Je leest:

Zout zonder zout

Zout zonder zout

We houden van een hartige hap, maar nuttigen die met een schuldgevoel. Was er maar een manier om zoutarme voedingsmiddelen een zoute smaak geven. We willen geen zout eten, maar het wel proeven. Fysiologen, moleculair-biologen en chemici proberen dit met de meest geavanceerde technieken voor elkaar te krijgen.

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.

Zout en bloeddruk

Een te hoge zoutinname blijkt een belangrijke oorzaak te zijn van de wereldwijde stijging van de bloeddruk bij het ouder worden. Al jaren wordt aangenomen dat de verschillen in bloeddruk binnen en tussen bevolkingsgroepen terug te voeren zijn op de hoeveelheid zout die geconsumeerd wordt, maar het directe verband is moeilijk te bewijzen. We denken tegenwoordig dat een teveel aan natrium (waarbij vooral de natrium/kalium-balans in onze voeding belangrijk blijkt) bij een kwart tot een derde van de westerse bevolking een verhoogde bloeddruk veroorzaakt en daardoor de kans op hart- en vaatziekten verhoogt (zie ook N&T, januari 2000). Ook andere factoren, zoals overgewicht, alcoholgebruik en groente- en fruitconsumptie, hebben overigens een grote invloed op de bloeddruk.

Een extreem groot verbruik van zout kan ook andere gezondheidsschade veroorzaken. Omgekeerd heeft verlaging van de zoutinname bij velen een positief effect op de gezondheid.

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.

Lekker zout

basiskennis

Proeven doe je met je mond. Op de tong, in het verhemelte en in de keel zitten smaakzintuigen, die verschillende smaken herkennen. Een van die smaken is zout. De smaakcellen zetten ‘smaak’ om in een patroon van elektrische signalen dat via zenuwvezels naar de hersenstam gaat en vandaar wordt doorgestuurd naar de grote hersenen. Daar wordt het signaal verwerkt tot een bewuste waarneming: dát smaakt zout!

Hoe proeven we? Op de tong zitten smaakpapillen met smaakknoppen. De smaakknoppen bevatten de smaakreceptorcellen waarmee we een smaak kunnen herkennen. Klik op het plaatje voor een grotere afbeelding

We willen graag minder zout in ons eten stoppen (te veel zout is ongezond), maar wel een hartige smaak bewaren. We willen, met andere worden, de hersenen voor de gek houden door te zorgen dat er wel het elektrisch patroon binnenkomt dat bij de aanwezigheid van lekker veel zout hoort, terwijl we zoutarm eten.

De vraag is: zijn er andere stofjes waar de smaakzintuigen op reageren alsof ze zout waarnemen? Dat is zoeken naar een speld in een hooiberg, want er bestaat een ontelbaar aantal stofjes waar een geschikte zoutvervanger tussen kan zitten. Dat zoeken kan dan ook alleen met een geautomatiseerd meetsysteem dat veel van die stofjes tegelijkertijd snel en goed kan testen. De voedingsmiddelenindustrie gebruikt daar zogenoemde ‘hogedoorvoersystemen’ voor; dezelfde die ook door de farmaceutische industrie worden gebruikt in de zoektocht naar nieuwe geneeskrachtige verbindingen.

Ladingsverschillen doorgeven. Via honderden minuscuul kleine poriën – de zogenoemde ionkanalen – kunnen ionen (geladen deeltjes) zoals natrium-ionen de smaakreceptorcel binnendringen. De positieve lading in de cel neemt toe, met als gevolg dat een elektrisch signaal (‘prikkel’) wordt doorgegeven naar het centraal zenuwstelsel. Je proeft zout. Klik op het plaatje voor en grotere afbeelding

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.

Smaken

Er zijn voor zover we nu weten vijf smaken: zoet, zuur, zout, bitter en umami. Umami wordt opgewekt door het aminozuur glutamaat (eigenlijk: mononatriumglutamaat) samen met zout. De smaaksensatie kan het best als eiwit- of bouillonachtig worden omschreven. Het wekt de eetlust op, is in de Chinese cultuur bekend als ve-tsin en zo ook hier te koop. Het komt van nature voor in vlees, vis en schelp- en schaaldieren, maar ook in tomaten en paddestoelen.

Alle overige sensaties bij het eten (zoals kruidig, pittig, bloemig) worden niet door de smaak zelf, maar door de geur en het gevoel veroorzaakt. Proeven en iets lekker vinden is dus wel een kwestie van smaak, maar niet alleen van smaaksensatie!

De smaakcellen kunnen alle smaakkwaliteiten herkennen. Op dit moment duiden de meeste experimentele gegevens er op dat vermoedelijk in iedere smaakknop meerdere typen smaakcellen voorkomen die min of meer specifiek door de verschillende basissmaken geprikkeld worden.

Zout (natriumchloride) proeven we vooral, doordat smaakcellen kleine poriën hebben waardoor natrium de cellen binnenstroomt. Dat veroorzaakt een elektrisch signaal, dat aan de hersenen wordt doorgegeven.

Over de zuurwaarneming bestaat nog weinig moleculaire kennis. Het wordt op dit moment door twee mechanismen verklaard: ofwel positief geladen waterstofionen, die een maat zijn voor de zuurgraad, stromen de cellen in; ofwel zuurgraad-afhankelijke kanalen beïnvloeden de uitstroom van positief geladen kaliumionen. Op beide volgt weer een elektrisch signaal.

Voor het opvangen van de smaken zoet, bitter en umami bezitten de smaakcellen speciale receptoren, eiwitten in de celmembraan die de smaakstoffen binden. Op de binding volgt een cascade van chemische reacties, die eindigt in het vrijkomen van calciumionen. Daarop volgt weer een elektrisch signaal. Pas in 1997 is ontdekt dat er speciale smaakreceptoren voor umami zijn; de receptoren voor bittere stoffen zijn pas in het afgelopen jaar ontdekt.

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.

Smaakknoppen onder de microscoop

Geïsoleerde smaakknop. Uit smaakpapillen van een proefdier of een mens worden smaakknoppen geïsoleerd voor onderzoek naar het effect van zout.

Smaakknop reageert op zoutprikkel. Microscopische opname van een geïsoleerde smaakkop. De kleurbeelden zijn met een speciale videocamera gemaakt. De activiteit van de cellen in de smaakknop wordt weergegeven als kleurintensiteit: de activiteit neemt toe van blauw via geel naar rood. Na een kortdurende zoutprikkel wordt een smaakreceptorcel voor korte tijd geactiveerd (midden). Als gevolg daarvan verandert het kleurpatroon.

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.

Hogedoorvoertest voor smaakstoffen

Microtiterplaten. Deze plaat bevat 96 holten, in wezen heel kleine reageerbuisjes.

Cellen kweken. Genetisch gemodificeerde gastheercellen met in hun celmembraan natriumkanalen, worden in de holten van microtiterplaten gekweekt.

Hogedoorvoertest. Dankzij verregaande automatisering kunnen heel veel stofjes tegelijk worden getest voor zoutsensatie. Een microtiterplaat met 96 holten wordt gevuld met cellen die zoutkanalen bevatten. Dat maakt het mogelijk in een keer het resultaat van 96 afzonderlijke experimenten te verkrijgen. Elk grafiekje is het resultaat van één experiment.

Cel reageert op zoutprikkel. Een van de 96 grafieken uit een test naar de invloed van smaakreceptorcellen op zoutprikkels.

Bronnen

Cappuccio, F.P. and G.A. MacGregor, 1997. Dietary salt restriction: benefits for cardiovasculair disease and beyond. Current Opinion in Nephrology and Hypertension 6: 477-482.

Dit artikel is een publicatie van Natuurwetenschap & Techniek.
© Natuurwetenschap & Techniek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 mei 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE