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味觉放大器-环科译稿Comments>>

发表于 2008-09-09 20:22 | Tags 标签:,

注:和发表版并不一致,对照了下,没发现原则性错误

撰文:Melinda Wenner

人类对甜味、鲜味和咸味食物的热爱可谓根深蒂固。这些食物为我们提供所需的能量、蛋白和电解质。然而在规模化生产的时代,食物中富含糖分和盐分。我们的饮食偏好极易导致肥胖、心脏病和II型糖尿病——这些都属于现代社会中最为棘手的健康问题。

但是如果有一些微量物质可以欺骗我们的大脑,让我们感到吃进去的东西会有所不同,情况又会如何呢?这就是源于风味调制(flavor modulation)这门新科学中的创意。长久以来掩盖在味觉生物学之上神秘面纱已被科学家揭开,现在他们正在研发一系列物美价廉的化合物,使得食物尝起来要比实际上更甘甜、更咸鲜、更有滋味。食品制造商向一些传统食物中加入这种微量的调味剂,可以降低糖、盐以及谷氨酸钠(味精)的用量,生产出的产品更利于人体健康。

位于美国圣地亚哥市的Senomyx公司是这一新技术应用的先锋。一些大公司对这一技术也颇为关注。2007年雀巢公司已经启动了与Senomyx公司的合作,将后者生产的鲜味调料加入到肉汤之中。可口可乐公司和吉百利史威士(Cadbury Schweppes)公司计划在2009年的早些时候开始使用Senomyx公司的产品。

Senomyx还在设计一些苦味阻断剂,可以使得那些不那么美味的食物尝起来更可口,这样可以扩大世界范围内的营养资源。例如,一旦大豆蛋白(soy protein)的较苦余味能够被掩盖,这种食物便可被各个公司更加广泛的使用,更多的人就有了填饱肚子的可能。再有,这些阻断剂还可以让药物尝起来不那么苦,有助于人们更好的服用。

通过对味蕾的欺骗,食品制造商只需使用少量而廉价的Senomyx产品,便可代替部分糖、盐和其他原料的用量,这能节省出不小的一笔钱。更重要的是,对于我们的健康,风味调料可能是一场革命,它使得那些美味绝伦的食物对我们的健康也能真正起到助益作用。

有关味蕾的新发现

对风味调料的探索始于1996年,就在那时美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校(USCD)的生物学教授Charles Zuker意识到有关味觉生物学的盛行文献有可能是错误的。人类的味觉分为5种:甜、咸、苦、酸及鲜(这种味觉也被称为umami,源自日语,大致意思是“可口的味道”)。绝大多数小朋友在接受教育时获知舌头被分为不同的区域,每一区域负责感知不同类型的味觉。此前的研究显示味蕾遍及舌头与口腔,其所包含的细胞群使得每一味蕾可以感知特定的味觉。Zuker认同这个说法,但对味蕾上的每个味觉细胞都能区分出五种味觉这一结论并不全盘接受。

对于Zuker而言,一个细胞具有分辨好物质(如糖)和坏物质(如苦味的毒药)的能力并没有什么进化上的意义。许多感觉细胞可以区分一些彼此相反的刺激,但是我们的感觉区域还包括一些细胞,其首要工作是对单一类型的刺激做出反应,比如皮肤细胞仅能对一定范围内的温度做出反应。Zuker回顾道,单个味觉细胞“可能会激发出截然不同的行为——比如吸引和厌恶,或生存与死亡”,对这一观念他并没有在意。相反他认为味蕾可能是甜味、咸味、苦味以及类似细胞的栖居之所。

如果味觉细胞真是这样具有特异性的话,那它们就比较容易糊弄了——这对食品工业具有深远的影响。Zuker推断称,味觉细胞可能在其细胞外膜上具有特异的感受器(或称受体)。一个咸味受体会锁定一个咸味分子,但并不与甜味或苦味分子结合。然而对于这个理论,Zuker尚无证据可以证明。

首先Zuker需要将味觉受体分离出来,此前从没有人完成过这个任务。他与USCD的同事从实验小鼠的舌头上提取了一些味觉细胞,并对这些细胞的基因表达(基因表达导致蛋白的产生)情况进行了比较。最终研究者发现了以前从未发现的一些基因,它们编码两种蛋白。根据这些细胞表面蛋白的结构,Zuker辨别出它们可能扮演受体的角色。他将这两个蛋白分别命名为T1R1和T1R2。

然而当Zuker试图理解这两个蛋白的生理功能时,他遇到了麻烦——二者仅凭自身均不足以构成一个完整的味觉受体。Zuker想起里小鼠们对甜味食物的口味区别很大,有一些小鼠对这种食物几乎完全是无动于衷。先前的研究显示这是由于小鼠存在遗传缺陷的缘故。通过对这类小鼠进行研究,Zuker足以肯定他发现了另一种候选受体。编码该受体蛋白的基因名为T1R3,是厌糖小鼠与正常小鼠之间的差异所在。当他将这个有功能的相关基因拷贝导入至缺陷小鼠的味觉细胞中后,小鼠立即恢复了对糖的嗜好。

Zuker与其同事进一步进行了一系列实验,揭示了甜味受体和鲜味受体的结构与功能。每类受体由两部分组成。甜味受体由T1R2和T1R3组成,而鲜味受体则包含了T1R1和T1R3。不久后Zuker还鉴定出了25种苦味受体,同样酸味受体也得到了鉴定。毫无例外,每一个味觉细胞仅包含针对一种味觉的受体。

Zuker意识到,除了为基础生物学研究提供这些洞见之外,他的发现还使得科学家可以设计出一些化合物,用特定的方法专一的干扰甜味受体或咸味受体,从而影响到味觉。“有了这些基本工具,实验性地改变味觉系统的运行方式变得简单化了,”他说道,“我们认为这或许赋予我们一个机会,帮助我们做出改变。”1998年,Zuker与一些合作者开办了一家公司,这就是Senomyx的前身。

风味繁多

在过去,食品公司通过人工逐一品尝、反复试验来鉴定新的风味物质。这一过程异常枯燥,这些公司一年至多能检测数千种物质。

但是利用Zuker所发现的味觉受体结构,使迅速地鉴定新型风味调料成为可能。首先利用一种含有许多微小容器的芯片(plastic array,药物公司在筛选药物时常用到这种工具)进行先导性实验。Zuker设计出一种含有数以千计人工“味觉细胞”的芯片,每个容器中包含一种味觉受体。然后他将数千种可能的风味调料加至这些高通量的“自动味觉测试器(robot taste tester)”中,来观察哪一种物质与哪一类细胞相互作用。

如今Senomyx公司已拥有一个由50万种人工合成及天然物质组成的化合物库。公司的首席科学官Mark Zoller说:“我们可以像大海捞针一般,在成千上万种不同的化合物和原料中搜寻。”当筛选得到一个化合物可专一的与某种味觉细胞相互作用后,公司雇员会利用一定的筛选处理过程来进一步改善其物理特性。一些物质需要溶解在液体中或在加热时仍要保留其性质,另外许多物质需要连续数月在产品中能保持稳定。Senomyx研发了许多测定方法来检验这些性质。“我们将新发现的样品加入到谷物片(cereal flake)中,观察效果和味道如何,”公司副总裁Gwen Rosenberg说道。

公司为有前景的化合物申请专利,并将各种相关信息发往位于美国华盛顿特区的美国风味调料和抽提物制造者协会(Flavor and Extract Manufacturers Association)以获取安全认证。这是一个由风味调料制造商、原料供应商及其他有关商家组成的组织。该协会的公认安全(Generally Recognized as Safe,简称GRAS)程序于1960年由美国食品和药品监督管理局(FDA)建立,旨在监督小量使用的风味调料的安全评估情况。因为使用量较小,这些化合物无需通过更加严格的FDA食品添加剂安全评估程序。当Senomyx公司将新化合物的信息提交后,一组独立科学家将基于其化学性质来决定这种物质是否可以安全消费。

尽管这一过程需耗时两年,一些批评家仍然在质疑其可靠性。华盛顿特区的大众营养健康科学中心(Center for Science in the Public Interest)执行主任Michael Jacobson表示,GRAS程序“实际上是一个借机自肥的典型例子”。通常上讲,调味料是一些无毒的化学物质,而且使用量很小,历史上也未曾发现有何安全问题。

甜上加甜

研发出更好的甜味剂是Senomyx公司的首要工作。目前低热量的代糖剂(sugar substitute)已经面世,比如阿斯巴甜(aspartame)、三氯蔗糖(sucralose)以及糖精(saccharine)等,但在高浓度使用的情况下,这些代糖剂回味起来总有些发苦。美国费城Monell化学感官中心(Monell Chemical Senses Center)主任Gary Beauchamp表示:“从感觉的角度而言,这些代糖剂不够理想。”例如无糖汽水(diet soda)尝起来总也不及真正的糖那样好,这是因为苦涩的回味改变了大脑的感觉。如果食品公司使用较少量的代糖剂,苦味的感觉通路则不会被激活(可口可乐公司推出的新款无糖可乐Coke Zero使用了多种甜味剂的混合物,总用量也较少,据报道味道要强于无糖汽水。这样较低水平的用量可避免激活苦味受体)。

由于已经具备了检测大量化合物的能力,Zuker意识到Senomyx公司可以鉴定出一些分子,它们本身并不具有什么风味,但可与甜味剂以及甜味受体相互作用,起到增强甜味的作用。“我们认为如果能够了解那些受体,或许可以发现一些捷径,在味觉上起到四两拨千斤的效果,”他如是说。

