Наука в новинах

Відкриття ліній спілкування між науковцями-дослідниками та широкою спільнотою

Сторінка SITN Facebook
SITN Твіттер
Сторінка Instagram SITN
Лекції SITN на YouTube
SITN Podcast на SoundCloud
Підпишіться на список розсилки SITN
RSS-канал веб-сайту SITN

К. Роуз Кеннеді
постаті Кейтлін Чой

Що в смаку?

Слово «смак» пронизує наш щоденний словниковий запас, викликаючи асоціації багатих або яскравих вражень, що перевищують досвід їжі. Навіть у дослівному контексті Асоціація виробників ароматичних екстрактів (FEMA) описує аромат як «весь спектр відчуттів, які ми відчуваємо, коли їмо їжу чи п’ємо напій. Аромат охоплює смак, запах та будь-які фізичні риси речовини, які ми сприймаємо ”[1]. Хоча їжа по суті містить ароматизуючі речовини, 90% американських продуктових покупок також містять додані ароматизатори [2]. Ці ароматизатори використовуються для посилення або модуляції сенсорного досвіду, пов’язаного з існуючими якостями продукту. Крім того, їх також можна використовувати для того, щоб зробити здорові, але м'які варіанти (наприклад, ті, у яких не вистачає надлишку цукру або пережирених жирів), більш привабливими. Наприклад, ароматизатори можуть змусити їжу з низьким вмістом жиру здаватися насиченою та кремовою або додати солону цедру продуктам з низьким вмістом натрію. Очевидно, що аромати мають величезну силу впливати на наш смаковий досвід, але які вони і звідки вони беруться?

Усі ароматизатори, включаючи ті, що є присутніми в їжі, а також природні та штучні ароматичні добавки, є невеликими хімічними сполуками або сумішами сполук (Рисунок 1). Хоча хімічні речовини часто викликають негативні асоціації, важливо пам’ятати, що всі компоненти нашої їжі, нашого тіла та навколишнього світу насправді є хімічними речовинами. Навіть такі речі, як вода (окис водню), столовий цукор (сахароза або альфа-D-глюкопіранозил- (1а2) -бета-D-фруктофуранозид) та харчова сода (бікарбонат натрію) є хімічними сполуками. Насправді, хімічні властивості та структура ароматичних речовин - саме те, що дозволяє їм реагувати один з одним під час варіння (згадайте той характерний смажений смак), що зв’язується зі смаковими рецепторами у наших ротах.

Фігура 1: Усі ароматизатори, природні чи штучні, є хімічними сполуками. Чітко визначені структури цих сполук дозволяють їм взаємодіяти між собою в процесі приготування та зв’язуватися зі смаковими рецепторами в нашому роті, створюючи тим самим особливі аромати.

FDA широко визначає природні ароматизатори, включаючи будь-які ароматизатори, виділені з природних джерел, таких як рослинний матеріал (фрукти, коріння, кора, трави тощо) або продукти тваринного походження (м’ясо, молочні продукти тощо) [3]. Штучні ароматизатори - це будь-які ароматизатори, які не визначені як природні, навіть якщо вони мають такий самий хімічний склад, як ароматизатори, виділені безпосередньо з природи [1]. Ця різниця між походженням ароматів не має ніякого відношення до того, наскільки вони безпечні, корисні та смачні. Насправді ароматизатори, вироблені в контрольованих лабораторних умовах, проходять суворий контроль якості на кожному етапі і не вимагають тривалого трудомісткого та екстракційного процесу видобутку або придбання рідкісних або важких для обробки матеріалів. Таким чином, багато ідентичних природі штучних ароматизаторів насправді доступні з вищою чистотою, ніж їх природні споріднені речовини, і їх можна отримати з меншою шкодою для навколишнього середовища [4].

Ці штучні ароматизатори готує елітна група висококваліфікованих професіоналів, відомих як ароматизатори або хіміки смаків, які повинні пройти строгий семирічний стажування (після університетської освіти), перш ніж вони зможуть отримати сертифікат Товариства хіміків смаку [5, 6 ]. За підрахунками, у світі існує лише приблизно 500 сертифікованих ароматистів [2]. Ароматисти готують суміші ароматизаторів, щоб задовольнити споживчі смакові переваги, дотримуючись суворого набору правил безпеки та ефективності. Крім того, оскільки вони вважаються виробниками інгредієнтів, ароматизатори та компанії, що виробляють ароматизатори, повинні дотримуватися тих самих правил FDA та USDA, розроблених для виробництва харчових продуктів [5].

