طعم اومامی چیست؟

مقدمه

طعم یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های حسی مواد غذایی است و نقش اساسی در پذیرش یا رد یک ماده غذایی دارد. در ابتدا، چهار کیفیت اصلی چشایی شامل شیرین، شور، ترش و تلخ در نظر گرفته می‌شد؛ اما امروزه اومامی به‌عنوان پنجمین کیفیت اصلی چشایی به‌طور گسترده پذیرفته شده است. اومامی واژه‌ای ژاپنی است که معمولاً برای توصیف یک احساس چشایی عمیق، گوشتی و ماندگار به‌کار می‌رود. با این حال، معادل دقیق انگلیسی یا فارسی برای آن وجود ندارد و ترجمه‌هایی مانند «خوش‌طعمی» یا «طعم گوشتی» تنها بخشی از ویژگی آن را بیان می‌کنند. مطالعات علمی نشان داده‌اند که اومامی یک کیفیت چشایی مستقل است و صرفاً نتیجه ترکیب سایر مزه‌ها نیست. کشف علمی اومامی به سال 1908 بازمی‌گردد؛ زمانی که Kikunae Ikeda ماده مسئول ویژگی چشایی عصاره کومبو را بررسی کرد و دریافت که گلوتامات نقش اصلی را در ایجاد این حس دارد. او این ویژگی را «umami» نامید. بعدها مشخص شد که برخی نوکلئوتیدها، به‌خصوص IMP و GMP، نیز می‌توانند اومامی ایجاد کنند و مهم‌تر از آن، حضور همزمان گلوتامات و این نوکلئوتیدها موجب تقویت چشمگیر ادراک اومامی می‌شود. از دیدگاه صنایع غذایی، اومامی اهمیت ویژه‌ای دارد؛ زیرا ترکیبات ایجادکننده آن به‌طور طبیعی در بسیاری از مواد غذایی وجود دارند و می‌توان با کنترل فرایندهایی مانند تخمیر، رسیدگی، پخت، هیدرولیز پروتئین و استخراج، میزان آنها را تغییر داد.

1. اومامی دقیقاً چیست؟

اومامی یک کیفیت چشایی است و این موضوع از نظر شیمی غذا اهمیت زیادی دارد. برای مثال، همان‌گونه که «شوری» ناشی از یک ماده واحد نیست و عمدتا با یون‌ها، به‌خصوص سدیم، ارتباط دارد، اومامی نیز از برهم‌کنش سیستم چشایی با گروهی از ترکیبات شیمیایی ایجاد می‌شود. مهم‌ترین مولکول ایجادکننده اومامی L-glutamic acid و شکل یونی آن، L-glutamate، است. در شرایط غذایی، گلوتامیک اسید می‌تواند به‌صورت‌های مختلف یونیزه وجود داشته باشد و pH محیط بر وضعیت یونی آن تاثیر می‌گذارد. نمک سدیمی گلوتامات یعنی monosodium glutamate (MSG) نیز به‌عنوان یکی از شناخته‌شده‌ترین مواد ایجادکننده اومامی در صنایع غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با این حال، اومامی را نباید به MSG محدود کرد. گلوتامات آزاد به‌طور طبیعی در مواد غذایی متعددی مانند گوجه‌فرنگی، قارچ، پنیرهای کهنه، گوشت، ماهی، جلبک دریایی و برخی محصولات تخمیری وجود دارد. علاوه بر گلوتامات، IMP و GMP نیز از ترکیبات مهم اومامی هستند.

2. شیمی اومامی

2.1. گلوتامات

گلوتامات از نظر شیمیایی شکل آنیونی اسید آمینه گلوتامیک اسید است. ساختار آن شامل یک گروه آمین و دو گروه کربوکسیلیک است. در پروتئین‌های مواد غذایی، گلوتامات عمدتاً به شکل بخشی از زنجیره پلی‌پپتیدی وجود دارد و لزوما همان اثر چشایی گلوتامات آزاد را ایجاد نمی‌کند. زمانی که پروتئین‌ها طی فرایندهایی مانند  proteolysis، تخمیر، رسیدگی یا هیدرولیز آنزیمی تجزیه می‌شوند، اسیدهای آمینه آزاد افزایش می‌یابند. بنابراین، آزاد شدن گلوتامات از پروتئین‌ها می‌تواند به افزایش پتانسیل اومامی ماده غذایی منجر شود. این موضوع یکی از دلایل علمی افزایش طعم اومامی در مواد غذایی تخمیری و رسیده است.

