Zout is al eeuwenlang één van de grootste smaakmakers van ons voedsel. We gebruiken er wel te veel van. Keukenzout, met als wetenschappelijke naam natriumchloride, is een verbinding tussen natrium en chloor. Het is de hoeveelheid natrium die we in de gaten moeten houden.

Sommige voedingsautoriteiten, zoals de Amerikaanse, bevelen een maximale dagelijkse natriuminname van 2,4 gram aan, maar met een gewoon dieet nemen we gemiddeld vier gram per dag op. Ongemerkt krijgen we veel meer zout binnen dan ons lichaam nodig heeft. En dat is niet voor iedereen gezond: een teveel aan natrium kan een te hoge bloeddruk veroorzaken en daardoor leiden tot een verhoogde kans op hart- en vaatziekten.

Wij willen daarom voedingsmiddelen gaan maken, die wel een goede hartige smaak hebben, maar nauwelijks zout bevatten. Maar wat bij suiker wel ging, lukt ons bij zout tot nu toe niet: er zijn nog geen stoffen die zout goed kunnen vervangen. De zoutvervangers die er zijn, hebben sterke bijsmaken (vooral bitter) en zijn dus onaantrekkelijk. De speurtocht naar geschikte stoffen is echter in volle gang en nieuwe synthese-technieken leveren tienduizenden kandidaten op. Met nieuwe testmethoden is het mogelijk om van duizenden van zulke stoffen per dag na te gaan of ze een zoutsmaak hebben.

Bij die speurtocht naar stoffen en bij de ontwikkeling van die testen kunnen we niet buiten biologische kennis van de smaakwaarneming. Snelgroeiende inzichten in de daarbij betrokken moleculaire processen bieden nieuwe kansen.

Ionenkanalen

Door ons voedsel te kauwen, verkleinen we het en brengen we het in contact met de smaakzintuigen op de tong, in het verhemelte en achter in de keel. Die smaakzintuigen zijn de smaakpapillen. Iedere smaakpapil bevat diverse smaakknoppen, die op hun beurt uit ongeveer honderd flesachtige cellen bestaan. Een deel van die cellen, de zogenoemde smaakcellen, zijn de eigenlijke smaakherkenners; het zijn er ongeveer twintig per smaakknop. De smaakcellen vangen de verschillende smaken – zoet, zout, zuur, bitter en umami – op verschillende manieren op.

De zoute smaak van keukenzout blijkt grotendeels afkomstig te zijn van de natriumcomponent; het chloridegedeelte levert vermoedelijk alleen een indirecte bijdrage aan de zoutimpressie. De smaakcellen signaleren zout vooral via honderden minuscuul kleine poriën in het celmembraan, de zogenaamde ionkanalen. Onder de ionkanalen zijn natriumkanalen, waardoor natrium (dat als een positief geladen ion in een keukenzoutoplossing voorkomt) de cel kan binnenkomen. Een ionkanaal kan open of gesloten zijn en het kan spontaan tussen beide toestanden wisselen. De meeste kanalen zijn gesloten, maar er staan er altijd wel een paar open. Als er veel natrium in de mond is, zal er ook meer van in de smaakcellen terechtkomen dan wanneer er weinig aanwezig is, ofwel: de hoeveelheid natrium in de cel is een maat voor de hoeveelheid in de mond.

Komt er veel natrium de smaakcel binnen, dan geeft de cel een elektrische impuls aan de uitloper van een zenuwcel die met die smaakcel in contact staat. Die impuls gaat, tegelijk met een heleboel andere impulsen van andere smaakcellen, naar de hersenen waar ze verwerkt worden; dan ontstaat de smaakwaarneming.

De meeste natriumkanalen laten alleen natrium door en niets anders. Het vinden van een zoutvervanger zal daardoor uiterst moeilijk, zo niet onmogelijk zijn. Beter kunnen we misschien proberen stoffen op te sporen die de zoutrespons versterken doordat ze ervoor zorgen dat er bij een lage zoutconcentratie toch veel natrium de smaakcellen in stroomt: zogenoemde zoutversterkers.

