《一顆屁的科學》:為什麼屁會臭?動物也放屁嗎?

《一顆屁的科學》:為什麼屁會臭?動物也放屁嗎?
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我們想讓你知道的是

每顆屁都含有各種不同的化合物,這是食物分解時一併產生的,一般來源是肉類、堅果、穀物與豆類中的高濃度蛋白質。最熏臭的屁經常是在分解食物中的胺基酸時產生的。

唸給你聽
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文:史蒂芬・蓋茲(Stefan Gates)

為什麼屁會臭?

我們都喜歡自己的屁味(拜託別裝了,你有吧),尤其是在密閉空間,或者在棉被帳篷裡享用「悶鍋」(註1)的時候。不過,那股味兒究竟如何炮製出來?

辛勤的細菌在消解結腸中的食物餘渣時,會製造高度揮發性氣體,這是屁味之始。這個美妙的過程稱為新陳代謝,此時複雜的分子被分解為較簡單的分子(分解代謝),並製造出新的分子(合成代謝),還有大量的氣體。

放屁所排出的氣體大多數是無味的(氮氣、氫氣、二氧化碳都沒有氣味,甲烷也沒有),但同時被製造出來的那一絲絲帶氣味的揮發氣體就比較有意思了。這些氣體的特別不只是因為它們超難聞,還有它們的揮發性,也就是說這些氣體很容易飄散為蒸氣(註2),這使它們能夠在空氣中四處浮動,鑽進我們的鼻子裡。

每顆屁都含有各種不同的化合物,這是食物分解時一併產生的,一般來源是肉類、堅果、穀物與豆類中的高濃度蛋白質。最熏臭的屁經常是在分解食物中的胺基酸(蛋白質的組成基礎)時產生的,許多食物中都有胺基酸,而豆類、起司和肉類中特別多,這些食物不見得能為屁量升級,但通常可以加料調味。

從屁股到鼻子的飛行航道很簡單:放屁後,這些揮發氣體被空運出來,藉著布朗運動,一路進入我們周遭的空氣(我們四周的空氣裡基本上有成億上兆的分子是肉眼看不到的。它們不停地移動,碰撞彼此,從初始位置擴散,混亂無固定模式)。數量規模如此巨大,以至於氣體是相對均勻地蔓延散開,混入大氣中,從屁股到鼻子,還有更遠的地方。

最有味的屁聞起來像:

  1. 硫化氫=臭掉的雞蛋
  2. 硫氫甲烷=爛掉的高麗菜
  3. 三甲基胺=生魚肉
  4. 硫代丁酸甲酯=起司
  5. 糞臭素=有點像貓屎
  6. 吲哚=帶有花香的狗屎
  7. 甲硫醚=高麗菜
  8. 硫醇=雞蛋

接著嗅覺登場了。在你呼吸時,那些揮發的氣味物質會被吸進鼻腔,順著通道前進,最後遇上嗅覺皮膜裡的黏液,嗅覺皮膜連結著腦中的嗅球(位於額頭後方的大腦旁);黏液會持續流動,每十分鐘左右先前的黏液就被取代掉,有些氣味分子會融入黏液,然後被嗅覺化學受器偵測到,這些受器是偵測氣味化學物質的小構造,會透過一小片郵票大小的神經元,將微小的電子訊號傳送到嗅球,再經由軸突(你可以想像成超級細小的微型電纜)傳到大腦,大腦會轉譯訊號,將屁味的感覺提供給你。

這裡有個小祕密:氣味分子實際上如何與氣味受器產生反應,將代表某特殊氣味的特定訊息遞送出去,仍然是個謎。過去的人認為是以「鑰匙對應鎖」的方式進行:每個氣味分子就像是把鑰匙,能符合特定化學受器的鎖孔,但問題是,我們能聞到大約一兆個不同的氣味化合物,就需要一兆個不同的化學受器,這不太可能。此外,現在已知可編碼為氣味接收器的基因有四百個,如果你認為眼睛只用了四個接收器就能產生我們看見的所有顏色,那麼嗅覺仍是懸案應該不令人意外。

