Новости химической науки > Тщательно моделируя процесс жевания, ты помогаешь обществу

Исследователи из Австралии и Новой Зеландии использовали трехмерное компьютерное моделирование пережевывания человеком пищи для того, чтобы понять динамику её разрушения и высвобождения вкусовых и ароматных веществ в ходе этого процесса.

В последние годы возросшая обеспокоенность о состоянии здоровья человечества, в частности – тех проблем, которые так или иначе ассоциированы с неправильным питанием или перееданием, вынудило технологов пищевой промышленности изменять состав продуктов питания, понижая содержание в них соли, сахара и жиров, сохраняя при этом вкусовую привлекательность этих продуктов для конечного потребителя. Есть надежда, что результаты компьютерного моделирования процесса пережевывания пищи позволят предсказать, на какие вкусовые рецепторы будут воздействовать разрушающиеся в ротовой полости фрагменты еды и, соответственно, как будет восприниматься потребителем на вкус тот или иной продукт питания.

Для решения задач пищевой химии Саймон Гаррисон (Simon Harrison) с коллегами впервые использовали расчетный метод, получивший название «гидродинамика биомеханического разглаживания частиц (biomechanical-smoothed particle hydrodynamics). В ходе анализа проводятся сложные расчеты, целью которых является моделирование движение органов ротовой полости человека и их взаимодействие с различными типами пищи.

Как отмечает Гаррисон, для различных продуктов питания, обладающих различным строением, необходимо проводить различные типы расчетов. Австралийские исследователи начали моделирование с продуктов питания с простыми механическими свойствами – детскими желейными конфетками, которые отличаются однородными механическими свойствами, и слюна и температура ротовой полости не оказывает на них столь существенное влияние, как на другие продукты питания. Так, например, для изучения механохимических свойств негомогенной пищи, например, покрытого карамелью шоколада, который во рту тает от тепла ротовой полости, необходимо решать более сложные механохимические задачи в трехмерном пространстве.

Растворение и диффузия обеспечивающих вкус соединений из желейной конфеты, помещенной в лужицу слюны в полости рта. (Рисунок из Food and Funct., 2014, 5, 2792 (DOI: 10.1039/c4fo00786g))

Тем не менее, и для гомогенно однородных желейных конфет моделирование процесса жевание оказалось далеко не тривиальной задачей. Как поясняет Гаррисон, точное описание геометрических форм разжеванных конфет и их перемещения оказалось исключительно сложным процессом. Чтобы сконструировать максимально приближенную к реальности анатомическую модель, исследователям пришлось обобщить данные из максимального числа источников, описывающих строение челюстей и особенности процесса жевания различных людей.

Как отмечает Гаррисон, зачастую именно неоднородность структуры продукта питания, обуславливающая хруст при его пережевывании обеспечивает нам дополнительные приятные ощущения от приема пищи. Он также добавляет, что неоднородность структуры хрустящей пищи отвечает за скорость и механизм высвобождения веществ, взаимодействующих с нашими вкусовыми и обонятельными рецепторами. Так, если еда быстро разбивается на большое количество мелких кусочков, увеличивается площадь поверхности, с которой может происходить высвобождение веществ, отвечающих за вкус и запах. Модель такого высвобождения веществ, благодаря которым нам вкусно есть еду, и разрабатывается исследователями. Как они надеются, количественная параметризация этих механизмов высвобождения «вкусных веществ» в конечном итоге позволит модифицировать структуру пищи для того, чтобы получать от нее еще больше удовольствия.

Комментируя результаты новой работы, специалист по пищевым технологиям из Университета Лидса (Великобритания) Цзянсе Чен (Jianshe Chen) заявляет, что, хотя работа по моделированию поведения пищи во рту находится на самой начальной стадии, дальнейшее ее развитие может оказать значительное влияние на пищевые производства.

Сам Гаррисон надеется, что его пионерская работа подстегнет интерес и других исследователей к моделированию «судьбы пищи». Стратегическая цель самих австралийских исследователей – построение всеобъемлющей модели, позволяющей досконально понять, как строение пищи влияет на ее вкус, переваривание и, конечно, здоровье.

Источник: Food and Funct., 2014, 5, 2792 (DOI: 10.1039/c4fo00786g)

метки статьи: #биохимия, #бытовая химия, #химия питания