Jak odczuwamy smak i zapach?

Jak odczuwamy smak i zapach?

Jak mało który napój, piwo zawiera olbrzymią ilość kompleksowych smaków i aromatów. Możemy długo delektować się harmonią wzajemnie przenikających się zapachów, dyskutować o wyższości chmieli cytrusowych nad ziołowymi lub oceniać profil aromatyczny drożdży. W jaki sposób wyczuwamy te substancje? I dlaczego czasem dwie osoby czują coś zupełnie innego?

Zmysły smaku i zapachu mają ze sobą wiele wspólnego, a mechanizm ich działania jest do pewnego stopnia podobny. Aktywowane chemicznie, pozwalają nam wyczuć substancje, których cząstki rozpuszczają lub dysocjują w cieczy lub w śluzie. Co więcej, zmysły te, podczas jedzenia, wpływają na siebie wzajemnie. Potrafią nas ostrzec, sprawić przyjemność, pobudzić, a czasem także oszukać.

Zacznijmy od smaku, którego mechanizm działania jest stosunkowo prostszy. Głównie na języku, ale także w jamie ustnej, przełyku i w gardle, znajdują się kubki smakowe widoczne gołym okiem. Na samym języku jest ich 2-5 tys., skupiają się w tzw. brodawkach, a pod mikroskopem wyglądają jak obrócona do góry nogami cebula. W kubku smakowym, w małym otworku smakowym, swoje ujście ma od 50 do 100 smukłych, wyspecjalizowanych komórek receptorowych. Każda zawiera białka receptorowe pozwalające wyczuć odrębny smak. Komórki receptorowe obumierają po około 10 dniach, a po tym czasie zastępują je nowe.

Rozpoznajemy 5 smaków:

– słodki – oznacza obecność głównie cukrów prostych i dwucukrów, wymaga aktywizowania dwóch białek;

– umami – oznacza obecność kwasu glutaminowego, składnika białek, ludzkiego mleka, mięsa i pomidorów, tak samo jak słodki wymaga aktywizowania dwóch białek;

– słony – oznacza obecność jonów alkalicznych, przy czym najbardziej słone są jony metali z pierwszej grupy układu okresowego (sód, potas, lit), natomiast jony metali z grupy drugiej dają raczej wrażenie goryczy;

– kwaśny – oznacza obecność swobodnych jonów wodorowych;

– gorzki – to głównie alkaloidy, sole nieorganiczne i kwasy organiczne, wyczuwamy go w bardzo niskich stężeniach. Smak ten rejestrowany jest przez 25 różnych typów receptorów; na chwilę obecną zidentyfikowano aż 550 substancji, które go powodują.

Niektórzy uczeni twierdzą, że potrafimy wykrywać również smak niektórych kwasów tłuszczowych, cukrów złożonych oraz wody, jednak nie zostało to jednoznacznie potwierdzone. Ponadto, odczuwany smak zależy też od zapachu, ale o tym później.

Uznaje się, że smaki słodki, umami i słony (o niskim stężeniu) są pozytywnym sygnałem zachęcającym do jedzenia, podczas gdy gorzki, kwaśny i mocno słony – negatywnym. Pierwsze informują nas o wysokiej zawartości substancji odżywczych w pożywieniu, te ostatnie ostrzegają przed toksynami. Pierwotna funkcja smaku jest najbardziej widoczna u dzieci, które wyraźnie preferują smak słodki i umami, który działa na nie uspokajająco. Z czasem wybieramy jednak inne smaki, a nasze preferencje mogą być wyuczone.

