甜、酸、咸、好吃、苦，研究人员正在解开味觉复杂机制的新秘密，他们的发现将影响产品开发和公共卫生举措。
罗伯特·马戈斯基(Robert Margolskee)是费城莫奈尔化学感官中心的主任，他不喜欢咖啡、黑巧克力或苦啤酒。由于他领导着一家致力于研究味觉和嗅觉的卓越科学机构，所以他能准确地解释为什么会这样也就不足为奇了。拥有分子遗传学博士学位和医学学位的马戈斯基说，这要归咎于遗传学。研究人员说，他最近进行了基因分型，发现他拥有一种特殊的味觉受体基因配置，这使他对某些苦味化合物高度敏感。这意味着你可能很快就不会看到他在当地的星巴克排队点浓咖啡了。
Robert Margolskee，费城莫奈尔化学感官中心主任
在决定吃什么或喝什么时，口味是消费者最关心的因素，但正如马戈斯基厌恶苦味所表明的那样，我们的基因构成与我们觉得哪些口味吸引人，哪些口味不能忍受有很大关系。生活经历也会影响口味偏好。在过去的15年里，由于分子生物学和遗传学研究的进步，所有这些都得到了更好的理解，但仍有许多未知之处。然而，像莫奈尔大学这样的项目正在为味觉科学如何塑造我们的食物选择、影响我们的新陈代谢、以及引入新的、有针对性的产品开发方法提供见解，这些方法将生产出满足消费者个人喜好和营养需求的食品和饮料。
“味觉是复杂的，”马戈斯基说。部分原因是每种味道——甜、酸、咸、苦和鲜味——几乎都是一种独立的感觉。我们都在同一个味蕾里——味蕾是味觉的感受器官，也是味觉开始产生的地方——但它们都混在一起了。看起来它们在不同的细胞里，然而在一些生理学实验中，似乎对甜食反应最好的细胞也对其他刺激有反应，所以味觉感受肯定有一定的混合在一起。所以在一开始，这是一种复杂的感觉。”
事实上，莫奈尔大学的科学家指出，味觉甚至比视觉和听觉更复杂，而视觉和听觉往往被认为更重要。例如，只有三种光感受器负责色觉，但人类至少有25种不同的感受器来感受苦味。
康奈尔大学食品科学系的助理教授罗宾·丹多(Robin Dando)解释说，苦味感受器很重要，因为苦味的东西通常是有毒的，所以对苦味敏感对物种的生存至关重要。
丹多说:“苦的东西在很大程度上代表着可能危险的事情。”“当食物变质时，它会变酸，所以这将引导我们远离有毒或变质的食物。”在味觉科学术语中，苦和酸被描述为“令人厌恶的”，因为人类往往不喜欢这些味道。
剩下的三种味道——甜、咸和鲜味——是我们喜欢的“开胃”味道。莫奈尔的名誉董事加里·比彻姆(Gary Beauchamp)说，味觉偏好已经进化了，“因为味觉系统是你决定将某种东西摄入体内还是拒绝它的最后一个决定点。它正在做这些重要的决定:这个热量高吗?这是有毒的吗?这能提供氨基酸/蛋白质吗?”
