Geur- en smaakstoffen

Transcriptie

1 Geur- en smaakstoffen Geur- en smaakstoffen Geur- en smaakstoffen komen de laatste jaren veelvuldig in de publiciteit als overbodig geachte en mogelijk niet onschadelijke toevoegingen aan voedings- en genotmiddelen, huishoudelijke produkten en cosmetica. Men ziet daarbij dikwijls over het hoofd dat geuren smaakstoffen, voor zover ze aan voedings- en genotmiddelen worden toegevoegd, grotendeels componenten van onze traditionele voeding zijn of chemisch hieraan gelijk. Bovendien hebben ze meestal een wezenlijke functie. Historie Geur- en smaakstoffen zijn van oudsher toegepast. Aanvankelijk gebruikte men kruiden, specerijen, harsen en produkten van dierlijke oorsprong. In de loop der eeuwen leerde men om gewenste eigenschappen met behulp van fysische methoden te versterken (extractie, distillatie), of langs chemische weg te verkrijgen (gisting; bier, wijn, kaas). In de 19e eeuw ontdekte men dat karakteristieke eigenschappen van een aantal natuurprodukten konden worden toegeschreven aan één enkelvoudige chemische verbinding (bijv. benzaldehyde bittere-amandelolie; anethol steranijsolie; menthol pepermuntolie). Rond 1870 ontstond met het ontwikkelen van fabricageprocessen voor vanilline en enkele andere produkten de geuren smaakstoffenindustrie als nieuwe tak van chemische industrie. Sindsdien is er een snelle ontwikkeling geweest. De laatste decennia wordt met behulp van de modernste analysemethoden gezocht naar voor geur en smaak van voedings- en genotmiddelen karakteristieke componenten.

2 029 2 Geur- en smaakstoffen Het wereldverbruik aan geuren smaakstoffen(composities) wordt voor 1984 geschat op US $ 4,6 miljard. Enkele termen Geurstof(reukstof)/smaakstof: stof die een geur/smaak heeft en op grond van deze eigenschap in reuk- en/of smaakstoffencomposities wordt (kan worden) toegepast. Aroma: een mengsel van stoffen dat zowel een geur- als een smaakimpressie oproept. Proeven is vrijwel altijd een combinatie van geur en smaak. Tot de uitzonderingen behoren zout en hoogmoleculaire bitterstoffen; zij worden alleen met de smaakpapillen waargenomen. Of een bepaald produkt een geur- of een smaakstof wordt genoemd hangt ervan af of de stof in hoofdzaak wordt toegepast in geparfumeerde dan wel in gearomatiseerde produkten. De natuur gebruikt voor verschillende effecten vaak dezelfde verbindingen maar in verschillende verhoudingen. Fysiologisch belang van reuk en smaak Voor de mens, die wat zijn zintuigen betreft vooral vertrouwt op gezicht en gehoor, zijn reuksignalen niet essentieel om te kunnen overleven. Toch hebben reuk en smaak een wezenlijke functie; de mens reageert er sterker op dan hij zich in het algemeen bewust is. Slecht smakende of smaakloze produkten worden niet geconsumeerd. Personen bij wie het vermogen tot proeven en ruiken verloren is gegaan, hebben geen plezier meer in eten en krijgen vaak ook psychische klachten. Geurstoffen worden behalve om puur esthetische redenen ook gebruikt om een eventueel minder aangename eigen geur van een produkt te overdekken.