實用建議

我經常在半夜感覺自己需要排氣放風一下,但又不確定那氣味會是芬芳香甜,還是消化不良的轟然酸臭。為了顧及我老婆的感受(她相當重視睡眠品質),通常我會用手去蓋住,放肆地一洩而出,然後就可以把它引向自己的鼻子,遠離她的(她擁有超乎常人的優異嗅覺)。仔細想想,也許我真是不懂得分享。

  • 氣味列表
屁屁氣體
(或揮發氣味分子)

氣味
(我自己訂的腐臭量表,從1到10)

註記
硫化氫(H2S)

臭掉的雞蛋。
9分

濃度偏高時,毒性增強,變得易燃、有腐蝕性且可能爆炸。產生自多種膳食纖維,蛋白中也有許多卵白蛋白,分解後與氫發生反應會生成硫化氫。

估計有50%的人口胃腸中有硫酸鹽還原菌,才會產生這種氣體。

甲硫醚(CH3SCH3 各種描述都不同,較像是烤豆子、甘藍菜、甜玉米與腐爛肉類的綜合體。
7分
有時在石油精煉、食物調味與造紙過程中使用。
硫氫甲烷又稱作甲硫醇(CH3SH)

臭鼬一樣難聞的臭雞蛋,又帶點大蒜味。
7分

類似甲硫醚,可摻入家用瓦斯,使原本無味的甲烷「能被聞得到」。氣味強烈,即使濃度只有十億分之十(10 ppb)也聞得出來。
三甲基胺(C3H9N)

腐臭魚肉、汽油、阿摩尼亞、家用瓦斯
8分

在食品加工調味中,用來增添魚腥味,甚至是豬肉味。
硫代丁酸甲酯(C5H10OS)

起司、雞蛋、硫磺。
7分

存在於草莓香氣中。有時添加在食物中,可提升奶香、番茄香、果香與料理香氣。
糞臭素又稱作3-甲基吲哚(C9H9N)

汽油、瓦斯、貓屎。
7分

有人認為它被美軍用做一種非致命祕密武器。當我們消化食物,尤其是肉類、蛋白、黃豆時,會從色胺酸產生這種物質。
吲哚(C8H7N)

一般獸類身上的氣味、柳丁花香。
7分

與糞臭素類似,是從腸胃裡的色胺酸分解中產生的。用於香水製造,特別是合成茉莉精油。
男性與女性的屁有什麼差異?

有一篇了不起的研究報告刊載在英國醫學期刊《Gut》(1998:43:100-104),它說得很清楚,女性的屁遠比男性的臭(不好意思,也許有人發現我正在振臂叫好)。而且不只是較臭一點點,是沒得比的爆臭。這是因為女性的屁中,臭味氣體的濃度比較高。研究發現,和男性的屁相比,女性臭屁裡的硫化氫濃度高出200%,硫化氫的量多出90%,另外,甲硫醇的濃度也多了20%。而且資深屁臭裁判員(別懷疑,就是有人幹這行)測試後,判定女生放的屁很明顯比男生的刺鼻。沒錯,雖然這是個小型實驗,只有十六個自願受試者,但這個小眾研究領域的特色就是樣本數少,幾乎沒參考文獻。你看看嘛!差200%啊!臭屁女,閃邊去吧!

「女性的屁比男性的更容易點燃……」

可是談到屁量時,情況就完全不同了。這項特別的研究顯示,不管是每次的平均排氣量(男生每顆屁量118毫升,女生則是89毫升),或者單論放屁次數(男女生放屁次數比是52:35),男生都是壓倒性完勝。去,噗噗男,快滾開!

當然,還是有不同的觀察,湯姆林(Tomlin J)、路易斯(Lowis C)與李德(Read NW)所做的研究〈健康自願受試者的正常胃腸排氣〉指出:「女性與男性的排放量相同。」呿,這說明了這塊領域多麼乏人問津,顯然需要投入更多研究。來吧,朋友們來試試吧,你很有機會拿到極富韻味的諾貝爾獎。

女性的屁比男性的更容易點燃,因為女性體內製造甲烷的細菌比例較高,生產的屁就有更多甲烷。大約60%的女性產生甲烷的量挺可觀的,男性只有四成有這麼多甲烷,這或許也是女性整體說來屁量較少的原因,因為製造甲烷的細菌需要許多氫氣來生產甲烷。有報導說,荷爾蒙補充療法(HRT)據說會讓人更容易放屁,因為其中的孕激素使食物通過腸道的速度變慢,於是更多食物會轉變成屁。

有沒有辦法將屁存放在罐子裡呢?

