Польза и вред пищевых ароматизаторов

На самом деле, когда человек впервые добавил в мясо душистые травы, перец, гвоздику или другие пряности, он сделал это не для придания нового вкуса или аромата. Он решал простую дилемму: либо мясо испортится через пару дней, либо пряностью будет испорчен вкус и запах, но продукт сохранится дольше. Так что первые применения природных ароматизаторов были связаны с ухудшением натурального вкуса в угоду срокам хранения. Позднее, когда использование пряностей прочно вошло в культуру потребления, нам начали казаться приятными «неестественные» вкус и аромат.

С появлением кулинарии мы начали целенаправленно менять вкус и аромат нашей пищи на новый, порой непредсказуемый. Пряности и вместе с ними вообще все, что необычно пахнет, стали использовать в качестве ароматизаторов. Могущество целых империй основывалось на торговле натуральными ароматизаторами — шафраном, черным перцем, гвоздикой и корицей. И вовсе не в поисках новых земель или знаний, а именно за пряностями отправлялись в свои морские походы Васко да Гама, Колумб и Магеллан. Каждое новое открытое растение с необычным ароматом люди добавляли в свою еду, не обращая внимания на химический состав (о котором, впрочем, в те далекие времена имели довольно смутные представления).

Гораздо позже научная революция принесла понимание того, что запах — это не какая-то волшебная субстанция, а совершенно конкретные химические вещества. Их совсем необязательно выращивать на плантациях Индии или Нового Света. Если растение умеет синтезировать вещество, то что мешает человеку воспроизвести этот процесс? Если в запахе яблока содержится смесь известных соединений, что мешает смешать их искусственно и получить тот же результат? Зачем плавать за моря, подвергаться нападениям пиратов и конкурентов, если любой вкус можно создать в буквальном смысле в пробирке?

Ароматы живой природы

Ароматы цветов, ягод, фруктов, овощей настолько гармоничны, что порой нам кажется, что природа создала все это специально для нас. Именно это мнение лежит в основе многих направлений альтернативной медицины (типа ароматерапии) 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 растительного метаболизма достаточно четко можно разделить на два типа. Первичные метаболиты (белки, жиры, углеводы, витамины) — это вещества, необходимые растению для его жизнедеятельности. Именно эти соединения и составляют пищевую ценность нашей еды.

Ароматизаторы, которых нет

Многие вещества, которые мы традиционно принимаем за аромат натуральных вкусных и полезных продуктов, изначально вообще не присутствуют в растении

Так, например, ванилина, как отдельного химического соединения, в стручках известной орхидеи просто нет. В них синтезируется так называемый глюкованилин — гликозид, основная функция которого состоит в защите растения от поедания вредителями. Для получения ароматной субстанции с запахом ванили нужно еще разрушить гликозид, для чего проводится довольно сложный и длительный процесс ферментации, что обуславливает высокую цену. В пищевой промышленности ванилин (значительно более чистый и гораздо более дешевый) получают из гваякола или лигнина.

Еще более интересный пример — горчица, которая научилась защищаться с помощью мощнейшего химического оружия — слезоточивого аллилизотиоцианата (АИТЦ), токсичного для многих живых организмов. А поскольку для самой горчицы он тоже опасен, растение не синтезирует его в готовом виде, а хранит в своих тканях два совершенно безвредных по отдельности компонента: гликозинат синигрин и фермент мирозиназу. Животное или насекомое, решившее полакомиться растением, повреждает его ткани, что приводит к смешению компонентов, при этом фермент (реакция протекает в водной среде) «отрезает» от синигрина глюкозу, образуя токсичный АИТЦ, или нитрил. Такое пиршество дорого обходится вредителю. Этот же механизм позволяет «зачистить» территорию от других растений и микроорганизмов: в отслуживших свое и разлагающихся стеблях и листьях образуется АИТЦ, «стерилизуя» почву. В сухом же горчичном порошке жгучего вещества просто нет, поэтому он приобретает аромат только при добавлении воды, причем не сразу (по этой же причине горчичники «жгутся» только после замачивания). Для нужд пищевой промышленности (например, для изготовления майонеза) используют синтетический АИТЦ, полностью идентичный натуральному.

