к какому вкусу способны адаптироваться вкусовые рецепторы
Химическое чудо: как язык сообщает мозгу вкус пищи
Ореховый привкус выдержанного сыра, ягодные нотки вин, цветочное послевкусие темного шоколада — восхитительные вкусы постоянно бомбардируют наши языки. Мы все любим вкусно покушать, но задумывались ли вы о том, как язык переносит эти божественные вкусы с тарелки в мозг?
Язык, который отвечает за вкусовую систему организма, представляет собой кусок мышечной плоти, покрытый слизистой оболочкой. Человеческому глазу наши языки кажутся усеянными крошечными бугорками, называемыми сосочками. Их часто ошибочно принимают за сами вкусовые рецепторы, однако на самом деле эти сосочки содержат группы вкусовых рецепторов.
Язык усеян тремя типами сосочков, воспринимающих вкус. Грибовидные сосочки, сосредоточенные в основном на кончике и боковых сторонах языка, обычно содержат один вкусовой рецептор на своих грибовидных кончиках. Листовидные сосочки, расположенные в красноватых складках по бокам языка, содержат множество вкусовых рецепторов, организованных вокруг этих щелей. Более крупные куполообразные папиллярные сосочки расположены ближе к задней части языка, и, подобно листовидным сосочкам, они могут вместить до 250 вкусовых рецепторов каждый.
Четвертый тип — нитевидные сосочки — самый маленький и самый многочисленный на языке. Этот тип содержит тонкие волоски, которые соединяются с нервами, связанными с осязанием, позволяя нам чувствовать текстуру того, что мы едим, но при этом они не содержат никаких вкусовых рецепторов.
В то время как эти различные типы сосочков различаются по структуре, они обычно группируются вокруг щелей, в которые попадают разрушенные пищевые химические вещества, высвобождающиеся при жевании. Эти щели также содержат железы, которые выделяют слюну. 
Вкусовые рецепторы тоже представляют собой сложные небольшие бугорки. Каждый содержит от 50 до 150 специальных клеток, которые располагаются как зубчики в луковице чеснока и реагируют на определенные химические соединения. Общее количество вкусовых рецепторов от человека к человеку разнится, и может составлять от 4000 до 10000 штук.
Каждый вкусовой рецептор специализируется на обнаружении одного из пяти типов вкуса: сладкого, кислого, горького, соленого или умами. Да, последний вкус известен нам мало — он есть в соевом соусе и в сыре пармезан, также его дает усилитель вкуса глутамат натрия. Зато в Китае и Японии этот вкус высокобелковых веществ очень распространен.
Вопреки тому, что вы, возможно, учили в школе, на языке нет областей, специализирующихся на каком-то определенном вкусе — вместо этого каждый вкусовой сосочек имеет все пять вкусовых рецепторов, встроенных в него. Каждый рецептор имеет небольшие волоскоподобные клетки, называемые микроворсинками, которые связываются с определенными химическими соединениями, соответствующими типу вкуса, на котором он специализируется.
Увы — ученые все еще выясняют, как именно химические вещества взаимодействуют с рецепторами. Глубже в плоти языка они прикрепляются к нервам, которые соединяются с остальной нервной системой и передают информацию о вкусе в мозг.
Итак, после такого достаточно длинного введения можно перейти к подробностям. Когда вы едите, ваш рот разделывает пищу на ее химические строительные блоки. Ваши зубы физически измельчают и разделяют крупные компоненты еды, а слюна содержит различные ферменты, которые разбивают эти крошки на молекулы:
Как только эти пищевые химические вещества начинают плавать вокруг языка, часть из них попадает в пространство между сосочками, забивается в щели и достигает вкусовых рецепторов. Микроворсинки последних взаимодействуют только с определенными химическими веществами, которые соответствуют их вкусовой специализации.
