Про солодке життя люди мріяли завжди. Це не тільки про пряники і мед - не випадково солодкими називали приємний сон, поцілунок, спогад...
Здійснилась «їстівна» частина мрії: цукор виробляється мільйонами тонн і доступний всім. Він став звичним. Ця речовина змінює смак, впливає на колір, консистенцію і, що найважливіше, збереження їжі. Чим ми і користуємося, заготовлюючи варення, джеми, повидло.
Однак, невміння знати міру призводить

до збоїв регуляторних систем організму і до хвороб. Більшість лікарів визнає, що надмірне споживання цукру (понад 100-150 грамів на добу) збільшує ризик ожиріння і цукрового діабету.
Це протиріччя навело вчених на думку пошукати в природі або спробувати синтезувати замінники цукру - дешеві, солодкі, але не настільки шкідливі. Іншими словами, відокремити приємні відчуття від прикрих наслідків.

Солодощі на молекулярному рівні

Щоб не вести пошук наосліп, потрібно було з'ясувати, чим же вже відомі солодкі молекули відрізняються від всіх інших. Зробити це було непросто, адже в їх список потрапляють цукру, спирти, амінокислоти, білки та інші мало схожі один на одного з'єднання з різних класів. Тільки в 1967 році Р.Шелленбергер відкрив в структурі молекул солодких речовин ті ознаки, які надають їм здатність викликати саме таке відчуття. Для цього вони повинні містити функціональні групи, здатні до утворення водневих зв'язків і розташовані на відстані 0,3нм (3 ангстрема) один від одного. Одна з таких груп атомів повинна бути донором, а інша - акцептором протона. Через них молекули зв'язуються з активними центрами білків-рецепторів. (Правда, і тут, в світі молекул, від солодощі до гіркоти рукою подати: достатньо змінити проміжок між групами на частки ангстрема, щоб з'єднання сприймалося як гірке.) Коли молекула солодкої речовини зв'язується зі смаковими рецептором на клітинній мембрані, та деполяризуется, змінюється її проникність і виникає нервовий імпульс.

Ступінь солодощі препаратів і їх містять кількісно оцінюють експерти. Вони пробують розчини з різною концентрацією речовини, від меншої до більшої, і визначають, при якій починає відчуватися смак. За одиницю шкали береться солодкість розчину сахарози, яка починає відчуватися при утриманні її 0,01 М (3,4 г/л). Ця величина (абсолютний поріг чутливості) різна у різних людей, тому для об'єктивної оцінки, ймовірно, потрібно буде розробити сенсори або біохімічні тести з білками-рецепторами.

З чого добувають солодощі

Найдавніші природні солодкі речовини - мед, плоди, соки, а іноді - серцевина рослин. Зазвичай вони містять суміш різних цукрів і кислот.

Цукрова тростина, з якого до цих пір отримують сахарозу, описана ще в хроніках про походи Олександра Македонського до Індії. У 1747 р А.Маргграф отримав цукор з цукрового буряка, а його учень Ахард вивів сорт з високим вмістом цукру. Ці відкриття послужили початком цукробурякової промисловості в Європі.

Коли саме на наші люди познайомилися з кристалічним цукром, точно невідомо. Наприклад історики стверджують, що в Росії ініціатором виробництва чистого цукру з привозимого сирцю був Петро I. У Кремлі для переробки солодких ласощів була спеціальна «цукрова палата».

Джерела цукру можуть бути вельми екзотичні. У Канаді, США та Японії, наприклад, з соку цукрового клена (Acer saccharum) виробляють кленовий сироп, що складається на 98% з сахаридов, серед яких сахароза становить 80-98%.

До середини XIX століття склалося уявлення, що сахароза - єдина природна солодка речовина, придатна для промислового виробництва. Пізніше ця думка змінилася, і для спеціальних цілей (харчування хворих, спортсменів, військових) були розроблені методи отримання та інших натуральних солодких речовин, звичайно, в менших масштабах.

Глюкоза

 Це головний цукор в організмі: на неї перетворюються майже всі вуглеводи. Її всмоктування в кишечнику призводить до викиду в кров інсуліну, який змушує печінку видаляти надлишок глюкози і переробляти її в глікоген. Довгий час вважалося, що при діабеті цей вуглевод, як і сахарозу, не можна давати хворому. Але зараз лікарі налаштовані не так категорично: глюкоза настільки необхідна нашому організму, що її не можна повністю замінити нічим.