2.2. نوکلئوتیدهای ایجادکننده طعم اومامی

گروه مهم دیگر ترکیبات اومامی، 5′-ریبونکلئوتیدها هستند. دو ترکیب مهم از این دسته عبارت‌اند از:

IMP: Inosine 5′-monophosphate

GMP: Guanosine 5′-monophosphate

این ترکیبات از نظر ساختاری از مشتقات نوکلئوتیدی هستند و در بافت‌های حیوانی و بسیاری از مواد غذایی وجود دارند. IMP به‌خصوص در گوشت و ماهی اهمیت دارد، در حالی که GMP در برخی قارچ‌ها و مواد غذایی گیاهی و تخمیری نقش مهمی دارد. نکته مهم این است که نوکلئوتیدها فقط به‌عنوان ترکیبات ایجادکننده اومامی اهمیت ندارند، بلکه نقش اصلی آنها در تقویت اثر گلوتامات است و می‌توان گفت این پدیده یکی از مهم‌ترین اصول شیمی اومامی محسوب می‌شود.

3. گیرنده‌های طعم اومامی در انسان

درک اومامی در سطح زبان با اتصال مولکول‌های چشایی به گیرنده‌های اختصاصی آغاز می‌شود. مهم‌ترین گیرنده شناخته‌شده، یک گیرنده جفت‌شده با پروتئین G یا G protein-coupled receptor (GPCR) است که از دو زیرواحد تشکیل می‌شود:

TAS1R1 + TAS1R3

این گیرنده نقش مهمی در شناسایی گلوتامات و سایر اسیدهای آمینه دارد و در حضور نوکلئوتیدها پاسخ آن تقویت می‌شود. مطالعات مولکولی نشان داده‌اند که ویژگی ساختاری مولکول، از جمله اندازه، بار، آب‌گریزی و گروه‌های عاملی، بر توانایی آن برای برهم‌کنش با گیرنده تأثیر می‌گذارد. اما با این حال، نباید چنین تصور کرد که تنها یک گیرنده مسئول تمام جنبه‌های اومامی است. شواهد تجربی،  نقش گیرنده‌های متابوتروپیک گلوتامات مانند mGluR1 و mGluR4 را نیز تایید کرده‌اند. بنابراین می‌توان گفت، مدل حسی اومامی در انسان، بیشتر یک سیستم چندگیرنده‌ای است. پس از اتصال ترکیبات اومامی به گیرنده، یک مسیر پیام‌رسانی داخل ‌سلولی فعال می‌شود. در گیرنده‌های  GPCR، فعال شدن پروتئین‌های G به تحریک مسیرهای پیام‌رسانی پایین‌دستی منجر می‌شود. یکی از مسیرهای مهم شامل فعال شدن phospholipase C β2 (PLCβ2) و تولید پیام‌رسان‌های ثانویه از جمله inositol trisphosphate (IP3)  است. IP3 باعث آزاد شدن Ca²⁺ از ذخایر داخل سلولی می‌شود. افزایش کلسیم داخل سلولی در ادامه به فعال شدن کانال TRPM5 کمک می‌کند. تغییر پتانسیل غشای سلول چشایی و آزاد شدن ATP در نهایت موجب انتقال پیام به فیبرهای عصبی مرتبط با چشایی می‌شود.

این زنجیره را می‌توان به‌صورت ساده چنین بیان کرد:

Umami ligand → TAS1R1/TAS1R3 → G-protein signaling → PLCβ2 → IP3 → Ca²⁺ release → TRPM5 → depolarization → ATP release → gustatory nerve signaling

این فرآیند نشان می‌دهد که طعم اومامی صرفا یک پدیده شیمیایی در غذا نیست؛ و می‌توان گفت نتیجه تعامل میان مولکول غذایی، گیرنده سلولی، انتقال پیام عصبی و پردازش مغزی است.