Сахар запускает сладкие рецепторы, кислоты запускают кислые рецепторы, минералы, такие как хлорид натрия и магний, запускают солевые рецепторы, группа из около 35 белков запускает горькие рецепторы, а глутаминовая и аспарагиновая кислоты запускают умами:
Как только микроворсинки связываются с определенными химическими веществами, рецепторы активируют свои индивидуальные нервы. И в итоге они посылают целую бурю электрических сигналов в мозг, чтобы сказать нашей голове о том, что эти вкусы присутствуют на языке. По этой причине вкус первого кусочка нам кажется максимально ярким и полным. В конце концов, когда рецепторные клетки привыкают к вкусу, в мозг начинают поступать более упорядоченные сигналы, и последний правильно их интерпретирует — в итоге вкус еды приглушается:
Нос тоже в деле: еда имеет и свои запахи, которые при измельчении во рту только усиливаются. В итоге они проходят через заднюю часть рта и попадают в носовую полость. Здесь обонятельные сенсоры обнаруживают более сложные вкусовые профили, помимо пяти закодированных вкусовыми рецепторами на языке, и посылают сигналы о них в мозг:
Информация от вкусовых рецепторов вместе с аналогичными сигналами от других чувствительных нервов, отвечающих за боль, температуру и осязание, достигает нижнего отдела мозгового ствола. Оттуда данные о вкусе переходят уже в сознательные отделы головного мозга:
Ну и, пожалуй, самая приятная часть: как только вкусовые сигналы достигают областей сенсорного восприятия в мозге, они объединяются с сигналами обоняния, чтобы сообщить голове, что находится во рту. И если мы воспримем общий вкус как приятный, то мозг вызовет увеличение производства слюны и желудочного сока, способствуя пищеварению и делая еду еще более аппетитной:
Как видите, распознавание вкуса — дело непростое, за него отвечают тысячи нейронов и вкусовых рецепторов, и участвует в этом даже нос. Так что такой, казалось бы, достаточно обыденный процесс — поглощение пищи — своего рода биохимическое чудо.
Анатомия вкуса: как работают наши вкусовые рецепторы
Это перевод статьи из блога «Decoding delicious» о том, как формируется вкусовое впечатление в том числе от кофе
5 мин. на чтение
109529 просмотров
Делимся переводом статьи про анатомию вкуса. Она поможет понять, как формируется вкусовое впечатление и почему в оценке кофе важен не только вкус, но и тело, запах и температура.
Вкусовые сосочки: из чего состоит поверхность языка
Если внимательно посмотреть на язык, мы увидим, что он как будто покрыт маленькими «пупырышками». Кажется, что это и есть наши вкусовые рецепторы. Но на самом деле это вкусовые сосочки. Рецепторы намного меньше: в одном вкусовом сосочке — от 3 до 100 рецепторов.
Вкусовые сосочки языка
Обратите внимание, что некоторые сосочки выглядят иначе, чем другие. Это потому что у нас на языке четыре типа сосочков. В центре языка — множество маленьких, тонких сосочков. Они называются нитевидными и не содержат вкусовых рецепторов. Спереди и по бокам языка — маленькие круглые сосочки, похожие на крапинки. Это грибовидные сосочки — они обычно содержат по 3–5 вкусовых рецепторов.
Увидеть другие два типа гораздо сложнее. Посмотрите на самую заднюю часть языка — туда, где расположены миндалины. Возможно, вам удастся разглядеть несколько выступов по бокам. Это листовидные сосочки. А ближе к небному язычку расположены большие, круглые вкусовые сосочки. Они называются желобовидными. Каждый из этих двух типов содержит более 100 вкусовых рецепторов.
Сладкий, горький, солёный. Правда ли, что разные части языка отвечают за разные вкусы?
Глядя на расположение сосочков на языке, мы вспоминаем уроки биологии, на которых изучали карту языка. Она показывает области, которые отвечают за распознавание разных вкусов — соленого, сладкого, кислого, горького и острого. Но не все так просто: карта языка — это миф! Каждый вкусовой рецептор, независимо от расположения, может распознавать все пять вкусов.
Карта языка — это миф: каждый вкусовой рецептор распознает все пять вкусов
Структура вкусовых рецепторов: как мозг получает сигнал о вкусе
Давайте поближе рассмотрим вкусовой рецептор. Он состоит из двух типов клеток — вкусовых, которые выполняют основную работу по распознаванию вкуса, и вспомогательных. Над каждым вкусовым рецептором расположена вкусовая пора — отверстие, в которое проникают молекулы еды для взаимодействия со вкусовыми клетками.
Каждая вкусовая клетка имеет вкусовой волосок. Когда он соприкасается с молекулой пищи, клетка посылает мозгу импульс: обнаружен вкус! Импульс проходит через черепной нерв, который соединяет вкусовые рецепторы с мозгом.
Каждый вкусовой рецептор содержит 30–50 вкусовых клеток. Это означает, что ваш мозг одновременно обрабатывает тысячи сигналов от вкусовых рецепторов. Он берет информацию, которую посылают рецепторы, и сравнивает с воспоминаниями о вкусах, которые вы когда-либо ощущали. Именно так мозг распознает, что именно вы едите.
Существует всего пять вкусов — сладкий, соленый, кислый, горький и умами. Все остальное ваши вкусовые рецепторы попросту игнорируют. Но мы знаем, что вкусовые впечатления нельзя уместить в пять определений. И в этом случае пора вспомнить про запах и ощущения во рту.
