1大氣壓時) 0 g 1 g 2 g 3 g 25℃(比較基準) 約1.5 g 約2.0 g 15℃ ×1.32 (與25℃比較)
移動滑桿,可改變能溶解的二氧化碳量(右側長條)
圖2:每公升水能溶解的二氧化碳量。左側虛線框是25℃時,約1.5公克。右側水藍色長條,是滑桿所選溫度時的量。冷卻到0℃,長條會變成虛線框的約2倍高。加溫到40℃,則會低於虛線框。

冰涼的碳酸飲料,在口中也能保留較多氣體。所以舌頭上生成的酸也較多,刺激感較強。走氣的碳酸飲料,氣體很快逸散,酸的原料就不足了。

打開瓶蓋放置後碳酸會「走氣」,也是同樣的原因。空氣中的二氧化碳含量極少,所以溶解在水中的氣體會逐漸釋放到空氣中。即使氣泡還看得見,只要溶解的量本身減少,舌頭上的酸感測器就不會有反應。

💡 「明明會痛,卻覺得好吃」的不可思議

碳酸的刺激感,有一半來自痛覺神經。辣椒的辣味、山葵的嗆辣感,也同樣是利用痛覺神經的感覺。人為什麼會特意偏好帶點疼痛的刺激?這是至今仍未完全解開的問題之一。

總結

碳酸的刺痛感,並不是氣泡破裂的觸感。溶解的二氧化碳,會在舌頭上透過酵素變成酸。負責酸味的細胞和痛覺神經,兩者都感受到了這種酸。冰涼的碳酸飲料刺激感更強,打開瓶蓋放置後會走氣,都是因為溶解的氣體量,直接就是刺激的原料。

舌頭品嚐碳酸的,不是氣泡的聲音,
而是剛生成的酸。

味覺大部分由鼻子決定的故事,可以在「感冒時,為什麼食物會變得沒味道?」閱讀,分子直接刺激皮膚感測器的故事,可以在「薄荷明明不冰,為什麼會感到涼涼的?」閱讀。溶解的氣體一口氣變成氣泡的故事,也可參考「火山為什麼會噴發?」。

🧪 自己動手驗證:氣泡和刺激感是兩回事?
  1. 把同一瓶碳酸水分裝到兩個杯子,一杯放冰箱,另一杯放在室溫,各放置30分鐘。比較看看,確認刺激感強弱的差異。
  2. 用湯匙充分攪拌冰的那杯,讓看得見的氣泡完全消失後,再喝一口。確認氣泡變少後,是否依然感到刺痛。
  3. 含一口碳酸水,靜止不動約5秒。觀察氣泡觸感消失後,刺刺的感覺是否仍然持續。

即使攪拌,溶解的氣體也不會馬上全部釋放出去。如果氣泡看不見了但刺激感仍然存在,就是刺激來源不是氣泡、而是溶解氣體的線索。不擅長喝碳酸飲料的人和小孩,不必勉強嘗試。

想知道更多 ― 用語、公式與教科書的連結從國中理化到大學專業科目,皆已標明屬於哪個程度的內容
以下標籤的意義
  • 國中國中理化課程範圍
  • 高中高中「化學」「生物」課程範圍
  • 高中+高中進階內容,或教科書專欄層級的內容
  • 大學高中不教、屬於大學專業科目(物理化學、感覺生理學)的內容
  • 研究即使在大學也不被當作「定論」教授、研究者目前仍在調查中的內容

國中用語:這個現象是有名字的

國中高中用公式驗證:500毫升碳酸飲料中,溶解了多少氣體

刺激的來源,是溶解的二氧化碳量(濃度)。氣體溶於水的量,可以用亨利定律來估算。符號的意義是,C 表示溶解濃度(單位為 mol/L),k 表示溶解度係數(mol/(L·大氣壓)),P 表示接觸水面的二氧化碳壓力(大氣壓)。

