علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
What’s the difference between sugar, other natural sweeteners and artificial sweeteners? A food chemist explains sweet science
(بقلم: كريستين نولين – Kristine Nolin)
المرور سريعًا عبر ممر رفوف المشروبات في أي بقالة يكشف للمرء عن البراعة المذهلة لباحثي علم الأغذية في دراستهم البحثية في الطعم / المذاقات الحلوة. في بعض المشروبات يضاف لها سكر. قد تحتوي مشروبات الدايت الغازية على مُحلي صناعي أو طبيعي منخفض السعرات الحرارية. وفي كل شيء آخر تقريبًا يضاف شراب الذرة عالي الفركتوز (1) ، والذي يعتبر ملك المُحليات الأمريكية.
أنا كيميائي أدرس المركبات الموجودة في الطبيعة، وأنا أيضًا من محبي الأغذية. في وجود ملصقات على معلبات الأغذية المربكة التي تدَّعي أن الأطعمة والمشروبات عبارة عن دايت، أو خالية من السكر أو “لا تحتوي على مواد مُحليات صناعية” ، قد يكون من المربك للمرء معرفة ما يتناوله بالضبط.
إذن ما هي هذه الجزيئات الحلوة؟ كيف يمكن لقصب السكر (سكر المائدة) والمحليات الصناعية أن ينتج عنها مثل هذا الطعم (هذه المذاقات الحلوة )؟ أولاً، من المفيد أن نعرف كيف تعمل براعم التذوق (2).
براعم التذوق والكيمياء
“خريطة التذوق” (3) – وهي الفكرة التي تقول أن المرء يتذوق طعمًا مختلفًا على أجزاء مختلفة من لسانه – هي بعيدة كل البعد عن الحقيقة. فالناس يستطيعون أن يتذوقوا جميع المذاقات في أي مكان توجد فيه براعم التذوق. إذن ما هو برعم التذوق؟
براعم التذوق هي مساحات على اللسان تحتوي على العشرات من خلايا مستقبلات التذوق (4). هذه الخلايا تستطيع استشعار المذاقات الخمس – الحلو والحامض والمالح والمر والأومامي (5). عندما يأكل المرء ، تذوب جزيئات الطعام في اللعاب ثم بعد ذلك تنتشر على براعم التذوق وبذلك تستشعرها، حيث تكوّن رابطة مع خلايا مستقبلات التذوق المختلفة. يمكن فقط للجزيئات ذات الأشكال المعينة أن تُكوِّن رابطة مع مستقبلات معينة، وهذا ينتج عنه الإحساس بالمذاقات المختلفة.
الجزيئات التي لها طعم حلو تُكوِّن رابطة مع بروتينات معينة على خلايا مستقبلات التذوق تسمى بروتينات G (انظر 6). عندما يُكوِّن أي جزيء رابطةً مع بروتينات G ، فإنه يثير سلسلة من إشارات تُرسل إلى الدماغ حيث تُترجم على أنها المادة حلوة.
السكريات الطبيعية
السكريات الطبيعية هي أنواع من الكربوهيدرات المعروفة باسم السكريات المركبة من كربون وأكسجين وهيدروجين (انظر شكل الجزيء أعلاه). يمكن للمرء أن يتصور السكريات على أنها حلقات متكونة من ذرات كربون مع أربع مجموعات من الهيدروكسل [وصيغته الكيمائية:OH] متصلة بالجزء الخارجي من هذه الحلقات. مجموعات الهيدروكسيل هذه هي التي تجعل السكر لزج الملمس. وكأن مجموعتي الهيدروكسيل تعملان بمثابة مشبك الڤيلكرو (7)، مما يجعلهما يلتصقان بمجموعات الهيدروكسيل الموحودة في جزيئيات السكر الأخرى.
أبسط جزيئيات السكريات هي سكريات أحادية الجزيء تسمى السكريات الأحادية (8). ربما سمعت عن بعضها. الجلوكوز هو أبسط جزيئات السكر وغالبا ما يُنتج من نباتات. الفركتوز هو سكر الفاكهة (9) . الجالاكتوز هو سكر موجود في الحليب واللبن (10). سكر المائدة – أو السكروز (11) ، الذي يأتي من قصب السكر – هو مثال على مركب السكر الثنائي (dissacharide) (انظر 12)، وهو مركب من جزيئي سكر أحادي (8). يتكون السكروز عندما يتحد جزيء الجلوكوز وجزيء الفركتوز (سكر الفاكهه) معًا. السكريات الثنائية (dissacharide) الأخرى هي اللاكتوز (13) من الحليب والمالتوز (14) من حبوب الشعير.
عندما يتناول المرء هذه السكريات، يعالج (يهضم) جسمه كلًا منها بشكل مختلف قليلاً. لكن في النهاية تتحلل إلى جزيئيات يحولها الجسم إلى طاقة. مقدار هذه الطاقة المنتجة من السكر – ومن جميع الأطعمة الأخرى – تُقاس بالسعرات الحرارية.
شراب الذرة عالي الفركتوز
يعد شراب الذرة عالي الفركتوز عنصرًا أساسيًا في الأطعمة الأمريكية ، هذا المُحلي السكري الهجين يحتاج أن يُصنف بمفرده. يتكون شراب الذرة عالي الفركتوز من نشاء الذرة – وهي الكربوهيدرات الرئيسة الموجودة في الذرة. يتكون نشا الذرة من آلاف من جزيئيات الجلوكوز المرتبطة ببعضها البعض. على المستوى الصناعي ، يتحلل النشا إلى جزيئيات جلوكوز فردية باستخدام إنزيمات. ثم يعالج هذا الجلوكوز بإنزيم ثانٍ لتحويل بعض منه إلى سكر فواكه. بشكل عام ، يتكون شراب الذرة عالي الفركتوز من 42٪ -55٪ من الفركتوز (سكر الفاكهة).
هذا المزيج من شراب الذرة عالي الفركتوز حلو وانتاجه رخيص ولكنه يحتوي على نسبة عالية من السعرات الحرارية. كما هو الحال مع السكريات الطبيعية الأخرى ، فإن الإكثار من شراب الذرة عالي الفركتوز يضر بالصحة. ونظرًا لأن معظم الأطعمة والمشروبات المصنعة مليئة بشراب الذرة عالي الفركتوز هذا، فمن السهل أن يستهلك المرء منه بشكل مفرط.
المُحليات الطبيعية من مصادر غير سكرية
يمكن تعريف الصنف الثاني من المُحليات على أنها مُحليات طبيعية من مصادر غير سكرية. هذه هي مضافات غذائية مثل ستيفيا (stevia) (انظر 15) وفاكهة الراهب (16) ، وكذلك السكر الكحولي الطبيعي [المترجم: مثل الزيليتول (Xylitol)والسوربتول (sorbitol)، مفردة الكحولي هنا لا تعني ما يسبق إليه الذهن وهو الكحول المحرم وإنما سُمي كذلك لوجود مجموعات الهيدركسيل في جزيئياته]. هذه الجزيئيات ليست سكريات، لكنها قادرة على تكوين روابط بمستقبلات التذوق في اللسان وبالتالي يكون طعمها حلوًا.
ستيفيا (15) هو جزيء يستخرج من أوراق نبات ستيفيا السكرية (Stevia redaudiana) (اتظر 17). يحتوي على جزيئيات “حلوة” أكبر بكثير من معظم جزيئيات السكريات وفيها ثلاث جزيئيات جلوكوز ملتصقة بها. هذه الجزيئيات أحلى من 30 إلى 150 مرة من الجلوكوز نفسه. تشبه الجزيئيات الحلوة من فاكهة الراهب ستيفيا وأحلى بـ 250 مرة من الجلوكوز.
جسم الإنسان يجد صعوبةً في تحليل ستيفيا وفاكهة الراهب إلى أجزائهما. لذلك على الرغم من أن كلاهما حلو جدًا، إلا أنهما خاليتان من أي سعرات حرارية عند أكلهما.
السكر الكحولي، مثل السوربيتال، على سبيل المثال، ليس حلوًا كحلاوة السكر. وموجود في أطعمة متنوعة، بما فيها الأناناس والفطر والجزر والأعشاب البحرية، وغالبًا ما يُضاف إلى مشروبات الدايت والعلكة الخالية من السكر والعديد من الأطعمة والمشروبات الأخرى. يتكون السكر الكحولي من سلاسل من ذرات الكربون بدلاً من حلقات كحلقات السكريات العادية. على الرغم من أنه يتكون من نفس ذرات السكريات، إلا أن الجسم لا يمتص الكحول السكري امتصاصًا جيدًا ، لذا فهي تعتبر محليَّات منخفضة السعرات الحرارية.
المحليات الصناعية
الطريقة الثالثة لعمل شيء حلو هي إضافة المُحليات الصناعية (17). تُنتج هذه المواد الكيميائية في المختبرات والمصانع ولا توجد في الطبيعة. مثل كل الأشياء التي لها مذاق حلو، فهي حلوة لأنها يمكن أن تكوِّن روابط مع مستقبلات معينة في براعم التذوق.
حتى الآن، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على ستة محليات صناعية (18). أشهرها السكارين (19) والأسبارتام (20) والسكرالوز (21) – السكرالوز يسوق تحت اسم سبليندا (Splenda) تحتوي جميع المُحليات الصناعية على تركيبات كيميائية مختلفة. بعضها يشبه السكريات الطبيعية والبعض الآخر يختلف اختلافًا جذريًا. عادة ما تكون أكثر حلاوة من السكر – السكارين أحلى ب 200 إلى 700 مرة من سكر المائدة (سكر القصب) الطبيعي – وبعضها يصعب على الجسم أن يحلله الى جزيئاته.
في حين أن الحلوى الحلوة (dessert) قد تشعر الكثيرين بلذة بسيطة، إلا أن الكيمياء الخاصة بكيف تستطعم براعم التذوق لدى الانسان الحلاوة ليست بهذه البساطة. فقط الجزيئات التي تقتصر على تركيبة دقيقة من ذرات لها هذا المذاق الحلو ، لكن الأجسام تتعامل مع كل من هذه الجزيئات بشكل مختلف عندما يتعلق الأمر بالسعرات الحرارية.
مصادر من داخل وخارج النص:
1- “شراب الذرة عالي الفركتوز (High Fructose Corn Syrup)، ويُعرف اختصارًا بـ (HFCS) هو مُحلٍّ صناعي مُشتَّقٌ من الذرة، يستخدم بكثرة في المشروبات الغازية وعصائر الفواكه المُنكَّهة، ويُعتقد أنه من أهم العناصر المسببة للبدانة والمشكلات الصحية التي ترافقها. وكما هو الحال في جميع السكريات المضافة، يحمل شراب الذرة عالي الفركتوز سعراتٍ فارغة (Empty calories) ؛ أي إنه يعطي كميةً كبيرةً من السعرات الحرارية دون أن يوفّر أيَّة مغذياتٍ مهمةٍ للجسم” ، مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://www.syr-res.com/article/22068.html
2- https://ar.wikipedia.org/wiki/برعم_ذوقي
3- https://theconversation.com/that-neat-and-tidy-map-of-tastes-on-the-tongue-you-learned-in-school-s-all-wrong-44217
4- http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/digestion/pregastric/taste.html
5- “أومامي (u:ˈmɑ:mi) ، والمعروفة شعبياً بالطعم اللذيذ هي إحدى المذاقات الخمس الأساسية إلى جانب الحلو، الحامض، المر والمالح. كلمة أومامي كلمة مستعارة من الكلمة اليابانية أومامي (うま味?) وتعني “طعم لاذع لطيف”، وقد قام البروفيسور كيكوناي إيكيدا بتركيب هذه الكلمة من كلمتي أوماي (うまい) “لذيذ” ومي (味) “طعم”. وتعبر الأحرف الصينية (旨味) عن معنى أعم وتستخدم للتعبير عن طعام معين لذيذ الطعم” ، مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/أومامي
6- https://teachmephysiology.com/biochemistry/molecules-and-signalling/g-protein/
7- https://ar.wikipedia.org/wiki/فيلكرو
8- https://ar.wikipedia.org/wiki/سكر_أحادي
9-https://www.webteb.com/articles/حقيقة-سكر-الفواكه-الفركتوز_15291
10- https://ar.wikipedia.org/wiki/جلاكتوز
11-https://ar.wikipedia.org/wiki/سكروز
12- https://ar.wikipedia.org/wiki/سكر_ثنائي
13- https://ar.wikipedia.org/wiki/لاكتوز
14- https://ar.wikipedia.org/wiki/مالتوز
15- https://ar.wikipedia.org/wiki/ستيفيا
16- “فاكهة الراهب أو ما تعرف علميًا باسم لو هان جوه (Luo han guo)، هي فاكهة غريبة تنتشر بشكل خاص في الصين وتايلند، ولعدة قرون كان الرهبان البوذيون يقومون بزراعة وقطف هذه الفواكه والعناية بأشجارها، ومن هنا جاءت التسمية الشائعة لهذه الفاكهة حيث نسبت الفاكهة لهؤلاء الرهبان. ثمار هذه الفاكهة كروية الشكل، ولا يتجاوز قطرها عادة 5 سنتمترات، ولقشور هذه الفاكهة مذاق مر، أما اللب فيتميز بمذاقه الحلو والذي يعزى لاحتوائه على الغلايكوسيدات بشكل رئيس، بالإضافة لتراكيز عالية من سكر الفركتوز وسكر الغلوكوز. لهذه الفاكهة العديد من الاستخدامات الطبية والغذائية، وأحد أبرز استخداماتها الشائعة هو استعمال لبها كمحلي طبيعي من الممكن اللجوء إليه كبديل عن المحليات الصناعية الضارة، وبسبب مذاقها الشديد الحلاوة، بدأت بعض الجهات المصنعة باستخدام خلاصة هذه الفاكهة لصناعة مكملات غذائية ومساحيق من الممكن استخدامها كبديل صحي عن السكر التقليدي، إذ تتميز المحليات المصنعة من هذه الفاكهة بأنها لا تتسبب بارتفاع سكر الدم وخالية من السعرات الحرارية. وتعتبر أكثر حلاوة بما يقارب 200-300 ضعف من حلاوة السكر التقليدي المستخرج من قصب السكر”. مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://www.webteb.com/articles/فاكهة-الراهب_25603
17- https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs13197-011-0571-1
18- https://www.fda.gov/food/food-additives-petitions/additional-information-about-high-intensity-sweeteners-permitted-use-food-united-states
19- https://ar.wikipedia.org/wiki/سكارين
20- https://ar.wikipedia.org/wiki/أسبرتام
21- https://ar.wikipedia.org/wiki/سكرالوز