Tast- und Geruchssinn, Geschmackssinn + Geschmacksaktive

Sensorik (Subject) / Tast- und Geruchssinn, Geschmackssinn + Geschmacksaktive Verbindungen (Lesson)

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Uni Bonn SS'17

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Mechanorezeptoren der Haut Mechanorezeptoren der Haut: Primäre Sinneszellen 4 Typen von Sinneszellen in unbehaarter Haut:– Meissner-Körperchen– Merkel-Zellen– Vater-Pacini-Körperchen – Ruffini-Körperchen In behaarter Haut KEINE Meissner-Körperchen, dafür Haarfollikel-Sensoren→ Informationen über die Auslenkung der Haare bei Berührung → Merkel-Zellen hier in Gruppen ⇒ Merkel-Tastscheiben Meissner-Körperchen: Druckänderungen z.B. Wahrnehmung von Erhebungen, Vertiefungen Wichtig für Griffkontrolle („slip & grip“) Ertasten von Oberflächenstrukturen beim Überstreichen eines Objektes Merkel-Zellen: Druck Druckempfindung bei anhaltender Berührung Wahrnehmung der Oberfläche von Objekten Sensitiv für Punkte, Kanten, Kurven → Form- & Texturwahrnehmung Vater-Pacini-Körperchen: Druckänderungen, Vibration Kleinere Variante: Krause-Körperchen (v.a. in Mund- & Zungenschleimhaut) Spüren von Vibration, Bewegung eines Körpers Ruffini-Körperchen: die Stärke der Dehnung der Haut (Hautspannung) Evtl. zur Wahrnehmung der Fingerstellung, Beteiligung an Bewegungswahrnehmung Wahrnehmen von Form, Gewicht & Größe eines gehaltenen Objektes
Tastsinn Druck, Temperatur, Vibration..→ Haut → Mechano- & Thermorezeptoren, Nocizeptoren → Tastsinn Tastsinn: Nahsinn Sinnesorgan Haut mit Nervenfasern & Gehirn Unterteilt:– Berührungssinn (Mechanozeption)– Kinästhetischer Sinn (Mechanozeption)– Schmerzsinn (Nozizeption)– Temperatursinn (Thermozeption) Taktile & Haptische Wahrnehmung: – Taktil: Passive Wahrnehmung von Reizen, die auf ruhenden Körper treffen („Berührt werden“) – Haptisch: Wahrnehmungen, die durch aktive Bewegung des Körpers entstehen; Anfassen von Gegenständen, Menschen etc.; „Begreifen“ durch Abtasten („Berühren“)
Mechanorezeptoren der Haut: Rezeptive Felder und Adaptation Rezeptive Felder & Adaptation: Rezeptoren haben unterschiedliche rezeptive Felder & adaptieren unterschiedlich schnell Rezeptives Feld: Bereiche der Hautoberfläche, in denen Reize erfasst werden Je kleiner rezeptives Feld, desto genauer wird Information über den Ort einer Reizung Meissner-Körperchen & Merkel-Zellen:– Kleines, begrenztes rezeptives Feld – Rezeptor liegt nah unter der Haut Vater-Pacini- & Ruffini-Körperchen:– Großes, nicht eng begrenztes rezeptives Feld – Rezeptor liegt tief in der Haut Adaptation: „Prozess, bei dem ein sensorisches System gegenüber einer kontinuierlichen Reizquelle unempfindlich wird“ Schnell adaptierende Rezeptoren (→ Melden Reizänderungen) = Meißner & Pacini vs. Langsam adaptierende Rezeptoren(→ Vermitteln lang andauernden Eindruck) = Merkel & Ruffini
Tastsinn - Mechanozeption Mechanozeption: Mechanorezeptoren Reizqualität: mechanische Einwirkung fester & flüssiger Stoffe od. übertragene Luftdruckänderungen. Berührungssinn:– Empfindungsqualität: Druck, Berührung – Taktile Eindrücke Kinästhetischer Sinn (Tiefensensibilität) – Wahrnehmung räumlicher Lage-, Kraft- & Bewegungssinn – Empfindungsqualität: Hand- & Kaubewegungen, Beschleunigung (Knusprig, zähflüssig, ...)
Tastsinn – Nozizeption Schmerzsinn: Noci-zeptoren Reizqualität: gewebe-schädigende Einwirkungen (elektrisch, mechanisch, chemisch, thermisch) Empfindungsqualität: Schmerz Somatisch:– Durch Reizung od. Verletzung eines Körperteils (Haut, Gelenk, Knochen, Muskeln) → scharfer &/od. brennender Dauerschmerz– Gut zu lokalisieren Viszeral:– Von den inneren Organen ausgehende Schmerzen (Magen-Darm, Bauchraum) → meist dumpf, krampf- od. koli-kartig – Genaue Lokalisation meist schwierig
Tastsinn – Thermozeption Temperatursinn: Thermorezeptoren Reizqualität:– langwellige, elektromagnetische Strahlung (700 - 900 nm) Empfindungsqualität:– Kälte, Wärme (kalt, warm) Vorderer Teil der Mundhöhle empfindlicher als die hinteren Bereiche des Rachens Temperatur beeinflusst Sensibilität für die Grundgeschmacksarten Thermorezeptoren reagieren auf chemische Reize wie Menthol od. Capsaicin → Temperaturillusionen
Hand und Mund als Tastorgane Größe der Hände wichtig für Tastsinn bei kleinen Händen mit kleinen Fingern liegen die Tastrezeptoren enger zusammen, sodass das neuronale Abbild schärfer wird.⇒ Frauen haben oftmals einen ausgeprägteren Tastsinn Berühren der LM mit der Hand, um sie zum Mund zu führen:– Info über Frische (Festigkeit beim Apfel)– Info über Konsistenz Zungenoberfläche im Mund aufgeraut durch Fadenpapillen → Texturempfindung vermittelt Im Mund trigeminal vermittelte (Schmerz-)Reize– Scharf (Chili)– Kühlend (Menthol)
Texturempfindung von Lebensmitteln Texturempfindung entsteht durch den Prozess der Zerkleinerung & Einspeichelung von Lebensmitteln 1. Phase: Zum Mund führen: hart, kalt, trocken, glatt,... Abbeißen: Geschwindigkeit & Kraftaufwand werden registriert→ Maß für Knackigkeit 2. Phase: Transport in Mundhöhle mit der Zunge & Zerkleinerung mit Backenzähnen→ Kraftaufwand wird gemessen. Messung der Größe von Bissen über Winkel zwischen Unter- & Oberkiefer (Stellungssinn) Taktile Wahrnehmungen (glatt, rau,...) auf der Zunge & dem Gaumen. Infos über Saftigkeit über Berührungsrezeptoren von Zunge & Gaumen.→ wie viele Tropfen treffen auf Schleimhäute auf? Zelluläre Struktur über Druckschwankungen, welche als Vibrationen wahrgenommen werden. 3. Phase: Transport des Nahrungsbreis in den Rachen→ weiterer Konsistenzeindruck Auch bei Transport durch Speiseröhre können noch Texturempfindungen stattfinden
Texturbeschreibung Texturbeschreibung: 1. Mechanische Attribute: Welche Kraft muss für das Zerkleinern der Probe aufgewendet werden? z.B. Härte, Viskosität 2. Geometrische Attribute: Mundgefühl aufgrund der Größe, Form & Anordnung der Partikel Partikel mit einer Größe < 3 μm nicht fühlbar z.B. wässrig, cremig, pudrig, grießig, sandig 3. Attribute des Mundgefühls in Bezug auf Produktfeuchte & -fettgehalt Mundgefühl aufgrund von Feuchte-gehalt, -aufnahme & -abgabe sowie Fettgehalt & –typ (cremiger, viskoser, fester, knuspriger,...) Fett verringert Reibung zwischen Zunge, Gaumen & LM
Geruchssinn Gelöste chemische Verbindungen → Nase → Chemorezeptoren → Geruchssinn „Wahrnehmung flüchtiger, chemischer Verbindungen in der gasförmigen Phase“ Geruchssinn: Sinnesorgan: Nase mit Nervenfasern & Gehirn Ol-faktorische Wahrnehmungen = Wahrnehmung von Gerüchen. Direktes Riechen, Schnüffeln = pro-nasal/ortho-nasal Wahrnehmung beim Verzehr = retronasal
Adaptation und Habituation Adaptation: Sensibilitätsverlust tritt dann ein, wenn die Reizung der Zunge etwa 30 Sekunden andauert. Erholungsphase mindestens 30 Sekunden. Habituation Gewöhnungsprozesse: Eine hohe positive hedonische Bewertung eines Lebensmittel, geht nach mehrmaligem Kontakt züruck, wird aber nie negativ.