Вторичные метаболиты, часть которых представлена душистыми веществами, служат совсем для других целей. Традиционно считается, что растения научились синтезировать летучие вещества в результате коэволюции с опылителями или переносчиками семян. Это лишь одна, причем 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, когда для привлечения опылителя хватило бы и одной-двух разновидностей летучих молекул.

Когда нельзя убежать

Если первичные метаболиты растения являются тем самым, ради чего мы едим фрукты и овощи, то вторичные обычно служат для совершенно противоположной цели — чтобы растение не съели.

Изучив состав ароматообразующих веществ любого цветка или плода, мы обнаружим огромное количество соединений, обладающих антибактериальными и противогрибковыми свойствами, веществ, отпугивающих или убивающих вредителей (и не только насекомых). Состав этих ароматов непостоянен. В ответ на внешнее воздействие растения корректируют свой метаболизм, в результате меняя состав запаха. Во многих экспериментах было показано, что вслед за повреждением листа или цветка происходит перенаправление ресурсов растения на синтез вторичных метаболитов. Почему? Потому что в случае угрозы растение не может убежать — оно переключается с роста на защиту.

Запах скошенной травы (отличный от запаха нетронутой лужайки) — один из примеров такой реакции. Вещества, входящие в этот аромат, являются вторичными метаболитами растения и предназначены для защиты от вредителей, покусившихся на сочную мякоть, а также от бактерий и грибков, жадных до поврежденных тканей. Эти же самые вещества — важнейшие компоненты аромата ягод земляники или яблок.

Среди механизмов защиты бывают и более необычные. Есть много примеров того, как растения используют свои ароматы для врагов своих врагов. Скажем, 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 одна сфера применения душистых веществ — это общение. Растения могут «общаться» 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, например, при заражении грибком, сигнализируют находящимся поблизости родственникам об опасности, предупреждая о близости врага и вызывая переключение метаболизма на синтез «противогрибковых» реагентов. И даже собственную жизнедеятельность растения регулируют с помощью душистых веществ: гормоны растений — летучие молекулы — представляют собой один из важных компонентов привычных ароматов. Жасмоновая кислота и ее производные, определяющие запах очень многих цветов, являются растительным гормонами.

Неядовитый аромат

В 1830 году из косточек горького миндаля (Prunus amygdalus var. amara) было выделено вещество амигдалин (от греческого ἀμυγδάλη, миндаль). Позже это соединение было обнаружено в косточках растений рода слива (Prunus) — абрикоса, персика, вишни, сливы, яблок.

Как и большинство других цианогенных гликозидов (соединений глюкозы), амигдалин синтезируется растением в качестве химического оружия против врагов. Сам по себе амигдалин достаточно безобиден, что позволяет растению накапливать его в тканях в значительном количестве. Однако стоит вредителю попробовать семена растения на вкус, содержащийся в растении фермент глюкозидаза начинает расщеплять амигдалин, в результате образуется чрезвычайно токсичная синильная кислота (глюкозидаза содержится не только в растении, но и в пищеварительной системе людей, птиц и насекомых, так что глотание миндаля «не разжевывая» не спасает). Попадая в организм, синильная кислота необратимо блокирует действие ряда ферментов, что приводит к кислородному голоданию тканей, летальная доза этого вещества составляет 3,7 мг/кг (порядка 0,3 г для взрослого человека). Такое количество содержится меньше чем в 100 г горького миндаля, а для ребенка всего 10 орешков могут стать смертельными.

