Biology of Bitterness
Mở đầu To many people, grapefruit is palatable only when doused in sugar. Bitter blockers like adenosine monophosphate (AMP) could change that.
Với nhiều người, bưởi chỉ dễ ăn khi được rưới đường lên. Các chất chặn vị đắng như adenosine monophosphate (AMP) có thể thay đổi điều đó.
A. There is a reason why grapefruit juice is served in little glasses: most people don’t want to drink more than a few ounces at a time. Naringin, a natural chemical compound found in grapefruit, tastes bitter. Some people like that bitterness in small doses and believe it enhances the general flavor, but others would rather avoid it altogether. So juice packagers often select grapefruit with low naringin – though the compound has antioxidant properties that some nutritionists contend may help prevent cancer and arteriosclerosis.
Có lý do mà nước ép bưởi được rót ra ly nhỏ: hầu hết mọi người không muốn uống quá vài ounce mỗi lần. Naringin – một hợp chất tự nhiên có trong bưởi – mang vị đắng. Một số người thích vị đắng nhẹ trong liều lượng nhỏ vì cho rằng nó làm tăng hương vị tổng thể, nhưng người khác lại muốn tránh hoàn toàn. Vì vậy, các nhà sản xuất nước ép thường chọn những quả bưởi có hàm lượng naringin thấp, mặc dù hợp chất này có đặc tính chống oxy hóa mà một số chuyên gia dinh dưỡng cho rằng có thể giúp phòng ngừa ung thư và xơ vữa động mạch.
B. It is possible, however, to get the goodness of grapefruit juice without the bitter taste. I found that out by participating in a test conducted at the Linguagen Corporation, a biotechnology company in Cranbury, New Jersey. Sets of two miniature white paper cups, labeled 304 and 305, were placed before five people seated around a conference table. Each of us drank from one cup and then the other, cleansing our palates between tastes with water and a soda cracker. Even the smallest sip of cup 304 had grapefruit’s unmistakable bitter bite. But cup 305 was smoother; there was the sour taste of citrus but none of the bitterness of naringin. This juice had been treated with adenosine monophosphate, or AMP, a compound that blocks the bitterness in foods without making them less nutritious.
Tuy nhiên, vẫn có cách để thưởng thức nước ép bưởi mà không bị vị đắng. Tôi đã nhận ra điều này khi tham gia vào một thử nghiệm do Linguagen Corporation – một công ty công nghệ sinh học tại Cranbury, New Jersey – tổ chức. Hai chiếc cốc giấy trắng nhỏ, được dán nhãn 304 và 305, được đặt trước năm người ngồi quanh bàn họp. Mỗi người chúng tôi uống từ từng cốc, xen kẽ súc miệng với nước và một miếng bánh quy muối. Ngay cả ngụm nhỏ nhất từ cốc 304 cũng mang vị đắng đặc trưng của bưởi. Nhưng cốc 305 lại mềm mại hơn; có vị chua của cam quýt nhưng không có vị đắng của naringin. Nước ép này đã được xử lý bằng adenosine monophosphate (AMP), một hợp chất chặn vị đắng trong thực phẩm mà không làm giảm giá trị dinh dưỡng.
C. Taste research is a booming business these days, with scientists delving into all five basics – sweet, bitter, sour, salty, and umami (the savory taste of protein). Bitterness is of special interest to industry because of its untapped potential in food. There are thousands of bitter-tasting compounds in nature. They defend plants by warning animals away and protect animals by letting them know when a plant may be poisonous. But the system isn’t foolproof. Grapefruit and cruciferous vegetables like Brussels sprouts and kale are nutritious despite – and sometimes because of – their bitter-tasting components. Over time, many people have learned to love them, at least in small doses. “Humans are the only species that enjoys bitter taste,” says Charles Zuker, a neuroscientist at the University of California School of Medicine at San Diego. “Every other species is averse to bitter because it means bad news. But we have learned to enjoy it. We drink coffee, which is bitter, and quinine [in tonic water] too. We enjoy having that spice in our lives.” Because bitterness can be pleasing in small quantities but repellent when intense, bitter blockers like AMP could make a whole range of foods, drinks, and medicines more palatable – and therefore more profitable.
