Tác giả: Ju Peng, Zhang Ling (Viện Thực vật học Côn Minh, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc)
Kế hoạch: Dương Mai
Bài viết được trích từ tài khoản chính thức của Viện Hàn lâm Khoa học (ID: kexuedayuan)
——
Vào mùa hè nóng nực, hãy thưởng thức một tách trà chanh đá hoặc cola đá, vừa mát lạnh vừa ngọt ngào, giúp bạn cảm thấy sảng khoái và tươi mới! Nhưng bạn có biết phải mất bao lâu để đốt cháy hết lượng đồ uống bạn uống chỉ để vui chơi không? Việc hét lên "Đốt cháy calo của tôi" sẽ không có tác dụng.
(Nguồn ảnh: pixabay, tự làm)
Hương vị ngọt ngào khiến người ta vừa yêu vừa ghét này đến từ đâu? Miếng thịt mỡ nào của tôi sẽ được chọn? Làm sao tôi có thể thưởng thức vị ngọt mà không bị mất xương đòn?
Có phải mọi thứ có vị ngọt đều có vị như đường không?
Trong khoa học thần kinh, vị ngọt được định nghĩa là phản ứng với sự hiện diện của đủ lượng carbohydrate hòa tan trong miệng. Đường là một loại hợp chất là polyhydroxyaldehyd hoặc ketone bao gồm C (cacbon), H (hydro) và O (oxy), cũng như các sản phẩm ngưng tụ hoặc dẫn xuất của chúng. Nhưng không phải tất cả các loại đường đều tạo ra vị ngọt và vị ngọt không nhất thiết phải do đường tạo ra. Tóm lại, không có mối quan hệ nhân quả một-một giữa vị ngọt và đường.
Cảm giác ngọt ngào phát sinh như thế nào? Bởi vì sự “tìm kiếm tâm hồn” của chính mình, con người thực sự đã đưa ra một bộ “thuyết ngọt ngào”. Nói một cách đơn giản, một phân tử có vị ngọt phải là một "cấu trúc pin" thu nhỏ với các cực dương và cực âm, một nhóm cho cung cấp proton và một nhóm nhận có thể nhận proton. Có một khoảng cách nhất định giữa hai nhóm và phân tử phải có hình dạng và kích thước nhất định - nếu bạn thay thế proton bằng electron, thì nó không giống như một cục pin sao? Tất nhiên, nếu bạn cứ khăng khăng hỏi đó là pin số 5, pin số 7 hay pin cúc áo thì tôi chỉ có thể nói rằng, chàng trai trẻ, bạn có trí tưởng tượng rất lớn và câu trả lời cho câu hỏi này phụ thuộc vào trí tuệ của bạn.
Cơ chế phân tử của vị ngọt Shallenberger
Với lý thuyết "thô sơ" này, người ta suy đoán rằng không phải tất cả các loại đường trong tự nhiên đều ngọt. Các loại đường ngọt có nguồn gốc tự nhiên nổi tiếng nhất là glucose và fructose, cả hai đều là monosaccharide chỉ có một mô-đun phân tử cơ bản. Chúng có nhiều trong quả của thực vật và là chất ngọt và nguồn năng lượng chính. Đường cát, đường trắng, đường nâu, đường phèn, v.v. mà chúng ta thường ăn đều là các dạng đường đôi sucrose với độ tinh khiết hoặc phương pháp kết tinh khác nhau. Chúng được hình thành do quá trình ngưng tụ mất nước của nhóm hydroxyl hemiacetal của phân tử glucose và nhóm hydroxyl hemiacetal của phân tử fructose.