Хрустящий, сочный, тягучий: как ощущение пищи во рту влияет на восприятие вкуса
Когда мы говорим «вкусно», наш мозг на самом деле оценивает не только вкус, но и множество других факторов. Текстура, влажность, температура, жирность — это лишь часть того тактильного опыта, который мы получаем во время жевания или глотания. Вы не станете есть отсыревшую гранолу, пить теплую газировку или угощать друзей засохшим печеньем. Даже если вкус блюд остался тем же, общее впечатление будет негативным.
Как запах влияет на восприятие вкуса
Во время жевания и глотания вы ощущаете запахи даже той пищи, которая уже у вас во рту. Все они поступают в носовую полость, где расположены обонятельные клетки. Эти клетки работают так же, как и вкусовые рецепторы — но отвечают за восприятие запаха, а не вкуса. У них тоже есть крошечные волоски, которые при контакте с запахом посылают мозгу сигнал через обонятельный нерв.
Взаимодействие обонятельных клеток с запахами
В отличие от вкусовых, обонятельные клетки могут различать тысячи разных ароматов — от мясного до фруктового. Получается, что практически каждый компонент нашего вкусового впечатления, кроме пяти известных вкусов, — это на самом деле запах. Поэтому он так важен в восприятии вкуса. Это также объясняет, почему при заложенном носе пища кажется безвкусной.
Действительно ли мы едим «на автомате»?
Нам кажется, что во время приема пищи активна только наша пищеварительная система, но это не так. Наш мозг проделывает огромную работу. А работает он в тандеме с вкусовыми и обонятельными рецепторами — именно они помогают нам распознавать вкусы. Благодаря сложной анатомии мы помним любимые лакомства из детства и можем наслаждаться блюдами в кафе.
Вам может быть интересно:
Как чашка делает вкус кофе лучше (или хуже)
05 фев 2019 · 9 мин. на чтение
109529 просмотров
Съедобное — несъедобное: как ученые меняют вкус еды
МОСКВА, 11 авг — РИА Новости, Альфия Еникеева. Вкус подсказывает, стоит ли употреблять в пищу тот или иной продукт — горечь ассоциируется с токсинами, а кислый привкус — с тем, что еда испорчена. И все же человек старается обмануть свою вкусовую систему. Ученые много лет не оставляют попыток создать устройство, которое кардинальным образом изменило бы вкус пищи без добавления химических веществ.
Посолить без соли
Когда участники эксперимента ели специально настроенными палочками пюре без соли, оно казалось им соленым. Эффект достигался за счет электрической стимуляции вкусовых рецепторов. Ведь г лавный компонент обоих приспособлений — электроды. Их закрепили на краю миски, а палочки через аккумулятор соединили с управляющей платой.
Ученые задавали параметры тока для двух вкусов: кислого (сила тока 180 микроампер и скважность при широтно-импульсной модуляции 70 процентов) и соленого (40 микроампер и 20 процентов соответственно). Пресная еда показалась соленой большей части добровольцев, а вот кислый вкус практически никто не почувствовал.
Обмануть систему
В 2016 году японские инженеры придумали вилку, которая заставляла пищу казаться соленой, воздействуя на язык импульсами тока, а сингапурцы сделали кружку, имитирующую вкус лимонада, когда человек пил обычную воду.
«Вкус — это продукт обработки сенсорной информации от трех систем: вкусовой, обонятельной и тригеминальной, обеспечивающей мозг тактильными и температурными данными о химических воздействиях на язык. Здесь электрическим током подобранной полярности, частоты и величины воздействовали на вкусовые клетки, специализирующиеся на распознавании избранных вкусовых стимулов, и тем самым обманывали вкусовую систему в целом», — поясняет Станислав Колесников, заведующий лабораторией молекулярной физиологии клетки Института биофизики клетки РАН (Пущино).
Вкусовые почки — это изолированные группы из 50-100 вкусовых клеток, расположенные главным образом на языке. Они первыми реагируют на вкус еды. От них идут проводящие пути, несущие нервные импульсы в мозг. Эти импульсы возбуждают в сенсорной коре мозга центры интерпретации информации от периферического вкусового органа. При всей объективности вкусовых стимулов ощущения соленого, сладкого или горького субъективны, поэтому ими в какой-то степени можно манипулировать. Вкусовые иллюзии, возникшие вместе с человеческой цивилизацией, всегда направлены на изменение вкусового ощущения.