Амигдалин играет важную роль в образовании миндального аромата. Дело в том, что синильная кислота… не пахнет миндалем! Именно на этом частенько прокалываются авторы детективов, определяющие причину отравления по запаху. За характерный аромат несет ответственность бензальдегид — вещество, образующееся в процессе превращения амигдалина в синильную кислоту (впрочем, если отравить человека не синильной кислотой, а амигдалином, то запах действительно будет присутствовать). Именно бензальдегид и некоторые другие ароматические альдегиды используются в качестве ароматизаторов с запахом миндаля, абрикоса, вишни, яблока — всех тех продуктов, которые содержат амигдалин. При этом в ароматизированном печенье содержание бензальдегида (полностью синтетического) гораздо меньше, чем в натуральном миндале, а ядовитой синильной кислоты там не содержится вовсе.

Впрочем, механизмы защиты не идеальны, эволюция всегда находит в них уязвимое место. Червяки едят яблоки, но не благодаря, а вопреки наличию в них ядовитых для них веществ, поскольку научились бороться с защитой плодов. Против подавляющего большинства других желающих полакомиться сладким фруктом эта защита остается эффективной. Люди же едят яблоки вовсе не благодаря душистым веществам, а потому, что в них есть сахар и витамины. Составляющие аромата приносят нашему организму скорее проблемы. Организм яблони тратит ценные ресурсы на синтез веществ, предназначенных для того, чтобы ее не съели, а наш организм тратит свои ресурсы на нейтрализацию этой защиты.

Впрочем, механизмы защиты не идеальны, эволюция всегда находит в них уязвимое место. Червяки едят яблоки, но не благодаря, а вопреки наличию в них ядовитых для них веществ, поскольку научились бороться с защитой плодов. Против подавляющего большинства других желающих полакомиться сладким фруктом эта защита остается эффективной. Люди же едят яблоки вовсе не благодаря душистым веществам, а потому, что в них есть сахар и витамины. Составляющие аромата приносят нашему организму скорее проблемы. Организм яблони тратит ценные ресурсы на синтез веществ, предназначенных для того, чтобы ее не съели, а наш организм тратит свои ресурсы на нейтрализацию этой защиты.

Научить нюхать

Так почему же нам приятны ароматы «химического оружия» растений? Дело в том, что наше обоняние — чувство скорее культурное, чем врожденное. Новорожденный ребенок не делает различий между плохими или хорошими запахами, для него они все достаточно нейтральны. Позже под влиянием обучения он начинает связывать запах с другими качествами пищевых продуктов: запах апельсина становится приятным, потому что апельсин сладкий и вкусный, а запах тухлой рыбы — неприятным, потому что ею можно отравиться.

Обучение обоняния — процесс очень гибкий и быстрый. Многие традиционные блюда чужой 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 быстро выстраивает и разрушает ассоциации между ароматом и продуктом. На самом деле прямой 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 ароматообразующих соединений.

Непостоянная природа

Любой аромат, природный или синтетический — это смесь душистых веществ. Это одни и те же вещества. Разница в том, что растения синтезируют их для своих целей, а мы — для своих. Для тех же, с которыми добавляем в суп лавровый лист, а в бородинский хлеб — семена кориандра. Только при использовании натурального растения состав смеси слабо предсказуем, а в случае синтетического аромата мы знаем совершенно точно, сколько в ней компонентов, каковы они, во что превратятся в процессе хранения и как повлияют на организм.

Качественный и количественный состав синтетического ароматизатора, конечно, отличается от состава натурального продукта. При создании яблочного ароматизатора не используются все те сотни веществ, обнаруженных в яблоке, и часто используются вещества, которых в исходном фрукте вообще нет. Но это ничего не меняет. К тому же состав природного аромата тоже непостоянен, он может изменяться в зависимости от степени зрелости яблока, от окружения, наличия или отсутствия вредителей на растении или поблизости и других факторов. Даже на одной яблоне не найти двух идентичных по запаху яблок, не говоря уже о разных сортах и о том, что аромат быстро (в течение минут) меняется после разрезания фрукта.

