人間の鼻が化学者の味覚分析にどのように役立つか

レモングラスのフレッシュなレモン味や、バジルの青々としたハーブ味をご存知ですか? 私たちが「味」として感じるもののほとんどは、味蕾からではなく、嗅覚から来ています。揮発性化合物 (蒸気やガスを発生するほど軽い分子) は、食べ物や飲み物 (および香りや匂い) の感じ方に重要な役割を果たします。しかし、これらの分子を風味として知覚する複雑な方法は、純粋な化学ほど単純ではありません。そのため、風味を理解することは部分的には化学的な問題ですが、完全に理解できるわけではありません。

ガスクロマトグラフ質量分析計 (GC-MS) は、揮発性化合物の混合物を分離して濃度を検出する実験装置であり、これを使用すると、たとえばコーヒー 1 杯に含まれる芳香分子を簡単に定量化できます。しかし、ナッツ風味、チョコレート風味、フルーティー風味など、コーヒーの全体的な風味にとってこれらの分子のうちどれが最も重要であるかはまだ特定できません。

その結果、化学者は化学と香りの知覚を並行して研究する新しい方法を開発しなければなりませんでした。知覚は複雑で予測不可能な方法で作用します。最もハイテクな研究室設備でさえ解読できない方法です。バニラの主な芳香化合物で、木樽で熟成させたスコッチにも含まれるバニリンと、黒コショウの主な芳香化合物で、シラーズワインにスパイシーな香りを与えるロタンドンが同量あるとします。等濃度であれば、両方の化合物の芳香の強さは同じになるはずですが、実際にはロタンドンはバニリンの約 1,000 倍の香りがします。明らかに、フレーバー プロファイルには、化合物の濃度以上のものが関係しています。

特定の化合物の濃度が高いほど、その香りが強くなるのは事実ですが、特定の濃度での芳香化合物の強さは、化合物自体の化学構造にも大きく影響され、それが嗅覚受容体とどのように相互作用するかを決定します。香りを適切に分析する唯一の方法は、自分で香りを嗅ぐことです。または、より正確には、パネル全体に香りを嗅いでもらい、その知覚を比較することです。

これを行う最良の方法の 1 つは、ガスクロマトグラフィー嗅覚測定法 (GC-O) と呼ばれる技術を使用することです。これは、化学分離 (またはクロマトグラフィー) と人間の「嗅覚検査者」を組み合わせて使用​​します。1950 年頃に、とりわけ香りの原因となる揮発性物質を分析するために発明されたガスクロマトグラフィーにより、分析化学者はさまざまなサンプルの匂いが、その構成化合物に分解されるときにどのように変化するかを調べることができます。1964 年の「バートレット梨の揮発性エステル」という論文で、独創的な分析化学者であるウォルト ジェニングスは、梨の揮発性が低く「高沸点」の化合物の一部が梨ジャムを思わせる匂いがすることを指摘し、調理した梨の匂いの一部は実は生の梨にもずっと存在していたが、調理過程で揮発性化合物が蒸発するまで、より揮発性の高い化合物に覆い隠されていたという仮説を立てました。

同じ頃、コルゲート・パーモリーブ社の化学者たちはプロの調香師と協力し、彼らを「人間センサー」として使ってガスクロマトグラフィーで分離された化合物の香りを表現し始めました。香りの専門家たちの非常に敏感な味覚を利用して、彼らはどの化合物（この場合は花のような香りの分子であるアニスアルデヒド）が 2 つの類似した松油サンプルの香りの違いの原因であるかを正確に特定することができました。ガスクロマトグラフィーによる分離がなければ、調香師は混合物全体の香りを嗅ぐことしかできず、調香師がいなければ、化学者たちはどの化学物質の違いが実際に香りに影響を与えているかを特定できませんでした。この技術は非常に有用で使いやすいことが証明されたため、過去 50 年以上にわたって、ウイスキーやワインから香水、肉や植物まで、あらゆるものに使用されてきました。

なぜ風味を分析するのでしょうか。嗅覚と味覚をたくさん使って微調整された味覚は風味を理解するための強力な基盤となりますが、基礎となる化学を理解することで、食品化学者、シェフ、調香師など、風味を専門とする人々にとってまったく新しいツールボックスが開かれます。私たちが好む香りの原因分子がわかれば、その香りを促したり維持したりするためのより情報に基づいた手順を踏むことができます。食品業界では、GC-O を使用して処理をガイドし、まさにこれを実行し、まったく新しい香りと風味を実現しています。研究では、風味の原因となる化合物を特定すれば、気候や生化学から食生活に至るまでのつながりを見つけ出すことができ、テロワールや品種の特徴を持つ製品 (ワインなど) がなぜ特別なのかを説明するのに役立ちます。風味化学を使用して新しい風味の組み合わせを発明し、キッチンでの行動が分子レベルで風味にどのように影響するかをより深く理解することで可能性を広げることができます。

すべての分子が人間の嗅覚受容体と異なる方法で相互作用し、またこの相互作用は人によって異なるため、GC-O 実験で人間が特定した匂いが、科学的な分析では何年も検出されないことがあります。人間の鼻は、機械の閾値をはるかに下回る微量濃度を感知できるからです。同じ濃度でも化合物によって匂いの強さが異なるのと同じように、同じ化合物でも濃度によって匂いがまったく異なることがあります。たとえば、酪酸エチルは、濃度によって青リンゴのような匂いにも腐った果物のような匂いにもなります。また、アイラ島のスコッチに心地よいスモーキーな風味を与えるグアイアコールは、煙で汚れたワインの中では濃度が高く、灰皿をなめたときのような風味になります。GC-O は、香りを説明するためにどこを見るべきかを示し、同じ化合物がさまざまな食品でさまざまな濃度でどのように役割を変えるかを明らかにします。

GC-O はまだ、私たちが香りを知覚する方法とその背後にある化学反応の間のすべての点を結び付けることはできません。香りを混ぜると予測できない結果が生じます。ある化合物は他の化合物の強さを高め（たとえば、リンゴ、バラ、タバコ、ワインに含まれるフルーティーでバルサムの香りのする化合物であるベータダマセノンはこれが起こることが知られています）、他の化合物（「コルク臭」の原因である 2,4,6-トリクロロアニソールなど）は、混ぜられた化合物の匂いを覆い隠します。さらに問題を複雑にしているのは、味覚やその他の感覚が、香りの知覚にわずかながらも重要な影響を与える可能性があることです。GC-O は香りについてすべてを教えてくれるわけではありませんが、それぞれ独自の濃度の成分化合物がどのように連携して、私たちが毎日知覚するさまざまなフレーバーを作り出すのかを解明するための重要なツールです。

アリエル・ジョンソンは食べ物と風味が大好きで、このテーマで博士号を取得することを決意しました。彼女はカリフォルニア大学デービス校の博士候補生です。ワインや食べ物などの複雑な分子の混合物が風味にどのように変換されるかは、科学では十分に理解されていません。彼女の研究は、特に食事と美食の文脈で、この「ブラックボックス」に焦点を当てています。彼女は、自分の研究が新しい知識を明らかにし、キッチンのシェフにツールを提供することに役立つことを願っています。現在、コペンハーゲンのノーマの分派であるノルディック・フード・ラボ・ハウスボートで、デンマークの新しい酢の官能分析に取り組んでおり、The Kitchen as Laboratory という本の寄稿者でもあります。__