3 Geur- en smaakstoffen Produktcategorieën In de geuren smaakstoffenindustrie onderscheidt men vier grote produktcategorieën: etherische oliën en andere natuurlijke grondstoffen; enkelvoudige geuren smaakstoffen ( aroma chemicals ); geurstofcomposities; smaakstofcomposities Geur- en smaakstofcomposities worden gebruikt om geur of aroma te verlenen aan gerede produkten. De eerste twee categorieën dienen voornamelijk als grondstoffen voor het samenstellen van composities. Etherische oliën en andere natuurlijke grondstoffen Etherische oliën zijn aromatische, meest vluchtige oliën van plantaardige oorsprong. Men wint deze uit bloemen, vruchten, hout, wortels enz. Zij worden als zodanig gebruikt of als bestanddeel van aroma- of geurcomposities. Produkten zoals kruiden en specerijen worden uiteraard eveneens toegepast bij aromatisering. Andere natuurlijke produkten zoals harsen, gommen, extracten van mossen en dierlijke afscheidingsprodukten worden vrijwel alleen voor parfumering gebruikt. Dierlijke produkten zoals muskus, civet en grijze amber worden nauwelijks meer toegepast. Ze zijn zeer kostbaar en er zijn goede synthetische vervangingen voor. Er zijn ca etherische oliën bekend, waarvan er commercieel van belang zijn. Enkelvoudige geuren smaakstoffen ( aroma chemicals ) Hiertoe behoren, behalve enkelvoudige verbindingen, ook produkten van bekende samenstelling. Ze worden gebruikt voor geuren smaakstofcomposities en kunnen uit natuurlijk materiaal worden geïsoleerd of synthetisch bereid (bijv. ( )-menthol). Men noemt ze natuuridentiek als ze door synthese zijn verkregen maar chemisch volkomen gelijk zijn aan natuurlijk voorkomende verbindingen. Niet natuurlijk voorkomende, zogenaamde kunstmatige verbindingen worden toegepast in aroma s omdat ze wat structuur of organoleptische eigenschappen betreft gelijken op in de natuur voorko-

4 029 4 Geur- en smaakstoffen mende verbindingen (organoleptisch: werking hebbend op zintuigen; hier: op reuk en smaak). Er worden ca aroma chemicals commercieel geproduceerd, waarvan 370 in hoeveelheden van meer dan 1 ton per jaar; van de overige vele in hoeveelheden van minder dan 100 kg. Het wereldverbruik van een aantal natuuridentieke specialités met een zeer hoge aromasterkte is minder dan 1 kg per jaar. Van het aantal aroma chemicals dat de parfumeur toepast is ca. 95% van synthetische herkomst; die van de aromavakman voor ca. 50%, de overige zijn natuurlijk. Geurstofcomposities Dit zijn mengsels van aroma chemicals en etherische oliën. Ze kunnen uit enkele componenten zijn opgebouwd, vaak echter uit enkele honderden. Ze worden toegepast in parfums, cosmetica, zeep, waspoeders en huishoudelijke produkten, luchtverfrissers e.d. Smaakstofcomposities Dit zijn mengsels van enkele tientallen tot enkele honderden componenten. Ze worden toegepast in onder andere dranken, soepen en sauzen, snacks, melk- en vleesprodukten, tabak, diervoeders, farmaceutische produkten. Chemische aspecten Natuurlijke extracten en etherische oliën zijn in het algemeen zeer complexe mengsels en bestaan uit honderden tot duizenden componenten. Op aromagebied is het onderzoek gedurende de laatste 20 jaar vrijwel uitsluitend gericht geweest op hetgeen in voedings- en genotmiddelen en in natuurlijke grondstoffen voorkomt. De kosten van het introduceren van niet-natuuridentieke verbindingen voor gebruik in voedings- en genotmiddelen zijn namelijk, vooral door de strenge veiligheidseisen, dermate hoog in verhouding tot de hoeveelheden waarin ze worden gebruikt, dat introductie niet lonend is. Aanvankelijk was het onderzoek voornamelijk gericht op organoleptisch belangrijke, vluchtige componenten. Daarbij bleek dat com-

