Umami

Mit dem Lehnwort umami (abgeleitet von 旨味 für ‚Schmackhaftigkeit‘, basierend auf うまい ‚wohlschmeckend, würzig‘ sowie 味 ‚Geschmack‘). Diese zählt beim Menschen neben den bekannten Kategorien süß, sauer, salzig und bitter zu den fundamentalen Sinnesqualitäten der Geschmackswahrnehmung. Beschrieben wird der Sinneseindruck umami üblicherweise als fleischig, würzig oder herzhaft. Kurzu,, auf der Zunge detektieren spezielle Sinneszellen den Geschmacksknospen mit der Qualität umami. In der Zellmembran dieser Geschmackszellen befinden sich besondere Geschmackrezeptoren, die sich aus speziellem Proteinen zusammensetzen. Biologisch dient die Wahrnehmung von umami dazu, proteinreiche Nahrungsmittel zu identifizieren. Die Erkennung von Fettsäuren, die aus Fetten freigesetzt werden, fällt hingegen nicht unter diesen Begriff.

Geschichte

Schon im 5. Jahrhundert v. Chr. erwähnte Konfuzius in China ein fermentiertes Würzmittel, das aus Ethanol, Salzwasser, Getreide und Fleisch hergestellt wurde. Ungefähr ab 200 v. Chr. etablierte sich die Nutzung fermentierter Sojabohnen zum Würzen. Auch im antiken Rom kam ab ca. 200 v. Chr. eine Würzsauce namens Liquamen oder Garum zum Einsatz, die unter anderem fermentierten Fisch enthielt. In Südostasien gehört würzige Fischsauce seit dem 15. Jahrhundert zum alltäglichen Gebrauch.

Der Begriff umami wurde von dem japanischen Chemiker Kikunae Ikeda geprägt. Basierend auf seinen persönlichen Geschmackserfahrungen stellte er die Hypothese auf, dass es neben den vier bekannten Empfindungen für süß, sauer, salzig und bitter eine fünfte grundlegende Geschmacksqualität geben müsse. Im Jahr 1909 schlug er den Namen „Umami“ vor. Zuvor hatte er Glutaminsäure als den entscheidenden Geschmacksträger identifiziert – isoliert aus einem Extrakt von Kombu (Laminaria japonica), einem japanischen Blatttang, der traditionell für Dashi verwendet wird.

Noch im gleichen Jahr startete Ikeda gemeinsam mit einem Partner die industrielle Herstellung von Mononatrium-L-glutamat. Dieses wurde aus dem Hydrolysat von Weizenproteinen gewonnen. Durch die Zugabe von Salzsäure wurde das Gluten hydrolysiert und in seine Aminosäuren zerlegt, wobei über ein Drittel davon aus Glutamin und Glutaminsäure bestand.

Rezeptoren der Geschmackszellen

In die Zellmembran der Sinneszellen des Geschmackssinnes sind Transmembranproteine integriert, die als Rezeptoren fungieren. Speziell bei den Geschmackszellen für umami existieren spezifische Rezeptorproteine, die als Heterodimer aus den zwei unterschiedlichen Proteinen T1R1 und T1R3 gebildet werden. In seiner Bauweise ähnelt dieser Rezeptor demjenigen für die Qualität süß, welcher sich aus T1R2 und T1R3 zusammensetzt. Beide gehören zur Klasse C der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (C-GPCR). Bei diesen Heterodimeren formen sogenannte Venusfliegenfalle-Domänen einen speziellen Bereich an der Zelloberfläche, der mittels Transmembrandomänen in der Membran verankert ist. Der Komplex aus T1R1 und T1R3 identifiziert mit hoher Genauigkeit bestimmte Nukleotide und Aminosäuren, dabei neben Asparaginsäure vor allem Glutaminsäure.

Der Hemmstoff Lactisol reduziert beim Menschen durch seine Bindung an T1R3 die Empfindlichkeit sowohl für umami als auch für süß. Ebenfalls bekannt sind Glucane, welche die Wahrnehmungsdauer des Geschmacks verkürzen können.

Zusätzlich sind auch die metabotropen Glutamatrezeptoren mGluR4 und mGluR1 an der Detektion von Umami beteiligt. Rezeptoren der Klasse CaSR binden Calciumionen und intensivieren die Geschmackseindrücke von umami, süß und salzig. Dieses Geschmackserleben infolge der CaSR-Aktivierung nennt man Kokumi.

Geschmackliche Wahrnehmung

Die von den Geschmackszellen generierten Signale werden auf die Enden der zugehörigen Nervenzellen übertragen. Über deren Ausläufer – die Geschmacksfasern der Hirnnerven – gelangen die Informationen ins Gehirn. Die Kerngebiete im Markhirn (Nucleus tractus solitarii) fungieren dabei als Umschaltstation. Von dort führen Bahnen einerseits über den Pons zum Hypothalamus sowie in Teile des limbischen Systems. Andererseits gibt es Projektionen über den Thalamus zur Großhirnrinde, genauer zum Gyrus postcentralis und zur Insula. Nach heutigem Wissensstand entstehen erst im Cortex cerebri jene bewussten Wahrnehmungen, die sich verbalisieren lassen, beispielsweise als „wohlschmeckend“. Der Umami-Eindruck steigert sowohl den Appetit als auch das Gefühl der Sättigung.