Geruchsinn: Adaptation und Habituation Adaptation (= Anpassung): Konfrontation mit Duftreiz einer konstanten Intensität über gewissen Zeitraum (ca. 4 min) führt zu Einstellung auf jeweilige Reizgröße→ Geruch schwächer od. nicht mehr wahrgenommen Nach Erholungsphase wird Sensibilität der Wahrnehmung zurückerlangt Habituation (=Gewöhnung): Gewöhnung an bestimmte Gerüche Allmähliches Verschwinden der durch einen Reiz ausgelösten Reaktion Vertraute Duftreize finden weniger Beachtung Langfristiger als Adaptation
Was versteht man unter Orthonasal, retronasal, trigeminal 1. Ortho-nasal „Riechen durch Nase“ Duftstoffe in der Luft werden beim Einatmen durch die Nasenlöcher in die Nasenhöhle zu den ol-faktorischen Rezeptorzellen transportiert & wahrgenommen 2. Retronasal „Riechen von hinten“ beschreibt den Transport von flüchtigen, aromatischen Verbindungen aus der Mundhöhle über den Rachenraum zu den Rezeptoren im Nasenraum. Erfolgt nach dem Schlucken beim Ausatmen 3. Trigeminal Empfinden Sinnesreize, die über den Nervus trigeminus vermittelt werden.wie brennend, scharf, adstringierend, prickelnd, beißend, brenzelig, stechend, kühlend (generell irritative Eigenschaften) Spricht auf taktile, thermische & Schmerzreize in der Gesichtsregion & auf chemische Reize in flüssiger & Gasphase an.
Trigeminales System zur Riechwahrnehmung Unter Trigeminaler Wahrnehmung versteht man die Sinnesreize, die über den Gesichtsnerv Nervus trigeminus vermittelt werden. Nervus trigeminus: KEINE Sinneszellen Reizaufnahme über freie Nervenenden, die in Haut od. Schleimhaut enden. sind in gesamtem Nasen- & Riech-epithel lokalisiert. Spricht auf taktile, thermische & Schmerzreize in der Gesichtsregion & auf chemische Reize in flüssiger & Gasphase an. Empfindungsqualitäten nasaltrigeminal:- stechend- prickelnd- schmerzend- beißend
Geschmackssinn Lösliche chemische Verbindungen → Zunge → Chemorezeptoren → Geschmackssinn Geschmackssinn: Nahsinn, Kontaktsinn „Wahrnehmung wasser- bzw. speichellöslicher Verbindungen“ Gustatorische Wahrnehmungen 5 Grundgeschmacksarten:i) Süßii) Salzigiii) Saueriv) Bitterv) Umami Fettig, adstringierend & metallish diskutiert
Flavour, Off-Flavour FLAVOUR: Summe der Sinneswahrnehmungen des Geruchs-, Geschmacks- & Tastsinns (inklusive trigeminalem System) Kein passendes Wort in Deutsch, daher meist auch mit = Geschmack bezeichnet Unterscheidung Grundgeschmacksarten & Geschmack im Sinne von Flavour! OFF-FLAVOUR: Negative, artfremde, nicht charakteristische Geruchs- & Geschmackswahrnehmung
Empfindungsqualität des Geschmackssinns Süß Hervorgerufen v.a. durch Mono- & Disaccharide auch Zuckerersatzstoffe Süßgeschmack = Sensor für Kalorien in Form von Kohlenhydraten Aufnahme von energiereichen LM (daher hohe Erkennungsschwellen) Umami Geschmack von L-Glutamat = Fleischartig Funktion als Sensor für Kalorien in Form von Proteinen hohe Erkennungsschwellen, so hinreichende Kalorienaufnahme zu fördern Salzig In geringen Konz.: wirkt appetitiv, fördert Aufnahme In hohen Konz.: wirkt aversiv, führt zu Ablehnung → Balance aus appetitiver & aversiver Wahrnehmung: Sicherstellung der Aufnahme adäquater Elektrolyt-konzentrationen & Vermeidung der Zufuhr schädlicher Salzmengen Bitter Löst Vermeidungsverhalten aus (aversiv) → Schutz vor potentiellen Giftstoffen Niedrige Schwellen Mit fortschreitendem Alter auch Assoziationen mit Kalorien, anregender Wirkung von Koffein oder Alkohol – Metallionen – Alkaloide – Aminosäuren Sauer Erkennen von Säuren Aversive Wirkung → unreifes Obst, verdorbene Nahrung Relativ niedrige Schwellenwerte