(Nguồn ảnh: veer gallery, pixabay)
Mía và củ cải đường có hàm lượng sucrose cao nên thường được dùng làm nguyên liệu sản xuất đường và cũng là chất tạo ngọt tự nhiên được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Vào thời xa xưa, khi thương mại chưa phát triển, các loại cây trồng nhiệt đới như mía và củ cải đường không có sẵn nên nguồn đường cũng khác so với ngày nay. Maltose, một loại đường đôi được hình thành do sự ngưng tụ của hai phân tử glucose và được sản xuất thông qua các loại ngũ cốc như lúa mì và gạo nếp, đã trở thành một thành phần quan trọng của chất tạo ngọt. Chữ "Yi" trong "甘之如饴" dùng để chỉ xi-rô mạch nha. Độ ngọt của maltose chỉ bằng khoảng một phần ba độ ngọt của sucrose, có vị êm dịu và nhẹ. Ăn riêng cũng rất ngon. Những loại "kẹo dingding" mà những người bán hàng rong hiện nay bán đều thuộc loại này. Ngoài ra còn có một loại đường đôi gọi là lactose, đây là một chất đường đặc biệt có trong sữa. Độ ngọt của nó thậm chí còn thấp hơn và được hình thành do sự ngưng tụ của galactose và glucose. Nó giúp cơ thể con người hấp thụ canxi. Nhìn chung, ngành công nghiệp thực phẩm thường lựa chọn chất tạo ngọt hỗn hợp có chứa glucose, maltose... được tạo ra bằng cách thủy phân không hoàn toàn tinh bột, tức là siro nghịch chuyển, để bổ sung vào thực phẩm với số lượng lớn.
Tất nhiên, "mật ong" được tạo ra từ quá trình làm việc chăm chỉ của ong cũng là một chất tạo ngọt quan trọng vào thời cổ đại. Đây là nguồn đường hỗn hợp gồm sucrose, glucose, fructose, v.v. được tiết ra bởi "tuyến mật hoa" của hoa thực vật. Sau khi được ong thu thập, người ta sẽ tiêm enzyme để phân hủy sucrose thành glucose và fructose, sau đó cô đặc và chế biến. Nó có thể được coi là chất tạo ngọt hỗn hợp được chế biến từ động vật.
D-Glucose D-Fructose Sucrose
Ghi chép về sản xuất đường ở Trung Quốc cổ đại: Sugar Frosting Spectrum (trái) và Tiangong Kaiwu (phải)
Điều gì khiến chúng ta yêu thích sự ngọt ngào?
Nhu cầu về vị ngọt của con người có thể bắt nguồn từ nhu cầu sinh sản của thực vật. Thực vật chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học thông qua quá trình quang hợp và lưu trữ trong cơ thể để duy trì mức tiêu thụ năng lượng cần thiết cho sự sống. Hình thức lưu trữ năng lượng hóa học hiệu quả, tiện lợi, an toàn và phổ biến nhất có thể là glucose. Glucose là một polyhydroxyaldehyd được phân bố rộng rãi nhất trong tự nhiên và là nguồn năng lượng chính cũng như chất trung gian trao đổi chất của sinh vật. Khi thực vật không thể sinh sản và phát tán nhờ các tác nhân bên ngoài (như gió và nước), glucose sẽ giúp chúng có cơ hội hợp tác với động vật. Động vật không thể trực tiếp sử dụng năng lượng mặt trời, vì vậy, việc có một "dạ dày" tốt để phân hủy và chiết xuất các chất năng lượng từ thực vật trở thành điều cần thiết để động vật ăn cỏ có thể tồn tại.
Do đó, đường trở thành "tiền tệ" cho các giao dịch giữa động vật và thực vật: thực vật trả "đường" cho động vật để chúng chạy việc vặt thay chúng và hoàn thành các "dịch vụ di động" cần thiết, chẳng hạn như thụ phấn (tạo ra nhiều thế hệ tiếp theo) hoặc phát tán hạt giống (chiếm giữ lãnh thổ ở thế giới mới); động vật có được lượng đường năng lượng cao và có thể tiết kiệm thời gian kiếm ăn và tận hưởng cuộc sống (chải lông hoặc yêu đương).
"Phân công lao động làm thay đổi thế giới và thương mại làm thay đổi cuộc sống" chỉ đơn giản là phiên bản tự nhiên của "Sự giàu có của các quốc gia".
Sự truyền năng lượng trong chuỗi thức ăn (Nguồn ảnh: veer gallery, pixabay)
Không phải tất cả các loại đường đều có vị ngọt, nhưng một số loại đường "ngọt" có sẵn mang lại năng lượng; điều mà tổ tiên chúng ta theo đuổi không phải là "vị ngọt" mà là năng lượng sảng khoái đằng sau "nhãn ngọt". Những lợi ích mà các chất năng lượng này mang lại khiến con người nhớ đến hương vị, hình thành phản hồi tích cực trong cơ thể và sau đó tìm đến nó. Một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature đã giải đáp những thắc mắc của mọi người về mối quan hệ giữa đường và vị ngọt. Nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy có một con đường đặc hiệu về đường khác biệt với con đường đặc hiệu về vị ngọt và có thể tự tạo ra sở thích về đường và kích thích tiêu thụ đường. Các nghiên cứu hiện tại đã chứng minh rằng ngay cả ở các mô hình động vật không có đường dẫn vị ngọt chức năng, chúng vẫn biểu hiện sở thích về đường.