⓪ 基本公式
用符號表示C = k × P
用文字表示溶解的二氧化碳濃度 = 溶解度係數 × 接觸水面的二氧化碳壓力
公式的來源從水面溶入的分子數,與從水中逸出的分子數達到平衡時的關係(亨利定律)。溶入數與壓力成正比,逸出數與濃度成正比,達到平衡時濃度便與壓力成正比。
符號意義與單位
C水中溶解的二氧化碳濃度(mol/L)
k溶解度係數。隨溫度變化(mol/(L·大氣壓))
P接觸水面的二氧化碳壓力(大氣壓)
① 基本數值
25℃時的溶解度係數約為 0.034 mol/(L·大氣壓)
0℃時的溶解度係數(與圖2相同的近似值)約為 0.071 mol/(L·大氣壓)
加蓋容器內的二氧化碳壓力(範例)設為 3 大氣壓
空氣中的二氧化碳壓力約為 0.0004 大氣壓
二氧化碳1 mol的重量44 g
氣體1 mol的體積(25℃・1大氣壓)約為 24.5 L
② 計算看看
加蓋容器內的濃度(mol/L)0.034 × 3 = 0.102
換算成重量(g/L)0.102 × 44 ≒ 4.5
500毫升中溶解的量(mol)0.102 × 0.5 = 0.051
還原成氣體時的體積(L)0.051 × 24.5 ≒ 1.25
開蓋後達到平衡的濃度(mol/L)0.034 × 0.0004 = 0.0000136
與加蓋時的差異(倍)0.102 ÷ 0.0000136 = 7500
0℃與25℃溶解度的比值(倍)0.071 ÷ 0.034 ≒ 2.1

500毫升的瓶裝飲料中,若還原成氣體,計算結果約溶有1.25公升、相當於兩瓶半份量的二氧化碳。打開瓶蓋放置後,能溶解的量會降至約7500分之1,所以氣體會隨時間持續逸出。冷卻後能溶解的量約增加2倍,舌頭上生成酸的原料也會增加。

高中高中+化學平衡與酵素的作用

高中二氧化碳與水反應生成碳酸,其中一部分會解離成氫離子與碳酸氫根離子(CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃ ⇄ H⁺ + HCO₃⁻)。這個氫離子就是「酸」的真正身分,也正是負責酸味的細胞所感受到的對象。氣體溶解度隨溫度下降,以及亨利定律,都屬於高中化學的範圍。

高中+二氧化碳與水反應的階段,若沒有酵素,據說需要數十秒到數分鐘。碳酸脫水酵素能把這個過程大幅加快。酵素並不會改變反應最終到達的結果(平衡),只會改變到達那裡所需的速度——這正是高中生物、化學中「酵素作用」這一概念的實例。

大學味覺受體與亨利常數的溫度依賴性

在2009年的研究中,發現負責酸味的細胞(帶有 PKD2L1 標記的細胞)表面存在一種固定於細胞膜上的碳酸脫水酵素(Car4),老鼠實驗顯示這種酵素是感受碳酸味道所必需的。在痛覺方面,有報告指出三叉神經游離神經末梢上的離子通道 TRPA1,會因細胞內變酸而被活化。溶解度係數的溫度依賴性,可以用凡特荷夫方程式表示,圖2的計算也採用了這個形式。

📖 公式推導與更深入的內容:亨利定律(日文維基百科) / 碳酸脫水酵素(日文維基百科)

研究尚未完全明白的事

也就是說,本文的內容也只是「目前已知範圍內的解釋」。即使是每天接觸的身邊刺激,其機制也是在這十幾年間才被弄清楚的。

與教科書的連結(依程度分類)

程度科目・單元本文對應段落
國中理化・氣體的性質(二氧化碳溶於水呈酸性)二氧化碳變成酸的部分
高中化學・氣體溶解度、亨利定律用公式驗證、圖2
高中+生物・酵素的作用/化學平衡酵素加速反應的部分
大學感覺生理學・味覺受體/物理化學酸味細胞與碳酸脫水酵素、溫度依賴性
研究化學感覺研究氣泡的作用、人體機制
―與生活的連結冰涼飲用碳酸的理由、開瓶後立刻蓋好的理由
參考・出處
  1. Chandrashekar J. 等「The Taste of Carbonation」Science 326(2009)
  2. Wise P. M. 等「The Influence of Bubbles on the Perception Carbonation Bite」PLoS ONE 8(2013)
  3. Wang Y. Y. 等「TRPA1 is a component of the nociceptive response to CO2」Journal of Neuroscience 30(2010)
  4. Graber M., Kelleher S.「Side effects of acetazolamide: the champagne blues」New England Journal of Medicine 319(1988)
  5. Sander R.「Compilation of Henry's law constants for water as solvent」Atmospheric Chemistry and Physics 15(2015)

※本文為一般大眾取向的科學解說。文中數值僅為理解機制的參考估算值。容器內的壓力會因產品與溫度而有所不同。服藥中人士,請向醫師、藥師確認藥物作用。