Сладость — это основной вкус , который чаще всего ощущается при употреблении в пищу продуктов, богатых сахаром. Сладкие вкусы обычно считаются приятными. Помимо сахаров, таких как сахароза , сладкими являются многие другие химические соединения , в том числе альдегиды , кетоны и сахарные спирты . Некоторые из них сладкие в очень низких концентрациях, что позволяет использовать их в качестве некалорийных заменителей сахара . К таким несахарным подсластителям относятся сахарин , аспартам , сукралоза и стевия . Другие соединения, такие как миракулин , могут изменить восприятие сладости как таковой.
Воспринимаемая интенсивность употребления сахаров и сильнодействующих подсластителей, таких как аспартам и неогесперидин дигидрохалкон , передается по наследству, при этом генный эффект составляет примерно 30% вариаций. [1]
Хемосенсорную основу определения сладости, которая варьируется как у разных людей , так и у видов, начали понимать только с конца 20 века. Одной из теоретических моделей сладости является теория многоточечного прикрепления, которая включает в себя множество сайтов связывания между рецептором сладости и сладким веществом.
Исследования показывают, что реакция на сахар и сладость имеет очень древнее эволюционное начало и проявляется в виде хемотаксиса даже у подвижных бактерий, таких как E. coli . [2] Новорожденные младенцы также отдают предпочтение высоким концентрациям сахара и предпочитают растворы, которые слаще лактозы , сахара, содержащегося в грудном молоке. [3] [4] Сладость, по-видимому, имеет самый высокий порог распознавания вкуса : ее можно обнаружить примерно при 1 части на 200 сахарозы в растворе. Для сравнения, горечь имеет самый низкий порог обнаружения - примерно 1 часть на 2 миллиона для хинина в растворе. [5] В естественных условиях, в которых развивались предки человека-примата, интенсивность сладости должна указывать на плотность энергии , а горечь имеет тенденцию указывать на токсичность . [6] [7] [8] Высокий порог обнаружения сладости и низкий порог обнаружения горечи предрасполагали наших предков-приматов к поиску сладких (и высокоэнергетических) продуктов и избеганию продуктов с горьким вкусом. Даже среди листоядных приматов существует тенденция отдавать предпочтение незрелым листьям, которые, как правило, содержат больше белка и меньше клетчатки и ядов, чем зрелые листья. [9] Таким образом, «сладкоежки» имеют древнее наследие, и хотя обработка пищевых продуктов изменила структуру потребления, [10] [11] физиология человека остается практически неизменной. [12]
Большое разнообразие химических соединений , таких как альдегиды и кетоны , являются сладкими. Среди обычных биологических веществ все простые углеводы в той или иной степени сладкие. Сахароза (столовый сахар) является типичным примером сладкого вещества. Сахароза в растворе имеет рейтинг восприятия сладости, равный 1, и другие вещества оцениваются в соответствии с этим. [13] Например, другой сахар, фруктоза , несколько слаще: его сладость в 1,7 раза выше, чем у сахарозы. [13] Некоторые аминокислоты слегка сладкие: самые сладкие — аланин , глицин и серин . Некоторые другие аминокислоты воспринимаются как сладкие, так и горькие.
Сладость 5% раствора глицина в воде сравнима со сладостью раствора 5,6% глюкозы или 2,6% фруктозы. [14]
Ряд видов растений производят гликозиды , которые сладки в концентрациях, намного меньших, чем обычные сахара. Самый известный пример — глицирризин , сладкий компонент корня солодки , который примерно в 30 раз слаще сахарозы. Другим коммерчески важным примером является стевиозид , полученный из южноамериканского кустарника Stevia rebaudiana . Он примерно в 250 раз слаще сахарозы. Другой класс мощных натуральных подсластителей — это сладкие белки, такие как тауматин , содержащийся в западноафриканских фруктах катемфе . Лизоцим куриных яиц , белок -антибиотик , содержащийся в куриных яйцах , также сладкий.
Некоторые различия в значениях не являются редкостью в различных исследованиях. Такие различия могут возникать из-за ряда методологических переменных, от выборки до анализа и интерпретации. Действительно, индекс вкуса 1, присвоенный эталонным веществам, таким как сахароза (сладость), соляная кислота (кислота), хинин (горькость) и хлорид натрия (соленость), сам по себе является произвольным для практических целей. [18] Некоторые значения, например, для мальтозы и глюкозы, мало различаются. Другие, такие как аспартам и сахарин натрия, имеют гораздо большие вариации.