丹多说:“在自然界中，甜味是含有卡路里的信号。”“在过去的环境中，直到最近的历史，卡路里都是一个非常好的东西。没有卡路里你无法生存。你越能发现并消耗它们，对你就越好。”他指出，咸的味道意味着某些东西含有钠或钾，这两种矿物质对身体功能都很重要。
丹多继续说道:“鲜味是蛋白质的味道。“这就是鲜味氨基酸所带来的。我们知道我们需要蛋白质来生存。所以，如果我们觉得食物很美味，我们就知道其中含有很多蛋白质和氨基酸，吃起来会很好。”
我们如何尝味
味觉的机制始于舌头，数千个味蕾集中在乳突中——如果你伸出舌头照镜子，就能很容易地看到这些小凸起。味蕾也位于口腔顶部和喉咙。每个味蕾包括大约50到100个含有味觉感受器的特殊细胞，当它们接触到食物和饮料中的化合物时，这些感受器就会被激活。
来自味觉细胞内化学刺激的信息被翻译成脑电信号，味觉神经将其转发到脑干，在那里进行最初的味觉处理。从那里，脑电信号被传递到大脑的其他部分，在那里它们影响味觉的意识感知，影响情绪和记忆(Murray 2016)。另一种在向大脑传递与味觉相关的重要信息时起关键作用的神经是三叉神经;它传递的信息与热或灼烧感(辣椒素)、凉感(薄荷醇)和刺痛感(碳酸饮料)有关。
味觉感受器并不局限于口腔;它们存在于身体的许多不同部位，包括肠道、胰腺、肺和鼻子。非味觉器官中的感受器不像舌头中的感受器那样可以“尝起来”，但它们扮演着各种各样的角色，其中许多角色仍然不为人所知。由于肠道和胰腺中的甜味感受器与新陈代谢有关，科学家们正在研究它们在治疗肥胖和糖尿病等代谢疾病方面发挥治疗作用的潜在能力(Cuenca 2013)。肠道中的苦味感受器通过检测有毒物质并促使身体排出它们(呕吐，腹泻)来帮助保护我们免受中毒(Fox 2011)。莫奈尔和宾夕法尼亚大学的科学家还发现，鼻子里的苦味感受器有助于对抗鼻窦感染(莫奈尔2015a)。
为什么我们喜欢甜食
很难拒绝蛋糕和甜甜圈?这不仅仅是意志力的问题。我们天生就喜欢甜味。“我们可能是在和我们的生物学作斗争，”马戈斯基说。“人们有一种吃甜食的冲动，也有一种吃含卡路里的甜食的冲动。”
“你可以在婴儿的早期阶段看到它，”马戈斯基继续说。“如果你给他们糖或加糖的饮料，他们会给你一个抿嘴的微笑，他们会舔你，看起来很开心。如果你给他们奎宁这样苦的东西，他们会皱起脸，咬紧牙关，拒绝食物。你可以在最小的婴儿、黑猩猩和新生猴子身上看到典型的甜蜜和痛苦的表情。”他补充说，即使是大鼠和小鼠对甜味和苦味也有相似的面部反应。甜味有减弱婴儿疼痛体验的能力，这就是为什么它们被用作正在接受包皮环切术或血液检查等引起疼痛的手术的婴儿的止痛药(Owen 2015)。
听到孩子们比成年人更喜欢甜食，或者人与人对甜食的感知差异很大，这可能并不令人惊讶。莫奈尔最近的一项研究项目探索了甜味检测阈值——被定义为蔗糖的最低检测水平——在216名7至14岁的儿童中进行。孩子们被要求区分几杯普通蒸馏水和不同浓度的糖溶液的味道。孩子能分辨糖溶液和水的最低浓度就是孩子的甜味检测阈值。研究发现，最敏感的孩子在水中只需溶解0.005茶匙的糖就能察觉出甜味;最不敏感的参与者需要更多的3茶匙，以便能够检测甜味(Monell 2015b)。不容易察觉甜味的孩子可能会发现更难应对糖的减少，因为他们从糖中获得的“甜味信号”更少了;研究报告的作者、行为遗传学家、研究中心副主任丹妮尔·里德(Danielle Reed)解释说，他们需要更多的糖才能找到美味的食物。
甜味检测研究产生了一些意想不到的结果。里德说，研究人员曾假设肥胖儿童对糖不那么敏感，需要比瘦子摄入更多的糖才能获得令人愉悦的效果，但事实恰恰相反。身体脂肪越多的孩子更能察觉到低浓度的甜味。
“这对我们来说是个大惊喜，”里德说。“舌头上对糖有反应的甜味感受器存在于身体的其他部位，尤其是脂肪细胞，”她继续说。“所以我们的想法是，如果你对舌头上的糖非常敏感，这种敏感性可能会反映在身体的其他地方，所以脂肪细胞可能更倾向于识别和吸收糖进行脂肪生成，也就是制造脂肪。”
莫奈尔中心感官心理学家保罗·怀斯(Paul Wise)
莫奈尔中心的研究还表明，我们倾向于狂热地坚持自己对甜食的偏好。在最近的另一项研究中，测试对象在三个月内减少了40%的糖摄入量，并被要求定期评估香草布丁和覆盆子饮料的甜度和愉悦度。Monell的感官心理学家保罗·怀斯(Paul Wise)说，在节食三个月后，限制糖摄入的参与者对甜味的感知发生了变化——他们对大多数布丁和饮料的评价都比对照组的成员更甜。但是他们对甜度的偏好——他们最喜欢的甜度——没有变化。这与早期Monell关于咸味偏好的研究形成了对比，后者可以随着时间的推移而改变。怀斯总结道:“我可以告诉你，相比于减少盐的摄入量，人们在减少糖的摄入量方面要顽固得多。”
圣地亚哥生物科技公司Senomyx生产的增甜成分可能会有所帮助。该公司已经确定了几种化合物，它们的功能不是糖的替代品，而是增强甜味感知的味道调节剂。这些化合物与味蕾相互作用，使它们对甜味做出更有效的反应。这使得产品配方师可以在保持甜度的同时降低糖含量。
聪明对待盐
由于这是一个如此重要的公共健康问题，饮食中的钠得到了大量的报道，而盐是莫奈尔感官研究中心的一个主要研究重点。比彻姆(Beauchamp)说:“盐是一种神奇的成分，但显然我们摄入的盐远远超过了大多数人的需要。”他指出，除了它明显的味道吸引力，盐在食品配方中还有许多更微妙的好处，比如减少苦味和释放甜味。
莫奈尔感官研究中心比彻姆(Beauchamp)
然而，在产品配方中取代盐并不容易，因为没有很多有效的替代品来代替普通食盐(氯化钠)。产品开发人员经常转向另一种盐，氯化钾，但它与口味不良有关。
莫奈尔中心的神经生理学家布莱恩·莱万多夫斯基(Brian Lewandowski)在过去五年的大部分时间里致力于探索盐味感知的机制，并寻找增强盐味感知的方法。莱万多夫斯基解释说:“咸的味道不同于其他基本的味道，实际上有两个独立的通道负责检测盐并将信息发送到大脑。”
莫奈尔中心的神经生理学家布莱恩·莱万多夫斯基(Brian Lewandowski)
第一种机制很好理解，并通过称为ENaC(上皮钠通道)的通道发生。科学家们知道存在第二种途径，但尚未确定。第二种途径对钠和其他盐(包括氯化钾)作出反应，并提供关于盐的味道强度和与强烈的咸刺激相关的不愉快的信息。
莱万多夫斯基说:“另一件事使盐的味道独特，并与这两种途径有关……与其他味道不同的是，盐一开始是开胃的，所以它在低浓度时味道很好，但在高浓度时，我们不喜欢它。”“它尝起来像海水。”
莱万多夫斯基和莫奈尔中心的一组科学家最近发表了一项研究项目的结果，该项目确定了参与第二种盐味途径的味觉细胞，他们现在正在努力确定这一途径，并确定其运作机制。
比彻姆和莱万多夫斯基都认为，由于研究人员不太可能找到可行的盐替代品，就像产品配方中可用的大量替代甜味剂一样，行业的努力可能会集中在寻找增强咸味的增味剂上。然而，要做到这一点并非易事。比彻姆说:“这是目前味觉研究的难点。”“如果这是一个简单的问题，早就被解决了。”
滋味+嗅味=风味
不考虑嗅觉，味觉的讨论是不完整的。味觉和嗅觉共同作用形成食物或饮料的风味，而嗅觉起着主要作用。研究感官的科学家经常使用“糖豆测试”来证明这一点。拿两个红色的糖豆——一个草莓的，一个樱桃的。如果你捏着鼻子品尝，你的味蕾会告诉你它们是甜的，但你无法分辨哪个是草莓，哪个是樱桃。这就要求你能够闻到它们——这就说明了香气在建立味道方面是多么重要。
