Jednym z podstawowych zmysłów, w które wyposażony jest człowiek, jest smak. Generalnie przyjmuje się, że przypisywany jest on różnego rodzaju substancjom jadalnym i służy do rozpoznawania i oceniania spożywanego pokarmu. Zmysł smaku człowieka umożliwia mu rozróżnianie 5 podstawowych jego odczuć: słonego, słodkiego, kwaśnego, gorzkiego i umami.

Receptory smaku
    Intensywność smaku w dużej mierze zależy od rozmieszczonych na języku przekaźników znajdujących się w tzw. kubkach smakowych, których liczba wynosi około 10 000. W każdym z nich jest ich od 50 do 150 receptorów.
    Rozmieszczenie kubków charakterystycznych dla poszczególnych smaków, jak również próg ich wrażliwości jest zróżnicowany. I tak na przykład największe ich zagęszczenie dla smaku słodkiego umiejscowione jest na koniuszku języka, a próg jego wyczuwania wynosi, w odniesieniu do sacharozy, 4 g/dm³. W przypadku innych wrażeń jest on znacznie niższy i np. dla smaku gorzkiego ma on wartość 0,0003 g/dm³.
    Chętnie akceptowanym, dającym odczucie przyjemności wrażeniem smakowym jest słodkość, przypisywana węglowodanom, głównie cukrom prostym i dwucukrom.
Reprezentuje ona kluczowy element zarówno w postrzeganiu smaków, jak i jakości wielu produktów.

Słodki smak
    Ludzie od stuleci używali różnych środków nadających im słodki smak. Przez długi okres wykorzystywali oni do tego celu miód, który z czasem został zastąpiony sacharozą. Coraz częściej zaczęły się jednak pojawiać informacje, iż spożywanie cukru wywołuje miażdżycę oraz wpływa na wzrost obserwowanych zachorowań na cukrzycę. Z jego spożyciem i towarzyszącym mu brakiem aktywności fizycznej kojarzone jest również systematycznie rosnące zjawisko otyłości. Regularnemu spożywaniu takich składników, jak: sacharoza, fruktoza, glukoza czy maltoza przypisuje się także coraz bardziej powszechne, nawet u małych dzieci, zjawisko próchnicy zębów.
    Z tych też powodów w krajach rozwiniętych obserwowany jest wyraźny trend związany z zastępowaniem cukrów, niskokalorycznymi substancjami słodzącymi otrzymywanymi przez technologiczną modyfi kację sacharydów oraz składnikami syntetycznymi o wysokiej aktywności słodzącej, a niskiej wartości energetycznej. 
    Komponenty te znane jako słodziki coraz częściej stanowią bez- lub niskokaloryczną alternatywę dla naturalnych cukrów. Wykorzystywane w żywności nie tylko nadają potrawom pożądany smak, ale także w wielu wypadkach pełnią różnorodne funkcje zdrowotne. Wpływają one między innymi na obniżenie ich wartości energetycznej, umożliwiają wytwarzanie żywności dla diabetyków czy też przy zachowaniu atrakcyjnego smaku nie powodują próchnicy zębów. Wyroby na ich bazie stanowią swoistą odpowiedź na zapotrzebowanie rynku na słodkie, lecz bezcukrowe produkty (Sugar free products).

