Sie mögen keinen bitteren Geschmack? Lassen Sie sich zuerst von der Maschine „verkosten“

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Denovo Team

Hersteller: China Science Expo

Wenn wir über den Geschmack von Lebensmitteln sprechen, denken wir oft an sauer, süß, bitter, salzig, frisch usw., wobei Bitterkeit oft am wenigsten beliebt ist. Tatsächlich ist ein biologisches Molekül namens Bitterpeptid einer der wichtigen Faktoren, die Bitterkeit in Lebensmitteln verursachen. Um den gewünschten Geschmack der Lebensmittel zu erreichen, hat man versucht, diese bitteren Peptide zu stimulieren oder zu hemmen.

Warum schmecken Menschen bitter?

Menschen und andere Säugetiere verfügen über hochentwickelte Sinnessysteme, wobei der Geschmackssinn in vielerlei Hinsicht eine wichtige Rolle spielt. Unter ihnen ist die Wahrnehmung von Bitterkeit hauptsächlich auf einen bestimmten Typ von Zelloberflächenrezeptoren zurückzuführen, die auf der Zunge, im Rachen und anderen geschmacksrelevanten Geweben im Mund vorhanden sind – die TAS2R-Geschmacksrezeptoren .

Bei diesen Rezeptoren handelt es sich um eine Art G-Protein-gekoppelter Rezeptoren (GPCRs), die bestimmte Arten bitterer Moleküle erkennen und daran binden können. Wenn diese Bindung auftritt, aktiviert sie eine Reihe von Signalwegen innerhalb der Zelle, einschließlich der Aktivierung von cAMP und Kalziumkanälen. Diese Signale werden schließlich an das Geschmackszentrum des Gehirns weitergeleitet, wo durch weitere Informationsverarbeitung ein subjektives Bittergefühl entsteht.

TAS2Rs-Geschmacksrezeptoren in der Körperhöhle binden Bittermoleküle

(Bildquelle: Vom Autor mithilfe von KI erstellt)

Was sind also die Bitterpeptide, die die Wahrnehmung von Bitterkeit auslösen?

Dies muss mit Peptiden beginnen.

Peptide sind eine Art biologisches Makromolekül, das aus zwei oder mehr Aminosäuren besteht, die durch Peptidbindungen (-CO-NH-) verbunden sind. Diese Verknüpfung erfolgt zwischen der Carboxylgruppe (-COOH) einer Aminosäure und der Aminogruppe (-NH2) einer anderen Aminosäure.

Man kann sich Aminosäuren wie Perlen vorstellen. Wenn man die Perlen mit kurzen Schnüren aneinanderreiht, werden sie zu Polypeptiden. Wenn das Peptid lang genug ist, faltet es sich zu dem uns bekannten Protein.

Aminosäuren sind wie Perlen, Peptide wie kurze Perlenarmbänder und Proteine ​​wie lange, gestapelte Perlenketten.

(Bildquelle: Vom Autor mithilfe von KI erstellt)

Peptide haben vielfältige Funktionen in Organismen. Sie können als Signalmoleküle fungieren und an verschiedenen biologischen Prozessen wie der Immunantwort und der Hormonregulierung beteiligt sein.

Bitterpeptide sind eine besondere Art von Peptiden. Es handelt sich dabei um kleine Molekülpeptide, die durch die Stimulation der Geschmacksknospen ein Bittergefühl in uns hervorrufen . Die Struktur und Länge dieser Bitterpeptide kann variieren. Normalerweise werden Proteine ​​in Lebensmitteln während der Verarbeitung, Lagerung oder Verdauung hydrolysiert, um diese kurzen Peptide zu produzieren.

Daher enthalten fermentierte Produkte wie Bohnenkuchen, Sojasauce, Käse, Kaviar und viele natürliche Lebensmittel eine große Menge an bitteren Peptiden. Einige Nahrungsmittel produzieren nach der Proteasehydrolyse in unserem Mund auch bittere Peptide.