Для сприяння цьому процесу група наукових та медичних експертів (що представляють галузі, включаючи хімію, токсикологію, фармакологію, медицину, патологію та статистику), яка обслуговує Асоціацію виробників ароматичних екстрактів (FEMA), склала список ретельно перевірених ароматичних сполук, які загальновизнаним як безпечний (GRAS) »[7]. Експертна група FEMA передає свої висновки та всі наукові дані FDA, міжнародним науковим та регуляторним органам та науковій літературі [8, 9]. Смакові компанії не зобов’язані розкривати застосування смакових інгредієнтів, які вже пройшли цей суворий огляд, але будь-які нові смакові речовини, які ще не потрапили до списку, вимагають ретельного тестування та затвердження для демонстрації безпеки, перш ніж вони можуть бути включені в споживчі товари.

Давайте розглянемо декілька випадків хімії смаку в дії!

Ванілін Мрії

Ваніль - найпопулярніший аромат у всьому світі. Він не тільки використовується у таких фаворитах, як морозиво, цукерки, тістечка та печиво, але і ваніль покращує сприйняття солодкості та інших ароматів (таких як шоколад, кава, фрукти та горіхи) [10].

Натуральний екстракт ванілі отримують шляхом замочування ванільних зерен у спирті, щоб отримати розчин ваніліну та інших незначних компонентів, які можна використовувати у кулінарії та випічці. Хоча в екстракті ванілі було виявлено близько 250 компонентів смаку та аромату, більшість із них руйнуються під впливом підвищеної температури, внаслідок чого складність смаку ванілі зменшується під час випікання. Крім того, ванільні боби можна отримувати лише з запилюваних вручну квітучих орхідей у декількох тропічних районах, що робить їх дорогоцінними товарами, особливо з огляду на величезний попит на ваніль (понад 16 000 метричних тонн щороку) у всьому світі [19]. Для задоволення цього попиту такі смакові компанії, як International Flavors and Fragrances, Inc. та Givaudan, мають цілі виробничі лінії, призначені для розробки високоякісних замінників натурального ванільного екстракту [11], [12].

Одним із таких замінників є екстракт кастореуму. Кастореум - це секрет анальних залоз та рицинових мішків бобрів, які використовують його для позначення своїх територіальних претензій. Екстракт кастореуму має теплий солодкуватий запах і може бути використаний як допоміжний продукт для екстракту ванілі в багатьох молочних продуктах та хлібобулочних виробах [13]. Після детальної оцінки кастореум та його екстракти завоювали місце у списку GRAS; проте споживання у всьому світі порівняно низьке (лише близько 300 фунтів стерлінгів на рік). Цікаво відзначити, однак, що оскільки кастореум добувають із тваринного джерела, він вважається природним, а не штучним ароматом.

Основну частину замінників ванілі насправді становлять ідентичні природі ванілін та похідні ваніліну, синтезовані в багатотонних масштабах з екстрактів гваяколю або лігніну, які можна виділити з деревної маси (рис. 2) [14], [15]. На додаток до того, що забезпечує недороге джерело ваніліну - з більшою чистотою, ніж можна було отримати з натурального екстракту ванілі, - цей синтез дозволяє виробляти похідні ваніліну, що володіють бажаними якостями, такими як підвищена смакова ефективність та термостійкість. Наприклад, додавання до ваніліну одного додаткового атома вуглецю дає етиловий ванілін, який у 2–4 рази смачніший, ніж сам ванілін. Завдяки цій бажаній властивості та його давньому статусу у списку GRAS, етиловий ванілін використовується у деяких ванільних ароматизаторах з 1930-х років. [16] Тоді, можливо, не дивно, що у сліпих тестах смаку дегустатори віддавали перевагу штучним ароматизаторам ванілі (включаючи ванілін промислового виробництва та його аналоги) у таких стравах, як печиво, яке потрібно випікати при високих температурах, що спричиняє багато другорядних компонентів натурального ванільного екстракту для розкладання [10].

Малюнок 2: Ряд споріднених сполук можна використовувати для створення ванільного аромату. А) Вилучення ваніліну з ванільних бобів або ацетанізолу з рицинових мішків бобрів для отримання природного ванільного аромату може бути складним та дорогим. Б) На щастя, ці сполуки та інші більш ароматні або міцні сполуки, такі як етиланінілін, можуть бути отримані шляхом хімічного синтезу набагато безпечніше та ефективніше.