Środki słodzące
    Substancje słodzące klasyfikowane są według różnych kryteriów. Do najczęściej wymienianych należy ich pochodzenie. Mogą one być bowiem wyodrębniane z produktów naturalnych lub syntezowane przez człowieka. Jeśli struktura chemiczna i czystość związków z obu źródeł jest identyczna to również ich właściwości są takie same. Według tego podziału w grupie tej wyróżniamy surowce naturalne, identyczne strukturalnie z naturalnymi, lecz syntetyzowane przez człowieka lub całkowicie syntetyczne nieznajdujące odpowiedników w przyrodzie.
    W przypadku dodatków smakowo-zapachowych wykorzystywanych w produktach spożywczych, samoistnie lub w połączeniu ze smakami naturalnymi, fakt ich obecności powinien być odnotowany na opakowaniu wyrobu, np. w postaci adnotacji – smak identyczny z naturalnym. Producent, umieszczając ten napis, deklaruje, że wszystkie użyte do jego wytworzenia związki chemiczne mają swoje odpowiedniki w produktach naturalnych spożywanych przez ludzi.
    Podział środków słodzących może być także uzależniony od postaci w jakiej są one oferowane. Istotnym ich wyróżnikiem jest również kaloryczność. Według ministra zdrowia i opieki społecznej: „Środki słodzące to substancje, które stosuje się jako słodziki stołowe, w celu nadania słodkiego smaku środkom spożywczym o zredukowanej o co najmniej 30% wartości energetycznej w porównaniu z oryginalnymi lub podobnymi środkami spożywczymi, a także do nadania słodkiego smaku środkom spożywczym bez dodatku cukru tzn. bez mono lub dwucukrów oraz jakichkolwiek środków użytych ze względu na ich właściwości słodzące”.
    Substancje te stosowane w przemyśle kosmetycznym muszą spełniać określone wymagania. Muszą być one nietoksyczne, bezpieczne dla użytkowników, a także łatwe w stosowaniu, funkcjonalne, stabilne chemicznie, dobrze rozpuszczalne w wodzie, tanie.
    Co istotne, powinna je cechować określona słodycz, co najmniej taka, jaka przypisywana jest sacharozie. Słodkość substancji słodzących (s.s.) określa się bowiem jako stosunek intensywności słodkości jednostki wagowej danej substancji do sacharozy, dla której wskaźnik ten przyjmuje się za równy jedności (s.s. -1). 
    Związki z tego segmentu nie powinny być, a jeżeli już to tylko w niewielkim stopniu, nośnikami energii. Stosowane w produktach spożywczych w organizmie człowieka muszą być metabolizowane normalnymi drogami lub nie mogą być w ogóle metabolizowane. Powinna je cechować odporność na procesy trawienia w przewodzie pokarmowym. Ich spożywaniu nie mogą towarzyszyć niekorzystne efekty uboczne oraz powstawanie próchnicy zębów. Nie mogą one także wpływać na barwę i zapach wyrobu, a także reagować z innymi jego składnikami i to zarówno w trakcie wytwarzania, jak i jego przechowywania.

Środek słodzący Acesulfam znalazł zastosowanie w produkcji m.in. dżemów.

Dozwolone substancje
    W załączniku I do rozporządzenia ministra zdrowia z dnia 23 grudnia 2010 roku w sprawie specyfikacji i kryteriów dozwolonych substancji dodatkowych, określone są dane dotyczące czystości stosowanych przez przemysł spożywczy komponentów słodzących. Dla każdego z surowców tego segmentu zdefi niowane są maksymalne zawartości, w przeliczeniu na suchą masę, między innymi takich związków, jak: siarczany, chlorki, cukry redukujące, cukry ogółem, metale ciężkie.

Taumatyna
     Ważnym związkiem zaliczanym do tego segmentu jest, odkryta w 1855 roku w owocach rośliny Thaumatococcus danieli, taumatyna (E 957). Pod względem chemicznym jest to substancja białkowa złożona z ponad 200 reszt aminokwasowych, która wykazuje od 2000 do 2500 razy większą moc słodzącą niż sacharoza. Surowiec ten zaliczany jest do układów bezpiecznych, stąd też nie została dla niego określona dawka ADI, czyli dziennego dopuszczalnego spożycia (A.D.I. – Acceptable Daily Intake). Wpływ temperatury na efekt uzyskiwanego przy pomocy taumatyny smaku jest zależny między innymi od jej stężenia i pH produktu, do którego jest wprowadzana. I tak jej termiczna destabilizacja przy pH-5 następuje w temperaturze 750C, zaś przy pH-3, już w 550C. Poza właściwościami słodzącymi związek ten wykazuje efekt wzmacniania odczucia innych smaków, jak również maskowania nieprzyjemnych posmaków.

