La dolcezza
è un gusto di base più
comunemente percepito quando si mangiano cibi ricchi di zuccheri. I
gusti dolci sono generalmente considerati piacevoli,
tranne quando sono in eccesso.
Oltre agli zuccheri come il saccarosio
, molti altri composti chimici sono dolci, tra cui aldeidi, chetoni e
alcoli di zucchero.
Alcuni sono dolci a concentrazioni
molto basse, consentendo il loro utilizzo come sostituti dello
zucchero non calorici.
Tali dolcificanti non zuccherini
includono saccarina e aspartame. Altri composti, come la miraculina,
possono alterare la percezione della dolcezza stessa.
L'intensità percepita degli zuccheri e
degli edulcoranti ad alta potenza, come l'aspartame e la
neoesperidina diidrocalcone, sono ereditabili, con l'effetto genico
che rappresenta circa il 30% della variazione.
La base chemiosensoriale per rilevare
la dolcezza, che varia tra individui e specie, ha iniziato a essere
compresa solo dalla fine del XX secolo. Un modello teorico di
dolcezza è la teoria dell'attaccamento multipunto, che coinvolge più
siti di legame tra un recettore della dolcezza e una sostanza dolce.
Gli studi indicano che la reattività
agli zuccheri e alla dolcezza ha origini evolutive molto antiche,
manifestandosi come chemiotassi anche in batteri mobili come
E. coli. I neonati umani
dimostrano anche preferenze per alte concentrazioni di zucchero e
preferiscono soluzioni più dolci del lattosio, lo zucchero che si
trova nel latte materno.
La dolcezza sembra avere la soglia
di riconoscimento del gusto più alta, essendo rilevabile a circa 1
parte su 200 di saccarosio in soluzione. In confronto, l' amaro
sembra avere la soglia di rilevamento più bassa, circa 1 parte su 2
milioni per il chinino in soluzione. Negli ambienti naturali in cui
si sono evoluti gli antenati dei primati umani, l'intensità della
dolcezza dovrebbe indicare la densità di energia, mentre l'amarezza
tende a indicare la tossicità.
L'elevata soglia di rilevamento
della dolcezza e la bassa soglia di rilevamento dell'amaro avrebbero
predisposto i nostri antenati primati a cercare cibi dal sapore dolce
(e densi di energia) ed evitare cibi dal sapore amaro. Anche tra i
primati mangiatori di foglie, c'è la tendenza a preferire le foglie
immature, che tendono ad essere più ricche di proteine
e più basse di fibre e veleni
rispetto alle foglie mature.
I "golosi" hanno quindi
un'antica eredità evolutiva e, sebbene la lavorazione del cibo abbia
cambiato i modelli di consumo, la fisiologia umana rimane
sostanzialmente invariata.
Esempi di sostanze dolci
Una grande varietà di composti chimici
, come aldeidi e chetoni, sono dolci. Tra le sostanze biologiche
comuni, tutti i carboidrati semplici sono dolci almeno in una certa
misura. Il saccarosio (zucchero da tavola) è il prototipo di una
sostanza dolce. Il saccarosio in soluzione ha un indice di percezione
della dolcezza di 1 e altre sostanze sono classificate in relazione a
questo. Ad esempio, un altro zucchero, il fruttosio , è un po 'più
dolce, essendo valutato 1,7 volte la dolcezza del saccarosio.
Alcuni degli amminoacidi sono
leggermente dolci: alanina, glicina ele serine sono le più dolci.
Alcuni altri amminoacidi sono percepiti sia come dolci che come
amari.
La dolcezza della soluzione al 20% di
glicina in acqua è paragonabile a una soluzione al 10% di glucosio o
al 5% di fruttosio.
Diverse specie vegetali producono
glicosidi dolci a concentrazioni molto inferiori agli zuccheri
comuni. L'esempio più noto è la glicirrizina, il componente dolce
della radice di liquirizia, che è circa 30 volte più dolce del
saccarosio. Un altro esempio importante è commercialmente
stevioside, dal sudamericano arbusto
Stevia rebaudiana.
È circa 250 volte più dolce del saccarosio. Un'altra classe di
potenti dolcificanti naturali sono le proteine
dolci come la taumatina, che si
trova nel frutto del katemfe dell'Africa occidentale.
Uovo di gallina lisozima, un
antibiotico proteina presente neiuova di gallina , è anche dolce.
Alcune variazioni nei valori non sono
rare tra i vari studi. Tali variazioni possono derivare da una serie
di variabili metodologiche, dal campionamento all'analisi e
all'interpretazione. In effetti, l'indice di gusto di 1, assegnato a
sostanze di riferimento come il saccarosio (per la dolcezza), l'acido
cloridrico (per l'acidità), il chinino (per l'amarezza) e il cloruro
di sodio (per la salinità), è esso stesso arbitrario per scopi
pratici.