Margolskee提出了同样的观点。他说:“如果你咬一口苹果，尝起来和咬一口土豆的味道大不相同。”“它们都是淀粉，都有一定的甜味，甚至还有一点咸味和酸味，但大部分的味道都来自嗅觉反应。”
在现实场景中，味觉和嗅觉之间的关系往往是无缝的。怀斯说:“在风味上，在平均的日常体验中，你不会将两者区分开来。”“(两者)都将成为风味体验的一部分。”
加州福斯特城(Foster City) Mattson产品开发和设计公司总裁、《taste》一书的作者巴布•斯塔基(Barb Stuckey)强调，对于产品开发人员来说，精通味觉和嗅觉的功能至关重要。她解释说，在制定产品时，“你必须了解味觉和嗅觉之间的区别，以便了解需要调整哪些杠杆。”
嗅觉通过两种方式产生:直接通过鼻子，即鼻前嗅觉，或鼻后嗅觉，即“当你咀嚼食物，蒸发食物中的化学物质，然后从鼻后刺激鼻子，”马戈尔斯基说。人类拥有种类繁多的嗅觉感受器，能够识别数千种气味。怀斯认为，味觉在很大程度上是天生的，而嗅觉则是一种更“可塑性”的感觉。“这很大程度上是由学习和经验推动的，”他说。
香和味往往可以通过一些有趣的方式相互影响。例如，怀斯说，实验表明“滋味通常会增强香气，但前提是这些滋味是有营养的。”因此，反映身体所需营养物质的味道，如咸味氨基酸、盐或糖，将增强鼻后气味的强度，他解释道。怀斯说:“我们的假设是，它有助于更明显地确立食物作为这些营养物质来源的身份。”
怀斯继续说，莫奈尔中心的实验也表明，气味可以抑制和增强味觉。“如果你把烧焦的气味放在鼻子里，就会抑制甜味的强度。他说:“如果你在鼻子里放一种甜味，就会略微抑制苦味的强度，这可能在任何你想改善苦味的配方中都很有用，尤其是儿童药物。”“你可以添加一点香气，这将有助于药物更好地下咽。”
感官专家推测，通过添加增强甜味的风味挥发物，可以帮助消费者创造出他们认为是甜的减糖产品，从而帮助消费者减少卡路里(Owen 2015)。丹多说:“有些人申请了专利，让人们误以为它们尝起来更甜，但实际上它们闻起来更甜。”然而，他并不认为这种方法是个好主意，因为它可能会改变产品的整个风味。
什么时候刺激是一件好事
除了味觉和嗅觉，第三种感觉系统——化学刺激——在我们如何体验辛辣食物以及凉爽或刺痛感的食物中起着重要作用。这个系统围绕着三叉神经运转，三叉神经对口腔、喉咙、鼻子甚至眼睛中的化学刺激做出反应，这就解释了为什么一大碗德克萨斯风味的辣椒会让你流鼻涕、流眼泪。
位于三叉神经末梢的一组离子通道被称为瞬时受体电位(TRP)通道，它们对辣椒素、辣根和山葵等化合物以及薄荷醇的冷却感和碳酸化的刺痛感有反应。也许这并不奇怪，色氨酸受体负责芥末的味道会在你的鼻腔中引发疯狂的刺激性感觉，也会对催泪瓦斯和空气污染等化学刺激物做出反应(汉密尔顿2015)。
在过去十年左右的时间里，科学家们对色氨酸受体有了很多了解。研究人员希望他们的见解最终能在通过阻断TRP受体的正常反应来缓解疼痛的药物方面取得突破(Hamilton 2015)。怀斯说，色氨酸受体的一个迷人之处在于，它们不仅对化合物有反应，而且对冷热温度也很敏感。
怀斯说，随着年龄的增长，人们的嗅觉和味觉往往会下降，从而导致食欲不振，因此触发化学刺激反应可能有助于使老年人的食物更美味。他指出:“很多人都在谈论用刺激物来调味，让老年人对食物更感兴趣，以帮助他们保持营养状况。”
味觉科学与产品开发
个人的口味偏好在出生前就开始形成了。生物心理学家Julie Mennella的一项经常被引用的Monell研究发现，在妊娠晚期或哺乳期间喝胡萝卜汁的孕妇所生的婴儿比那些母亲不喝胡萝卜汁的婴儿更喜欢胡萝卜味的谷物早餐(Mennella et al. 2001)。弗吉尼亚·特尔莫伦·洛夫莱斯(Virginia Utermohlen Lovelace)曾是一名儿科医生，最近退休的康奈尔大学(Cornell University)营养科学副教授指出，味蕾在胎儿12周大的时候就开始发育了。因为未出生的婴儿吞咽母亲的羊水，“他们正在品尝和体验母亲的饭菜，”她说。晚年的生活经历继续塑造偏好。只要问问那些在吃了某种特定的食物后就会患上严重食物中毒的人就知道了。
