Deschiderea liniilor de comunicare între cercetătorii și comunitatea mai largă

rundown

  • Pagina de Facebook SITN
  • SITN Twitter Feed
  • Pagina Instagram SITN
  • Prelegeri SITN pe YouTube
  • SITN Podcast pe SoundCloud
  • Abonați-vă la lista de distribuție SITN
  • Flux RSS site-ul web SITN

de C. Rose Kennedy
cifre de Kaitlyn Choi

Ce este într-o aromă?

Cuvântul „aromă” străbate vocabularul nostru zilnic, evocând asocieri de experiențe bogate sau vii dincolo de experiența de a mânca. Chiar și în context literal, Asociația Producătorilor de Extract de Aromă (FEMA) descrie aroma ca „întreaga gamă de senzații pe care le percepem atunci când mâncăm o mâncare sau bem o băutură. Aroma cuprinde gustul, mirosul și orice trăsături fizice ale unei substanțe pe care le percepem ”[1]. În timp ce alimentele conțin în mod intrinsec substanțe aromatizante, 90% din cumpărăturile de băcănii americane conțin și arome adăugate [2]. Aceste arome sunt utilizate pentru a amplifica sau modula experiența senzorială asociată cu calitățile existente ale unui produs. În plus, pot fi folosite și pentru a face mai atrăgătoare opțiunile sănătoase, dar blande (cum ar fi cele care nu au un exces de zahăr sau grăsimi trans). De exemplu, agenții aromatizanți pot face ca alimentele cu conținut scăzut de grăsimi să pară bogate și cremoase sau pot adăuga coajă sărată produselor cu conținut scăzut de sodiu. Este evident că aromele au o putere imensă de a ne influența experiențele gustative, dar ce sunt și de unde provin?

Toate aromele, inclusiv cele intrinsec prezente în alimente, precum și aditivii aromatici naturali și artificiali, sunt compuși chimici mici sau amestecuri de compuși (Figura 1). În timp ce substanțele chimice evocă adesea asocieri negative, este important să ne amintim că toate componentele alimentelor noastre, corpurile noastre și lumea din jurul nostru sunt de fapt substanțe chimice. Chiar și lucruri precum apa (monoxid de dihidrogen), zahărul de masă (zaharoză sau alfa-D-glucopiranozil- (1à2) -beta-D-fructofuranozidă) și bicarbonatul de sodiu (bicarbonat de sodiu) sunt compuși chimici. De fapt, proprietățile chimice și structurile substanțelor aromatizante sunt exact ceea ce le permite să reacționeze între ele în timpul gătitului (gândiți-vă la acea aromă distinctă la grătar) se leagă de receptorii gustativi din gura noastră.

Figura 1: Toți agenții aromatici, naturali sau artificiali, sunt compuși chimici. Structurile bine definite ale acestor compuși le permit să interacționeze între ele în timpul procesului de gătit și să se lege cu receptorii de gust din gura noastră, creând astfel arome distinctive.

FDA definește în general aromele naturale pentru a include orice aromă izolată din surse naturale, cum ar fi materialul vegetal (fructe, rădăcini, scoarță, ierburi etc.) sau produse de origine animală (carne, lactate etc.) [3]. Aromele artificiale sunt arome care nu sunt definite ca naturale, chiar dacă au exact aceeași compoziție chimică ca aromele izolate direct de natură [1]. Această distincție între originile aromelor nu are nicio legătură cu cât de sigure, sănătoase sau delicioase sunt. De fapt, agenții aromatizanți produși într-un cadru de laborator controlat sunt supuși unui control riguros al calității în fiecare etapă și nu necesită un proces de extracție îndelungat, intensiv în muncă și resurse sau achiziționarea de materiale naturale rare sau dificil de cultivat. Ca atare, multe arome artificiale identice naturii sunt de fapt disponibile la o puritate mai mare decât congenerii lor naturali și pot fi obținute cu mai puține daune mediului [4].

Aceste arome artificiale sunt preparate de un grup de elită de profesioniști cu înaltă pregătire, cunoscute sub numele de aromatici sau chimisti de aromă, care trebuie să treacă printr-o ucenicie riguroasă de șapte ani (după studii universitare) înainte de a putea fi certificate de către Societatea Chimiștilor de Arome [5, 6 ]. Se estimează că există doar aproximativ 500 de aromatizanți certificați în întreaga lume [2]. Aromaticii pregătesc amestecuri de arome pentru a satisface preferințele aromelor consumatorilor, toate respectând în același timp un set strict de linii directoare de siguranță și eficiență. Mai mult, deoarece sunt considerați producători de ingrediente aromatizante și companiile producătoare de arome trebuie să respecte toate aceleași reguli FDA și USDA elaborate pentru producția de alimente [5].

Pentru a ajuta acest proces, un grup de experți științifici și medicali (reprezentând domenii precum chimie, toxicologie, farmacologie, medicină, patologie și statistici) care deservesc Asociația Producătorilor de Extract de Aromă (FEMA) a întocmit o listă de compuși aromatici bine examinați care sunt „ recunoscut în general ca sigur (GRAS) ”[7]. Grupul de experți FEMA comunică descoperirile acestora și toate datele științifice cu FDA, cu organismele științifice și de reglementare internaționale și în literatura științifică [8, 9]. Companiile aromatice nu sunt obligate să dezvăluie aplicarea ingredientelor aromatice care au trecut deja de această revizuire riguroasă, dar orice substanță aromatică nouă care nu a trecut încă pe listă necesită testări și aprobare riguroase pentru a demonstra siguranța înainte de a putea fi încorporate în produsele de consum.

Să luăm în considerare câteva cazuri de chimie a aromelor în acțiune!

Vanillin Dreams

Vanilia este cea mai populară aromă din întreaga lume. Nu numai că se folosește în preferate, cum ar fi înghețata, bomboanele, prăjiturile și prăjiturile, dar și vanilia îmbunătățește percepția despre dulceață și alte arome (cum ar fi cele din ciocolată, cafea, fructe și nuci) [10].

Extractul natural de vanilie se obține prin înmuierea boabelor de vanilie în alcool pentru a permite o soluție de vanilină și alte componente minore care pot fi utilizate la gătit și coacere. În timp ce în extractul de vanilie au fost detectate până la 250 de componente gustative și aromatice, cele mai multe dintre acestea sunt distruse la expunerea la temperaturi ridicate, provocând diminuarea complexității aromei de vanilie la coacere. În plus, boabele de vanilie pot fi obținute numai de la orhideele înflorate polenizate manual într-o mână de zone tropicale, făcându-le mărfuri prețioase, în special având în vedere cererea vastă de vanilie (peste 16.000 de tone anual) la nivel mondial [19]. Pentru a satisface această cerere, companiile de arome precum International Flavors and Fragrances, Inc. și Givaudan au întregi linii de producție dedicate dezvoltării unor înlocuitori de înaltă calitate pentru extractul natural de vanilie [11], [12].

Unul dintre acești înlocuitori este extractul de castoreum. Castoreum este o secreție a glandelor anale și a sacilor de ricin a castorilor, care îl folosesc pentru a marca revendicările lor teritoriale. Extractul de Castoreum are un miros cald și dulce și poate fi folosit ca un substitut pentru extractul de vanilie în multe produse lactate și produse de patiserie [13]. În urma unei evaluări riguroase, castoreum și extractele sale au câștigat un loc pe lista GRAS; cu toate acestea, consumul la nivel mondial este relativ scăzut (doar aproximativ 300 de lire sterline anual). Este interesant de menționat însă că, deoarece castoreumul este extras dintr-o sursă animală, este considerat o aromă naturală, nu o aromă artificială.

Cea mai mare parte a înlocuitorilor de vanilie sunt de fapt vanilină și derivați de vanilină identici cu natura sintetizați pe o scară de mai multe tone din extracte de guaiacol sau lignină, care pot fi izolate din pulpa de lemn (Figura 2) [14], [15]. În plus față de furnizarea unei surse ieftine de vanilină - cu o puritate mai mare decât s-ar putea obține din extractul natural de vanilie - această sinteză permite producerea de derivați de vanilină care posedă calități dorite, cum ar fi potența crescută a aromei și stabilitatea termică. De exemplu, adăugarea unui atom de carbon suplimentar la vanilină oferă etil vanilină, care este de 2-4 ori mai aromată decât vanilina însăși. Datorită acestei proprietăți dezirabile și a statutului său de lungă durată pe lista GRAS, etil vanilina a fost utilizată în unele arome de vanilie încă din anii 1930. [16] Poate că nu ar trebui să fie o surpriză, deci, că în testele de gust orb, gustatorii au preferat aromele artificiale de vanilie (inclusiv vanilina produsă industrial și analogii săi) în dulciuri precum fursecurile care trebuie coapte la temperaturi ridicate care provoacă multe dintre componentele minore ale extractului natural de vanilie pentru a se descompune [10].

Figura 2: O serie de compuși înrudiți pot fi folosiți pentru a crea o aromă de vanilie. A) Extragerea vanilinei din fasole de vanilie sau acetanisol din sacii de ricin a castorilor pentru a produce aroma naturală de vanilie poate fi provocatoare și costisitoare. B) Din fericire, acești compuși și alți compuși mai aromatici sau robusti precum etil vanilina pot fi produși prin sinteza chimică mult mai sigur și mai eficient.

Butter Me Up

Aroma bogată și netedă a untului este un alt favorit al consumatorilor, adăugând corp și adâncime spray-urilor de gătit, sosurilor, produselor de copt și (desigur) floricelelor. Această aromă apare din producția de diacetil și acetoină ca subproduse ale fermentației zahărului în producția de produse lactate cultivate, cum ar fi untul cultivat, zeama și smântâna [17].

În timp ce cantități mici din acești compuși pot fi izolați de aceste produse lactate pe bază de consum, eficiența foarte scăzută a extracției îi limitează practicitatea. În schimb, acești aditivi aromatici sunt produși în general prin sinteză chimică sau fermentație industrială pe culturi specializate, care este optimizată pentru producerea aromelor, dar nu este genul de medii pe care oamenii le preferă în general să mănânce (Figura 3) [18]. Când sunt produse prin această tehnică de cultivare, diacetilul și acetoina sunt listate ca „aromă naturală a untului”, dar atunci când sunt produse prin sinteză controlată de laborator, aceleași componente sunt listate ca „aromă artificială a untului” [19].

Figura 3: Diacetilul și acetoina sunt compușii principali responsabili de aroma untului. A) Acești compuși sunt produse secundare ale fermentației zahărului și pot fi produși ca „aromă naturală de unt” prin cultivarea bacteriilor sau a drojdiei la scară industrială. B) Aceiași compuși pot fi preparați și ca „aromă de unt artificial” dacă sunt produși prin sinteză chimică.

Este posibil să fi auzit rapoarte despre „plămânul muncitorului popcorn”, în care o mână de cazuri de boli pulmonare au fost legate de inhalarea unor niveluri foarte ridicate de diacetil în unele instalații de producție a floricelelor cu microunde [20]. Cu toate acestea, atât diacetilul, cât și acetoina sunt membri de lungă durată ai listei GRAS. Este esențial să ne amintim că o doză mare de orice poate fi toxică! De exemplu, au existat numeroase cazuri de decese legate de supradozajul cu apă (nu înec, baut doar mult prea mult) [21], [22]. FDA și OSHA au investigat cu atenție îngrijorările cu privire la diacetilul aerosolizat și au dezvoltat noi standarde pentru a limita expunerea la particulele aeriene în condiții profesionale [23]. În plus, rapoartele lor reiterează faptul că nivelurile la care sunt expuși consumatorii generali este cu mult sub pragul de risc. Mai mult, ingerarea agenților aromatici precum diacetilul direcționează aceste substanțe către stomac (mai degrabă decât spre plămâni), care este perfect echipat pentru a procesa aceste molecule. Deci, mergeți mai departe, luați untul (aroma) și mâncați-l și voi!

O aromă ca și cum nu ai visat niciodată

Așa cum ilustrează câteva dintre preferatele noastre clasice de aromă, chimia aromelor este atât o artă, cât și o știință dedicată producerii în siguranță a aromelor naturale și artificiale robuste și eficiente din punct de vedere al resurselor, pentru a vă bucura. Poate că cel mai interesant aspect este, totuși, oportunitatea de a combina aromele cunoscute în moduri noi de a explora aromele dincolo de ceea ce am experimentat vreodată. Aromaticii caută să identifice și să umple „spațiile albe”, care sunt combinații de calități aromatice de care consumatorii se pot bucura, dar care nu sunt reprezentate în produsele de pe piață. Așadar, data viitoare când încercați un tratament extraordinar, cum ar fi guma Juicy Fruit ™, o jeleu romană sau băutura dvs. sportivă preferată, amintiți-vă de munca iubirii care a intrat în dezvoltarea sa [23]. Căci în cuvintele memorabile ale lui Willy Wonka: „Invenția, dragii mei prieteni, este 93% transpirație, 6% electricitate, 4% evaporare și 2% bucată de butuc.”

C. Rose Kennedy este doctorand candidat la Departamentul de chimie și biologie chimică de la Universitatea Harvard.

Referințe

[1] Fapte despre aromă. Asociația producătorilor de extracte de aromă (FEMA) http://www.flavorfacts.org (accesat pe 23 august 2015)

[2] „The Tastemakers” La Gorce, T. New Jersey Monthly. 17 ianuarie 2011. http://njmonthly.com/articles/eat-drink/the-tastemakers/ (accesat la 23 august 2015)

[3] „Secțiunea 101.22 Produse alimentare; etichetarea condimentelor, aromelor, coloranților și conservanților chimici. ” Codul regulamentelor federale. Titlul 21 - Alimente și droguri. Administrația pentru alimente și medicamente, Departamentul pentru sănătate și servicii umane. 1 aprilie 2010. http://www.gpo.gov/fdsys/pkg/CFR-2010-title21-vol2/xml/CFR-2010-title21-vol2-sec101-22.xml (accesat la 23 august 2015)

[4] „Care este diferența dintre aromele artificiale și cele naturale?” Reineccius, G. Scientific American. 29 iulie 2002. http://www.scientificamerican.com/article/what-is-the-difference-be-2002-07-29/ (accesat la 23 august 2015)

[5] The Society of Flavor Chemists. http://flavorchemists.com/ (accesat la 23 august 2015)

[6] „Ce ești? Flavorist ”Green, K. Ocupational Outlook Quarterly. Iarna 2004–2005. Biroul Statisticilor Muncii din SUA http://www.bls.gov/careeroutlook/2004/winter/yawhat.pdf

[7] „The Taste Makers” Khatchadourian, R. The New Yorker. 23 noiembrie 2009. http://www.newyorker.com/magazine/2009/11/23/the-taste-makers (accesat la 23 august 2015)

[8] „Siguranța aromelor: mit vs. Fapt ”Mat. Fapte despre aromă. Asociația producătorilor de extracte de aromă (FEMA) 25 iunie 2015. http://www.flavorfacts.org/flavor-safety-myth-vs-fact/ (accesat la 23 august 2015)

[9] „Cum S.U.A. Programul de notificare GRAS al FDA funcționează "Gaynor, Revista P. Food Safety, decembrie 2005/ianuarie 2006. http://www.fda.gov/Food/IngredientsPackagingLabeling/GRAS/ucm083022.htm#authors (accesat la 23 august 2015)

[10] „Vanilla Extract” Cook’s Illustrated. 1 martie 2009. http://www.cooksillustrated.com/taste_tests/455-vanilla-extract (accesat la 23 august 2015)

[11] Întotdeauna Vanilie. Arome și parfumuri internaționale, Inc. http://alwaysvanilla.com/ (accesat la 23 august 2015)

[12] Orice altceva decât Vanilie simplă. Givaudan TasteEssentials Vanilla. https://www.givaudan.com/flavours/world-flavours/tasteessentials/vanilla (accesat la 23 august 2015)

[13] „Castoreum” Burdock, G. A. Fenaroli’s Handbook of Flavor Ingredients. CRC Press, 2005. 276-278

[14] „Vanilină: aromă sintetică din alcoolul de sulfit consumat”. Hocking, M. B. Journal of Chemical Education, 1997, 74, 1055. DOI: 10.1021/ed074p1055

[15] „Vanillin” Vidal, J.-P. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 2006, DOI: 10.1002/0471238961.2201140905191615.a01.pub2

[16] „Ethyl Vanillin” Burdock, G. A. Fenaroli’s Handbook of Flavor Ingredients. CRC Press, 2005. 639–640.

[17] Pavia și colab. Introducere în tehnicile de laborator organice (ediția a IV-a). ISBN 978-0-495-28069-9.

[18] „Producția de diacetil și acetoină de către bacteriile lactice” Oberman, H., Piątkiewicz, A.; Libudzisz, Z. Nahrung, 1982, 26, 615. DOI: 10.1002/food.19820260706

[19] „Producția biotehnologică de arome și parfumuri” Krings, C.; Berger, R. G. Biotehnologia aplicată a microbiolilor. 1998, 49, 8.a

[20] „Beware Diacetyl: The Next Legal Quagmire” Fama, R. Food Safety Magazine. Octombrie/noiembrie 2007. http://www.foodsafetymagazine.com/magazine-archive1/octobernovember-2007/beware-diacetyl-the-next-legal-quagmire/ (accesat la 23 august 2015)

[21] „Hiponatremie” Adrogué, H. J; Madias, N. E. New England Journal of Medicine 2000, 342, 1581. DOI: 10.1056/NEJM200005253422107

[22] „Moartea din cauza hiponatremiei ca urmare a intoxicației acute cu apă la un stagiar de bază al armatei”. Garigan, T. P.; Ristedt, D. E. Medicină militară, 1999, 164, 234.