Aspartam
    Do istotnych przedstawicieli grupy substancji słodzących zaliczane są także komponenty otrzymywane w wyniku syntezy chemicznej, które w niskich stężeniach cechują się zróżnicowanym odczuciem słodyczy. Jej intensywność może być kilkadziesiąt, a nawet kilkaset razy bardziej intensywna od wyznacznika słodkości sacharozy.
    W segmencie tym można znaleźć między innymi: kwas cyklamenowy i jego sole - cyklaminiany (s.s. ~30 – 40), acesulfam-K (s.s. ~130 – 200), aspartam (s.s. ~160 – 200), sacharynę (s.s. ~ 300 – 500).
    Ważnym przedstawicielem tej grupy jest odkryty w 1965 roku przez Jamesa Schlattera aspartam (E 951). Surowiec ten to dipeptyd zbudowany z dwóch aminokwasów: fenyloalaniny i kwasu asparaginowego. Ze względu na zawartość pierwszego z wymienionych związków nie może być on stosowany przez osoby cierpiące na fenyloketonurię. Z tego też powodu na opakowaniach produktów go zawierających powinny pojawić się odpowiednie ostrzeżenia informujące o jego zawartości.
    Aspartam to biały, krystaliczny proszek, bez zapachu, słabo rozpuszczalny w wodzie i alkoholu etylowym. W roztworach wodnych, w środowisku kwaśnym cechuje się niską trwałością. Jest on także mało odporny na działanie temperatury. Czynnik termiczny może powodować utratę efektu słodkości.
    Moc słodząca aspartamu jest 180-200-krotnie silniejsza niż sacharozy. Stosowanemu w wyższych stężeniach może jednak towarzyszyć gorzki posmak. Składnik ten cechuje zdolność wzmacniania i utrwalania niektórych smaków i aromatów owocowych, w szczególności cytrusowych. Jego wartość energetyczna wynosi 4 kcal/gram, jednak ze względu na stosowane stężenia nie ma to znaczenia żywieniowego.
    Związek ten dopuszczony jest do stosowania w suchych produktach spożywczych od 1981 roku, zaś w napojach gazowanych od 1983 roku. Wykorzystywany jest do wytwarzania artykułów niepoddawanych długotrwałej obróbce termicznej między innymi gum do żucia, soków owocowych, napojów gazowanych. Jego dopuszczalne dzienne spożycie (A.D.I.) wynosi 40 mg/kg masy ciała.
    W literaturze można spotkać informacje na temat niekorzystnego działania ubocznego obserwowanego przy stosowaniu aspartamu. W 2005 roku European Ramazzini Foundation przedstawiła wyniki kilkuletnich badań prowadzonych przez naukowców z Bolonii, z których wynika, że związek ten może między innymi powodować raka wątroby, a także zwiększać ryzyko leukemii u samic szczurów. Wielu naukowców podważa jednak poprawność metodologiczną przeprowadzonych badań, uznając, że powinny one zostać powtórzone zanim zostanie ostatecznie zdefiniowane jego szkodliwe działanie.

Acesulfam
    Kolejnym środkiem słodzącym stosowanym w przemyśle spożywczym jest acesulfam K, czyli sól potasowa acetosulfamu (E 950). Związek ten został odkryty w 1967 r. przez Karla Clausa. Jest on dopuszczony do stosowania w wielu krajach, w tym w Polsce od 1994 roku.
    Słodzik ten to odporna na działanie wysokiej temperatury, biała, krystaliczna substancja stała, dobrze rozpuszczalna w wodzie, słabo w alkoholu etylowym. Jej słodkość jest 200-krotnie wyższa od słodkości sacharozy. Związek ten wykazuje działanie synergiczne z innymi słodzikami. Stosowany w większych stężeniach może pozostawiać nieznaczny posmak metaliczny. A.D.I. dla tego surowca wynosi 15 mg/kg masy ciała. Ze względu na stabilność termiczną chętnie wykorzystywany jest on w produktach poddawanych działaniu wysokiej temperatury m.in. w przemyśle piekarskim. Znalazł także zastosowanie do produkcji napojów, syropów owocowych, dżemów, konfitur, marynat, gum do żucia. Stanowi on również istotny komponent w produkcji słodzików stołowych.
    Praktycznie brak informacji na temat niepożądanych działań obserwowanych po zastosowaniu tego związku. W ludzkim organizmie nie jest on metabolizowany i wydalany z niego w niezmienionej postaci. Jeden gram słodziku dostarcza organizmowi, podobnie jak w przypadku aspartamu, 4 kcal.