我们每个人都继承了一个基因库，这个基因库决定了我们能尝到和闻到什么。例如，Monell的新研究表明，甜味感知约30%受遗传影响(Monell 2015c)。舌头的解剖结构也起着作用;每个人的味蕾数量都不一样，味蕾密度会随着年龄的增长而降低。
至于气味感知，莫奈尔大学的研究人员怀斯举例说明了个体对雄甾烯酮(androstenone)(猪的交配信息素)气味的反应。怀斯说:“在特定的受体上存在着巨大的个体差异。”“如果你表达一种受体蛋白质，你就会对它敏感，而且它闻起来很难闻。如果你表现出另一种形式，你是不敏感的，在足够高的浓度下，它可能闻起来很好闻。”
怀斯继续说道:“可能任何特定的人都会对某些事情不敏感。“所以我们每个人都略微生活在自己的感官世界里。”
除了嗅觉，其他感官也会影响食物的味道。去年，康奈尔大学的丹多和研究生金伯利·燕发表了一项研究的结果，他们研究了与航空乘客在飞行中经历的噪音水平相当的噪音水平如何影响对五种基本味觉的感知。丹多和严发现，测试对象对咸、苦、酸味道的感知不受噪音影响，但噪音降低了对甜味的感知。在嘈杂环境中的受试者比在安静控制环境中的受试者更能感受到鲜味(Yan和Dando 2015年)。丹多说，因此，正在开发航空餐的公司可能会考虑在嘈杂的环境中测试他们的配方，并针对这种环境优化配方，以便更好地为航空旅客服务。
康奈尔大学助理教授“丹多”
丹多还对探索一个人的新陈代谢或运动水平可能影响味觉的方式感兴趣。“比如说，如果你体重增加了，你的口感会不同吗?”他问道。“或者你做过极限运动?”丹多认为，随着研究对这类因素如何影响口味提供了新的见解，它可能会为“为特定情况而不是为更广泛的公众量身定制”的食物打开大门。
考虑到个体感官感知的差异程度以及影响它的许多因素，创造出能够吸引每个人的产品是不可能的。Stuckey说，大多数产品开发人员的目标是50%左右的被称为味觉者的人群，这些人的味觉敏感度处于中间水平。斯塔基指出:“你设计的产品就是为了吸引这些人。“那些处于低端的人在味觉方面没有太多感知。它们不像超级味觉者那样挑剔。一般来说，你不会为超味觉者设计产品，因为他们太挑剔了，他们通常会自己找到产品。你是在为钟形曲线(正态分布)的中心设计。”
个体的感官差异也在很大程度上解释了为什么食品和饮料制造商在产品线中提供多种口味的重要性。斯塔基指出:“乐事薯片就是一个很好的例子，它几乎每隔几个月就会推出一种新的口味。”“如果你想吃超级辣的东西，他们有适合你的。如果你想要甜一点不那么辣的东西，他们有适合你的。如果你特别喜欢酸，他们有适合你的东西。”
感官专家预计，产品分类更加个性化的趋势将继续下去。这不仅从感官的角度来看是有道理的，而且还得到了食品行业趋势融合的支持——从在线零售(提供了一个比传统零售商在商店货架上库存的更大种类的产品)到创业公司的小众品牌的崛起。
斯塔基说:“我们现在在这个行业看到的是——这是一个非常宏观的趋势——大型食品品牌的垮台，这些品牌通常试图吸引所有人。”“取而代之的是这些规模较小的、有针对性的本地工匠品牌，这些品牌的受众比例较小，因此，因为他们没有试图专注于每个人，所以他们能够更好地瞄准特定的消费者。
“这是未来的潮流，”斯塔基说。“它永远不会回去了。我们不可能让美国的每户家庭都像60年代和70年代那样吃同样的东西。”当然，考虑到人口感官的多样性，这是完全有道理的。