說實在的,收集屁是想做什麼呢?好,想像我們有一座國家屁氣銀行,不是蠻不錯的嗎?為躲避核彈攻擊而興建的高科技地底洞穴,儲存低溫封藏、從古至今的屁,這意思有點像千禧年種子銀行(Millennium Seed Bank),只是比較不⋯⋯土裡土氣。若可以為後代子孫保留那些偉人、善人的直腸正氣(也許小人物和惡徒的也行),我們的世界是不是會更加豐富?想像一下,我們的小孩可以吸亨利八世、沃爾西主教(Cardinal Wolsey)或凱薩琳皇后(Catherine of Aragon)的屁息,而不是讀什麼解散修道院這種歷史事件。我打賭凱薩大帝的屁是貓屎味的,埃及豔后的屁聞起來非常像春天潮溼的人行道。達文西的屁一定有奧勒岡青草味。你想聞聞誰的屁呢?寶嘉康蒂的?成吉思汗的?耶穌的?

想長期保存氣味會遇上一個耐人尋味的問題,但我們先來談談若要為自己打造屁氣檔案庫,第一步該怎麼做?其實簡單得要命,總歸到阿基米德的浮體原理。你要做的就只是等一顆即將噴發的屁,弄到一座浴缸,取得有適合蓋子的玻璃罐。第一步,愉快地放一缸洗澡水,不是泡泡浴那種,然後脫掉衣服,抓著玻璃罐噗通下水。躺下來後拿掉玻璃罐蓋子,將它整個沒入水中,讓裡頭充滿水。保持罐子在水中注滿水的狀態,底部朝上,放到你屁眼上方。

都就定位後,痛快地讓屁噴發,盡可能多排一些(請注意,我們不接受那種「水水」的屁喔,這可是闔家觀賞時段),應該有氣泡會飄進罐子裡,與氣泡上升浮力等重的水量則會被排出來。基本上,氣體會上升推進,將水向下擠,然後氣體就被關在罐子裡了。現在闔上蓋子鎖緊,轉回來讓開口朝上,罐子中的水流到底部,屁會向上升至頂部。就這麼簡單,十八世紀的人稱這招為「向下排水集氣法」。若想分析屁的氣體,只要將罐子浸入較大的水域中,顛倒過來後再打開,伸入針筒去抽取氣體就行了。

屁的臭味會維持多久?

好了,收集屁的實際操作方式已經有了,但咱們的國家屁氣銀行還有些隱憂。收集來的屁能維持多久呢?為此我和塞拉教授(Andrea Sella)吃了一頓很帶勁的印度素食拼盤料理,討論了非常久。這位化學家任教於倫敦大學學院化學系,他的上課方式十分勁爆,對安全衛生的態度隨隨便便,讓他在系上臭名響亮。我超愛他,你如果遇上他,肯定也會。

現在的麻煩是,屁封閉在罐子裡,會冒出幾個狀況影響原本捕捉到的氣味。你別忘了,那些氣味是由帶有特定味道組合的揮發性分子組成,很可能發生變化反應,萬一它們與周遭其他分子產生反應,交互作用下可能生出全然不同的氣味分子,甚至氣味完全消除。比方說,硫化氫最終就可能與空氣,或你的屁的其他成分產生反應,形成第三種物質。

屁味面對的威脅包括:

  1. 與屁之中(或者玻璃罐與浴缸水中)的水蒸氣發生反應,導致氣味成分在水中溶解。
  2. 氧化(氧氣增加,或者在化學反應中損失電子)。接觸到紫外線時特別容易發生,紫外線與氧分子發生作用,導致屁不易維持的性質因氧化而消失。
  3. 與屁裡的其他氣體發生反應。
  4. 與容器材料發生反應。玻璃的化學惰性很強,所以不需要擔心它,但金屬蓋與塑膠封套就可能造成問題。

