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 и аспартам . 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 разных 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 чувствительность к сахарам и сладостям 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 таким эталонным веществам, 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 сладкие, в том числе 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 , извлеченная 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 сахарного 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, включая 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 нейротрансмиттер 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 растворы более темного цвета оценивались на 2–10% выше, чем более светлые, несмотря на то, что концентрация сахарозы в них была на 1% ниже. [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 вкусами предпринял немецкий химик Георг Кон 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 тогдашней 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 дисперсионных сил Лондона . 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.