درباره‌ی شیمی طعم‌ها و طعم‌دهنده‌ها چه می‌دانید؟

واژه‌ی “طعم” در زندگی روزمره ما به طور مداوم مورد استفاده قرار می‌گیرد و خارج از تجربه خوردن به یک تجربه حسی اشاره دارد. انجمن سازندگان عصاره‌های طعم (FEMA) طعم را به عنوان “تمام محدوده‌ای از حس‌هایی که زمان مصرف غذا یا نوشیدن مشاهده می‌کنیم” تعریف می‌کند. به طور کلی، طعم شامل مزه، بو و ویژگی‌های فیزیکی‌ می‌باشد که ما در مواد غذایی و نوشیدنی‌ها حس می‌کنیم. در حالی که مواد غذایی به طور ذاتی دارای طعم هستند، اما 90 درصد از محصولاتی که ما از فروشگاه‌ها می خریم دارای طعم دهنده ها می باشد. این طعم دهنده ‌ها برای تقویت یا تغییر تجربه‌های حسی مرتبط با ویژگی‌های موجود یک محصول استفاده می‌شود. علاوه بر این، ممکن است از این ترکیبات برای افزایش سلامت محصولات (مانند مواردی که فاقد قند اضافی یا چربی‌های ترانس هستند) استفاده شود. برای مثال، طعم‌دهنده‌ها ممکن است غذاهای کم‌چرب را غنی و خامه‌ای جلوه دهند، یا به محصولات کم نمک، احساس طعمی نمکی اضافه کنند. بدیهی است که طعم‌ها قدرت فوق‌العاده‌ای برای تأثیرگذاری بر تجربه‌های چشایی ما دارند، اما این ترکیبات چه هستند و منشاءآن­ها چیست؟

همه‌ی ترکیبات طعم‌دهنده، چه آنهایی که به طور ذاتی در غذاها وجود دارند، و چه طعم دهنده های طبیعی و مصنوعی که به مواد غذایی اضافه می­شوند، ترکیبات شیمیایی یا مخلوطی از آن­ها هستند (شکل ۱). استفاده از کلمه ماده شیمیایی اغلب حس منفی را القاء می کند، اما باید به یاد داشته باشیم که تمام اجزای مواد غذایی، بدن و‌ جهان اطراف ما در واقع مواد شیمیایی هستند. حتی ترکیباتی مانند آب (dihydrogen monoxide)، شکر (sucrose, or alpha-D-glucopyranosyl-(1à2)-beta-D-fructofuranoside) و جوش شیرین (sodium bicarbonate) نیز ترکیبات شیمیایی هستند. در واقع، این ساختار شیمیایی مواد طعم‌دهنده است که خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربه فردی را در آن ایجاد می کند و باعث می شود در طول پخت و پز واکنش های شیمیایی خاصی را انجام داده که در نهایت به گیرنده‌های طعم در دهان ما متصل می­شوند (به طعم متمایز کبابی فکر کنید).

شکل 1: همه عوامل طعم دهنده، چه طبیعی و چه مصنوعی، ترکیبات شیمیایی هستند. ساختارهای کاملاً مشخص این ترکیبات آنها را قادر می سازد تا در طول فرآیند پخت با یکدیگر تعامل داشته باشند و با گیرنده های طعم در دهان ما پیوند بخورند و در نتیجه طعم های متمایز ایجاد کنند.

سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) طعم‌­دهنده‌های طبیعی را شامل هرگونه طعم‌­دهنده‌ه­ای می‌داند که از منابع طبیعی مانند مواد گیاهی (میوه، ریشه، پوست درختان، گیاهان و غیره) یا محصولات حیوانی (گوشت، لبنیات و غیره) بدست می‌آیند. از نظر این سازمان، طعم‌­دهنده‌های مصنوعی همه طعم هایی هستند که به عنوان طبیعی تعریف نمی‌شوند، حتی اگر ترکیب شیمیایی آنها دقیقاً مشابه طعم‌­دهنده هایی باشد که بصورت مستقیم از طبیعت استخراج شده باشند. این تفاوت بین منشأ طعم‌ها هیچ تاثیری بر ایمنی، سلامت یا خوشمزه بودن آنها ندارد. در واقع، طعم‌دهنده‌های تولید شده در یک محیط آزمایشگاهی کنترل‌شده، در هر مرحله تحت کنترل کیفی دقیق قرار می‌گیرند. در تهیه طعم‌­دهنده های مصنوعی نیازی به انجام فرآیندهای طولانی استخراج، تهیه مواد طبیعی کمیاب یا دشوار برای کشت نمی­باشد. به این ترتیب، بسیاری از طعم‌های مصنوعی و مشابه طبیعی با خلوص بالاتر نسبت به همنوع‌های طبیعی خود در دسترس هستند و ممکن است با کمترین آسیب به محیط زیست به دست آیند.

این طعم­‌دهنده‌های مصنوعی توسط متخصصان آموزش دیده که به عنوان طعم آزما(کارشناسان طعم –Flavorist)یا شیمی‌دانان طعم شناخته شده، تهیه می‌شوند. این افراد پس از به پایان رساندن تحصیلات دانشگاهی، دوره کارآموزی دقیقی را نیز پشت سر گذاشته ‌و تمامی الزامات و مقررات مربوط به ایمنی را می­‌گیرند.

متخصصان طعم و مزه با رعایت مجموعه‌ای دقیق از دستورالعمل‌های ایمنی، طعم‌دهنده‌­های مختلف را برای برآورده کردن ترجیحات طعم مصرف‌کننده آماده می‌کنند. از آنجایی که این افراد، سازنده این دسته از طعم دهنده هستند، باید از همه قوانین  مرتبطه که برای تولید مواد غذایی ایجاد شده است آگاهی داشته باشد و  در طراحی های خود از آن­ها پیروی کنند.

برای کمک به این فرآیند، گروهی از متخصصان در زمینه‌هایی از جمله شیمی، سم‌شناسی، فارماکولوژی، پزشکی، آسیب‌شناسی و آمار که در خدمت انجمن تولیدکنندگان جهانی طعم‌دهنده‌ها(FEMA) هستند، فهرستی از ترکیبات طعم‌دهنده را گردآوری کرده‌اند که به طور کلی به عنوان ایمن (GRAS) شناخته می شوند. پنل تخصصی FEMA  تمام یافته‌ها و داده های علمی خود را با FDA، نهادهای علمی و نظارتی بین المللی در میان می گذارد. شرکت‌های تولیدکننده طعم‌دهنده ملزم به افشای کاربرد مواد طعم‌دهنده که قبلاً این بررسی­‌های دقیق را پشت سر گذاشته‌اند نیستند، اما هر ماده طعم‌دهنده جدید، قبل از اینکه در فهرست محصولات مصرفی گنجانده شود، نیاز به آزمایش­های گوناگون داشته تا تمام تأییدیه‌های آن­ها به طور دقیق صادر شود.

بیایید چند طعم را از نظر ساختار شیمیایی بررسی کنیم!

وانیل: طعمی از میان رویاهای سرخپوستی

وانیل محبوب‌ترین طعم‌دهنده در سراسر جهان است. طعم وانیل نه تنها در غذاهای دوست داشتنی مانند بستنی، آب نبات، کیک و کلوچه ها استفاده می‌شود، بلکه به بهبود ادراک شیرینی و سایر طعم‌ها (مانند شکلات، قهوه، میوه و آجیل) نیز کمک می‌کند.