我們應該抓緊機會,好好聞屁,就像我們「珍惜今朝」一樣,把握襠下,及時吸了 !好吧,國家屁氣銀行是有難度的,不過要是氣體冷卻,也許溫度低到-196ºC 足以造成液態氮,甚至低到-253ºC 出現液態氫,化學反應就會減緩,氣味就可以保留住,你瞧!國家屁氣銀行行得通呢。噢嗚,不好意思,我得先閃人,印度拼盤在起反應了⋯⋯

動物也放屁嗎?

拉貝奧蒂(Dani Rabaioitti)與卡魯索(Nick Caruso)都是很棒的生態學家。他們合作處理我們這時代的偉大問題之一:「牠放屁嗎?」並在推特引發了熱烈討論,動員全世界的動物專家一起集思廣益。他們很慷慨,同意我將他們的一些成果拿來與大家分享,更多內容發表在他們的傑作《牠會放屁嗎?》(Quercus出版社,2017年)一書中。為了回報他們,我向他們保證你會去買一本,這應該沒問題吧?

動物 放屁嗎? 註記
鯡魚 為了彼此溝通,牠們會吞下空氣再放屁排出。
山羊 二○一五年有架載了兩千頭山羊的飛機迫降,原因是山羊排放了過量氣體。
牛的確會放屁,不過打嗝所製造的氣體更多。農牧業整體溫室氣體排放的三分之一都來自牛群,每天總共排出六百公升,其中大約有二百五十公升是甲烷。那真是超級多。
袋鼠 屁沒有牛那麼多,但和馬差不多。
僧帽水母 牠們沒有肛門,進食須利用消化酶將食物液化。
蜘蛛 未知 大部分蜘蛛利用有酶的毒液,在體外進行消化過程。
大象 牠們有巨大的消化道來分解像樹皮這樣粗糙的食物。
鳥類 鳥類沒有產生屁所需的腸道細菌,消化過程也十分迅速。
白蟻 雖然體型迷你,但是白蟻數量龐大,產生的甲烷占全世界排放量的5∼19%。
金魚 雖然胃腸內確實有造屁的細菌,金魚比較可能打嗝。
藥丸蟲 稍微 藥丸蟲將含氮廢物轉化為阿摩尼亞,然後一陣陣噴出,通常會花幾分鐘,但有時候要耗上一小時,甚至更久。
註釋

[1] 悶鍋是把頭部也一起緊緊包在棉被裡進行的放屁行為,對朋友或伴侶進行此行為時非常歡樂,但也極度危險,據說是摩嫚(Ethel Merman)與鮑寧(Ernest Borgnine)婚姻破局的原因之一。

[2] 不少概念科學家常常沒對一般大眾講解清楚,以至於連帶延伸的任何知識也都沒被了解,真叫人火大,這裡是其中一個例子,就由我來說明吧,物質型態變化過程如下:一、固體;二、液體;三、氣體;四、離子體。但實際上並不是這麼涇渭分明,因為水即使在比沸點低許多的溫度,也可能以氣態存在。比方說,把溼毛巾擺在陽光下,水分子會慢慢蒸發,直到毛巾乾掉。由於本身攜帶能量,水分子會在彼此周圍跳動,若剛好有個水分子撞擊其他分子的力道大得足以使它逸出毛巾,它便成為氣態分子,即使它的溫度比水的沸點100ºC還低。就像布朗運動一樣,這是隨機的,但由於發生的數量規模如此龐大,有上兆個分子參與,所以變成必然的。會迅速逸散成蒸氣的物質就是有揮發性的:他們容易跳出目前的物質,飛馳在空氣中。

書籍介紹

本文摘錄自《一顆屁的科學》,時報出版
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作者:史蒂芬‧蓋茲(Stefan Gates)
譯者:林柏宏

一本不同凡響的放屁研究報告書!

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特別收錄

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Photo Credit: 時報出版

責任編輯:潘柏翰
核稿編輯:翁世航