Senomyx公司的研究者筛选了20万种化合物,从中鉴定出一种能使三氯蔗糖甜度增强4倍的物质。最近这种调味料已经完成了风味调料和抽提物制造者协会的批准程序,在2009年的早些时候可以加入到产品中。该产品的潜在市场十分巨大:据估计当前大约有5000种零售商品中含有三氯蔗糖。Senomyx公司还发现了一种增甜剂,可使蔗糖(table sugar)的甜度增强2倍。通过这种方法,在保持美味如初的同时,食物中的热量得以被削减,而一些减肥食品(diet food)甚至要更加可口。

Senomyx开发的第一种增鲜剂已经为雀巢公司的一些产品所使用。有了这些增鲜剂,食物尝起来更加丰盛可口,这是高蛋白食物(如肉类、乳酪以及鲜味薯片等小点心)的共同特征。在过去只有向食物中加入大量的谷氨酸钠才能达到同样的效果。

苦味与咸味

Senomyx公司还开发了苦味阻断剂,拓宽了大豆蛋白的应用范围,可以去除可可较苦的余味,并能够降低可可类食品中的糖添加量。这类阻断剂还有助于药物公司来尝试研发药物作物(pharmaceutical crop),如含有乙型肝炎及其他疾病口服疫苗的水稻和大豆。这些作物可以种植在那些免疫措施不足的发展中国家。如果其中的药物成分口感很差,当地居民可能不会服用,而苦味阻断剂可以使这类食物变得可口些。当然这还需要他们能负担得起。

位于美国新泽西州Ewing市的Redpoint Bio公司正使用一种略有不同的方法来研发苦味阻断剂。该公司并没有寻找那些能影响味觉细胞表面受体的物质,相反,能与味觉细胞内的信号通路相互作用的物质才是他们的目标。Redpoint公司目前瞄准的靶点是一个普通的离子通道蛋白,名为TRPM5。他们正在寻找能够阻断或激活这一蛋白的化合物。该公司正与可口可乐公司以及奇华顿公司(Givaudan,一家瑞士风味料和香料公司)合作,预估含有这类阻断剂的食品将在两年内上市。

与咸味有关的调味料是是研究者梦寐以求的另一个研发目标,因为这与心血管疾病紧密相关。2008年,Senomyx公司鉴定出了第一个咸味受体。该受体是味觉细胞上的一个跨膜通道(孔)蛋白,使得钠离子和氢离子得以进入。与这个通道蛋白相互作用的化合物可以增加咸味效应的强度。Zuker表示:“食盐摄入量削减少许即可对身体健康和生活质量产生显著的影响。”他依旧在UCSD工作,同时也作为Senomyx公司的科学顾问。据他推测,改变人们的饮食习惯很困难,但改变他们的感觉是却一条可行之道。在未来数年内,消费者或许会发现他们的饮食中只含有相比以往几分之一的热量和食盐,但口味却丝毫没有差别。

如果食物变得更加可口、更有利于健康,这是否会使人们摄入的实际热量有所降低,还有待观察。Monell中心的Beauchamp称:“这是一个难题,也是一个充满争议的问题。”如果食物的味道不成问题,那么人们便有可能饕餮掉大量的甜品。Monell中心受Senomyx资助正在研究人们对食物及风味的偏好有何不同;风味是如何影响消化、代谢和食欲以及机体是如何控制饮食行为(eating behavior)的。例如最初的发现表明我们的风味偏好在三个月大时就已基本固定。一名母亲在怀孕和哺乳期间的饮食最终会影响到子女的饮食偏好,但是风味偏好与过饱(satiety)之间的关联尚不清楚。Senomyx公司的Rosenberg承认:“过饱是个复杂的问题,还需对此进行更多的研究。”

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7 Responses to “味觉放大器-环科译稿”

  1. szanc说道:

    这些化学味觉调料是否100%的安全,还是会像味精那样引起广泛的争议呢?

  2. yunwuxin说道:

    其实我与其中的一部分东西颇有渊源,可惜我不能就此说任何话。

  3. klara说道:

    对于科学的作用我持怀疑的地方之一,就是这些人工合成的味料。有太多太多最后都被证实是对人体损害很大。我想,人类要获得美味的最好的办法是动脑动手改良菜单改善烹饪水平,而不是借助于新味料。但貌似作为消费者的我们从来没有得选择,当市场上只剩下这些代糖啊之类的东西时,除非不吃,要不只能接受。

  4. halfbogey说道:

    看过某著名营养学家的讲座,讲得是非常恐怖,基本上成了什么都不能吃。

  5. britney137说道:

    您好,方便把原文给我发一份么?因为对该文章比较感兴趣,有许多细节的东西希望看原文是怎么写的,麻烦了~britney198601@163.com

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