Ароматизаторы, натуральные и не очень
Я уже писал о том, большинство душистых веществ, которое мы употребляем в пищу (если конечно Вы не сыроед), пришло к нам не из природы, а синтезировано в процессе приготовления пищи. Потому что мы, люди, наверное единственный вид, который нагревает свою еду до высоких температур, и именно в процессе этого нагревания происходит целый ряд химических превращений, результатом которых является привычный нам вкус и аромат.
Но некоторые продукты растительного происхождения мы действительно едим "как есть". И в них тоже есть вкусо-ароматические вещества. Впрочем, вкусо-ароматическими они являются для нас. Для растений они несут немного другие функции.
В Популярной Механике об этом есть моя статья. В принципе, ничего особенно нового и необычного не написано, все изложенное так или иначе уже освещалось. Здесь же я решился выложить, полную, "не причесанную" версию.
Ароматы живой природы
Яблоки, бананы, апельсины, земляника, томаты. Ароматы цветов, ягод, фруктов, овощей настолько гармоничны, кажется, что природа создала все самое лучшее для нас, надо только научиться брать. Именно это мнение лежит в основе многих направлений альтернативной медицины (ароматерапии, натуропатии, аюрведы, народной медицины и пр.) и наших бытовых представлений. Между тем, это далеко не так.
Любые соединения, в том числе ответственные за запах, так называемые «душистые вещества», растение синтезирует с конкретными целями. Продукты метаболизма достаточно четко можно разделить на два типа. Первичные метаболиты (белки, жиры, углеводы, витамины) - это вещества, необходимые растению для собственной жизнедеятельности, без которых растение не сможет жить. Именно эти соединения и составляют пищевую ценность.
Вторичные метаболиты, часть которых представлена душистыми веществами, служат совсем для других целей. Традиционно считается, что растения научились синтезировать летучие вещества в результате совместной эволюции с опылителями или переносчиками семян. Это лишь одна, достаточно незначительная сторона вопроса. В состав природного аромата входят сотни летучих веществ, зачем же растению так усложнять свою биохимию? Ведь синтез каждого соединения растение вынуждено осуществлять в ущерб своему развитию, отрывая ценные ресурсы от производства важных продуктов, а для привлечения опылителя хватило бы и одной-двух разновидностей летучих молекул?
Кто к нам с мечом придет
Если первичные метаболиты растения являются тем самым, ради чего мы едим фрукты и овощи, то вторичные обычно служат для противоположной цели - чтобы растение не съели.
Изучив состав ароматобразующих веществ любого цветка, фрукта, ягоды или овоща, мы обнаружим огромное количество соединений, обладающих антибактериальными и противогрибковыми свойствами, веществ, отпугивающих или просто убивающих насекомых - вредителей, и не только насекомых.
Состав аромата не постоянен. В ответ на внешнее воздействие растения корректируют свой метаболизм, в результате меняя состав запаха. Во многих экспериментах показано, что вслед за повреждением листа или цветка происходит перенаправление ресурсов растения в направлении синтеза вторичных метаболитов. Почему? Потому что в случае угрозы, растение переключается с роста на защиту.
Обращали ли Вы внимание, что свежескошенная лужайка пахнет совсем не так, как неповрежденная трава? Запах травы - один из примеров такой реакции. Вещества, отвечающие за этот запах, являются вторичными метаболитами растения, и предназначены для защиты от предполагаемого вредителя, покусившегося на его сочную мякоть, а также не дает проникнуть внутрь тканей вредным бактериям и грибам. Эти же самые вещества является важнейшими компонентами аромата ягод земляники или яблок.
Среди механизмов защиты бывают и более необычные. Есть много примеров того, как растения используют свои ароматы для привлечения врагов своих врагов. Часто бывает, что в качестве ответной реакции на повреждение ткани гусеницей, растения выделяют летучие вещества, привлекающие паразитических ос - естественных врагов насекомого. Это тоже в какой-то степени отработанное эволюцией взаимовыгодное сотрудничество, но более сложное, чем просто взаимодействие растение - опылитель.
Еще один способ применения душистых веществ - это общение. Кто-то наверное улыбнется, но это именно так. Растения могут разговаривать друг с другом и с другими организмами. Не так как мы, не звуками и не знаками, единственный доступный для них способ - это обмен молекулами. Летучие вещества, выделяемые при, например, заражении грибком, сигнализируют находящимся поблизости родственникам об опасности, сигнализируя о близости врага и вызывая переключение метаболизма на синтез «противогрибковых» реагентов. И даже собственный метаболизм растения регулируют с помощью летучих веществ. Гормоны растений, которыми они регулируют свою жизнедеятельность, распространяются часто именно по воздуху, а не внутри, и являются одним из важных компонентов привычного нам аромата. Жасмоновая кислота и ее производные, определяющие запах очень многих цветов, являются растительным гормонами.