W jaki sposób wyczuwamy te substancje? Białka receptorowe w komórkach przypominają zamki, do których pasują odpowiednie klucze, czyli cząsteczki o specyficznym kształcie, rozpuszczone w ślinie lub płynach pokarmu. Kiedy dopasują się do receptorów, te zmieniają kształt i m.in. rozszczelniają błonę komórkową, przez którą wydostają się jony wapnia, aktywujące neurotransmitery. Im więcej receptorów zostanie aktywowanych i im lepiej pasować będą do nich cząsteczki, tym silniejszy sygnał zostanie wysyłany. Podrażnienie przebiegające włóknami nerwu językowo-gardłowego i twarzowego przenosi się do ośrodka korowego smaku, gdzie powstaje wrażenie smakowe. Warunkiem jest jednak, aby – w przypadku słodkiego i umami – aktywowane zostały obydwa rodzaje białek receptorowych obecnych w komórce.

Receptory aktywowane są przez cząsteczki o różnej budowie – niektóre z nich lepiej, inne gorzej pasują do białkowego zamka. Czasami są to substancje z innych grup chemicznych, czasem połączenie dwóch substancji, które oddzielnie nie mają smaku. Znany jest również efekt synergii, gdy konkretna substancja w bardzo niskim stężeniu, poprzez swoje oddziaływanie na receptory, wzmacnia smak innej substancji (jak na przykład nukleotydy kilkunastokronie zwiększają efekt smakowy glutaminianu sodu). Różne smaki odbieramy też w różnym czasie, w zależności np. od ilości cukrów prostych w roztworze i rodzaju smaku (np. sól czujemy już po 0,3 sekundy, a gorzką chininę dopiero po sekundzie).

Zmysł smaku nie jest samodzielny i zależy od wielu zmiennych: od tego, co jedliśmy wcześniej (receptory wyczuwają różnicę w stężeniu substancji, a nie jej obiektywną wartość), naszych predyspozycji genetycznych czy stężenia substancji (różne stężenia czasem wyczuwamy w różny sposób). Ponieważ w dużym stopniu podlega interpretacji, zależy też od reszty naszych wrażeń zmysłowych, a w szczególności od węchu. Na koniec ważna jest ogólna kondycja naszego mózgu, który nie lubi się wysilać i kiedy jest zmęczony chętnie prowadzi nas na skróty. Dlatego jedynym sposobem, w jaki możemy wyczuwać smaki w sposób zobiektywizowany, jest odniesienie do próbki kontrolnej, zawierającej jedną substancję o smaku, który chcemy opisać.

Zmysł węchu cały czas poznajemy – ostatnie przełomowe badania opisujące system węchowy, czyli sposób interpretacji wzorów pobudzenia nabłonka węchowego w mózgu, prowadzone były przez Lindę B. Buck i Richarda Axela, którzy za swoją pracę w 2004 roku otrzymali Nagrodę Nobla. Naukowcy ci, wykorzystując dane zebrane dzięki projektowi poznania ludzkiego genomu (Human Genome Project), odkryli całą rodzinę genów kodujących receptory odorantów. Jest największa w ludzkim genomie i składa się z 636 genów, z czego 339 jest aktywnych, a w toku ewolucji aktywność utraciło 297. Stanowi ok 2% genomu, czyli więcej niż system immunologiczny. Oznacza to, że w zależności od naszych genów, niektórych odorantów nie wyczujemy w ogóle, inne będziemy wyczuwać tylko w wysokich stężeniach, a jeszcze inne poczujemy w odmienny sposób niż reszta ludzi. Co ciekawe, istnieją aromaty, które wyczuwamy wszyscy, takie jak krew lub linalol, odpowiedzialny za konwaliowo-cytrusowy aromat chmielu, uznawany za cechę charakterystyczną chmieli szlachetnych.

Najlepszym węchem dysponują kobiety, które potrafią dobrze nazywać zapachy i wyczuwać je w niskich stężeniach. Umiejętność ta nasila się jeszcze w czasie owulacji. Eksperymenty potwierdziły, że aż 60% kobiet wyczuwa swój zapach na ubraniu (jedynie 5% mężczyzn), niektóre potrafią też rozpoznać zapach blisko spokrewnionej rodziny. Umiejętności olfaktoryczne mogą zależeć też od kręgu kulturowego, przy czym mieszkańcy Europy Środkowej osiągają w testach bardzo dobre wyniki.