4. چرا گلوتامات و IMP با هم طعم اومامی قوی‌تری ایجاد می‌کنند؟

یکی از جذاب‌ترین جنبه‌های شیمی اومامی، هم‌افزایی (synergism) میان گلوتامات و نوکلئوتیدهاست. گیرنده اصلی اومامی یعنی TAS1R1/TAS1R3  می‌تواند به اسیدهای آمینه مانند گلوتامات پاسخ دهد.

حضور IMP یا GMP می‌تواند پاسخ این گیرنده به گلوتامات را به شکل قابل‌توجهی افزایش دهد. در مطالعات حسی، این اثر هم‌افزایی به‌طور قابل‌توجهی گزارش شده است. تحقیقات نشان داده‌اند که در انسان، پاسخ به مخلوط گلوتامات و IMP می‌تواند به‌مراتب بیشتر از پاسخ به گلوتامات به‌تنهایی باشد. از دیدگاه صنایع غذایی، این پدیده اهمیت بسیار زیادی دارد. به‌جای افزایش مقدار MSG، می‌توان با استفاده از یک سیستم متعادل از گلوتامات و نوکلئوتیدها، شدت اومامی را افزایش داد. این اصل در طراحی فرمولاسیون بسیاری از طعم‌دهنده‌های غذایی مورد توجه قرار گرفته است.

5. منابع طبیعی طعم اومامی

ترکیبات اومامی در مواد غذایی مختلف پراکنده‌اند و غلظت آن‌ها تحت‌تأثیر گونه، مرحله رسیدگی، شرایط نگهداری و فرآوری قرار می‌گیرد.

مواد غذایی غنی از گلوتامات آزاد:

• گوجه‌فرنگی رسیده
• پنیرهای کهنه
• قارچ
• جلبک دریایی
• سس سویا
• برخی فرآورده‌های تخمیری
• عصاره‌های گیاهی
• گوشت و ماهی

مواد غذایی غنی از  IMP:

• گوشت قرمز
• مرغ
• ماهی

مواد غذایی دارایGMP:

GMP  در برخی منابع گیاهی، قارچ‌ها و فرآورده‌های تخمیری وجود دارد.

همانطور که اشاره شد، ترکیب مواد غذایی مختلف می‌تواند یک سیستم اومامی پیچیده ایجاد کند؛ برای مثال، ترکیب یک ماده غنی از گلوتامات با یک ماده غنی از IMP می‌تواند به دلیل هم‌افزایی گیرنده‌ای، شدت اومامی را افزایش دهد.

6. نقش فرآوری مواد غذایی و ماتریس غذایی در ایجاد اومامی

از دیدگاه شیمی و فناوری مواد غذایی، شدت اومامی یک ماده غذایی فقط به مقدار ترکیبات اومامی موجود در ماده اولیه وابسته نیست؛ بلکه به میزان آزادسازی، تولید، تخریب و برهم‌کنش این ترکیبات در طول فرآوری نیز بستگی دارد. در مواد غذایی، بخش قابل‌توجهی از گلوتامات در ساختار پروتئین‌ها قرار دارد و بنابراین تا زمانی که پروتئولیز اتفاق نیفتاده باشد، الزاما به شکل free L-glutamate  در دسترس گیرنده‌های چشایی قرار نمی‌گیرد. همچنین ترکیباتی مانند IMP و GMP تحت تاثیر فعالیت آنزیمی، شرایط حرارتی و نگهداری قرار می‌گیرند. در نتیجه، فرآیندهایی مانند تخمیر، رسیدگی، هیدرولیز آنزیمی، پخت و استخراج می‌توانند پروفایل ترکیبات مسئول اومامی را به‌طور قابل‌توجهی تغییر دهند.

از منظر صنعتی، بهتر است اومامی را یک ویژگی وابسته به فرآیند (process-dependent sensory attribute) در نظر گرفت؛ یعنی نوع و شدت فرآوری می‌تواند تعیین کند چه مقدار از پیش‌سازهای اومامی به ترکیبات فعال چشایی تبدیل شوند و در نهایت چه شدت حسی ایجاد شود.