Часть веществ, которые мы традиционно принимаем за аромат натуральных вкусных и полезных продуктов, вообще не присутствуют в растении. К примеру, ванилин, как химическое соединение, в стручках известной орхидеи не содержится. В плодах синтезируется так называемый «глюкованилин» - гликозид, основная функция которого состоит в защите растения от поедания вредителями. Это уже мы, люди, научились ферментировать стручки, разрушать гликозид и получать в результате химической реакции ароматное вещество. Сухой горчичный порошок, как и растение, из семян которого его получают, совсем не имеют резкого запаха столовой приправы по такой же причине - вещества, отвечающего за этот запах в растении не содержится. Аллилизотиоцианат, а именно он является орудием возмездия беззащитной в физическом плане горчицы, начинает образовываться под действием фермента мирозиназы из гликозинолата в момент повреждения тканей растения, и предназначен для нанесения максимального ущерба вредителю.
Часто можно услышать возражение: если бы было все так, то яблоки не ели бы червячки, а огурцы были бы ядовиты для человека. Не все так просто. Механизмы защиты не идеальны, в любой химической обороне эволюция находит уязвимое место. Червяки едят яблоко не благодаря, а вопреки наличию в нем ядовитых для них веществ, в ходе эволюции их метаболизм научился бороться с защитой яблони. Против же подавляющего большинства других желающих полакомиться сладким фруктом эта защита остается эффективной. Мы едим яблоки, потому что в них есть сахар и витамины, а не потому что в них есть душистые вещества. Составляющие аромата доставляют нашему организму скорее проблемы, ведь от них надо как-то избавляться. Так же, как организм яблони тратит ценные ресурсы на синтез веществ, предназначенных для того, что ее не съели, наш организм тратит свои ресурсы на нейтрализацию этой защиты.
Обоняние
Наше обоняние - чувство скорее культурное, чем врожденное. Новорожденный ребенок не делает различия между плохими или хорошими запахами, для него все запахи - никакие. Лишь позже, обучаясь сам и под действием окружения, он начинает понимать разницу. Запах, к примеру, апельсина, становится приятным, потому что апельсин сладкий и вкусный. А запах, тухлой рыбы становится неприятным, потому что ей можно отравиться.
Вещества, отвечающие за аромат апельсина, вырабатываемые в апельсиновой корке, не имеют никакого отношения к витаминам, сахарами и прочим составляющим фрукта. Единственная их цель - воспрепятствовать микро- и макро-вредителям добраться до сочной мякоти. Это не запах апельсина позволяет нам сделать вывод о том, что он вкусный и полезный. Наоборот, впервые распробовав апельсин и убедившись в его вкусе и безопасности, наш мозг выстроил прочную ассоциацию между внешними, ничего не значащими с точки зрения биологической ценности признаками (запахом), и пользой.
Обучение обоняния - процесс очень гибкий и быстрый. Многие традиционные блюда одной культуры, да и просто неожиданные сочетания вкусов, воспринимаются как странные и порой неприятные, но достаточно мимолетного знакомства, как странность эта уходит, и уже через некоторое время продукт воспринимается как нормальный. Наш мозг очень быстро выстраивает и разрушает ассоциации между ароматом и продуктом. Хотя никакой взаимосвязи между запахом продукта и его пищевой ценностью не существует. Одни и те же душистые вещества могут содержаться в разных продуктах, а один и тот же продукт может очень сильно отличаться по качественному и количественному составу ароматобразующих соединений.
Отрицать биологическую активность веществ, содержащихся в ароматах, конечно же, нельзя. Но нельзя и искать ее там, где ее нет. Как правило, соединения, обуславливающие запах продукта, учитывая незначительное их потребление, не несут вообще никакой ценности для организма. Единственное, на что они способны - раздражать обонятельные рецепторы, после чего утилизироваться выделительной системой. Это всего лишь сигнал, один из способов ориентироваться в окружающем мире. Даже если какое-то вещество и содержится в количестве, достаточном влияния на нашу физиологию, то мы не можем предсказать характер этого влияния. Содержание такого соединения крайне непостоянно, и совсем не обязательно оно будет нести пользу. В этом, кстати, состоит одна из основных проблем ароматерапии, подразумевающей некое положительное действие от вдыхания или втирания в кожу неизвестного количества эфирного масла, неизвестного состава.