Фруктоза

Найбільш поширений природний цукор. У зв'язаному вигляді вона поряд з глюкозою ховається в сахарозі, де становить 50% молекули. А у вільному присутня майже у всіх солодких ягодах і плодах. Найбільше її в меді: 40,5 г на 100 г продукту. Вона привернула увагу дієтологів, тому що її всмоктування не викликає викиду інсуліну в кров, як всмоктування глюкози. На думку фахівців, діабетики можуть щодня з'їдати приблизно 0,5-1,0 г фруктози на кілограм маси тіла. Найбільша перевага полягає в тому, що приємний, звичний солодкий смак можна додати страві невеликими кількостями фруктози, так як вона в 1,2-1,8 рази солодше сахарози. Завдяки цьому можна знизити калорійність дієти, що дуже важливо для хворих з ожирінням, атеросклерозом та ішемічною хворобою серця, що мають зайву вагу, а також літніх людей, у яких порушена толерантність до глюкози (тобто коли надлишок глюкози, що утворюється в крові після їжі, занадто довго з неї видаляється).

Однак фруктоза сприяє схудненню не тільки через зниження калорійності їжі. Іноді ожиріння пов'язане із зайвим вживанням їжі, викликаним гіпоглікемією після їжі. Гіпоглікемія - це знижений вміст глюкози в крові, причиною якої можуть бути різні фактори: незбалансованість харчування, підвищений вміст інсуліну, нервово-гуморальні впливи. Людина здатна відчувати цей стан, і його рефлекторна реакція на гіпоглікемію - бажання що-небудь з'їсти. Фруктоза іноді в таких випадках знижує апетит. Різке падіння кількості глюкози в крові може бути пов'язано також з великими фізичними навантаженнями у спортсменів. Для попередження цієї неприємності останнім часом широко використовуються продукти харчування, що містять замість частини глюкози - фруктозу. Такі продукти не викликають різкого викиду інсуліну в кров і не призводять до гіпоглікемії після тривалих фізичних навантажень.

Фруктоза зустрічається в рослинах і в вигляді полімерів - полісахаридів інуліну і поліфруктанов. Один з найвідоміших джерел інуліну - топінамбур. Останнім часом з нього виготовляють багато різних дієтичних продуктів, вживають його і в сирому вигляді. Але слід пам'ятати, що спеціальних ферментів для розщеплення полімеру інуліну в тонкому кишечнику немає і всмоктатися звідти в кров він не може, так як будь-який цукор проникає в кров'яне русло тільки у вигляді мономера. Інулін може розщеплювати мікрофлора товстого кишечника, але лише частково, що обмежує його використання в сирому вигляді. Останнім часом ведуться наукові розробки по використанню інуліну в складі кровозамінників, де він бере участь у підтримці осмотичного тиску. Якщо ввести їх в кров, інулін поступово розщеплюється інуліназою печінки і утилізується організмом. Але наявність інулінази деякі вчені заперечують: можливо, вуглевод переробляють інші ферменти.

Сорбіт

Вперше був виділений з ягід горобини (звідси його назва: Sorbus по-латині - горобина). Міститься він також в плодах глоду, кизилу, терну; менше його в яблуках, грушах, сливах, абрикосах, персиках, фініках і винограді. За своєю хімічною структурою сорбіт - шестиатомний спирт, або цукроспирт. Його молекулу можна розглядати як похідну глюкози, в якій альдегідная група замінена на гідроксильну. Як і всі поліспирти, сорбіт має солодкий смак. По живильній цінності його прирівнюють до глюкози, але їх фізіологічна дія по-різному: сорбіт не викликає різкого збільшення вмісту глюкози в крові. Саме тому його включають в раціон діабетиків. Сорбіт, крім того, має жовчогінну дію, сприятливо впливає на роботу печінки. До речі, в цьому органі під дією ферментів він перетворюється на фруктозу. До недоліків сорбіту слід віднести його меншу в порівнянні з сахарозою солодкість (приблизно 0,6), своєрідний «металевий» присмак, що виникли у деяких людей диспепсичні явища (рідкий стілець). Тому приймати сорбіт можна в дозі не більше 30- 50 грамів на добу.