Struinen

Waar vind je zoutvervangers of zoutversterkers? Niet alleen keukenzout is zout; zout is een scheikundige verzamelnaam voor alle verbindingen van een zuur met een base. Daar zijn er duizenden van en de meeste zijn onderzocht op hun smaakeigenschappen. Tot nu toe zijn daaronder geen geschikte kandidaten voor zoutvervangers of zoutversterkers naar voren gekomen.

Dan zijn er de honderdduizenden organische moleculen die van nature voorkomen in bijvoorbeeld planten en schimmels. Veel van die stoffen hebben een biologische werking en sommige zouden een zoutsensatie kunnen opwekken of als een zoutversterker kunnen werken. Slechts een klein deel van deze moleculen is al onderzocht; tot nu toe zonder resultaat. Er rest nog een groot reservoir aan mogelijk geschikte moleculen in de natuur, maar hoe vind je de juiste in de enorme diversiteit?

Tot halverwege de vorige eeuw struinden botanici rond in tropische regenwouden, op zoek naar nieuwe planten die ze verscheepten en thuis in het laboratorium onderzochten op nuttige componenten.

Syntheserobots

Tegenwoordig leggen scheikundigen veel sneller een verzameling stofjes aan door ze te synthetiseren. Met klassieke chemische methoden was het mogelijk jaarlijks enige tientallen nieuwe verbindingen te maken, te zuiveren en te testen. De laatste tien jaar is er de combinatie-scheikunde (‘combinatoriële chemie’): door allerlei bouwstenen van moleculen (atomen of atoomgroepen) door verschillende andere bouwstenen te vervangen, maken syntheserobots in reactievaten tientallen verschillende nieuwe componenten. Jaarlijks kunnen op die manier tienduizenden nieuwe moleculen gemaakt worden.

Inmiddels hebben nieuwe analysetechnieken laten zien dat planten een veel grotere diversiteit aan moleculen bevatten dan vroeger gedacht werd. De hoeveelheid plantaardige biomoleculen loopt vermoedelijk in de honderdduizenden.

Smaakpanel

Het verzamelen van moleculen is dus geen probleem; we beschikken al gauw over tienduizenden onbekende moleculen, al dan niet van natuurlijke oorsprong. Die moeten echter allemaal getest worden, en daar zit de moeilijkheid. Om de smaak van een bepaalde component te kunnen bepalen, zijn we namelijk nog altijd op menselijke smaakzintuigen aangewezen. Normaal gesproken schakelen we speciaal getrainde proefpersonen in, die als een nauwkeurig meetinstrument voor de smaakimpressie fungeren.

Zo’n getraind smaakpanel werkt heel goed – tenminste, voor een beperkt aantal al bekende componenten. De deelnemers mogen namelijk alleen goedgekeurde stoffen testen; onder onbekende componenten kunnen stoffen zitten die niet voor menselijke consumptie geschikt zijn. Daarnaast moeten meerdere personen dezelfde stof testen om een betrouwbaar resultaat te krijgen. Dat maakt de procedure tijdrovend en duur; bovendien zijn er grote hoeveelheden van de componenten nodig terwijl er meestal slechts minuscule hoeveelheden beschikbaar zijn.

Daarom hebben we de afgelopen jaren geprobeerd om twee geautomatiseerde in vitro-methoden te ontwikkelen die smaakeffecten van tienduizenden natuurlijke componenten snel, goedkoop en betrouwbaar kunnen meten. Smaak meten in de reageerbuis dus.

Smaakpapillen uitknippen

De eerste methode maakt gebruik van geïsoleerde smaakknoppen. We halen met een klein schaartje een smaakpapil uit een tong en isoleren de smaakknoppen daaruit met een enzymbehandeling. We plaatsen zo’n smaakknop vervolgens onder een microscoop waaraan een speciale videocamera bevestigd is.

Bieden we nu smaakmoleculen aan, dan activeren deze diverse smaakcellen. Als we kleurindicatoren in de cellen inbrengen, kan een videocamera zichtbaar maken welke smaakcellen actief worden en hoeveel het er zijn. Zo kunnen we snel en betrouwbaar minuscule hoeveelheden nieuwe stoffen en ingrediënten testen. Als we de resultaten vergelijken met het activiteitspatroon dat referentiestoffen in de onderzochte smaakknop geven, dan kunnen we ook mogelijke bijsmaken herkennen.