Немного истории
Ароматизатор - это продукт, не предназначенный для непосредственного употребления в пищу, не несущей биологической ценности, служащий для придания вкуса или аромата, порой нехарактерного, продукту питания.
Применять ароматизаторы человечество научилось давно. По некоторым данным, пряности активно использовались, и даже культивировались уже 5000 лет до новой эры. Душистые травы и специи в этом смысле - самые типичные ароматизаторы, они удовлетворяют всем требованиям приведенного выше определения. Первоначальное их использование, впрочем, было связано больше с отсутствием холодильников и антибактериальными свойствами, чем со вкусом.
Как уже было отмечено, большинство душистых веществ производятся растением не для того, чтобы мы его съели, а для того, чтобы мы его не ели. Особенно много таких соединений растения часто закладывают в самые важные, самые драгоценные органы: почки, семена, цветы, плоды. Именно эти органы мы начали употреблять с пищей.
Когда человек впервые засыпал мясо красным перцем, или горчицей, или гвоздикой, у него и мысли не было о придании нового вкуса. Было решение проблемы: либо мясо у протухнет через два дня, либо вкус будет испорчен пряностью, но в результате будет обеспечена сохранность. Первое применение ароматизаторов было связано не с улучшением вкуса, а с ухудшением, с пожертвованием натурального вкуса в угоду срокам хранения. Уже позже, когда использование пряностей вошло в культуру потребления, нам начал касаться приятным вкус, который не самом деле таковым не является. Не верите? Попробуйте дать собаке кусок перченого мяса или добавьте ей в корм для вкуса горчицы. Впрочем, научить есть ароматизированную пищу можно и собаку.
С появлением кулинарии мы начали целенаправленно менять вкус и аромат нашей пищи на новый, порой противоположный натуральному и часто непредсказуемый. Пряности и, вместе с ними вообще все, что пахнет, мы стали использовать в качестве ароматизаторов. Могущество целых империй стояло на торговле натуральными ароматизаторами черного перца, гвоздики и корицы. Не в поисках новых земель, а за ароматизаторами отправлялись в свои морские походы Васко Де Гама, Колумб и Магеллан. Каждое новое открытое растение с необычным ароматом мы добавляли в свою еду, не обращая внимания на химический состав.
Научная революция принесла понимание того, что запах - это не какая-то волшебная субстанция, это конкретные химические вещества. И этот запах не обязательно выращивать на плантациях Индии или Нового Света. Если вещество научилось синтезировать растение, то кто мешает синтезировать его человеку? Если в запахе яблока содержится смесь душистых веществ, то кто мешает смешать их искусственно, и получить тот же самый результат? Зачем плавать за моря, эксплуатировать местные племена, подвергаться нападениям пиратов и конкурентов, если любой вкус можно сделать буквально в пробирке?
Синтетические ароматизаторы
Можно было бы долго расписывать успехи химии и биотехнологии, которые привели к существующим методам получения душистых веществ, входящих в состав современных ароматизаторов. Можно перечислять Нобелевские премии за работы в области химического синтеза и физиологии, которые привели тому, что мы сейчас наблюдаем в продуктовом магазине. Каким бы вредным и непонятным не представлялся бы для обывателя процесс создания и производства ароматизаторов, в основе его лежит серьезная наука. Намного более сложная, чем думают многочисленные телеэксперты. Гораздо более серьезная, чем выращивание и сбор черного перца или яблок.
Любой аромат, природный или синтетический - это смесь душистых веществ. Это одни и те же вещества. Разница в том, что, если растения синтезирует эти вещества для взаимодействия с другими организмами, то мы - для добавления в пищу. С той же целью, с которой добавляем в суп лавровый лист, а в бородинский хлеб - семена кориандра. И если в натуральном растении мы имеем непредсказуемый состав этой смеси, то в случае искусственно подготовленной смеси мы точно знаем, сколько и каких компонентов положили, во что они превратятся в процессе хранения, как они будут влиять на организм и можем гарантировать их безопасность.
Это правда. Качественный и количественный состав ароматизатора отличается от состава натурального продукта. При создании яблочного ароматизаторы не используются все те сотни веществ, обнаруженных в яблоке, и часто используются вещества, которых в исходном фрукте вообще не было. Но это ничего не меняет.
Запах, который мы ощущаем, поедая яблоко, является сложной смесью соединений, которые растение использует для общения, борьба с болезнями, для отпугивания вредителей. Состав аромата не постоянен, он динамично меняется в зависимости от степени зрелости яблока, состояния окружения, наличия или отсутствия вредителей на растении или поблизости и т.д. Пропорции летучих веществ сильно различаются по мере продвижения от кожицы яблока к ее середине, и даже на одной яблоне Вы не найдете двух идентичных по запаху яблок, не говоря уже о разных сортах.