Przejdźmy jednak do samego mechanizmu węchu. Wewnątrz komory nosowej, pod oczami i częściowo między nimi, w nabłonku węchowym, pokrytym śluzem, znajdują się receptory węchowe. Nabłonek tworzą m.in. dwubiegunowe komórki węchowe, które działają na podobnej zasadzie co receptory smakowe. Zgrupowane są w dwa obszary o powierzchni około 2,5 cm² i, podobnie jak oczy, pozwalają nam czuć zapachy w przestrzeni. U człowieka zawierają około 50 mln. komórek receptorowych, część z nich jest również rozsiana po nabłonku dróg oddechowych. Komórki te żyją zwykle 4-8 tygodni, po czym następuje wymiana neuronów węchowych.

Odoranty, czyli lotne cząsteczki zapachowe, docierają do naszego nosa, rozpuszczają lub dysocjują w śluzie. Im lżejsza jest dana molekuła, tym doleci szybciej i dalej, choć dana substancja musi osiągnąć odpowiednie stężenie, abyśmy mogli wyczuć jej zapach. Każda z komórek, przy pomocy białkowego receptora lub receptorów, wykrywa całą cząsteczkę, jej fragment, lub fragmenty różnych cząsteczek. Jeden zapach może oznaczać aktywizację jednego rodzaju receptorów lub całej grupy, w małym lub w dużym stężeniu. Impuls nerwowy przekazywany jest dalej z receptorów do opuszki węchowej, która jest częścią węchomózgowia. Oznacza to, że przekaz bodźców z komórki receptorowej do mózgu jest bardzo szybki i bezpośredni (inaczej niż w przypadku dotyku czy wzroku). Podczas używania receptory węchowe zapychają się, dlatego możemy wyczuć tylko parę aromatów pod rząd. Aby je oczyścić, należy przez jakiś czas pooddychać świeżym powietrzem.

Rozpoznawanie konkretnego zapachu możemy podzielić na kilka etapów:

1) Określone grupy receptorów zostają pobudzone przez dany związek lub grupy związków.

2) W opuszce węchowej zbiegają się aksony komórek węchowych, m.in. tych zawierających to samo białko receptorowe.

3a) Informacja zostaje wysłana jednocześnie do układu limbicznego, hipokampu i kory węchowej. Emocjonalna część mózgu reaguje jako pierwsza. W prawej półkuli następuje tzw. ocena hedoniczna – rozpoznajemy zapach jako zły lub dobry, sygnał zapachowy odpala emocje, wspomnienia, nieświadome reakcje organizmu, które dopiero później zostają zinterpretowane.

3b) W korze węchowej analizowany jest szczegółowy rozkład pobudzeń, który porównywany jest do zapamiętanego wzorca (zapamiętanych zapachów). W zależności od innych danych pochodzących ze stymulacji nerwów (tekstura jedzenia, ból, temperatura) oraz smaku, w lewej półkuli mózgu dokonuje interpretacja zebranych informacji (nazywa się to integracją sensoryczną). Dopiero na tej podstawie interpretujemy, co jemy, jaki czujemy smak i zapach.

Poszczególne receptory węchowe nie identyfikują konkretnych molekuł lub podobnie pachnących grup substancji. Zamiast tego mogą reagować na obecność różnych związków chemicznych, a jeden związek może pobudzać wiele różnych receptorów. Technicznie rzecz biorąc, setki różnych receptorów powinny umożliwić nam rozróżnienie tryliarda różnych aromatów, ale w praktyce możemy tylko próbować dekodować sygnały z opuszki węchowej na podstawie zapamiętanych wzorców zapachowych (asocjacji). Aby faktycznie wyczuć jakiś zapach, potrzebujemy w mózgu matrycy, punktu odniesienia, np. wspomnienia czy wizualizacji. Na tym polega pamięć zapachowa. Mimo iż z czasem spada nam umiejętność wykrywania danych substancji, sensorycy z czasem stają się coraz lepsi. Doświadczenie pozwala nam nie tylko rozwijać asocjację, ale też wyczuwać substancje w niższym stężeniu (czasem nawet w dziesięciokrotnie). Ucząc się zapachów, tworząc wzorce, programujemy swój mózg.