Ксиліт

П'ятиатомний цукровий спирт, який міститься в багатьох овочах і фруктах. За ступенем солодощі він майже наздоганяє сахарозу і в півтора рази солодший сорбіту. Він не токсичний і не викликає негативних явищ. В організмі людини ксиліт на 80-90% метаболізується в печінці. Він, як і сорбіт, може викликати диспепсичні явища. Добова доза для дорослої людини - 40-50г.

Ксиліт може протидіяти карієсу. Фінські вчені довели, у людей, які протягом 1-2 років вживали жувальну гумку з ксилітом замість сахарози, карієс зустрічався майже на 90% рідше порівняно з контролем. У Росії теж були проведені подібні дослідження. У школярів Казані, два роки щодня приймали ксиліт, постійні зуби псувалися в два рази рідше. Фруктоза і сорбіт теж володіють антикарієсною дією, але в меншій ступені. Швидше за все, ксиліт заважає стрептококам, що руйнують тканину зуба, закріплюватися на мембранах зубних клітин.

Продукти переробки крохмалю

Крохмаль - основне джерело вуглеводів в нашому харчуванні. Вчені і технологи давно розробляють способи отримання з нього солодких добавок - таких, як сухокрохмальна патока, декстрин-мальтоза, а також різні сиропи. Зазвичай їх роблять з крохмалю картоплі і кукурудзи шляхом гідролізу, що протікає в присутності кислот, ферментів або їх сумішей. У підсумку виходить суміш глюкози, мальтози (дисахарида, що складається з двох залишків глюкози) і олігомерів глюкози різної молекулярної ваги. У цьому процесі можна використовувати спеціальні ферменти - мікробіологічні глюкоізомерази і інвертази - і отримувати глюкозо-фруктозні сиропи з різним співвідношенням цих моносахаридів і з різною солодкістю. Всі перераховані продукти - цінна сировина при виробництві кондитерських виробів (пастили, карамелі, шоколадних цукерок), жувальних гумок, безалкогольних напоїв, фруктових соків, консервів, морозива та інших.

Сухокрохмальну патоку в поєднанні з лактозою часто застосовують у виробництві продуктів дитячого харчування (замінників жіночого молока). Такі суміші добре засвоюються навіть в перші шість місяців, коли у новонародженого відсутній фермент амілаза, що розщеплює крохмаль. Єдине обмеження - в сухокрохмальній патоці концентрація вільної глюкози не повинна бути великою.

Глюкозо-фруктозні сиропи, як і чисту фруктозу, нерідко використовують при виробництві дієтичних продуктів для хворих на цукровий діабет і ожиріння.

Синтетичні солодкі речовини

Існує широка гама синтетичних солодких речовин, які можна застосовувати в харчових продуктах і напоях або використовувати для придушення гіркого смаку ліків.

Природно, головна вимога до них - повна і абсолютна нешкідливість. Крім того, вони повинні бути хімічно стабільні в широкому діапазоні температур від -30 ° до + 260 ° С і рН від 2,5 до 8,0.

Сахарин 

Найперше синтетичне солодка речовина, синтезоване ще в 1878 р К.Фальбергом. Він в 300-500 разів солодше сахарози. Це імід-сульфобензойна кислота, яка найчастіше використовують у вигляді натрієвої солі. Організм це з'єднання не засвоює і повністю виводить з сечею. У сахарину неприємний «металевий» присмак, тому його застосовують в суміші з іншими солодкими компонентами. Всесвітня організація охорони здоров'я дозволяє застосовувати сахарин у кількості не більше 5 мг на кілограм маси тіла в день, а в дієтичних продуктах - до 25 мг на кілограм. У цих дозах він нешкідливий.

Цикламат

Був відкритий у 1937 р в США М.Сведом. Це Циклогексиламін-N-сульфонова кислота. Її натрієва сіль в 30 разів солодше сахарози. Поки не вдалося виявити будь-якого шкідливого впливу цикламата на печінку, нирки та інші органи людини. Цикламат додають в продукти харчування, соки, безалкогольні напої та інші продукти, які повинні бути низькокалорійними. Його не рекомендують використовувати в харчуванні маленьких дітей і вагітних жінок. Щоденна доза, дозволена Всесвітньою організацією охорони здоров'я, становить 11 мг на кілограм маси тіла.