Chúng tôi đã cố gắng xác minh rằng nghiện đường là một sở thích phổ biến bằng cách cho chó uống nước đường và thấy rằng nó vẫy đuôi thường xuyên hơn, nhưng chúng tôi thấy rằng nó vẫy đuôi thường xuyên hơn nhiều khi ngửi thấy mùi thịt so với khi uống nước đường. Kết luận đưa ra vào thời điểm đó là tổ tiên của những loài động vật này đã khám phá ra cách tốt hơn để lấy năng lượng và từ bỏ việc hấp thụ đường, do đó bắt đầu một con đường phát triển hoàn toàn khác so với tổ tiên của chúng ta. Thí nghiệm này, giờ đây có vẻ "phi khoa học và thiếu nghiêm ngặt", đã trở thành hạt giống tò mò chôn sâu trong tâm trí non nớt của tôi, dẫn dắt tôi khám phá thêm nhiều câu chuyện về vị ngọt và đường.
Ôi trời, tôi có thể ăn đồ ngọt mà không tăng cân
Đến lúc này, bạn có thể nghĩ: Tôi biết rất nhiều về vị ngọt, nhưng tôi vẫn không thể kiểm soát được mình. Tôi vẫn muốn ăn đồ ngọt. Cân của tôi có thể bị hỏng, nhưng tôi không thể dừng lại! ! ! !
Đừng lo lắng, chúng tôi sẽ giới thiệu một số hương vị ngọt ngào sẽ không làm bạn béo ~
Monosaccharide đặc biệt nhất là xylose. Mặc dù độ ngọt của nó tương đương với glucose nhưng nó không tạo ra calo. Nói cách khác, tiêu thụ xylose mang lại cho bạn cảm giác ngọt ngào mà không cần phải "đốt cháy calo". Đây là sản phẩm ưa thích của hàng ngàn cô gái trẻ và đây chính là lý do tại sao các sản phẩm xylose lại phổ biến trong xã hội ngày nay. Ngoài loại "đường" có trong thực vật có vị ngọt và có thể cung cấp năng lượng, còn có một số phân tử "không phải đường" có nguồn gốc tự nhiên không thể cung cấp năng lượng nhưng cũng có thể tạo ra vị ngọt.
Cam thảo, một loại cây họ đậu nổi tiếng có thể "thu hoạch hài hòa các loại thảo mộc", có thể được mô tả là "đa tài" trong toàn bộ thế giới y học Trung Quốc. Nó không chỉ có thể chữa được nhiều loại bệnh mà còn có vị ngọt đặc biệt do có chứa glycyrrhizin. Độ ngọt của glycyrrhizin cao gấp 100-300 lần so với đường sucrose, đồng thời còn có tác dụng tăng hương vị. Độ ngọt của liquiritin được tạo ra chậm nhưng được lưu lại trong thời gian dài, mang lại cảm giác ngọt ngào hơn sucrose, vì vậy thường được sử dụng kết hợp với sucrose.
Một loại cây khác thuộc họ Cúc, Stevia, chứa một thành phần hóa học gọi là stevioside, có vị ngọt hơn. Aglycone của nó là thành phần diterpene steviol, và thành phần đường cơ bản của nó là sophorose và glucose. Độ ngọt của stevioside cao gấp 200-300 lần so với sucrose và tính chất của nó về mọi mặt đều gần giống với sucrose. Rất thích hợp cho người tiểu đường sử dụng làm chất tạo ngọt, đồng thời cũng có thể dùng làm phụ gia thực phẩm ít năng lượng.
La Hán Quả là một loại cây trồng thay thế thuộc họ Bầu bí. Quả này chứa mogroside, một thành phần hóa học triterpene ngọt hơn sucrose 300 lần. Đây cũng là chất tạo ngọt có hàm lượng calo thấp, độ ngọt cao. La Hán Quả cũng có hàm lượng axit amin tương đối cao. Đây là một loại cây có thể dùng làm thuốc và làm thực phẩm, thường được dùng để chữa nhiệt phổi, ho khan, đau họng, mất giọng, v.v.