Сила еды в ее аромате
Другая причина изменения отношения к пище и восприятия её вкуса при инфекционных заболеваниях, заключается в снижении активности пищевых центров в головном мозгу при активации иммунного ответа в ответ на попадание в организм бактериальных или вирусных частиц. Изменение активности пищевых центров гипоталамуса при этом сопровождается снижением интереса к пище, угасанием аппетита и другими реакциями.
Активность нервных центров, определяющих пищевой интерес, регулируется сложными многоуровневыми процессами, в которых стимуляция вкусовых рецепторов языка — лишь одно из многочисленных звеньев, настраиваемых головным мозгом. По словам Алексея Умрюхина, инженеры и изобретатели, заявляющие о разработке приборов для имитации вкусовых ощущений через стимуляцию периферических вкусовых рецепторов, столкнутся с ограничением эффективности воздействий при изменении активности пищевых центров головного мозга в различных функциональных состояниях организма.
О времена, о вкусы
«Раньше полагали, что есть вкусовая избирательность отдельных видов рецепторов. Иными словами, одни рецепторы реагируют только на кислое, другие на горькое, третьи на соленое. В настоящее время показано в экспериментах, что рецепторы избирательно возбуждаются одним веществом только при низкой его концентрации. При средних и высоких концентрациях химических веществ отдельные вкусовые рецепторы могут возбуждаться одновременно двумя и более веществами различного вкуса», — говорит Алексей Умрюхин.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Я сам то не знал даже ПЯТЫЙ вкус. Он называется умами. А ведь вы все знаете его другое название.
Всего несколько лет назад исследования подтвердили, что наши рты содержат вкусовые рецепторы для этого относительно нового пикантного вкуса (остальные четыре «базовых вкуса» были широко распространены в течение нескольких тысяч лет), и многие рецепты в нашей истории внезапно обрели смысл. Умами был причиной любви римлян к гаруму, ферментированному рыбному соусу, который они использовали так, как мы сегодня используем кетчуп. Это ключевой элемент согревающей кости и душу подливки, мясных соков и карамелизованного мяса. Это причина распространения популярности мармита.
Глутаминовая кислота (слева) и глутамат натрия (справа) — те самые вещества, которые сообщают нашим вкусовым рецепторам о наличии белка в пище
В 1907 году в Японии химик Кикунэ Икеда заинтересовался вкусом ингредиента многих традиционных японских блюд — водоросли комбу. Из 40 кг водоросли он выделил 30 г глутаминовой кислоты, которая, как выяснилось, и отвечала за характерный вкус. Икеда пришел к выводу, что он представляет собой самостоятельный, пятый вкус, который был назван «умами» (яп. «аппетитный вкус»). За сто лет этот термин вошел в лексикон пищевой промышленности во всем мире, но лишь в XXI веке было окончательно установлено наличие на языке вкусовых рецепторов, специфичных к глутаминовой кислоте, и выводы Икеды был подтверждены на самом высоком научном уровне.
Осознав значимость своего открытия, в 1908 году Икеда получил патент на способ производства этой аминокислоты из глютена. Еще через год его компания Ajinomoto («Сущность вкуса») выпустила на рынок новую приправу — натриевую соль глутаминовой кислоты, или глутамат натрия. В настоящее время это вещество является одним из самых массово производимых продуктов пищевой промышленности.
На самом деле мы уже давно формируем свои вкусовые предпочтения на основании содержания в продуктах глутаминовой кислоты. Еще наши далекие предки, бродившие по просторам африканского континента, заметили, что слегка «полежавшее» мясо вкуснее свежего. Сегодня мы понимаем почему — в ходе «созревания» мяса часть белков подвергается ферментации, что приводит к увеличению содержания свободной глутаминовой кислоты. Селекция многих культурных растений проходила в направлении отбора самых вкусных, а значит, богатых этим веществом сортов.
Богатые глутаминовой кислотой продукты с давних времен применялись для улучшения вкуса пищи, будь то морские водоросли или томаты. Кулинары изобретали способы приготовления, приводящие к повышению содержания свободного глутамата в готовом блюде, и даже научились «исправлять» состав продуктов, подвергая их специальной обработке и превращая, например, относительно нейтральные на вкус молоко или соевый белок в богатые глутаматом сыр и соевый соус.
Почему же этот вкус нам так приятен? Все очень просто: «умами» — это вкус белка. Учитывая все возможное разнообразие природных белков, создать универсальный рецептор для их определения в пище (в отличие от рецепторов сладкого или соленого вкуса) невозможно. Природа нашла более изящное решение — она снабдила нас вкусовыми рецепторами, специфичными не к белкам, а к их структурным элементам — аминокислотам. Если в пище есть белок, то есть и какое-то количество свободных аминокислот. Самая распространенная в природе аминокислота, глутаминовая (в составе любого белка ее от 10 до 40%), стала своеобразным «маркером», указывающим нам на высокое содержание в пище необходимого протеина (кстати, некоторые другие аминокислоты тоже обладают вкусом «умами»).