Biologische Funktionen von Bitterpeptiden

Bitterpeptide haben typischerweise eine oder mehrere biologische Funktionen. Die wichtigste davon dürfte darin bestehen, dass sie als natürlicher Warnmechanismus fungieren, um Tieren dabei zu helfen, die Aufnahme giftiger oder schädlicher Substanzen zu vermeiden.

Im Kontext der Evolutionsbiologie wird bitterer Geschmack oft als Abwehrmechanismus betrachtet, wobei viele Pflanzen bittere Peptide produzieren, um den Verzehr zu verhindern oder die Wahrscheinlichkeit zu verringern, gefressen zu werden.

Darüber hinaus können Bitterpeptide auch an einigen biologischen Regulationseffekten beteiligt sein, beispielsweise an der Regulierung der Verdauung, der Beeinflussung der Nährstoffaufnahme oder als Vorläufer oder Antagonisten bestimmter biologisch aktiver Substanzen (wie Hormonen oder Neurotransmittern).

Da Bitterpeptide einen unangenehmen Geschmack erzeugen und die Geschmacksqualität von Lebensmitteln mindern, meiden Menschen solche Substanzen instinktiv. Allerdings ist der bittere Geschmack in Substanzen wie Bier, Kaffee und Käse ein sehr wichtiges sensorisches Kriterium, das dazu beiträgt, die Vorliebe der Menschen für das jeweilige Lebensmittel oder Getränk zu steigern.

Aus diesem Grund wurden Bitterpeptide umfassend untersucht, um das Geschmackserlebnis von Lebensmitteln für den Menschen zu verbessern.

Bitterkeit in Bier, Kaffee, Käse usw. ist ein sehr wichtiges sensorisches Kriterium

(Bildquelle: Vom Autor mithilfe von KI erstellt)

Wie entfernt man bittere Peptide aus Lebensmitteln?

Bitterpeptide kommen in zahlreichen Nahrungsmitteln vor, insbesondere in Bittermelonen, bestimmten grünen Blattgemüsen (wie Spinat und Brokkoli), Sojabohnen und Sojaprodukten, gereiftem oder fermentiertem Käse und bestimmten Innereien (wie Leber und Milz). Darüber hinaus enthalten auch einige natürliche Pflanzen und Kräuter, wie Sophora flavescens und Coptis chinensis, hohe Konzentrationen an Bitterpeptiden. Auch Getränke wie manche Tee- und Kaffeesorten können Bitterpeptide enthalten.

Momordica charantia

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Studien haben gezeigt, dass die Bitterkeit der meisten Bitterpeptide durch die darin enthaltenen hydrophoben Aminosäuren verursacht wird und die Intensität ihrer Bitterkeit hauptsächlich durch Faktoren wie Art und Anordnungsreihenfolge der hydrophoben Aminosäuren bestimmt wird . Daher kann die Bitterkeit in Lebensmitteln reguliert werden, indem diese Art von Bitterpeptiden künstlich entdeckt und durch Trennung und Reinigung, Adsorption oder enzymatische Modifikation entfernt/reduziert wird.

Die Verarbeitungs- und Kochmethoden von Lebensmitteln können den Gehalt und die Eigenschaften ihrer Bitterpeptide beeinflussen , hauptsächlich weil hohe Temperaturen, Enzymaktivität, pH-Änderungen und andere Zusatzstoffe die Struktur oder Stabilität von Peptidmolekülen verändern können.

Beispielsweise kann das Kochen bei hohen Temperaturen dazu führen, dass Peptidmoleküle abgebaut werden oder ihre dreidimensionale Struktur verändert wird, wodurch die Bitterkeit abnimmt, während während der Fermentation oder Verarbeitung eingeführte Enzyme bittere Peptide abbauen oder umwandeln können. Gleichzeitig kann eine Änderung des pH-Werts von Lebensmitteln oder die Zugabe anderer Gewürze und Zusatzstoffe auch die Löslichkeit bitterer Peptide oder ihre Wechselwirkung mit anderen Zutaten beeinflussen und so ihren Gehalt und Geschmack in Lebensmitteln weiter verändern.