عصاره وانیل طبیعی از طریق خیساندن دانه‌های وانیل در الکل به وجود می‌آید. به این ترتیب که محلولی شامل وانیلین و سایر مکمل‌های کم مقدار دیگر که ممکن است در پخت و پز استفاده ‌شود، به دست می‌آید. حدود 250 مولکول مختلف دارای عطر و طعم در عصاره وانیل شناسایی شده ‌است، که اکثر آنها با قرار گرفتن در معرض دمای بالا از بین می روند و باعث می شود که پیچیدگی طعم وانیل پس از پخت کاهش یابد. از آن­جایی­که دانه‌های وانیل را فقط می‌توان از تعداد انگشت شماری از مناطق گرمسیری به‌دست آورد، و با توجه به تقاضای گسترده برای وانیل (بیش از 66000 تن در سال) در سراسر جهان، بسیاری از شرکت‌های تولیدکننده طعم‌دهنده، برای برآوردن این تقاضا خطوط تولید خود را به توسعه جایگزین‌های با کیفیت بالا برای عصاره طبیعی وانیل اختصاص داده‌اند.

یکی از این جایگزین‌ها عصاره‌ی کاستوریوم (castoreum extract) است. کاستوروم ترشحی از غدد و کیسه‌های مقعدی سگ‌های آبی است که از آن برای نشان دادن مرزهای قلمروی خود استفاده می‌کنند. این عصاره بوی گرم و شیرینی دارد و می‌تواند به عنوان پایه عصاره وانیل در بسیاری از محصولات لبنی و شیرینی‌پزی استفاده شود. پس از ارزیابی دقیق، کاستوریوم و عصاره‌های آن در لیست GRAS قرار گرفته اند. هرچند که این ماده مصرف جهانی نسبتاً کمی دارند (تنها حدود ۳۰۰ پوند سالانه)، با این حال، جالب است بدانید که چون کاستوریوم از منبع حیوانی استخراج می‌شود، به عنوان طعم‌دهنده طبیعی در نظر گرفته می‌شود، نه یک طعم دهنده مصنوعی.

بیشتر جایگزین‌های وانیل در واقع از مشتقات وانیلین یا وانیلین شبه‌طبیعی تهیه شده‌اند. که در مقیاس چند تنی از گایاکول (guaiacol) یا عصاره لیگنین (lignin extracts) که از الیاف چوب به دست می‌آیند، می‌توان نام برد  (شکل ۲).

ارائه منبع ارزان قیمت وانیلین با خلوص بالاتر از عصاره طبیعی وانیل، امکان تولید ترکیبات پیشرفته‌ای از وانیلین را با ویژگی‌های مطلوبی مانند افزایش قدرت طعم و پایداری حرارتی امکان پذیر می کند. به عنوان مثال افزودن یک اتم کربن اضافی به وانیلین، اتیل وانیلین ایجاد می کند که از نظر طعمی  2 تا 4 برابر قوی­تر از خود وانیلین است. با توجه به این خاصیت مطلوب و جایگاه طولانی مدت این ماده در لیست GRAS، اتیل وانیلین از دهه 1930 در برخی از طعم‌دهنده‌های وانیل استفاده شده است. پس شاید تعجبی نداشته باشد که در تست‌های چشایی کور، ارزیابان، طعم‌دهنده مصنوعی وانیل (شامل وانیل تولیدی صنعتی و مشابه‌های آن) را در خوراکی‌هایی مانند کوکی ها که باید در دمای بالا پخته شوند (که باعث تجزیه بسیاری از اجزای جزئی عصاره طبیعی وانیل می شود) ترجیح می‌دهند.

شکل 2: تعدادی از ترکیبات که همگی می توانند برای ایجاد طعم وانیلی استفاده شوند. الف) استخراج وانیلین از دانه های وانیل یا استانیزول از کیسه های کرچک بیورها برای تولید طعم طبیعی وانیل می تواند چالش برانگیز و پرهزینه باشد. ب) خوشبختانه، این ترکیبات و سایر ترکیبات خوش طعم تر یا قوی تر مانند اتیل وانیلین را می توان با سنتز شیمیایی بسیار ایمن و کارآمدتر تولید کرد.

کره: طعمی خوشمزه برای اپلیکیشن‌های مختلف غذایی

طعم خوشمزه و خامه‌ای کره یکی از موارد دیگر مورد علاقه مصرف‌کنندگان است که در آبنبات‌های کوچک، شیرینی‌ها، لبنیات، محصولات نانوایی، دسر ها و …اضافه می‌شود. این طعم از ترکیبات دی استیل و استوئین طی فرآیند تخمیر در تولید محصولات لبنی مانند کره، دوغ و خامه ترش حاصل می‌شود.