Ацесульфам К 

Створили К.Клаус і Г.Іенсен в 1973р. Це 6-метилпохідні оксітіазінондіоксіда. В організмі людини ацесульфам К не розкладається, не відкладається в тканинах навіть при тривалому споживанні і практично повністю виводиться. Дозволена добова доза його становить 8 мг на кілограм маси тіла.

Аспартам 

Порівняно нова синтетична підсолоджувальна речовина. Це дипептид - метиловий ефір L-альфа-аспартам-L-фенілаланіну. Він солодший за цукор в 200 разів і майже такий же на смак. Крім того, він підсилює смак сахарози, глюкози, цикламат і сахарину, в результаті чого можна знизити їх дозу. Невеликі кількості аспартама повністю пригнічують неприємні смакові відчуття, які викликає сахарин. У тонкому кишечнику аспартам розщеплюється під дією ферменту діпептідази на дві амінокислоти, з яких він складається. Аспартам абсолютно нешкідливий для людини, і його можна додавати в дитячі препарати і продукти. Добова доза аспартама - 40 мг на кілограм маси тіла.

На жаль, аспартам гідролізується в сильнокислотних і слаболужних середовищах, так що його можна додавати не у всякий продукт. Щоб обійти цю складність, вчені запропонували хімічно прикріплювати аспартам до стійких макромолекул. Потрібно тільки, щоб ті були оптимальної величини, інакше макромолекула завадить солодкій речовині діяти на рецептори, і смак пропаде. Зараз аналоги і похідні аспартама знаходяться в центрі уваги дослідників.

Сукралоза

(Трихлортридіоксісахароза) - найсолодший з усіх перерахованих вище синтетичних замінників цукру. Вона солодше сахарози в 600 разів! Сукралозу теж додають в продукти для хворих на діабет, оскільки цей дисахарид не розщеплюється в тонкому кишечнику до моносахаров (для цього немає відповідного ферменту) і практично повністю виводиться з організму з сечею. Він частково розщеплюється в товстій кишці під дією мікрофлори, але утворюються при цьому метаболіти виводяться або включаються в вуглеводні цикли в печінці. Тому сукралозу вважають нешкідливим цукрозамінників. Її добова доза - 18 мг на кілограм маси тіла.

Перспектива природних підсолоджувачів

Cо другої половини 60-х років минулого століття різко зріс інтерес до солодких речовин на основі природних білків. Причини цього - збільшення потреби в низькокалорійних солодких продуктах, а також заборона на деякі потенційно шкідливі синтетичні речовини. Але білкові сполуки з солодким смаком погані тим, що рослини - їх джерела зустрічаються тільки в Африці і Південній Америці. Крім того, виділяти солодкі білки дуже важко, а погано очищені препарати бувають токсичні. Але солодкість рослинних білків настільки висока (вони солодше сахарози в 30000- 200000 раз), що їх вивченням займається все більше дослідників. Вони з'ясували, наприклад, що солодкий смак білків відчувається при їх взаємодії з особливими рецепторними зонами на смаковий мембрані, причому у деяких ссавців вони відсутні.

У Парагваї давно і добре відома рослина стевія (Stevia rebaudiana), листя якої традиційно використовувалися для підсолоджування напоїв. Сьогодні її вирощують в Китаї, Японії і Кореї, стали продавати і у нас як кімнатну культуру. Солодкий початок в цій рослині - глікозид стевіозид. Він нетоксичний, термічно не стійкий, інтенсивність солодкого смаку у нього в 300 разів вище, ніж у сахарози. За будовою він подібний до стероїдних гормонів і має слабку антиандрогенну активність, тобто може мати негативний вплив на баланс гормонів в організмі.

 Солодкість різних природних і синтетичних речовин

Сахароза 1,0
глюкоза 0,6
Фруктоза (вище 10 °С) 1,2
Фруктоза (до 10 °С) 1,8
Лактоза 0,3
Сорбіт 0,6
Маннит 0,7
Ксиліт 0,9
Сахарин 250-550
Цикламат 30-50
Аспартам 120-200
Сукралоза 600
Ацесульфам К 100-200
Монелін (білок) 1500-2000
Тауматин (комплекс білок-алюміній) 200000