Nghiên cứu về vị giác hiện đang phát triển mạnh mẽ, khi các nhà khoa học khám phá năm vị cơ bản – ngọt, đắng, chua, mặn và umami (vị đậm đà của protein). Vị đắng đặc biệt thu hút ngành công nghiệp vì tiềm năng chưa được khai thác trong thực phẩm. Có hàng nghìn hợp chất có vị đắng trong tự nhiên. Chúng bảo vệ cây cối bằng cách cảnh báo động vật tránh xa và cũng bảo vệ động vật bằng cách cho biết khi nào một loài thực vật có thể độc hại. Tuy nhiên, hệ thống này không phải lúc nào cũng hiệu quả. Bưởi và các loại rau họ cải như súp lơ Brussels và cải xoăn lại bổ dưỡng mặc dù – và đôi khi chính nhờ – các thành phần có vị đắng. Theo thời gian, nhiều người đã học cách yêu thích chúng, ít nhất là ở liều lượng nhỏ. “Con người là loài duy nhất thích vị đắng,” Charles Zuker, một nhà thần kinh học tại Trường Y của Đại học California ở San Diego, nói. “Các loài khác đều ngại vị đắng vì nó báo hiệu điều xấu. Nhưng chúng ta đã học cách thưởng thức nó. Chúng ta uống cà phê (vị đắng) và cũng thích vị của quinine trong nước tonic. Chúng ta thích có chút ‘gia vị’ trong cuộc sống.” Vì vị đắng có thể dễ chịu khi nhẹ nhưng trở nên khó chịu khi quá đậm, nên các chất chặn vị đắng như AMP có thể làm cho nhiều loại thực phẩm, đồ uống và thuốc trở nên dễ dùng hơn – và từ đó có lợi về kinh tế.
D. People have varying capacities for tasting bitterness, and the differences appear to be genetic. About 75 percent of people are sensitive to the taste of the bitter compounds phenylthiocarbamide and 6‑n‑propylthiouracil, while 25 percent are insensitive. Those who are sensitive to phenylthiocarbamide seem to be less likely than others to eat cruciferous vegetables, according to Stephen Wooding, a geneticist at the University of Utah. Some people, known as supertasters, are especially sensitive to 6‑n‑propylthiouracil because they have an unusually high number of taste buds. Supertasters tend to shun all kinds of bitter-tasting things, including vegetables, coffee, and dark chocolate. Perhaps as a result, they tend to be thin. They’re also less fond of alcoholic drinks, which are often slightly bitter. For example, Dewar’s scotch tastes somewhat sweet to most people. “But a supertaster tastes no sweetness at all, only bitterness,” says Valerie Duffy, an associate professor of dietetics at the University of Connecticut at Storrs.
Mỗi người có khả năng cảm nhận vị đắng khác nhau và những khác biệt này dường như có nguồn gốc di truyền. Khoảng 75% người nhạy cảm với vị của các hợp chất đắng như phenylthiocarbamide và 6‑n‑propylthiouracil, trong khi 25% thì không. Những người nhạy cảm với phenylthiocarbamide dường như có xu hướng ít ăn các loại rau họ cải, theo lời của Stephen Wooding, một nhà di truyền học tại Đại học Utah. Một số người, được gọi là “supertasters”, đặc biệt nhạy cảm với 6‑n‑propylthiouracil vì họ có số lượng nụ vị bất thường cao. Supertasters thường tránh mọi thứ có vị đắng, bao gồm rau, cà phê và sô cô la đen. Có lẽ vì thế họ thường gầy và cũng kém yêu thích đồ uống có cồn – vốn có vị hơi đắng. Ví dụ, Dewar’s scotch có vị hơi ngọt đối với hầu hết mọi người, nhưng với một supertaster thì chỉ có vị đắng hiện lên.
E. In one recent study, Duffy found that supertasters consume alcoholic beverages, on average, only two to three times a week, compared with five or six times for the average nontaster. Each taste bud, which looks like an onion, consists of 50 to 100 elongated cells running from the top of the bud to the bottom. At the top is a little clump of receptors that capture the taste molecules, known as tastants, in food and drink. The receptors function much like those for sight and smell. Once a bitter signal has been received, it is relayed via proteins known as G proteins. The G protein involved in the perception of bitterness, sweetness, and umami was identified in the early 1990s by Linguagen’s founder, Robert Margolskee, at Mount Sinai School of Medicine in New York City. Known as gustducin, the protein triggers a cascade of chemical reactions that lead to changes in ion concentrations within the cell. Ultimately, this delivers a signal to the brain that registers as bitter. “The signaling system is like a bucket brigade,” Margolskee says. “It goes from the G protein to other proteins.”
Trong một nghiên cứu gần đây, Duffy nhận thấy rằng supertasters trung bình chỉ uống đồ có cồn từ hai đến ba lần mỗi tuần, so với năm hoặc sáu lần của người không phải supertaster. Mỗi nụ vị, nhìn giống như một củ hành, bao gồm 50 đến 100 tế bào dài chạy từ đỉnh đến đáy. Phía trên cùng có một cụm các thụ thể bắt các phân tử tạo vị – được gọi là tastants – trong thực phẩm và đồ uống. Các thụ thể hoạt động tương tự như các cơ chế của thị giác và khứu giác. Ngay khi tín hiệu đắng được nhận, nó được chuyển qua các protein gọi là G protein. G protein liên quan đến cảm nhận vị đắng, ngọt và umami đã được xác định vào đầu những năm 1990 bởi Robert Margolskee, người sáng lập Linguagen, tại Trường Y Mount Sinai ở New York. Protein này, được gọi là gustducin, kích hoạt một chuỗi phản ứng hóa học dẫn đến thay đổi nồng độ ion trong tế bào. Cuối cùng, nó truyền tín hiệu lên não, khiến chúng ta cảm nhận vị đắng. “Hệ thống truyền tín hiệu giống như một đội quân chuyển nước,” Margolskee nói. “Nó chuyển từ G protein sang các protein khác.”
F. In 2000, Zuker and others found some 30 different kinds of genes that code for bitter-taste receptors. “We knew the number would have to be large because there is such a large universe of bitter tastants,” Zuker says. Yet no matter which tastant enters the mouth or which receptor it attaches to, bitter always tastes the same to us. The only variation derives from its intensity and the ways in which it can be flavored by the sense of smell. “Taste cells are like a light switch,” Zuker says. “They are either on or off.”
Vào năm 2000, Zuker cùng các đồng nghiệp phát hiện ra khoảng 30 loại gen khác nhau mã hóa cho các thụ thể vị đắng. “Chúng tôi biết số lượng phải lớn vì vũ trụ các chất tạo vị đắng rất khổng lồ,” Zuker nói. Tuy nhiên, bất kể chất tạo vị nào đi vào miệng hay thụ thể nào nó gắn vào, vị đắng luôn như nhau đối với chúng ta. Sự khác biệt chỉ đến từ cường độ và cách mà vị đó có thể được thay đổi bởi khứu giác. “Các tế bào vị giống như công tắc điện,” Zuker nói. “Chúng hoặc bật hoặc tắt.”
G. Once scientists figured out the taste mechanism, they began to think of ways to interfere with it. They tried AMP, an organic compound found in breast milk and other substances that is created as cells break down food. AMP has no bitterness of its own, but when put in foods, Margolskee and his colleagues discovered it attaches to bitter-taste receptors. As effective as it is, AMP may not be able to dampen every type of bitter taste, because it probably doesn’t attach to all 30 bitter-taste receptors. So Linguagen has scaled up the hunt for other bitter blockers with a technology called high‑throughput screening. Researchers start by coaxing cells in culture to activate bitter‑taste receptors. Then candidate substances, culled from chemical compound libraries, are dropped onto the receptors, and scientists look for evidence of a reaction.