Состав аромата яблока отличается от состава аромата малины и огурца. Состав аромата банана сегодня, отличается от его состава завтра, а состав дольки чеснока, разрезанной ножом, меняется неузнаваемо в течение получаса. Если бы соотношение душистых веществ действительно было так важно для нашего здоровья, как утверждают сторонники строго натурального подхода, то в какой точке пространства и времени яблоко обладает идеальной, столь ценной для организма пропорцией?
Душистые вещества, в составе ли фрукта, или ароматизатора, способны лишь раздразнить рецепторы в носу, и на этом их действие заканчивается. Различные же биологически активные вещества, такие как туйон, или кумарин, или сафрол (которые очень распространены в "натуральных" продуктах), вообще запрещены и не используются при производстве ароматизаторов. По причине их потенциального вреда.
Считается, что продукт, сделанный с использованием синтетического ароматизатора, не несет никакой пользы. В этом размышлении есть серьезная логическая ошибка. Ароматизатор - это не еда, он служит для придания аромата, но не пищевой ценности. Карамель, сделанная на натуральных красителях и ароматизаторах, для организма несет не больше пользы, чем сделанная на синтетических. Компот, сваренный из натуральных яблок и сахара с точки зрения витаминов (уничтоженных при варке), не полезнее сладкой газировки с ароматизатором. Вопрос здорового питания не связан с употреблением синтетических ароматов, ожирение и сердечно-сосудистые заболевания вызываются не душистыми веществами.
О составе
Есть мнение, что синтетические ароматизаторы могут быть вредны, так как могут содержать примеси, потому что производство сверхчистых веществ - процесс очень дорогой. Это полностью неверная постановка проблемы. Дело не в том, есть ли примеси, конечно они есть. Важно определить, могут или не могут они навредить здоровью человека. Об этом задумываются, конечно же, не только противники пищевой химии, стремящиеся донести страшную правду до общественности.
Пара примеров.
Изоамил ацетат, получаемый этерификацией изоамилового спирта и уксусной кислоты, может содержать небольшие примеси обоих реагентов, каждый из которых точно сами по себе присутствует во фруктах, в которых есть изоамил ацетат. Синтетический ванилин, производимый из гваякола, будет содержать микроскопическую его, гваякола, примесь. Но этот же компонент присутствует и в составе натурального экстракта ванили, многих ягод, и является основным компонентом натурального копчения.
Примесей в любом натуральном продукте гораздо больше, чем в синтетическом. Можно считать, что ферментативная реакция, проходящая в живой клетке, селективно приводит к синтезу чистого вещества. Почему же тогда в аромате ананаса обнаружено более 950 соединений? Может быть потому, что в клетке одновременно проходит больше, чем одна реакция? Говорить о селективности синтеза, происходящем в живом существе я бы вообще поостерегся, не случайно у каждого винодела из одного и того же винограда и дрожжей получается разное вино.
Современные методы синтеза, позволяют не только селективно и с большими выходами получать душистые вещества (как правило, это несложные молекулы), но и контролировать состав примесей. Этими примесями очень тяжело нанести вред, и это проверено. Сложные молекулы, синтез которых затруднен, сегодня все чаще направленно производятся биотехнологическими методами.
Проблема примесей в том, что никакой проблемы не существует. Она давно решена, требования к качеству сырья закреплены достаточно жестко.
(уж больно мне эта картинка нравится (c) oldodik)
В работе по разработке пищевых ароматизаторов нет ничего нового - она по сути своей ничем не отличается от работы кулинара, нарезающего яблоко в рыбный салат. В конечном счете каждый вкус и аромат обусловлен конкретными химическими веществами, и для нашего организма не имеет значения, взялись ли они из выращенного на ветке фрукта или из колбы в лаборатории.
PS. Поскольку статья писалась для научно-популярного журнала, то ссылки на реферируемые источники не расставлены. Это вовсе не означает, что я все придумал сам. Если действительно интересна тема, могу поделиться литературой (на английском). Например есть такая книга. Обращайтесь.
PPS В целях экономии собственного времени, потенциальных писателей комментариев, содержащих не конструктивную критику, типа "не убедил", "да он просто продажный", "да он просто ничего не знает", "он просто врет" "многобукв читать лень но не согласен", "сами жрите свою химию", "вот своих детей этим и корми", "а вот раньше люди по 100 лет жили" за ответом направляю по ссылке в верхнем посту моего журнала.