5 Geur- en smaakstoffen ponenten die in sporen (milligrammen tot microgrammen per kilogram) voorkomen niet zelden van wezenlijk belang zijn voor geur en smaak. Mede door de steeds meer geperfectioneerde analysetechnieken heeft dan ook een verschuiving plaatsgevonden van structuuropheldering van hoofdcomponenten naar die van in sporen voorkomende verbindingen. De aromaconcentratie in voedings- en genotmiddelen is veelal zeer laag: 1 kg tomatenpuree levert ca. 1 mg (vluchtig) aromaconcentraat, dat zonder veel moeite in het gaschromatogram een kleine duizend pieken 1 te zien geeft. Voor geroost vlees, evenals voor vele andere door droog verhitten verkregen aroma s, is de situatie gecompliceerder: afhankelijk van de gevolgde werkwijze geeft 1 ton materiaal 1-10 g extract, dat bij gaschromatografische analyse uit ten minste 2000 à 3000 stoffen blijkt te bestaan. Onderzoek aan aromaconcentraten en -fracties vraagt het uiterste aan perfectie en integratie van isolatie-, scheidings- en identificatietechnieken, waarbij ondersteuning door organoleptisch bekwame specialisten en door synthetische afdelingen onontbeerlijk is. Het aantal voor aroma s belangrijke, in de natuur voorkomende verbindingen momenteel zo n 5000, mogelijk oplopend tot wordt beperkt door de eis dat een verbinding voldoende dampspanning moet hebben om te kunnen worden geroken. In de praktijk betekent dit dat 18 koolstofatomen of een molecuulmassa van de bovengrens is. Voor stoffen met alleen een smaakeffect is de grens ruimer. Geur- en smaakstoffen komen voor in een groot aantal klassen van verbindingen: van alifatische koolwaterstoffen tot heterocyclische ringsystemen, al dan niet met functionele groepen. Zuurstofhoudende mono- en sesquiterpenen vormen een belangrijke groep, evenals zwavel- en/of stikstofhoudende verbindingen. Over het mechanisme van reuk en smaak is nog weinig bekend. Wel blijkt in een aantal gevallen een verband te bestaan tussen de structuur van de stof en de geur en/of smaak ervan. Weinig is nog bekend 1 Een piek in een gaschromatogram geeft de aanwezigheid aan van ten minste één component.

6 029 6 Geur- en smaakstoffen over de interactie van componenten, d.w.z. van aromastoffen onderling of met de matrix (eiwitten, koolhydraten) en van de beïnvloeding van drempelwaarden. De laatste tijd wordt steeds meer aandacht besteed aan de weinig en niet-vluchtige bestanddelen. In veel van onze voedingsmiddelen is het kenmerkende aroma niet als zodanig aanwezig maar het ontstaat tijdens de bereiding of verwerking: bij het kapotgaan van vruchtvleescellen bijvoorbeeld ontstaat onmiddellijk een reeks verzadigde en onverzadigde aldehyden door de inwerking van enzymen op onverzadigde vetzuren zoals linol- en linoleenzuur (als triglyceriden aanwezig in andere delen van het weefsel). Deze aldehyden worden op hun beurt weer enzymatisch omgezet in alcoholen, zuren, esters, aldolcondensatieprodukten, acetalen enz. Evenzo ontstaan vlees- en bakaroma s pas bij hoge temperatuur, onder andere door reactie van aminozuren met suikers. Onderzoek op het gebied van geurstoffen voor toepassing in de parfumerie is minder sterk gebonden aan natuurprodukten. Wél is belangrijk dat produkten onschadelijk zijn indien ze door de huid in het lichaam zouden geraken en dat ze geen aanleiding geven tot overgevoeligheidsreacties. Aromatoevoegingen aan voedsel Industrialisatie, sociale ontwikkelingen en toename van de bevolking hebben geleid tot massaproduktie en centrale verwerking van voedsel, met als gevolg de noodzaak de houdbaarheid te verlengen. Dit geldt voor zowel kant en klare produkten als voor primaire levensbehoeften. Massaproduktie, centrale verwerking, conservering, maar ook het kweken van sterkere, beter houdbare groente- en fruitrassen resulteert nogal eens in achteruitgang van de kwaliteit van het aroma, maar garandeert de aanvoer van voldoende en betaalbare produkten; traditionele produktie en verwerking geeft in sommige opzichten mogelijk betere kwaliteit, maar leidt door schaarste tot hogere prijzen. Aromatoevoegingen worden gedaan om bij de verwerking verloren