Khi các nhà khoa học đã hiểu cơ chế vị giác, họ bắt đầu nghĩ đến cách can thiệp vào nó. Họ đã thử AMP – một hợp chất hữu cơ có trong sữa mẹ và các chất khác, được tạo ra khi tế bào phân hủy thức ăn. AMP không có vị đắng riêng, nhưng khi được cho vào thực phẩm, Margolskee và các đồng nghiệp nhận thấy rằng nó gắn vào các thụ thể vị đắng. Mặc dù có hiệu quả, AMP có thể không làm giảm được tất cả các loại vị đắng vì có lẽ nó không gắn vào tất cả 30 thụ thể vị đắng. Vì vậy, Linguagen đã mở rộng cuộc săn tìm các chất chặn vị đắng khác bằng công nghệ “high‑throughput screening”. Các nhà nghiên cứu bắt đầu bằng cách kích thích tế bào nuôi cấy để các thụ thể vị đắng hoạt động. Sau đó, các hợp chất ứng cử – được lựa chọn từ các thư viện hóa học – được cho vào và các nhà khoa học quan sát sự phản ứng.
H. In time, some taste researchers believe compounds like AMP will help make processed foods less unhealthy. Consider, for example, that a single cup of Campbell’s chicken noodle soup contains 850 milligrams of sodium chloride (table salt) – more than a third of the recommended daily allowance. The salt masks the bitterness created by the high temperatures used in the canning process, which cause sugars and amino acids to react. Part of the salt could be replaced by another salt, potassium chloride, which tends to be scarce in some people’s diets. Potassium chloride has a bitter aftertaste, but that could be eliminated with a dose of AMP. Bitter blockers could also be used in place of cherry or grape flavoring to take the harshness out of children’s cough syrup, and they could dampen the bitterness of antihistamines, antibiotics, certain HIV drugs, and other medications.
Theo thời gian, một số nhà nghiên cứu vị giác tin rằng các hợp chất như AMP sẽ giúp làm cho thực phẩm chế biến trở nên ít gây hại cho sức khỏe. Ví dụ, một cốc súp gà Campbell chứa 850 miligam natri clorua (muối ăn) – hơn một phần ba liều khuyến nghị hàng ngày. Muối che giấu vị đắng do nhiệt độ cao trong quá trình đóng hộp làm cho đường và axit amin phản ứng. Một phần muối có thể được thay thế bằng muối khác – potassium chloride, vốn hiếm ở một số người. Potassium chloride có vị đắng sau khi tan, nhưng điều này có thể được loại bỏ bằng một liều AMP. Các chất chặn vị đắng cũng có thể được dùng thay cho hương vị anh đào hay nho để làm dịu vị gắt của thuốc ho cho trẻ em, và có thể làm giảm vị đắng của các loại thuốc như kháng histamine, kháng sinh, một số thuốc HIV và các loại dược phẩm khác.
I. A number of foodmakers have already begun to experiment with AMP in their products, and other bitter blockers are being developed by rival firms such as Senomyx in La Jolla, California. In a few years, perhaps, after food companies have taken the bitterness from canned soup and TV dinners, they can set their sights on something more useful: a bitter blocker in a bottle that any of us can sprinkle on our Brussels sprouts or stir into our grapefruit juice.
Một số nhà sản xuất thực phẩm đã bắt đầu thử nghiệm sử dụng AMP trong sản phẩm của họ, và các chất chặn vị đắng khác cũng đang được phát triển bởi các công ty đối thủ như Senomyx tại La Jolla, California. Có lẽ chỉ trong vài năm tới, sau khi các công ty thực phẩm loại bỏ được vị đắng từ súp đóng hộp và bữa ăn nhanh, họ sẽ hướng đến mục tiêu hữu ích hơn: một chất chặn vị đắng dạng dung dịch có thể rắc lên súp lơ Brussels hay pha vào nước ép bưởi của chúng ta.