6.1. تخمیر

تخمیر یکی از مهم‌ترین فرآیندهای صنایع غذایی برای افزایش ترکیبات مرتبط با اومامی است. در بسیاری از مواد غذایی تخمیری، میکروارگانیسم‌ها از طریق تولید آنزیم‌های خارج‌سلولی و داخل‌سلولی، پروتئین‌های موجود در ماده اولیه را تجزیه می‌کنند. این فرآیند که تحت عنوان proteolysis شناخته می‌شود، موجب شکسته‌شدن پیوندهای پپتیدی و تشکیل پپتیدهای کوتاه‌تر و در مراحل بعدی اسیدهای آمینه آزاد می‌شود. در این میان، آزاد شدن L-glutamate اهمیت ویژه‌ای دارد. پروتئین‌های گیاهی و حیوانی حاوی مقدار قابل‌توجهی اسید گلوتامیک هستند، اما گلوتامات موجود در ساختار پروتئین مستقیما همان اثر حسی گلوتامات آزاد را ندارد. با هیدرولیز پروتئین، گلوتامات از زنجیره پروتئینی آزاد شده و در فاز آبی محصول قرار می‌گیرد؛ در نتیجه، قابلیت دسترسی آن برای تعامل با گیرنده‌های چشایی افزایش پیدا می‌کند. برای مثال، در تولید سس سویا، دانه سویا و سایر مواد اولیه ابتدا تحت فرآیندهای آنزیمی و میکروبی قرار می‌گیرند. آنزیم‌های پروتئولیتیک تولیدشده توسط میکروارگانیسم‌ها، پروتئین‌های سویا را به پپتیدها و اسیدهای آمینه تبدیل می‌کنند. در طول تخمیر و رسیدگی، غلظت اسیدهای آمینه آزاد، از جمله گلوتامات، افزایش می‌یابد. به همین دلیل، سس سویا علاوه بر ترکیبات عطری ناشی از تخمیر، دارای ظرفیت بالایی برای ایجاد حس اومامی است.

این مکانیسم در بسیاری از فرآورده‌های تخمیری دیگر نیز اهمیت دارد؛ از جمله:

• سس‌های تخمیری
• فرآورده‌های تخمیری حاوی پروتئین سویا
• برخی فرآورده‌های ماهی تخمیری
• خمیرهای تخمیری
• برخی محصولات پروتئینی تخمیری

از دیدگاه مهندسی فرآیند، میزان اومامی حاصل از تخمیر تابع عواملی مانند سویه میکروبی، فعالیت آنزیم‌های پروتئولیتیک، pH، دما، زمان تخمیر، رطوبت و ترکیب ماده اولیه است. بنابراین، افزایش زمان تخمیر لزوما به معنی افزایش نامحدود طعم اومامی نیست و اگر فرآیند بیش از حد ادامه پیدا کند، ممکن است تعادل میان ترکیبات مطلوب و نامطلوب تغییر کرده و ترکیبات حاصل از تجزیه بیش از حد پروتئین یا متابولیسم اسیدهای آمینه، ویژگی حسی محصول را نامطلوب کند.

6.2. رسیدگی

Ripening  یا رسیدگی نیز یکی از فرآیندهای مهم در ایجاد طعم اومامی است. این موضوع در محصولاتی مانند پنیرهای کهنه و برخی فرآورده‌های گوشتی اهمیت ویژه‌ای دارد. در پنیر، پروتئولیز در طول دوره رسیدگی ادامه پیدا می‌کند و پروتئین‌های اصلی شیر، به‌خصوص کازئین، ابتدا توسط پروتئازها به پپتیدهای بزرگ‌تر و سپس توسط پپتیدازها به پپتیدهای کوچک‌تر و اسیدهای آمینه آزاد تبدیل می‌شود. در نتیجه، با افزایش زمان رسیدگی، ترکیبات نیتروژنه محلول و اسیدهای آمینه آزاد افزایش پیدا می‌کنند. گلوتامات آزاد حاصل از این فرآیند می‌تواند در افزایش اومامی نقش داشته باشد. با این حال، طعم  پنیر تنها حاصل اومامی نیست. اسیدهای آمینه آزاد، اسیدهای چرب آزاد، ترکیبات فرار، ترکیبات حاصل از متابولیسم میکروبی و ترکیبات حاصل از واکنش‌های شیمیایی همگی در شکل‌گیری طعم نهایی نقش دارند.