Помажи мене

Насичений, гладкий смак вершкового масла - ще один фаворит споживача, який додає тіло і глибину кулінарним спреям, соусам, випічці та (звичайно) попкорну. Цей аромат виникає внаслідок виробництва діацетилу та ацетоїну як побічних продуктів ферментації цукру при виробництві культивованих молочних продуктів, таких як культурне масло, пахта та сметана [17].

Хоча невеликі кількості цих сполук можна виділити з цих споживчих молочних продуктів, дуже низька ефективність екстракції обмежує її практичність. Натомість ці ароматичні добавки, як правило, виробляються шляхом хімічного синтезу або промислового бродіння на спеціалізованій культурі, яка оптимізована для виробництва ароматизаторів, але не є тими середовищами, які люди зазвичай люблять їсти (рис. 3) [18]. При виробництві за допомогою цієї методики культивування діацетил та ацетоїн перераховані як «природні ароматизатори вершкового масла», але коли вони виробляються шляхом контрольованого лабораторного синтезу, ті самі компоненти зазначені як «штучні ароматизатори вершкового масла» [19].

Малюнок 3: Діацетил та ацетоїн - основні сполуки, що відповідають за смак масла. А) Ці сполуки є побічними продуктами ферментації цукру і можуть бути отримані як “натуральний ароматизатор масла” шляхом культивування бактерій або дріжджів у промислових масштабах. Б) Ці самі сполуки також можуть бути отримані як «штучний ароматизатор вершкового масла», якщо вони отримані хімічним синтезом.

Можливо, ви вже чули повідомлення про «легені працівника попкорну», у яких кілька випадків захворювання легенів пов’язано з вдиханням дуже високого рівня діацетилу в деяких мікрохвильових виробництвах попкорну [20]. Однак і діацетил, і ацетоїн є давніми членами списку GRAS. Важливо пам’ятати, що висока доза будь-чого може бути токсичною! Наприклад, було чимало випадків смертей, пов’язаних із передозуванням води (не тонути, насправді просто занадто багато пити) [21], [22]. FDA та OSHA ретельно дослідили занепокоєння щодо аерозолізованого діацетилу та розробили нові стандарти щодо обмеження впливу повітряних частинок у професійних умовах [23]. Крім того, у своїх звітах повторюється, що рівні, яким піддаються загальні споживачі, значно нижчі за межу ризику. Крім того, потрапляння в організм ароматичних речовин, таких як діацетил, направляє ці речовини до шлунку (а не до легенів), який ідеально підходить для переробки цих молекул. Тож продовжуйте, пийте вершкове масло (ароматизатор) і їжте його теж!

Смак, про який ти ніколи не мріяв

Як ілюструють деякі з наших класичних смакових ароматів, хімія смаку - це як мистецтво, так і наука, спрямована на безпечне виготовлення міцних та економічно ефективних природних та штучних ароматизаторів для вашого задоволення. Однак, мабуть, найбільш захоплюючим аспектом є можливість поєднати відомі смаки новими способами, щоб дослідити смаки, не лише пережиті нами раніше. Ароматисти прагнуть ідентифікувати та заповнити «пробіли», які являють собою поєднання смакових якостей, якими споживач може насолодитися, але не представлений у продуктах на ринку. Тож наступного разу, коли ви спробуєте несвітове ласощі, таке як жуйка Juicy Fruit ™, новий желейний боб чи ваш улюблений спортивний напій, згадайте про любовну працю, яка пішла на його розвиток [23]. Адже, незабутніми словами Віллі Вонки: «Винахід, дорогі мої друзі, - це 93% потовиділення, 6% електроенергії, 4% випаровування та 2% пульсації».

К. Роуз Кеннеді - кандидат наук. кандидат на кафедру хімії та хімічної біології Гарвардського університету.

Список літератури

[1] Факти смаку. Асоціація виробників ароматичних екстрактів (FEMA) http://www.flavorfacts.org (доступ 23 серпня 2015 р.)

[2] “Смакувальники” Ла Горс, щомісяця Т. Нью-Джерсі. 17 січня 2011 р. Http://njmonthly.com/articles/eat-drink/the-tastemakers/ (доступ 23 серпня 2015 р.)