Alcuni valori, come quelli per il
maltosio e il glucosio, variano poco. Altri, come l'aspartame e la
saccarina di sodio, hanno variazioni molto maggiori.
Anche alcuni composti inorganici sono
dolci, tra cui il cloruro di berillio e l' acetato di piombo (II) .
Quest'ultimo potrebbe aver contribuito ad avvelenare l' antica
aristocrazia romana : la prelibatezza romana sapa era preparata
facendo bollire del vino acido (contenente acido acetico) in pentole
di piombo.
Si sa che centinaia di composti
organici sintetici sono dolci, ma solo pochi di questi sono
legalmente consentiti come additivi alimentari. Ad esempio, il
cloroformio, il nitrobenzene e il glicole etilenico sono dolci, ma
anche tossici. Saccarina, ciclamato, aspartame, acesulfame di
potassio, sucralosio, ALITAME e neotame sono comunemente usati.
Modificatori
di dolcezza
Alcune sostanze alterano il modo in cui
viene percepito il gusto dolce. Una classe di questi inibisce la
percezione dei sapori dolci, sia da zuccheri che da dolcificanti
molto potenti. Commercialmente, il più importante di questi è il
lattisolo, un composto prodotto da Domino Sugar. Viene utilizzato in
alcune gelatine e altre conserve di frutta per esaltare i loro aromi
di frutta sopprimendo la loro dolcezza altrimenti forte.
È stato documentato che due prodotti
naturali hanno proprietà di inibizione della dolcezza simili: acido
gimnemico, estratto dalle foglie della vite indiana Gymnema sylvestre
e ziziphin, dalle foglie della giuggiola cinese (Ziziphus jujuba).
L'acido gimnemico è stato ampiamente promosso nella fitoterapia come
trattamento per la voglia di zucchero e il diabete mellito .
D'altra parte, due proteine
vegetali, la miraculina e la
curculina, fanno sì che i cibi acidi abbiano un sapore dolce. Una
volta che la lingua è stata esposta a una di queste proteine,
l'acidità viene percepita come dolcezza fino a un'ora dopo. Mentre
la curculina ha un suo sapore dolce innato, la miraculina è di per
sé piuttosto insapore.
Il
recettore della dolcezza
Nonostante l'ampia varietà di sostanze
chimiche note per essere dolci e la consapevolezza che la capacità
di percepire il gusto dolce deve risiedere nelle papille gustative
sulla lingua, il meccanismo biomolecolare del gusto dolce era
sufficientemente sfuggente che fino agli anni '90 c'erano dei dubbi
se esiste effettivamente un singolo "recettore della dolcezza".
La svolta per l'attuale comprensione
della dolcezza è avvenuta nel 2001, quando esperimenti con topi di
laboratorio hanno dimostrato che i topi che possiedono versioni
differenti del gene T1R3 preferiscono cibi dolci in misura diversa.
Ricerche successive hanno dimostrato che la proteina T1R3 forma un
complesso con una proteina correlata, chiamata T1R2, per formare un
recettore accoppiato alla proteina G che è il recettore della
dolcezza nei mammiferi.
Studi sull'uomo hanno dimostrato che i
recettori del gusto dolce non si trovano solo nella lingua, ma anche
nel rivestimento del tratto gastrointestinale, nell'epitelio nasale,
nelle cellule delle isole pancreatiche, nello sperma e nei testicoli.
Si propone che la presenza di recettori del gusto dolce nel tratto
gastrointestinale controlli la sensazione di fame e sazietà.
Un'altra ricerca ha dimostrato che la
soglia di percezione del gusto dolce è in diretta correlazione con
l'ora del giorno. Si ritiene che questa sia la conseguenza
dell'oscillazione dei livelli di leptina nel sangue che possono
influire sulla dolcezza complessiva del cibo. Gli scienziati
ipotizzano che questo sia un relitto evolutivo di animali diurni come
gli umani.
La percezione della dolcezza può
differire in modo significativo tra le specie. Ad esempio, anche tra
i primati la dolcezza è piuttosto variabile. Scimmie del Nuovo Mondo
non trovano aspartame dolce, mentre scimmie del Vecchio Mondo e
scimmie (tra cui maggior parte degli umani) tutti. Felidi come gatti
domestici dolcezza non può percepire a tutti. La capacità di
gustare la dolcezza spesso si atrofizza geneticamente nelle specie di
carnivori che non mangiano cibi dolci come la frutta, inclusi i
delfini tursiopi , leoni marini , iene maculate e fossili.
Via
del recettore dolce
Per depolarizzare la cellula e, in
ultima analisi, generare una risposta, il corpo utilizza diverse
cellule del palato che esprimono ciascuna un recettore per la
percezione del dolce, acido, salato, amaro o umami . A valle del
recettore del gusto, le cellule del gusto per il dolce, l'amaro e
l'umami condividono la stessa via di segnalazione intracellulare. Le
molecole dolci in entrata si legano ai loro recettori, il che provoca
un cambiamento conformazionale nella molecola. Questo cambiamento
attiva la proteina G, gustducina, che a sua volta attiva la
fosfolipasi C per generare inositolo trifosfato
(IP 3), questo successivamente
apre l'IP 3 e induce il rilascio di calcio dal reticolo
endoplasmatico. Questo aumento del calcio intracellulare attiva il
canale TRPM5 e induce la depolarizzazione cellulare . Il canale di
rilascio ATP CALHM1 viene attivato dalla depolarizzazione e rilascia
il neurotrasmettitore dell'ATP che attiva i neuroni afferenti che
innervano il palato.
Cognizione
Il colore del cibo può influenzare la
percezione della dolcezza. L'aggiunta di più colore rosso a una
bevanda aumenta la sua dolcezza percepita. In uno studio le soluzioni
di colore più scuro sono state classificate dal 2 al 10% in più
rispetto a quelle più chiare nonostante avessero una concentrazione
di saccarosio inferiore dell'1%. Si ritiene che l'effetto del colore
sia dovuto alle aspettative cognitive. Alcuni odori hanno un odore
dolce e la memoria confonde se la dolcezza fosse gustata o odorata.
Teorie
storiche
Lo sviluppo della chimica organica nel
19°
secolo ha introdotto molti nuovi
composti chimici e i mezzi per determinare le loro strutture
molecolari . I primi chimici organici hanno assaggiato molti dei loro
prodotti, intenzionalmente (come mezzo di caratterizzazione) o
accidentalmente (a causa della scarsa igiene di laboratorio ). Uno
dei primi tentativi di tracciare correlazioni sistematiche tra le
strutture delle molecole e i loro gusti è stato fatto da un chimico
tedesco, Georg Cohn, nel 1914. Ha ipotizzato che per evocare un certo
gusto, una molecola deve contenere un motivo strutturale (chiamato
sapoforo ) che produce quel gusto. Per quanto riguarda la dolcezza,
ha notato che le molecole contenenti più gruppi idrossilici e quelle
contenentigli atomi di cloro sono spesso dolci e che tra una serie di
composti strutturalmente simili, quelli con pesi molecolari più
piccoli erano spesso più dolci dei composti più grandi.
Nel 1919, Oertly e Myers proposero una
teoria più elaborata basata su una teoria allora attuale del colore
nei coloranti sintetici . Si ipotizza che, per essere dolce, un
composto deve contenere uno ciascuno dei due classi di motivo
strutturale, un glucophore e un auxogluc . Sulla base di quei
composti noti per essere dolci all'epoca, hanno proposto un elenco di
sei glucofori candidati e nove auxoglucs.
Da questi inizi all'inizio del XX
secolo, la teoria della dolcezza godette di poca ulteriore attenzione
accademica fino al 1963, quando Robert Shallenberger e Terry Acree
proposero la teoria della dolcezza AH-B. In poche parole, hanno
proposto che per essere dolce, un composto deve contenere un legame
idrogeno donatore di (AH) e una base di Lewis (B) separati da circa
0,3 nanometri . Secondo questa teoria, l'unità AH-B di un
dolcificante si lega con una corrispondente unità AH-B sul recettore
della dolcezza biologica per produrre la sensazione di dolcezza.
Teoria della BX proposta da Lemont Kier
nel 1972. Mentre i ricercatori precedenti avevano notato che tra
alcuni gruppi di composti, sembrava esserci una correlazione tra
idrofobicità e dolcezza, questa teoria formalizzava queste
osservazioni proponendo che per essere dolce, un composto deve avere
un terzo sito di legame (etichettato con X) che potrebbe interagire
con un sito idrofobico sul recettore della dolcezza tramite le forze
di dispersione di Londra . Successivamente i ricercatori hanno
analizzato statisticamente le distanze tra i presunti siti AH, B e X
in diverse famiglie di sostanze dolci per stimare le distanze tra
questi siti di interazione sul recettore della dolcezza.
Teoria
dell'MPA
La teoria più elaborata della dolcezza
fino ad oggi è la teoria dell'attaccamento multipunto (MPA) proposta
da Jean-Marie Tinti e Claude Nofre nel 1991. Questa teoria coinvolge
un totale di otto siti di interazione tra un dolcificante e il
recettore della dolcezza, sebbene non tutti i dolcificanti
interagiscano con tutti gli otto siti. Questo modello ha diretto con
successo gli sforzi volti a trovare edulcoranti altamente potenti,
inclusa la più potente famiglia di dolcificanti conosciuta fino ad
oggi, la dolcificanti guanidinici . Il più potente di questi,
lugduname , è circa 225.000 volte più dolce del saccarosio.
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