Wie Lebensmittel verarbeitet und gekocht werden, kann den Gehalt an Bitterpeptiden beeinflussen

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Obwohl Bitterkeit eine unvermeidliche Folge der Proteinhydrolyse ist, werden daher weiterhin Anstrengungen unternommen, um die Bitterkeit unserer Lebensmittel zu reduzieren, indem man sie maskiert, entfernt oder verhindert.

Kann maschinelles Lernen auch Bitterpeptide vorhersagen?

Nach der Sterilisation mit ultrahohen Temperaturen (UHT) kann Milch lange gelagert werden, allerdings entwickeln einige UHT-Milchsorten während der Haltbarkeitsdauer oft einen bitteren Geschmack. Studien haben gezeigt, dass dies daran liegt, dass das Kasein in der Milch durch einige hitzebeständige Proteasen hydrolysiert werden kann, wobei bittere Peptide entstehen. Die Identifizierung bitterer Peptide in verdorbener UHT-Milch wird dazu beitragen, die Ursachen der Bitterkeit in UHT-Milch zu analysieren und ihre Qualität zu verbessern.

Herkömmliche Labormethoden sind zuverlässige Methoden zur Identifizierung bitterer Peptide. Mit Peptidomik-Methoden auf Basis der Flüssigchromatographie-Tandem-Massenspektrometrie lassen sich Peptide in verdorbener H-Milch effektiv analysieren. Die Identifizierung bitterer Peptide ist jedoch eine schwierige Aufgabe, die in der Regel zeitaufwändig und teuer ist.

Um dieses Problem zu lösen, verwendete ein Team des Dalian Institute of Chemical Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Peptidomik-Technologie und maschinelles Lernen , um ein Vorhersagemodell (CPM-BP) zur effizienten Identifizierung bitterer Peptide zu erstellen. Peptidomik bezeichnet eine Technik zur Analyse von Proteinfragmenten (d. h. Peptiden), während maschinelles Lernen Algorithmen verwendet, um Computern das Treffen komplexer Vorhersagen „beizubringen“.

Maschinelles Lernen: Algorithmus sagt Bitterpeptide voraus

(Bildquelle: Referenz [7])

Den Forschern gelang es mithilfe eines Algorithmus namens „Light Gradient Boosting Machine“, ein Vorhersagemodell zu erstellen, das in einem unabhängigen Testsatz eine Genauigkeit von 90,3 % bei der Vorhersage bitterer Peptide aufwies.

Um die Wirksamkeit des Modells zu überprüfen, verglichen die Forscher auch verdorbene und frische H-Milch. Sie fanden 180 potenzielle Bitterpeptide in verdorbener Milch und validierten einige davon mithilfe von HEK293T-Zelllinien, die so konstruiert waren, dass sie einen spezifischen menschlichen Bitterrezeptor (hT2R4) exprimierten. Drei dieser potenziellen Bitterpeptide besaßen alle die Fähigkeit, diesen Bitterrezeptor (hT2R4) zu aktivieren. Schließlich konnte durch das Experiment die Wirksamkeit des Modells erfolgreich bewiesen werden.

Kurz gesagt: Diese Studie bietet nicht nur eine schnellere und wirtschaftlichere Methode zur Identifizierung bitterer Peptide, sondern bestätigt auch erfolgreich die Genauigkeit und Zuverlässigkeit ihres Vorhersagemodells. Dies hat einen wichtigen Anwendungswert in der Lebensmittelwissenschaft, der Arzneimittelentwicklung und der Ernährungsforschung.

Abschluss

Mit der kontinuierlichen Verbesserung des sozialen und wirtschaftlichen Niveaus haben die Verbraucher immer höhere Erwartungen an die Lebensmittelqualität. Sie achten nicht nur auf ihre Gesundheit, sondern auch mehr auf den Geschmack. Maschinelles Lernen wurde daher in mehr Szenarien angewendet. Da es sich um eine Vielzahl von Bitterstoffen und Bitterrezeptoren sowie deren komplexe Wechselwirkungen mit anderen Geschmackskomponenten handelt, steht die Forschung auf diesem Gebiet noch immer vor erheblichen Herausforderungen. Darüber hinaus arbeiten Wissenschaftler intensiv daran, weitere „Geheimnisse“ der Bitterkeit zu entdecken.

Verweise

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