Deze test werkt en blijkt betrouwbaar. Toch is hij niet helemaal geschikt voor het testen van de vele componenten die we hebben, want zij moeten afzonderlijk en één voor één onderzocht worden. Dat kost erg veel tijd.

Piepkleine smaaktesters

De tweede methode, waarbij we gebruik maken van moderne, moleculair-biologische en celbiologische methoden, biedt meer soelaas. We kijken daarbij direct naar de werking van de natriumkanalen. Het natriumkanaal is een complex van eiwitten dat door de celmembraan steekt. De eiwitten worden, zoals ieder eiwit, door de cel gemaakt op basis van genen, stukjes DNA waarin de volgorde vastligt van de aminozuren waaruit de eiwitten zijn opgebouwd. De kanaaleiwitten worden op de juiste manier gevouwen en in het membraan ingebouwd.

In samenwerking met verschillende onderzoeksgroepen hebben we de genen voor het natriumkanaal opgespoord, geïsoleerd en overgebracht naar een gastheercel, meestal een makkelijk kweekbare zoogdiercellijn. Die gastheercel gaat dan een groot aantal natriumkanalen aanmaken. We kunnen de genetisch veranderde gastheercellen continu kweken en hebben daarmee een kunstmatige en betrouwbare smaaktester in handen. Het grote voordeel is duidelijk: we hoeven niet meer voor elke test levende smaakcellen te isoleren.

Als we nu zout toevoegen aan de cellijn, nemen de cellen natrium op. Door de natriumconcentratie in de cel te meten, komen we erachter hoe groot die opname is. Naast het effect van zouttoevoeging kunnen we met dit systeem ook de invloed van andere stoffen, potentiële zoutversterkers, op zoutsensatie screenen: doen ze de hoeveelheid natrium in de cellen toenemen?

Hogedoorvoertest

De test kunnen we vervolgens zo aanpassen dat zeer grote hoeveelheden stoffen getest kunnen worden. Daar hebben we duizenden piepkleine reageerbuisjes voor nodig en een automatisch behandel- en afleessysteem. Gelukkig biedt miniaturisatie hier uitkomst. Vanwege de grote hoeveelheid stoffen die we in erg korte tijd kunnen testen, spreken we over hogedoorvoertests of high-troughput screening (zie kader hiernaast). Ook in bijvoorbeeld de farmaceutische industrie worden dergelijke tests tegenwoordig gebruikt.

Geschikt zijn de zogenoemde microtiterplaten, kunststofplaten voorzien van 96 holtes die dienst doen als minireageerbuisjes. We kunnen de gastheercellen die onze natriumkanalen tot expressie brengen kweken in de holten van zulke microtiterplaten. Vervolgens vullen we iedere holte met een minuscule hoeveelheid van verschillende, onbekende smaakcomponenten. De cellen in zo’n holte reageren nu op de hoeveelheid zout plus potentiële zoutversterkers: er stroomt een bepaalde hoeveelheid natrium de cel in en die hoeveelheid meten we. Omdat iedere holte een andere component bevat, ontstaan er 96 verschillende zoutprofielen. Die analyseren we door ze te vergelijken met de reactie van de cellen op een bekende hoeveelheid zout. Zo kunnen we per dag duizenden componenten testen op zoutsensatie. Deze methode is snel en eenvoudig, de meetresultaten zijn objectief.

Met deze recombinante natriumkanalen kunnen we slechts één bepaalde smaakkwaliteit testen, namelijk zoutsensatie. De invloed van een nieuwe component op andere smaakkwaliteiten zal uiteindelijk toch in smaakpanels bepaald moeten worden. Natuurlijk zijn er dan eerst uitgebreide controles op veiligheid nodig. Als alles in orde is, is de weg tenslotte vrij voor het ontwikkelen van zoutarme maar smaakvolle voedingsmiddelen.