مقادیر کوچکی از این ترکیبات از محصولات لبنی استخراج می‌شوند، از این رو بازدهی پایین استخراج محدودیت‌های عملی را به دنبال می آورد. لذا به جای اینکه این طعم دهنده ها از محصولات نهایی استخراج شوند، این طعم دهنده ها به طور عمومی از سنتز شیمیایی یا تخمیر صنعتی به دست می آیند. این ترکیبات زمانی که از تکنیک تخمیر به دست می آیند، به عنوان “طعم کره طبیعی” فهرست می شوند، اما هنگامی که این مواد به طریق سنتز در شرایط کنترل شده آزمایشگاه تولید می‌شوند، بعنوان “طعم کره مصنوعی” فهرست می‌شوند.

ممکن است گزارش‌هایی در مورد «ریه کارگر پاپ کورن» شنیده باشید که در آن تعداد انگشت شماری از بیماری‌های ریوی به استنشاق سطوح بسیار بالای دی استیل در برخی از تأسیسات تولید ذرت بو داده در مایکروویو ارتباط داده شده است. با این حال، هم دی استیل و هم استوئین از اعضای قدیمی فهرست GRAS هستند. لازم به یادآوری است که دوز بالای هر چیزی می تواند سمی باشد! به عنوان مثال، موارد متعددی از مرگ و میر مربوط به مصرف بیش از حد آب (در واقع نوشیدن بیش از حد معمول) وجود داشته است. FDA و OSHA نگرانی‌های مربوط به دی استیل آئروسل‌شده را به دقت بررسی کرده‌اند و استانداردهای جدیدی را برای محدود کردن قرار گرفتن در معرض ذرات معلق در هوا در محیط‌های شغلی ایجاد کرده‌اند. علاوه بر این، گزارش‌ها تکرار می‌کند که سطوحی که مصرف‌کنندگان عمومی در معرض آن قرار می‌گیرند بسیار کمتر از آستانه خطر است. علاوه بر این، مصرف عوامل طعم دهنده مانند دی استیل، این مواد را به معده (به جای ریه) هدایت می کند، که کاملاً برای هضم این مولکول ها مجهز است. پس به خوردن کره (طعم) ادامه دهید و از آن لذت ببرید.

شکل 3: دی استیل و استوئین ترکیبات اصلی سازنده طعم کره هستند. الف) این ترکیبات محصولات جانبی تخمیر قند بوده  می توانند به عنوان “طعم کره طبیعی” با کشت باکتری یا مخمر در مقیاس صنعتی تولید شوند. ب) همین ترکیبات را می توان به عنوان «طعم کره مصنوعی» نیز در صورتی که از طریق سنتز شیمیایی تولید شود، تهیه کرد.

طعمی که هرگز در خواب ندیده اید

همانطور که تعدادی از طعم‌های کلاسیک مورد علاقه ما نشان می‌دهند، شیمی طعم به عنوان یک هنر و علم به تولید ایمن و مؤثر طعم‌های طبیعی و مصنوعی برای لذت‌بردن از آن می‌پردازد. با این حال، شاید هیجان‌انگیزترین جنبه، فرصت ترکیب طعم‌های شناخته شده برای کشف طعم‌هایی فراتر از آنچه تاکنون تجربه کرده‌ایم باشد. طعم‌سازان (Flavorists) به دنبال شناسایی و پر کردن «فضاهای سفید» هستند، که ترکیبی از کیفیت‌های طعمی است که مصرف‌کننده ممکن است از آن لذت ببرد اما در محصولات موجود در دسترس نیستند. بنابراین دفعه بعد که یک محصول خارق‌العاده مانند مانند آدامس Juicy Fruit™، یک ژله‌ی جدید یا نوشیدنی ورزشی مورد علاقه خود را امتحان کردید، تلاش و عشقی را که در توسعه آن انجام شده را به خاطر آورید.