О пользе…

Считается, что продукт, сделанный с использованием синтетического ароматизатора, не несет никакой пользы. В этом утверждении есть одна серьезная логическая ошибка. Ароматизатор — это не продукт для употребления в пищу. Он служит для придания аромата, но не пищевой ценности. Вещества в составе ароматизаторов способны лишь раздразнить рецепторы в носу. Различные биологически активные вещества, такие как туйон, или кумарин, или сафрол (которые входят в состав ежедневно потребляемых натуральных продуктов), вообще не используются при производстве синтетических ароматизаторов по причине их потенциального вреда.

Карамель, сделанная на натуральных красителях и ароматизаторах, принесет не больше пользы, чем сделанная на синтетических. Компот, сваренный из натуральных фруктов и сахара, не полезнее сладкой газировки с синтетическим ароматизатором (ведь витамины при варке не сохраняются). Вопрос здорового питания не связан с употреблением синтетических ароматов, ожирение и сердечно-сосудистые заболевания вызываются не душистыми веществами.

…и вреде

Могут ли синтетические ароматизаторы быть вредны? Вокруг этого вопроса существует огромное количество мифов. Самый типичный аргумент подобных «страшилок» состоит в том, что получение сверхчистых веществ — процесс очень дорогой, так что ароматизаторы могут содержать множество примесей. На самом деле совершенно не важно, есть ли примеси в конечном продукте. Важно знать, могут ли они навредить здоровью человека. Об этом задумываются не только противники «химии», стремящиеся донести страшную правду до общественности.

Флейвористы и парфюмеры

Для создания пищевых ароматов сегодня в мире разрешено к использованию более 4000 индивидуальных веществ. Однако, в отличие от парфюмеров, флейвористы (специалисты по пищевым ароматам) значительно больше ограничены в своем творчестве. В отличие от парфюмерной, в пищевой промышленности принцип верхних, средних и нижних нот не работает. Вместо этого комплексный аромат разбивается на набор простых, называемых дескрипторами, из которых, как из конструктора, методом проб и ошибок, собирается нужный продукт. Однако это только начало: ведь нужно, чтобы ароматизатор сохранил свои свойства, скажем, при выпекании печенья (между тем, температура в этом процессе может превышать температуру кипения компонентов ароматизатора). А после этого ароматизатор должен сохранять свои свойства еще в течение всего срока хранения пищевого продукта. Существует еще ряд проблем, связанный с тем, что пищевые продукты зачастую представляют собой эмульсии (майонез, молоко), а ароматизаторы состоят из жиро- и водорастворимых компонентов, что приводит к неравномерному распределению аромата.

Например, изоамил ацетат, используемый в качестве ароматизатора с запахом груши и получаемый этерификацией изоамилового спирта и уксусной кислоты, может содержать небольшие примеси обоих реагентов. Однако и во фруктах, содержащих совершенно натуральный изоамил ацетат, эти два реагента точно так же присутствуют. Синтетический ванилин, производимый из гваякола, будет содержать его примесь. Но это же вещество присутствует и в составе натурального экстракта ванили, многих ягод, служит основным компонентом натурального копчения.

На самом деле примесей в любом натуральном продукте гораздо больше, чем в синтетическом. Можно, конечно, думать, что ферментативная реакция, проходящая в живой клетке, селективно приводит к синтезу чистого вещества. Однако стоит учесть, что в клетке одновременно происходит множество реакций, и ароматы компонуются из огромного количества соединений (например, в аромате ананаса их более 900). Так что говорить о селективности в природных процессах можно лишь достаточно условно. Химический синтез в этом отношении гораздо более перспективен: современные методы синтеза позволяют не только селективно получать нужные душистые вещества (как правило, это несложные молекулы), но и контролировать состав примесей. Сложные молекулы, прямой синтез которых затруднен, обычно производятся биотехнологическими методами, и поэтому, согласно пищевому законодательству, считаются совершенно натуральными.

В работе по синтезу 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.