Cyklaminiany
    Kolejnymi przedstawicielami syntetycznych środków słodzących są cyklaminiany (E 952). Do grupy tej zaliczamy kwas cykloheksylosulfamowy oraz jego sole (Na, K, Ca). Po raz pierwszy związek ten został zsyntetyzowany w 1937 roku przez Michaela Sveda. Kwas cyklaminowy to ciało stałe, dobrze rozpuszczalne w wodzie, około 40 razy słodsze od sacharozy.
    A.D.I. układu w przeliczeniu na kwas cyklaminowy wynosi 11 mg/kg masy ciała. Jest to surowiec stabilny, jednak jego rozkład może powodować podwyższona temperatura, a także obecność aminokwasów czy też hydrofilowych witamin.

Sacharyna
    Przedstawicielem syntetycznych środków słodzących jest także sacharyna. Pod względem chemicznym jest to imid kwasu o-sulfobenzoesowego otrzymywany na bazie toluenu i kwasu ftalowego. Związek ten został odkryty w 1878 roku przez Remsena i Fahlberga. Jest to biały krystaliczny proszek, którego wodne roztwory zapewniają 350 – 500 razy większą słodycz niż sacharoza. Może on jednak dawać metaliczny, goryczkowaty posmak. Sacharyna jest słabo rozpuszczalna w etanolu, nierozpuszczalna w rozpuszczalnikach organicznych. Należy do związków odpornych na działanie wysokiej temperatury, jak i hydrolizę w zakresie pH 3-9. Wykazuje ona synergiczne działanie z wieloma innymi słodzikami, choć sprzedawana jest w aptekach z przeznaczeniem dla diabetyków.

Poliole w przemyśle spożywczym wykorzystywane są głównie do wyrobu cukierków, ciastek i mrożonych deserów.