Даже некоторые неорганические соединения являются сладкими, включая хлорид бериллия и ацетат свинца (II) . Последнее, возможно, способствовало отравлению свинцом среди древнеримской аристократии: римскую деликатесную сапу готовили путем кипячения прокисшего вина (содержащего уксусную кислоту ) в свинцовых горшках. [24]
Известно, что сотни синтетических органических соединений сладкие, но лишь немногие из них разрешены законом [ где? ] в качестве пищевых добавок. Например, хлороформ , нитробензол и этиленгликоль сладки, но также токсичны. Обычно используются сахарин , цикламат , аспартам , ацесульфам калия , сукралоза , алитам и неотам . [ нужна цитата ]
Некоторые вещества изменяют восприятие сладкого вкуса. Один класс из них подавляет восприятие сладкого вкуса, вызванного сахаром или сильнодействующими подсластителями. С коммерческой точки зрения наиболее важным из них является лактизол , [25] соединение, производимое Domino Sugar . Его используют в некоторых желе и других фруктовых консервах, чтобы подчеркнуть их фруктовый вкус, подавляя их сильную сладость.
Было документально подтверждено, что два натуральных продукта обладают схожими свойствами подавления сладости: гимнемовая кислота , экстрагированная из листьев индийской лозы Gymnema sylvestre , и зизифин из листьев китайского мармеладного ( Ziziphus jujuba ). [26] Джимнемовая кислота широко рекламируется в фитотерапии как средство лечения тяги к сладкому и диабета.
С другой стороны, два растительных белка, миракулин [27] и куркулин [28] , придают кислым продуктам сладкий вкус. После того, как язык подвергся воздействию любого из этих белков, кислинка воспринимается как сладость в течение часа. Хотя куркулин сам по себе имеет врожденный сладкий вкус, миракулин сам по себе совершенно безвкусен.
Несмотря на широкое разнообразие химических веществ, известных как сладкие, и знание того, что способность воспринимать сладкий вкус должна находиться во вкусовых сосочках на языке , биомолекулярный механизм сладкого вкуса был настолько неуловимым, что еще в 1990-х годах возникли некоторые сомнения. существует ли на самом деле какой-либо «рецептор сладости».
Прорыв в современном понимании сладости произошел в 2001 году, когда эксперименты на лабораторных мышах показали, что мыши, обладающие разными версиями гена T1R3 , в разной степени предпочитают сладкую пищу. Последующие исследования показали, что белок T1R3 образует комплекс с родственным белком, называемым T1R2 , с образованием рецептора, связанного с G-белком , который является рецептором сладости у млекопитающих. [29]
Исследования на людях показали, что рецепторы сладкого вкуса находятся не только на языке, но и в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта, а также в эпителии носа, островковых клетках поджелудочной железы, сперматозоидах и семенниках. [30] Предполагается, что наличие рецепторов сладкого вкуса в желудочно-кишечном тракте контролирует чувство голода и сытости.
Другое исследование показало, что порог восприятия сладкого вкуса находится в прямой зависимости от времени суток. Считается, что это является следствием колебаний уровня лептина в крови, которые могут повлиять на общую сладость пищи. Ученые предполагают, что это эволюционный реликт дневных животных, подобных человеку. [31]
Восприятие сладости может значительно различаться у разных видов. Например, даже у приматов сладость весьма изменчива. Обезьянам Нового Света аспартам не кажется сладким, в то время как обезьянам Старого Света (включая большинство людей) он нравится . [32] Кошачьи , такие как домашние кошки, вообще не способны воспринимать сладость. [33] Способность ощущать сладость часто атрофируется генетически у видов плотоядных животных, которые не едят сладкую пищу, такую как фрукты, в том числе у афалин , морских львов , пятнистых гиен и ямок .