Reizerfassung der Grundgeschmacksart Reizerfassung: Für jede Grundgeschmacksart existierten Rezeptorzellen, die spezifische Rezeptorproteine enthalten. Unterschiedliche Wege der Signaltransduktion 1. Süß, bitter, umami: unterschiedliche Rezeptoren, gleiche Signal-kaskade. Substanzen binden an G-Protein-gekoppelte Rezeptoren G-Protein (Gustducin) wird aktiviert Signalkaskade, die zur Depolarisation & letztlich zur Ausschüttung von Neurotransmittern führt. Aktionspotenzial an afferenten Nervenfasern Weiterleitung zum Gehirn 2. Salzig Kristalline wasserlösliche Stoffe, die in Lösungen in Kationen & Anionen dissoziieren (Kochsalz: Na+, Cl-) → Erhöhte Kationen-konzentration in Zellumgebung Kationen strömen durch unspezifische Kationen-kanäle in Sinneszelle→ Ladung im Zellinneren wird positiver Depolarisation Ausschüttung von Neurotransmittern Aktionspotenzial an afferenten Nervenfasern Weiterleitung zum Gehirn 3. Sauer Säuren = Substanzen, die Protonen (H+-Ionen) freisetzen. H+-Ionen blockieren Kationenkanäle Anreicherung von Kationen (K+) im Zellinneren Depolarisation Ausschüttung von Neurotransmittern Aktionspotenzial an afferenten Nervenfasern Weiterleitung zum Gehirn
Aufbau der menschlichen Zunge Menschlichen Zunge: Muskelkörper von Schleimhaut überzogen & mit Geschmackssinneszellen besetzt. 4 Typen von Papillen auf der Zunge:i) Wallpapillen ii) Blätterpapilleniii) Pilzpapillen (i-iii) → enthalten Geschmacksknospen iv) Fadenpapillen → Nahrungstransport, Texturempfindungen Rezeptorzellen in Geschmacksknospen:i) Sinneszellenii) Stützzellen iii) Basalzellen Reizempfindliche Bereiche der Sinneszellen sind in Mikrovilli gefaltet & ragen in die Öffnung (Porus) hinein. Porus: Verbindung zum Mundraum Zungengeografie: Alle Grundgeschmacksarten überall zu schmecken Ausnahme: Zungenmitte, da dort keine Geschmacksknospen
Was versteht man unter Synästhesie? Synästhesie: Kopplung von 2 od. mehr Wahrnehmungsarten (spezifische Vernetzung im Gehirn)→ Sinnesreize führen zu mehr als 1 Empfindung – Farben & Temperatur („warmes grün“)– Klang & Farbe („der Ton F klingt rot“)– Farben schmecken od. hören– Worte & Zahlen in Farben sehen Häufigkeit in der Bevölkerung nur geschätzt: 1:1.000 bis 1:25.000; familiäre Häufungen Synästhetiker häufig überdurchschnittlich intelligent Viele in kreativen/künstlerischen Berufen – prominente Beispiele: Kandinsky, Goethe
Sensorische wirksame Verbindungen Sensorischer Eindruck besteht aus Vielzahl von Komponenten Am Eindruck beteiligte Verbindungen prägen charakteristisches Aroma: Geschmacks- & geruchswirksame Stoffe Schlüsselverbindungen/ „character impact compounds“ Gehalt über entsprechendem Schwellenwert
Geschmacksstoffe Geschmacksstoffe: Nicht flüchtig Wahrnehmung über Geschmacksrezeptoren Saure, süße, bittere, salzige & umami Verbindungen Neben den Referenzsubstanzen Citronensäure, Saccharose, Coffein, Kochsalz & Natriumglutamat viele weitere geschmackswirksame Substanzen– Aminosäuren & Peptide– Mono- und Oligosaccharide und Zuckeralkohole– Säuren– Salze– Süßstoffe– (Geschmacksverstärkende Substanzen – Maltol, Glutamat,...)
Geschmacksqualität von Aminosäuren und Peptide Geschmacksqualität von Aminosäuren: D-Reihe überwiegend = süß L-Reihe überwiegend = bitter Ausnahme L-Glutaminsäure – hohe Konzentrationen = Umami– niedrige Konzentrationen = geschmacksverstärkende Eigenschaft Ausnahme L-Methionin – schwefelartiger Geschmack Geschmacksqualität von Peptiden weitgehend unabhängig von Konfiguration – Neutral oder bitter – Außer z.B. süße Dipeptidester der L-Asparaginsäure (z.B. Aspartam*)
Geschmacksintensität von Aminosäuren und Peptide Geschmacksintensität von Aminosäuren: Geschmacksintensität zeigt sich im Erkennungsschwellenwert– Niedrigste Konzentration, bei der Geschmacksqualität von Prüfpersonen mit Sicherheit erkannt wird. Bei AS hängt Intensität von Hydrophobizität der Seitenkette ab (Leucin – unpolare Seitenkette) – L-Tryptophan, L-Phenylalanin am bittersten – D-Tryptophan mit 0,2–0,4 mmol/L am süßesten Bei kleinen Peptiden unabhängig von AS-Sequenz
Geschmacksqualität und -Intensität von Mono- & Oligosaccharide Mono- & Oligosaccharide: Qualität & Intensität werden von:... beeinflusst. Struktur der Verbindung, Parametern wie Temperatur, pH-Wert & Vorliegen weiterer geschmackswirksamer Verbindungen. 1. (a) Unterscheidung der Intensität: über Schwellenwert (niedrigste Konzentration...) über iso-süße Lösungen als Referenzen (Sacchraso) 1. (b) Ermittlung der Süßintensität: Iso-süßer Bereich wird sensorisch zunächst näherungsweise bestimmt (Rangordnungsprüfung) Danach mehrere Paarweise-Vergleiche (Duo-Tests) mit Lösungen der zu testenden Verbindung & Saccharose bis ein Paar gleicher Intensität ermittelt wurde. Ergebnis aus Mittelwert des Panels 2. Süßqualität: Volle Süße (Saccharose): harmonisch, körperreich Spitze Süße: enger Süßeindruck, aufdringlich Wässrige Süße: flach & körperarm Langanhaltende Süße → 􏰁richtig nur über Zeit-Intensitäts-Tests zu ermitteln
Was versteht man unter Brennend-scharfer Geschmack? Brennend-scharfer Geschmack ⇒ 􏰁Trigeminal vermittelter Schmerzreiz Trigeminaler Wahrnehmung = Sinnesreize, die über den Nervus trigeminus vermittelt werden. Vermittelt taktile Empfindungen der Gesichtsregion und ist an der Duftwahrnehmung beteiligt, deshalb spricht man von gustatorischer, olfaktorischer und trigeminaler Wahrnehmung. Eigenschaften wie brennend, scharf, adstringierend, prickelnd, beißend, brenzelig, stechend, kühlend (generell irritative Eigenschaften) z. B. Pfeffer, Ingwer, Bestimmmte Paprikaarten
Kühlende und brennende Verbindungen Kühlende Empfindung 􏰁⇒ Trigeminale Wahrnehmung Fette, wenn sie schmelzen Niedermolekulare Verbindungen wie z.B. Menthol (Kälte- bis Schmerzempfindung) Produkte der Maillard-Reaktion in geröstetem Malz Brennende Empfindung 􏰁⇒ 􏰁 Trigeminal vermittelte Schmerzempfindung Steroid-Alkaloide (α-Solanin & α-Chaconin) aus Kartoffeln Ungesättigte Fettsäuren Scharfe Stoffe wie Capsaicin
Adstringierende Verbindungen Adstringenz ⇒ Trigeminal vermittelte Schmerzempfindung Gehört zum Flavour bzw. zum Mundgefühl Zusammenziehendes, pappig-pelziges Gefühl in Mundhöhle Durch phenolische Verbindungen– Tannine (Gallotannine, Proanthocyanidine)– Flavonole (Quercetin- und Kaempferol-Derivate) Proteine können Adstringenz reduzieren, da Proteine reversible Komplexe mit Tanninen bilden können

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