در محصولات گوشتی نیز پروتئولیز و تغییرات نوکلئوتیدی اهمیت دارند. در بافت عضلانی، ATP  پس از مرگ حیوان وارد مسیر تجزیه نوکلئوتیدی می‌شود و ترکیباتی مانند ADP، AMP  و در ادامه IMP ایجاد می‌شوند. IMP یکی از مهم‌ترین ترکیبات مرتبط با اومامی در گوشت تازه است. در ادامه نگهداری، IMP  می‌تواند به ترکیبات دیگری مانند inosine و hypoxanthine تجزیه شود که از نظر حسی اثر مشابهی ندارند. بنابراین، زمان نگهداری و شرایط پس از کشتار می‌تواند پروفایل اومامی گوشت را تغییر دهد. این مسئله نشان می‌دهد که در محصولات گوشتی، فقط مقدار گلوتامات مهم نیست؛ بلکه نسبت و وضعیت ترکیبات نوکلئوتیدی نیز اهمیت دارد.

6.3. پخت

پخت نیز می‌تواند از طریق تغییرات ساختاری پروتئین‌ها و آزادسازی برخی ترکیبات بر ادراک اومامی تاثیر بگذارد. البته باید میان اومامی و طعم کلی حاصل از واکنش‌های حرارتی تمایز قائل شد چراکه واکنش میلارد، کاراملیزاسیون و تشکیل ترکیبات فرار می‌توانند شدت طعم کلی غذا را افزایش دهند، اما خود آنها به‌معنای ایجاد طعم پایه اومامی نیستند. لازم به ذکر است که شدت ادراک اومامی تنها به غلظت گلوتامات وابسته نیست و ماتریس غذا می‌تواند نقش مهمی در درک این طعم داشته باشد.

عوامل مؤثر ماتریس بر طعم عبارتند از:

• pH
• قدرت یونی
• میزان نمک
• پروتئین
• چربی
• ویسکوزیته
• ترکیبات معطر
• وجود سایر مزه‌ها
• غلظت گلوتامات و نوکلئوتیدها
• دما

بنابراین ممکن است دو محصول دارای غلظت یکسان گلوتامات باشند، اما شدت اومامی یکسانی نداشته باشند. این مسئله یکی از دلایلی است که اندازه‌گیری اومامی در مواد غذایی واقعی پیچیده‌تر از اندازه‌گیری یک ترکیب شیمیایی است. مقالات تخصصی نیز تاکید کرده‌اند که ارزیابی شدت اومامی در ماتریس‌های غذایی پیچیده همچنان یک چالش مهم حسی و تحلیلی است.

7. میلارد و اومامی؟!

یکی از نکات مهم در تحلیل شیمیایی طعم این است که واکنش میلارد را نباید مستقیما به‌عنوان عامل ایجاد اومامی معرفی کرد، چراکه واکنش میلارد بین گروه‌های کربونیل قندهای احیاکننده و گروه‌های آمینی ترکیباتی مانند اسیدهای آمینه و پروتئین‌ها رخ می‌دهد و این واکنش مجموعه بزرگی از ترکیبات را ایجاد می‌کند که می‌توانند به رنگ قهوه‌ای، عطر و طعم پیچیده در مواد غذایی منجر شوند. در گوشت سرخ‌شده، نان، قهوه و بسیاری از مواد غذایی حرارت‌دیده، واکنش میلارد ترکیبات فراری تولید می‌کند که می‌توانند ویژگی‌هایی مانند:

• Roasted: بریان‌شده، تفت‌داده، بو داده
• Meaty: گوشتی / مزه‌ی گوشت‌گونه
• Nutty: مغزی / طعم مغزها (مانند بادام، گردو، فندق)
• Toasted: برشته‌شده / تفت‌خورده
• Caramel-like: شبیه به کارامل / کاراملی / با طعم شکر سوخته