Được thiết kế bởi Ju Peng (Nguồn ảnh: veer Gallery (giữa))
Mặc dù có chất tạo ngọt không phải đường trong thực vật, nhưng chất tạo ngọt được sử dụng rộng rãi nhất là các loại đường khác nhau. Hai chức năng "ngọt ngào" và "năng lượng" giống như hai mặt của một đồng xu và ngày càng trở nên có vấn đề trong xã hội hiện đại. Làm sao chúng ta có thể tận hưởng niềm vui mà vị ngọt mang lại cho con người một cách rẻ tiền mà không phải chịu tình trạng béo phì do "dự trữ năng lượng" quá mức? Con người đã sẵn sàng sử dụng công nghệ để chia đôi đồng xu và từ đó chất tạo ngọt nhân tạo đã ra đời.
Mặc dù chất tạo ngọt nhân tạo không đường có nhiều nhược điểm nhưng chúng lại rẻ và ít calo. Ví dụ, saccharin, loại đường từng được sử dụng rộng rãi, là muối natri của o-benzoylsulfonyl imide, ngọt hơn sucrose 300-500 lần, nhưng có vị hơi đắng; loại cyclamate bị chỉ trích nhiều, có tên là natri cyclohexylaminosulfonate, không ngọt bằng, chỉ ngọt hơn sucrose 30-50 lần và cũng có vị hơi đắng; aspartame, còn được gọi là aspartame, là aspartame methyl este, ngọt hơn sucrose 100-200 lần và không ổn định lắm.
Khi chất tạo ngọt nhân tạo ngày càng được sử dụng rộng rãi, tranh cãi xung quanh chúng cũng ngày càng gia tăng. Nhưng cho đến nay, vẫn chưa có kết quả nghiên cứu chắc chắn nào về việc chất tạo ngọt nhân tạo có gây ung thư hay không nên chưa thể đưa ra kết luận nào. Một nghiên cứu mới của các nhà nghiên cứu tại Trường Y khoa Đại học Yale và Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp cho thấy rằng chất tạo ngọt có thể không gây hại mà chính là sự kết hợp giữa chất tạo ngọt và carbohydrate. Chất tạo ngọt được sử dụng trong nghiên cứu này là sucralose (sucralose), một chất ngọt được hình thành bằng cách tổng hợp hóa học các sản phẩm tự nhiên. Nó trải qua quá trình biến đổi cấu trúc trên hạt nhân gốc của sản phẩm tự nhiên sucrose để đưa vào các nguyên tử clo thay thế, do đó làm tăng độ ngọt lên gấp 600 lần so với sucrose, nhưng không cung cấp năng lượng. Khi con người sử dụng công nghệ thành công để chia đôi đồng xu và cảm thấy tự mãn về mặt "ngọt ngào", họ phát hiện ra rằng có một mặt khác ẩn sau nó - vấn đề bảo mật. Mọi người dường như có thể giải quyết được vấn đề, nhưng cũng tạo ra vấn đề mới.
(Nguồn ảnh: Trung tâm An toàn Thực phẩm của Chính quyền Đặc khu Hành chính Hồng Kông)
Sự ngọt ngào có thể ẩn chứa nhiều bí mật hơn trong thiên nhiên
Nhìn vào thế giới tự nhiên, thế giới của vị ngọt rộng lớn hơn nhiều so với những gì chúng ta tưởng tượng: ví dụ, chloroform (trichloromethane, chloroform), là một "anh cả" thường được sử dụng và nguy hiểm trong số các dung môi hóa học, có vị ngọt, và nó đã từng được sử dụng như một chất gây mê cho đến khi mọi người phát hiện ra rằng nó có thể gây tổn thương gan; vị ngọt của chì, berili và clo, những nguyên tố cơ bản tạo nên thế giới vật chất, cũng đã được phân loại; một số loại nước khoáng, vì giàu nhiều nguyên tố vi lượng, cũng có vị ngọt, nhưng khi loại hoặc tỷ lệ các ion tự do này thay đổi, vị ngọt sẽ biến mất; một số protein thực vật cũng có vị ngọt, tồn tại song song với lượng đường trong chúng; Vị ngọt của một số protein động vật đi kèm với vị umami...
Mặt sau của những đồng tiền “ngọt ngào” này có gì?
Thế giới này quá rộng lớn và thời gian thì quá dài, đáng để chúng ta khám phá bằng sự tò mò.