莫奈尔的食品和饮料行业联系
尽管费城莫奈尔化学感官中心的研究人员仍然专注于基础研究(相对于面向行业的应用研究项目)，但该研究所与企业赞助商合作，后者提供资金，作为回报，他们可以尽早获得研究成果并参与教育项目。莫奈尔目前的赞助商名单上有大约45家公司，包括许多食品、饮料和香料行业的公司。工业提供了莫奈尔大约40%的资金，在一些联邦资金来源枯竭的情况下，这种支持尤为重要。
莫奈尔学院机构发展主管卡罗尔•克里斯滕森(Carol Christensen)表示:“这是与赞助商的一种很棒的双向合作关系。”“我们与他们分享味觉和嗅觉的新变化，他们与我们分享他们所面临的与化学感官有关的问题。”
莫奈尔目前的一个研究项目是由业界支持的，重点是咸味检测机制。另一项研究最近得出结论，调查了甜味的适应——研究为什么加糖的饮料比含无热量的高强度甜味剂的饮料甜味持续时间更长。
克里斯滕森指出:“我们研究了口腔中的甜味机制，其中一些探针是我们从未想过要使用的甜味剂。”这就是工业给我们的窗口。事实上，我们一起发现我们试过的其中一种甜味剂更像蔗糖而不是无热量的甜味剂。我们对此感到惊讶。”
接下来，克里斯滕森说，莫奈尔希望组建一个由行业赞助的联盟，探索对脂肪的感官感知。
味觉科学研究的快车道上
在圣地亚哥的生物科技公司Senomyx，味觉科学研究正在加速，以生产出各种口味调整成分，使甜味更甜，咸味更咸，苦味更淡。
该公司于1998年由味觉研究先驱查尔斯·祖克(Charles Zuker)和其他科学家创立，拥有一项模仿味蕾感受器功能的专利技术。该技术与高速检测流程一起使用，使Senomyx能够以远快于传统方法的速度筛选潜在的风味成分。
Senomyx食品科学和技术高级总监谭雅·迪特勋(Tanya Ditschun)解释说:“我们在Senomyx有化合物文库，里面有非常多样的不同分子，基本上，我们公司的平台是用一种检测方法筛选这些分子，我们表达这些味觉受体，这样我们就可以专注于受体和数十万或数百万不同分子之间的相互作用。”
迪特勋说，Senomyx可以在一周内筛选4万多种分子化合物，从而将传统上由感官味觉小组完成的大部分工作自动化。迪特勋说:“如果你把4万个杯子放在一个品尝小组成员面前，那你就成了一场噩梦。”然而，她补充说，一旦自动化方法识别出潜在的新口味成分，感官评价小组就会被用来改进筛选过程。
到目前为止，Senomyx已经将四种甜味调节剂、一种苦味阻断剂和两种咸味调节剂商业化，所有这些都是FEMA GRAS批准的。百事公司已宣布计划在Manzanita Sol(一种针对西班牙裔消费者的苹果味苏打水)中使用Senomyx的Sweetmyx甜味增强剂之一，并在两个测试市场中使用马克沙士(Latif 2015)。
迪特勋指出，Senomyx的Bittermyx苦味阻断剂和Sweetmyx甜味增强剂可以减少50%的糖分，还可以阻断一些健康但不太好吃的植物性化合物的苦味，从而促进多种健康产品的开发。她说:“食物中有很多有益健康的化合物，它们对我们有益，但味道不太好。”Senomyx的Savorymyx咸味增味剂允许产品开发人员减少配方中的味精。
该公司还在努力解开关于咸味感知的复杂科学，但到目前为止，这些努力都是难以捉摸的。迪特春说:“我们的目标是利用我们的味觉测试平台来验证一种负责盐味道的特定蛋白质。”
参考文献：
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原文出处：https://www.ift.org/news-and-publications/food-technology-magazine/issues/2016/may/features/science-of-taste