Чтобы деполяризовать клетку и, в конечном итоге, вызвать ответ, организм использует разные клетки вкусовых рецепторов, каждая из которых экспрессирует рецептор восприятия сладкого, кислого, соленого, горького или умами . Ниже вкусового рецептора клетки вкуса сладкого, горького и умами используют один и тот же внутриклеточный сигнальный путь. [34] Поступающие сладкие молекулы связываются со своими рецепторами, что вызывает конформационные изменения в молекуле. Это изменение активирует G-белок, густдуцин, который, в свою очередь, активирует фосфолипазу C для выработки инозитолтрифосфата ( IP 3 ), что впоследствии открывает IP 3 -рецептор и индуцирует высвобождение кальция из эндоплазматического ретикулума. Это увеличение внутриклеточного кальция активирует канал TRPM5 и вызывает клеточную деполяризацию . [35] [36] Канал высвобождения АТФ CALHM1 активируется в результате деполяризации и высвобождает нейромедиатор АТФ, который активирует афферентные нейроны , иннервирующие вкусовые рецепторы. [37] [38]
Цвет еды может влиять на восприятие сладости . Добавление в напиток большего количества красного цвета увеличивает его сладость. В исследовании более темные растворы оценивались на 2–10% выше, чем более светлые, несмотря на то, что концентрация сахарозы в них была на 1% меньше. [39] Считается, что эффект цвета обусловлен когнитивными ожиданиями. [40] Некоторые запахи пахнут сладко, и память не дает понять, была ли сладость вкуса или запаха. [41]
Развитие органической химии в 19 в. привело к появлению многих новых химических соединений и способов определения их молекулярного строения . Первые химики-органики пробовали многие из своих продуктов либо намеренно (в качестве средства характеристики), либо случайно (из-за плохой лабораторной гигиены). Одну из первых попыток провести систематические корреляции между структурой молекул и их вкусом была предпринята немецким химиком Георгом Коном в 1914 году. Он предположил, что для того, чтобы вызвать определенный вкус, молекула должна содержать некоторый структурный мотив (называемый сапофором ) . который производит этот вкус. Что касается сладости, он отметил, что молекулы, содержащие несколько гидроксильных групп и молекулы, содержащие атомы хлора, часто бывают сладкими, и что среди ряда структурно схожих соединений те, у которых молекулярная масса меньше , часто оказываются слаще, чем более крупные соединения.
В 1919 году Ортли и Майерс предложили более сложную теорию, основанную на существовавшей на тот момент теории цвета синтетических красителей. Они предположили, что для того, чтобы соединение было сладким, оно должно содержать по одному структурному мотиву каждого из двух классов: глюкофор и ауксоглюк . Основываясь на тех соединениях, которые в то время были известны как сладкие, они предложили список из шести потенциальных глюкофоров и девяти ауксоглюков.
С момента своего возникновения в начале 20 века теория сладости не пользовалась большим академическим вниманием до 1963 года, когда Роберт Шалленбергер и Терри Акри предложили теорию сладости AH-B. Проще говоря, они предположили, что для того, чтобы соединение было сладким, оно должно содержать донор водородной связи (AH) и основание Льюиса (B), разделенные примерно 0,3 нанометра . Согласно этой теории, единица AH-B подсластителя связывается с соответствующей единицей AH-B на биологическом рецепторе сладости, вызывая ощущение сладости.
Теория BX была предложена Лемонтом Киром в 1972 году. Хотя предыдущие исследователи отмечали, что среди некоторых групп соединений, по-видимому, существует корреляция между гидрофобностью и сладостью. Эта теория формализовала эти наблюдения, предположив, что для того, чтобы соединение было сладким, оно должно иметь третий сайт связывания (обозначенный X), который мог бы взаимодействовать с гидрофобным сайтом на рецепторе сладости посредством лондонских дисперсионных сил . Более поздние исследователи статистически проанализировали расстояния между предполагаемыми сайтами AH, B и X в нескольких семействах сладких веществ, чтобы оценить расстояния между этими сайтами взаимодействия на рецепторе сладости.
Наиболее сложной на сегодняшний день теорией сладости является теория многоточечного прикрепления (MPA), предложенная Жаном-Мари Тинти и Клодом Нофром в 1991 году. Эта теория включает в общей сложности восемь сайтов взаимодействия между подсластителем и рецептором сладости, хотя не все подсластители взаимодействуют. со всеми восемью сайтами. [42] Эта модель успешно направила усилия, направленные на поиск сильнодействующих подсластителей, включая самое мощное семейство подсластителей, известное на сегодняшний день, - гуанидиновые подсластители. Самый мощный из них, лугдунаме , примерно в 225 000 раз слаще сахарозы.