ایجاد کنند. اما این ویژگی‌ها معادل طعم اومامی نیستند. برای مثال، یک استیک سرخ‌شده ممکن است به دلیل هم‌زمانی چند پدیده، طعم بسیار عمیقی داشته باشد:

• اومامی به دلیل: گلوتامات و IMP
• عطر و طعم گوشتی به دلیل: واکنش میلارد

آن‌چه مصرف‌کننده در نهایت تجربه می‌کند، ترکیبی از نتایج این مسیرهاست. بنابراین، در علم غذا باید میان مزه و طعم تمایز قائل شد.

8. ارزیابی اومامی در مواد غذایی

ارزیابی اومامی را می‌توان از دو دیدگاه حسی و تحلیلی بررسی کرد.

در ارزیابی حسی، روش‌هایی مانند:

• descriptive analysis
• sensory profiling
• threshold determination
• paired comparison
• ranking
• time-intensity analysis

قابل استفاده هستند.

از طرف دیگر، اندازه‌گیری ترکیبات مسئول اومامی می‌تواند با روش‌های شیمیایی و دستگاهی انجام شود. برای مثال، اندازه‌گیری گلوتامات و نوکلئوتیدها می‌تواند با روش‌های کروماتوگرافی، به‌خصوص HPLC، انجام شود.

جمع‌بندی

اومامی یک کیفیت چشایی مستقل و دارای مبنای مولکولی مشخص است که مهم‌ترین ترکیبات ایجادکننده آن  L-glutamate، IMP  و GMP هستند. گلوتامات می‌تواند مستقیماً گیرنده‌های اومامی را فعال کند، در حالی‌که نوکلئوتیدهای 5′-ریبونوکلئوتیدی، به‌ویژه IMP و GMP، قادرند پاسخ گیرنده به گلوتامات را به شکل چشمگیری تقویت کنند. گیرنده TAS1R1/TAS1R3 مهم‌ترین گیرنده شناخته‌شده در سیستم اومامی است، اما شواهد موجود مشارکت گیرنده‌های دیگری مانند mGluR1 و  mGluR4 را نیز تأیید می‌کنند. پس از فعال شدن گیرنده، مسیرهای پیام‌رسانی داخل سلولی شامل  PLCβ2، IP3، Ca²⁺ و TRPM5 در انتقال پیام چشایی نقش دارند. از دیدگاه شیمی غذا، نکته کلیدی این است که اومامی یک ویژگی وابسته به یک ماده منفرد نیست و غلظت و شکل شیمیایی ترکیبات، نسبت گلوتامات به نوکلئوتیدها، pH، ماتریس غذایی، پروتئین، چربی، نمک و ترکیبات فرار همگی می‌توانند بر تجربه نهایی اثر بگذارند. همین ویژگی اومامی را به یکی از موضوعات مهم در صنایع غذایی مدرن تبدیل کرده است. توسعه غذاهای کم‌نمک، محصولات گیاهی، جایگزین‌های گوشت، غذاهای تخمیری و فرمولاسیون‌های جدید طعم‌دهنده همگی از شناخت دقیق شیمی و فیزیولوژی اومامی بهره می‌برند. در نهایت، اومامی را نباید صرفا «طعم گوشت» یا «طعم MSG» دانست. تعریف علمی دقیق‌تر آن، یک کیفیت چشایی ناشی از برهم‌کنش ترکیباتی عمدتاً مانند گلوتامات و 5′-ribonucleotides با سامانه گیرنده‌ای چشایی انسان است که در ماتریس غذایی می‌تواند با سایر مزه‌ها و احساسات دهانی برهم‌کنش داشته باشد.

منابع

1. The flavor-enhancing action of glutamate and its mechanism involving the notion of kokumi

2. New insight into umami receptor, umami/umami-enhancing peptides and their derivatives: A review

3. Molecular insights into human taste perception and umami tastants: A review

نویسنده: سیده نرگس پزشک‌نژاد

دانلود PDF مقاله