Не сильнее, а лучше
Недопонимание потребителями действия глутамата натрия связано с неточностью определения. В законодательстве и обиходе его называют «усилителем вкуса». На самом деле глутамат не «усилитель», а носитель одного из базовых вкусов, так же как соль, сахар или лимонная кислота. Единственный вкус, который можно усилить глутаматом, — это «умами». В английском языке, кстати, его функции описываются более точно — taste enhancer, то есть «улучшитель вкуса», а не «усилитель».
Глутамат натрия уместен совсем не в любом блюде. Его никто не добавляет в конфеты, шоколад, йогурты или прохладительные напитки — нет никакого смысла вносить новый вкус туда, где он просто не нужен. Глутаматом обусловлено восприятие вкуса многих привычных блюд, будь то домашние котлеты, гамбургер в придорожном кафе или утка по-пекински в дорогом ресторане. Его не добавляют туда специально — он образуется из белка в процессе кулинарной обработки пищи.
Натуральный и синтетический
С происхождением глутамата связан самый популярный миф о нем. «Натуральная глутаминовая кислота и ее соли — не то же самое, что синтетический глутамат», — говорят сторонники этого мифа. Иногда добавляют аргумент о существовании изомеров молекул, которые различаются пространственной конфигурацией атомов или групп атомов (например, являются хиральными, то есть зеркальными отражениями друг друга).
Действительно, глутаминовая аминокислота, как и все остальные аминокислоты, может существовать в виде двух изомеров. Один из них (L-, от лат. laevus, левый) встречается в природе, необходим для нашей жизнедеятельности и принимает участие в биохимических реакциях в нашем организме. Второй (D-, от лат. dexter, правый) изомер в природе не встречается и с точки зрения нашей биохимии бесполезен. Наши вкусовые рецепторы специфичны именно к L-изомеру, который и отвечает за вкус «умами», а D-изомер эти рецепторы не раздражает. Это хорошо известно производителям продуктов и пищевых добавок, так что добавлять в пищу «неправильный» изомер нет никакого смысла.
Первым методом промышленного получения глутамата был гидролиз натурального растительного белка (клейковины), природное содержание глутаминовой кислоты в котором может превышать 25%. Этот процесс повторял в промышленном масштабе традиционную кулинарную обработку продуктов. Позже были разработаны и другие методы, в том числе химический синтез из акрилонитрила (этот процесс не получил распространения). А начиная с конца 1960-х годов глутамат получают с помощью бактерий Corynebacterium glutamicum, способных перерабатывать углеводы в глутаминовую кислоту (природный L-изомер) с выходом до 60%.
Согласно современному пищевому законодательству, вещество, полученное из натурального сырья (углеводы) с помощью биотехнологических методов (ферментация), считается натуральным. Так что весь используемый в настоящее время в пищевой промышленности глутамат Е621 с точки зрения и закона, и здравого смысла является не синтетическим, а совершенно натуральным. Хотя на самом деле это не важно, поскольку происхождение вещества никак не влияет на его свойства.
Ученые из Университета Орегона описали новую категорию вкуса, различаемую человеком — «крахмалистый». Этот вкус независим от пяти основных, признанных учеными — сладкий, соленый, горький, кислый и умами — и описывается добровольцами, участвовавшими в исследовании, как «рисовый» или «мучной». Встретить его можно у продуктов, содержащих крахмал и другие полисахариды. Носителями вкуса являются продукты частичного расщепления полисахаридов.
Ученые предлагали 22 добровольцам попробовать растворы олигосахаридов — молекул, в которых несколько фрагментов сахаров соединены в цепочку. В эксперименте использовались цепочки из 7 и 14 молекул глюкозы, а также полимер глюкозы. Для того, чтобы сделать восприятие вкуса независимым от рецепторов сладкого, в растворы добавляли акарбозу, которая предотвращала отщепление глюкозы от молекул под действием ферментов слюны. Кроме того, исследователи давали испытуемым лактизол — вещество, блокирующее рецепторы сладкого. Даже после этих действий добровольцы успешно отличали вкусы растворов олигомеров от воды. Вкус полимера глюкозы от воды достоверно отличить не удавалось.
По словам испытуемых, вкус растворов олигомеров был похож на рис, хлеб, злаки или на крекеры. Авторы отмечают, что механизм рецепции должен отличаться от восприятия сладкого, однако какие рецепторы участвуют в этом процессе неизвестно.