Poliole
    Do grupy substancji słodzących zaliczane są także półsyntetyczne układy wypełniające tzw. bulk sweeteners, na ogół mniej słodkie od sacharozy. Ważnymi ich przedstawicielami są alkohole cukrowe tzw. poliole. Określenie to wywodzi się od skrótu angielskiej nazwy tych związków – polialcohol. Zakres znaczeniowy terminu poliol odnosi się do układów organicznych zawierających co najmniej dwie grupy wodorotlenowe. Czasami związki z tego segmentu określane są mianem glikoli. Wiąże się to z faktem, że większość z nich jest w smaku słodka i stąd ich nazwa kojarzona jest z cukrem – glikozą.
    Do grupy tej zaliczamy laktitol (s.s. ~ 0,3 -0,5), izomalt (s.s. ~ 0,4 – 0,5), mannitol (s.s. ~ 0,5 – 0,6), sorbitol (s.s. ~ 0,5 – 0,6), maltitol (s.s. ~ 0,6 – 0,9), ksylitol (s.s. ~ 1 ).
    Niektóre z wymienionych związków można znaleźć w produktach naturalnych. I tak np. sorbitol czy ksylitol występują w śliwkach, gruszkach, truskawkach, malinach. Stosowane w wyrobach spożywczych najczęściej otrzymywane są w wyniku redukcji 30-40% wodnego roztworu odpowiednich cukrów. Proces prowadzony jest katalitycznie, a po jego zakończeniu uzyskany surowiec oferowany jest w postaci zatężonego syropu (75% s.m.) lub krystalicznego proszku (99% s.m.).
    Poliole, obok nadawania produktom słodkiego smaku, wykorzystywane są jako wypełniacze, emulgatory, zagęstniki, środki przeciwdziałające spiekaniu. Wpływają one korzystnie na teksturę oraz zwiększenie objętości produktów, dzięki czemu obniżają ich jednostkową wartość kaloryczną. Intensywność słodkości tej grupy związków nie jest wysoka. Wykazują one jednak synergizm działania z innymi substancjami, co powoduje wzrost osiąganego efektu słodzenia. Ich zaletą jest także duża stabilność chemiczna. Związki te zaliczane są ponadto do układów higroskopijnych, dzięki czemu zatrzymują wilgoć, zapobiegając wysychaniu np. ciastek czy słodkich bułek. Spożywanie polioli ze względu na ich metabolizm nie powoduje szybkiego wzrostu poziomu glukozy we krwi, stąd produkty na ich bazie mogą być spożywane przez osoby chore na cukrzycę. Do ich prozdrowotnych efektów można zaliczyć także działanie prebiotyczne. W przemyśle spożywczym wykorzystywane są głównie do wyrobu cukierków, ciastek, mrożonych deserów i produktów mleczarskich. Znajdują także zastosowanie w kosmetyce, między innymi jako humektanty. Ze względu na swoje specyficzne właściwości chętnie wykorzystywane są w pastach do zębów. Ich cechą charakterystyczną jest mała podatność na mikroflorę bytującą w jamie ustnej i odpowiedzialną za fermentację cukrów prostych zawartych w resztkach pokarmu, stąd też ograniczają ryzyko próchnicy.
    Na szczególną uwagę zasługuje tu sorbitol, znany również jako D-glucitol. Związek ten to biały higroskopijny krystaliczny proszek, lub płatki o słodkim smaku, dobrze rozpuszczalne w wodzie, słabo w alkoholu etylowym. Zaliczany jest on do tzw. koregentów smaku, których cechą charakterystyczną jest pozostawienie uczucia zimna w ustach po spożyciu. Zmniejsza on poziom glukozy, hamuje rozwój próchnicy. Z powodu swoich właściwości chętnie wykorzystywany jest nie tylko w przemyśle spożywczym, ale także farmaceutycznym i kosmetycznym.

Literatura
1. Rutkowski A., Gwiazda S., Dąbrowski K., „Kompendium dodatków do żywności” Agro&Food Technology, Katowice 2003.
2. Lu Y., International Journal of Cosmetic Science, 23(3), 175-81, 2001.
3. Świderski F. „Żywność wygodna, żywność funkcjonalna.”, WNT, Warszawa 1999.
4. Gawęcki J., Hryniewiecki L., Żywienie człowieka, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006.
5. Ford H E, at all, European Journal of Clinical Nutrition, 65, 508-513, 2011.
6. Cope S., Sweeteners, Nutra Cos, 8(3), 23-26, 2009.
7. Kilcast D., Food Chemistry, 70, 1-8, 2000.
8. S. Bayarri at all., Food Research International, 40, 900–908, 2007.
9. Chaudhary S.A. et all., Int. J. Res. Pharm. Sci., 1, 103-107, 2010.
10. Wymelbek V. V., European Journal of Clinical Nutrition, 58, 154–161, 2004.
11. Switheres S., Physiology & Behavior, 100, 55–62, 2010.
12. Masuda T., Biochemical and Biophysical Research Communications, 419, 72–76, 2012.
13. Nuria M. et all. International Sugar Journal, 110(1315), 425-429, 2008.
14. O’Brien N., Agro Food Industry Hi-Tech, 15(4), 39-41, 2004.
15. Salminen S., Hallikainen A., Food Science and Technology, 116, 447-475, 2002.

Autor: Magdalena Sikora, Politechnika Łódzka

Artykuł został opublikowany w magazynie "Agro Przemysł" nr 2/2012

Źródło fot.: www.sxc.hu