[3] “Розділ 101.22 Продукти харчування; маркування спецій, ароматизаторів, барвників та хімічних консервантів ". Кодекс федеральних правил. Розділ 21 - Продукти харчування та наркотики. Управління з питань харчових продуктів та медикаментів, Департамент охорони здоров'я та соціальних служб. 1 квітня 2010 р. Http://www.gpo.gov/fdsys/pkg/CFR-2010-title21-vol2/xml/CFR-2010-title21-vol2-sec101-22.xml (доступ 23 серпня 2015 р.)

[4] "Яка різниця між штучними та натуральними ароматизаторами?" Рейнекцій, Г. Науковий американець. 29 липня 2002 р. Http://www.sciachingamerican.com/article/what-is-the-difference-be-2002-07-29/ (доступ 23 серпня 2015 р.)

[5] Товариство хіміків смаку. http://flavorchemists.com/ (доступ 23 серпня 2015 р.)

[6] "Ви що? Флаворіст ”Грін, К. Професійний прогноз щокварталу. Зима 2004–2005. Бюро статистики праці США http://www.bls.gov/careeroutlook/2004/winter/yawhat.pdf

[7] “Смакотворці” Хачадуріан, Р. The New Yorker. 23 листопада 2009 р. Http://www.newyorker.com/magazine/2009/11/23/the-taste-makers (доступ 23 серпня 2015 р.)

[8] "Безпека смаку: міф проти факту" Мат. Факти смаку. Асоціація виробників ароматичних екстрактів (FEMA) 25 червня 2015 р. Http://www.flavorfacts.org/flavor-safety-myth-vs-fact/ (доступ 23 серпня 2015 р.)

[9] "Як працює програма сповіщень GRAS США FDA" Гейнор, журнал P. Food Safety Magazine, грудень 2005 р./Січень 2006 р. Http://www.fda.gov/Food/IngredientsPackagingLabeling/GRAS/ucm083022.htm#authors (дата доступу: серпень 23, 2015)

[10] “Екстракт ванілі” Cook’s Illustrated. 1 березня 2009 р. Http://www.cooksillustrated.com/taste_tests/455-vanilla-extract (доступ 23 серпня 2015 р.)

[11] Завжди ваніль. International Flavors and Fragrances, Inc. http://alwaysvanilla.com/ (доступ 23 серпня 2015 р.)

[12] Все, крім звичайної ванілі. Givaudan TasteEssentials Vanilla. https://www.givaudan.com/flavours/world-flavours/tasteessentials/vanilla (доступ 23 серпня 2015 р.)

[13] Лопух «Кастореум», Довідник смакових інгредієнтів Г. А. Фенаролі. CRC Press, 2005. 276–278

[14] “Ванілін: Синтетичний ароматизатор із відпрацьованого сульфітного розчину”. Hocking, M. B. Journal of Chemical Education, 1997, 74, 1055. DOI: 10.1021/ed074p1055

[15] “Ванілін” Відаль, Ж.-П. Енциклопедія Кірка-Отмера з хімічної технології, 2006, DOI: 10.1002/0471238961.2201140905191615.a01.pub2

[16] Лопух «Етил-ванілін», Довідник смакових інгредієнтів Г. А. Фенаролі. CRC Press, 2005. 639–640.

[17] Павія та співавт. Вступ до органічних лабораторних методів (4-е видання). ISBN 978-0-495-28069-9.

[18] “Виробництво діацетилу та ацетоїну бактеріями молочнокислої кислоти” Оберман, Х., Піткевич, А .; Libudzisz, Z. Nahrung, 1982, 26, 615. DOI: 10.1002/food.19820260706

[19] “Біотехнологічне виробництво ароматизаторів та ароматів” Крінгс, К .; Бергер, Р. Г. Прикладна біотехнологія мікробіолів. 1998, 49, 8.а

[20] “Остерігайся діацетилу: наступне юридичне болото” Фама, Р. Журнал про безпеку харчових продуктів. Жовтень/листопад 2007 року.

[21] "Гіпонатріємія" Адроге, Х. Дж .; Мадіас, Н. Є. New England Journal of Medicine 2000, 342, 1581. DOI: 10.1056/NEJM200005253422107

[22] "Смерть від гіпонатріємії внаслідок гострої інтоксикації водою в основному військовослужбовці армії". Гаріган, Т. П.; Рістдт, Д. Є. Військова медицина, 1999, 164, 234.