Jak ten proces wpływa na naszą ocenę sensoryczną? Przede wszystkim, różne osoby będą wyczuwały różne aromaty w różnych stężeniach. Jest to uwarunkowane genetycznie i przez naszą pamięć zapachową. Niektóre substancje, zwłaszcza te o podobnych cząsteczkach, mogą wywoływać efekt synergii i mimo, że oddzielnie nie są wyczuwalne, razem będą bardzo intensywne. Analogicznie, substancje bezwonne w grupie również mogą tworzyć zapach. Niektóre aromaty będą się wzajemnie przykrywać i niwelować. Inne substancje razem będą pachnieć inaczej, niż oddzielnie. Na intensywność i rodzaj odczuwanego przez nas aromatu może też wpływać pH roztworu. W zależności od stężenia, ta sama substancja może pachnieć przyjemnie lub nie (dobrym przykładem jest skatol – w małym stężeniu pachnie lawendą, kwiatem pomarańczy, a w dużym ludzkimi fekaliami). Tak samo jak w przypadku smaku, niektóre substancje, nawet w bardzo niskich stężeniach, mogą zwiększać intensywność lub zapach innych.

Choć preferencje aromatyczne są wyuczalne, nie możemy uciec przed automatyczną reakcją naszego organizmu na niektóre aromaty. Jedne, jak związki aromatyczne zawarte w czeskim chmielu Saaz, będą działały na nas uspokajająco, inne powodować będą niepokój (spalenizna), niesmak (metaliczność). Wzorce, które mamy w głowie, wspomnienia z dzieciństwa (głównie to, co wąchaliśmy w wieku 10-18 lat) będą wpływać na sposób, w jaki (świadomie bądź nie) wyczuwamy poszczególne zapachy.

Ale nie tylko – na to, jakie czujemy aromaty, ma wpływ więcej czynników, w tym habituacja (przyzwyczajanie do tego samego bodźca), smak potrawy, nasze wobec niej oczekiwania, płeć (np. charakterystyczny dla amerykańskich chmieli aromat mężczyźni interpretują jako cytrusowy, a kobiety jako pomidorowy), hormony, predyspozycje genetyczne, stan psychofizyczny, kondycja itp., nie wspominając o tak oczywistych rzeczach jak papierosy i używane przez nas perfumy. W przypadku piwa ważnym czynnikiem jest również alkohol, który mocno zmienia węch i smak zarówno bezpośrednio, jako substancja gorzka, ale także pośrednio, osłabiając ostrość zmysłów. Nie ma na chwilę obecną zbyt wielu badań poświęconych węchowej percepcji, należy jednak przypuszczać, że również w działaniu tego zmysłu olbrzymią rolę odgrywa integracyjna działalność mózgu, odpowiedzialna m.in. za poprawne rozpoznawanie zapachów, złudzenia lub adaptację węchową.

Jak widać temat odczuwania smaku i zapachu jest dużo bardziej skomplikowany, niż się to na pierwszy rzut nosa wydaje. Analiza sensoryczna jest niezwykle szeroką dziedziną, a zajmowanie się nią wymaga nieustannego treningu i wieloletniej pracy, nie wspominając o niezbędnym naukowym zapleczu. Jednak, co wydaje się być optymistyczne, po dobrym szkoleniu jesteśmy w stanie identyfikować i wyczuwać naprawdę wiele aromatów, rozumieć w jaki sposób zmieniają się w piwie oraz jak na nie wpływać. Myślę, że warto poświęcić czas, aby zrobić kolejny krok w kierunku naszego Świętego Graala – doskonałego piwa.