7 Geur- en smaakstoffen gegaan aroma aan te vullen of een zwak aroma te versterken, en ook om produkten met een hoge voedingswaarde maar geringe smaakkwaliteit aantrekkelijk te maken voor consumptie. Zo kan men bijvoorbeeld een vleessmaak geven aan smaakloze of slecht smakende plantaardige eiwitten, en gaat van zichzelf smaakloze margarine eerst door het toevoegen van aroma over van nutriënt in voedsel. Aromatiseren is door de veranderde produktie- en verwerkingsmethoden voedseltechnologisch wenselijk dan wel noodzakelijk geworden; men kan er evenwel over twisten hoever men in dit opzicht moet gaan. De hoeveelheid aromastoffen die aan voedsel wordt toegevoegd is gering. Voor West-Duitsland met een voedselverbruik van ca. 740 kg per hoofd per jaar (1981) heeft men berekend dat per persoon ca. 8,5 g toegevoegde aromastoffen wordt genuttigd, waarvan 6,4 g (75,3%) natuurlijke, 1,8 g (21,2%) natuuridentieke en 0,3 g (3,5%) niet-natuurindentieke. Om enig inzicht te krijgen in de hoeveelheden waarin afzonderlijke aromastoffen worden gebruikt, is het begrip Relatieve Consumptie ( Consumption Ratio ) ingevoerd. Men verstaat daaronder de verhouding van de consumptie van een bepaalde smaakstof als natuurlijk bestanddeel van voedsel en de gemiddelde consumptie van dezelfde verbinding als toegevoegde aromastof. Voorbeeld van ethyloctanoaat, voorkomend in bier, boter, sinaasappelsap en aardbei wordt in de VS uit deze bronnen in totaal een hoeveelheid van kg per jaar geconsumeerd; voor aromatisering wordt daar ca kg gebruikt, d.w.z. de relatieve consumptie bedraagt ca. 16. Wet- en regelgeving; toxicologie De wetgeving op het gebied van levensmiddelen heeft doorgaans twee uitgangspunten: bescherming van de volksgezondheid en eerlijkheid in de handel. Bovendien zijn er regels over wat er in het geval van toevoegingen op het etiket moet worden vermeld, en in welke vorm. Ten aanzien van het mogen gebruiken van ingrediënten voor aromatisering zijn er drie systemen:

8 029 8 Geur- en smaakstoffen Positieve lijst, d.w.z. een lijst van produkten die zijn toegestaan. Deze wordt o.a. gebruikt in de USSR. In de VS is het uitgangspunt de door industrie en onafhankelijke experts opgestelde zogenaamde GRAS-lijst ( generally recognized as safe ). Strikt genomen is het geen positieve lijst maar hij functioneert wel als zodanig. Nieuwe produkten kunnen aan de lijst worden toegevoegd na beoordeling door een ter zake kundige commissie. Reeds lang gebruikte produkten worden van de lijst verwijderd indien onderzoek daartoe aanleiding geeft. Het bezwaar van positieve lijsten is de hoge barrière tegen het gebruik van nieuw ontdekte, belangrijke, natuurlijk voorkomende verbindingen waarmee men een hogere aromakwaliteit zou kunnen realiseren. Men loopt per definitie achter bij de ontwikkelingen. Negatieve (restrictieve) lijst, d.w.z. een lijst van produkten die slechts aanwezig mogen zijn in hoeveelheden als op de lijst vermeld. Alle niet op de lijst voorkomende produkten zijn in beginsel vrij. Gemengd systeem: het gebruik van natuurlijke produkten en natuuridentieke verbindingen is in beginsel toegestaan. Er is een negatieve, restrictieve lijst van natuurlijke of natuuridentieke ingrediënten waarvan men het gebruik om toxicologische redenen meent te moeten beperken of verbieden. Voorts is er een positieve lijst van niet-natuuridentieke ( kunstmatige ) stoffen. Het gemengd systeem wordt toegepast in Italië, Nederland, Spanje en West-Duitsland. Voor de Europese Gemeenschap zou harmonisatie van groot belang zijn; helaas zijn er tot dusver weinig vorderingen gemaakt. Het gebruik van additieven wordt in warenwetten geregeld. Voor categorieën zoals kleurstoffen, conserveermiddelen, antioxydanten, geleermiddelen, emulgatoren zijn positieve lijsten opgesteld, d.w.z. alleen met name genoemde stoffen, in de aangegeven maximaal toegestane hoeveelheid, mogen worden gebruikt. Het toevoegen van geuren smaakstoffen (in Nederland geregeld in het Geur- en Smaakstoffenbesluit) neemt om verschillende redenen een aparte plaats in. Gezien hun grote sterkte is de dosering van vele aroma-

9 Geur- en smaakstoffen ingrediënten in het eindprodukt zeer laag (0,01-20 mg per kg) en ligt in het algemeen een factor 1000 tot lager dan die voor de eerstgenoemde categorie, terwijl het aantal verbindingen dat wordt gebruikt vele malen groter is. Toxicologisch testen van alle toegepaste aromabestanddelen is ondoenlijk en heeft in ieder geval een lage prioriteit. In feite komen ze namelijk vrijwel alle van nature in ons voedsel voor; de eeuwenlange consumptie onder in toxicologisch opzicht vrijwel ideale omstandigheden (gehele bevolking als proefgroep; normaal voedingspatroon) maakt zeer aannemelijk dat ze veilig kunnen worden genuttigd. Ze behoren in eerste aanleg niet tot de categorieën nieuw of gevaarlijk. Elke aromacomponent afzonderlijk is in zeer lage concentratie aanwezig, zodat de belasting van het individu per verbinding gering is. Wèl wordt in aroma s het gebruik vermeden van stoffen die in natuurprodukten voorkomen, maar waarvoor onderzoek heeft aangetoond dat ze schadelijk (zouden kunnen) zijn. (Voorbeeld: uit industrieel bereid rookaroma zijn de carcinogene polycyclische aromaten verwijderd die wèl voorkomen in op traditionele wijze gerookte produkten.) Bij systematische voedingsproeven op dieren gebruikt men vaak gedurende zeer lange tijd zeer hoge doses, met als gevolg een overbelast en abnormaal metabolisme. Het is in vele gevallen onzeker welke betekenis aan de uitkomsten van dergelijke proeven moet worden gehecht. Een natuurlijke stof is overigens niet per definitie onschadelijk; absolute onschadelijkheid kan trouwens nimmer worden gegarandeerd, ook niet voor voedsel. Individuele (over)gevoeligheid is daarbij een complicerende factor. Zo is het Chinese Restaurant Syndrome een overgevoeligheidsreactie op mononatriumglutaminaat (MSG). Allergische reacties komen ook voor bij produkten als aardbeien, spinazie, vis, chocolade, varkensvlees en zelfs moedermelk. Het optreden van dergelijke reacties bij kleinere of grotere groepen mensen wil niet zeggen dat deze produkten onveilig zijn en dat de consumptie aan banden moet worden gelegd. De wetgeving op het gebied van alleen voor geur bestemde produk-

10 Geur- en smaakstoffen ten (parfums, cosmetica enz.) is nauwelijks beperkend. De industrie zelf legt zich op dit punt niettemin beperkingen op. Een en ander is neergelegd in een code of practice van de International Fragrance Association (IFRA). Meer dan 1000 monografieën over de toxicologie van parfumeriegrondstoffen zijn sinds 1973 gepubliceerd door het Research Institute of Fragrance Materials (RIFM). Toekomst Voor de toekomst lijkt wat de voedselwetgeving betreft het gebruik van het reeds genoemde gemengd systeem de meest realistische benadering. Aromatisering wordt thans reeds vrijwel uitsluitend met natuuridentieke componenten uitgevoerd. Behalve de componenten zoals ze voorkomen in het desbetreffende produkt, gebruikt men om een gewenst effect te bereiken ook componenten van andere produkten. Het verder toenemen van onze kennis als gevolg van voortgaand onderzoek zal mogelijk, meer dan tot dusver, leiden tot voedselidentieke aromatisering, d.w.z. dat bij smaakcorrecties alleen componenten worden gebruikt die van nature in een bepaald voedingsprodukt voorkomen, in concentraties die overeenkomen met die in het natuurprodukt. februari/juli 1985 Dr. D. K. Kettenes Dr. J. J. Kettenes-van den Bosch