Geschmacksauslösende Stoffe

Glutamat-Zwitterion
bei pH 7,4 mit der Seitenkette in blau

Inosinmonophosphat als Natriumsalz (Dinatriuminosinat)

Guanosinmonophosphat als Natriumsalz

Im allgemeinen Sprachgebrauch nutzt man oft vereinfacht den Begriff „Glutamat“. Chemisch gesehen handelt es sich jedoch um das Anion der Glutaminsäure und dessen verschiedene Salze. Glutaminsäure ist als Aminosäure ein natürlicher Bestandteil vieler Proteine in sämtlichen Lebewesen. Der Umami-Geschmack wird primär durch Salze der Glutaminsäure ausgelöst, konkret durch das Anion, das in wässriger Lösung entsteht. Daher findet sich Glutaminsäure sowohl in Lebensmitteln wie Fleisch, Fisch und Milch als auch in Gemüse, Pilzen und Algen. In zubereiteten Speisen binden die freien Glutamate und, in geringerem Maße, die Aspartate an die Rezeptoren der Umami-Geschmackszellen und aktivieren diese. Asparaginsäure erreicht dabei etwa ein Viertel der Intensität von Glutaminsäure.

Bislang sind 52 Peptide bekannt, die einen Umami-Geschmack hervorrufen. Diese Peptide sind hydrophil und beinhalten Asparaginsäure oder Glutaminsäure. Eine dem Glutamat ähnliche Wirkung zeigen auch die Anionen seltenerer Aminosäuren, die nicht in Proteinen vorkommen, wie Homocysteinsäure, Cystein-S-sulfonsäure und Ibotensäure. Ebenso löst die im Pilz Tricholoma muscarium natürlich enthaltene Tricholomasäure einen Umami-Geschmack aus.

Verantwortlich für den Umami-Eindruck ist hauptsächlich das freie Anion der Glutaminsäure, das durch Proteolyse aus Proteinen freigesetzt wird. In wässriger Lösung bildet Glutaminsäure das physiologisch bedeutsame Glutamat-Zwitterion. Die Salze der Säure nennt man Glutamate. Das Natriumsalz bezeichnet man als Mononatriumglutamat (MNG, engl. Monosodium glutamate, MSG), das Kaliumsalz hingegen als Monokaliumglutamat. In wässriger Umgebung dissoziieren beide Salze in Kalium- bzw. Natrium-Ionen sowie das Anion der Carbonsäuregruppe der Glutaminsäure. Sinkt der pH-Wert (durch Säurezugabe), verringert sich der Umami-Geschmack infolge der Protonierung der Carbonsäuregruppe. Eine reine Lösung aus Glutamat wird oft nicht als lecker empfunden, sondern erst im Zusammenspiel mit Aromen sowie Kochsalz.

Zusätzlich verstärken Purin-Ribonucleotide wie das in wässrigen Lösungen präsente Inosinmonophosphat (IMP, Inosinat), Guanosinmonophosphat (GMP, Guanosinat) und indirekt auch Adenosinmonophosphat (AMP, Adenosinat, durch den Abbau zu IMP) die Wirkung von Glutamaten auf synergistische Weise. In trockener Form liegen diese Stoffe, ebenso wie Aspartat und Glutamat, als Kalium- oder Natriumsalze vor. Zur Wahrnehmung von Glutamaten tragen verschiedene Typen ähnlich strukturierter Geschmacksrezeptoren auf der Zunge bei. Da Purine ebenfalls am Glutamat-Rezeptor andocken, intensivieren sie den Schmackhaftigkeits-Eindruck des Glutamats.

Das Wirkungsmaximum des Umami-Geschmacks bei einer Mischung aus Natriuminosinmonophosphat und Mononatriumglutamat liegt vor, wenn einer der beiden Bestandteile einen Anteil von 30 bis 70 % ausmacht. Ohne die Beigabe von Inosinmonophosphat liegt die Wahrnehmungsschwelle einer wässrigen Mononatriumglutamatlösung bei 0,12 g/l. Fügt man jedoch 2,5 g/l Inosinmonophosphat (entspricht 5 mmol/l) hinzu, sinkt diese Schwelle auf 0,0019 g/l.

Im Hinblick auf andere Geschmacksqualitäten als umami besitzen Glutamate keine verstärkende Wirkung, wenn sie mit anderen geschmacksgebenden Substanzen kombiniert werden. Vielmehr können Glutamat, IMP und GMP bestimmte andere Geschmacksrichtungen sogar abmildern. Beispielsweise verdoppelt eine wässrige Mononatriumglutamatlösung (5 mmol/l) die Wahrnehmungsschwelle für Säuren. Eine Inosinmonophosphatlösung gleicher Konzentration erhöht die Schwelle für Säuren sogar um etwa das Dreißigfache und die für Bitterstoffe um das ca. Vierfache.

Siehe auch

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Datei fehlt Wiktionary: umami – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen