Chapter 食品的气味化学 46

Chapter10 食品的气味化学Odorchemistryoffood Anodororodouristheobjectofperceptionofthesenseofolfaction Odorsarealsocalledsmells Thetermstench恶臭 orpong难闻的气味isusedtodescribeanunpleasantodor Thetermfragranceoraromaisusedprimarilybythefoodandcosmeticindustrytodescribeapleasantodor andissometimesusedtorefertoperfumes ODORS Therearethousandsofodors andthesensitivityofthesmellorganisabout10000timesgreaterthanthatofthetasteorgan Theoutstandingfeatureofolfaction嗅觉ofchemicalsubstancesascomparedtotasteisitsextremesensitivitytolowconcentrationsofchemicalsubstancesanditsabilitytodifferentiateamongthem Theoryofolfactionhowolfactionwork Asdiscoveredby LindaB Buck and RichardAxel whowereawardedthe NobelPrize in2004 mammalsgenerallyhaveabout1000genesforodorreceptors 一 嗅觉生理学 Mitralcell Olfactorybulb Eacholfactoryreceptorneuroninthenoseexpressesonlyonefunctionalodorreceptor Theaxonsfromallthethousandsofcellsexpressingthesameodorreceptorconvergeintheolfactorybulb Mitralcells僧帽细胞intheolfactorybulbsendtheinformationabouttheindividualfeaturestootherpartsoftheolfactorysysteminthebrain whichputstogetherthefeaturesintoarepresentationoftheodor Sincemostodormoleculeshavemanyindividualfeatures thecombinationoffeaturesgivestheolfactorysystemabroadrangeofodorsthatitcandetect 2004年度诺贝尔生理学或医学奖获奖者 美国科学家理查德 阿克塞尔和琳达 巴克 通过自己开拓性的工作找到了解开这一谜底的钥匙 清楚地阐明了人类嗅觉系统的工作方式 人的大脑中约有2000个 嗅小球 数量是气味受体细胞种类的2倍 嗅小球 也非常的 专业化 携带相同受体的气味受体细胞会将神经信号传递到相应的 嗅小球 中 也就是说 来自具有相同受体的细胞的信息会在相同的 嗅小球 中集中 人体约有1000个基因用来编码气味受体细胞膜上的不同气味受体 这占人体基因总数的约3 人的嗅觉系统具有高度 专业化 的特征 比如 每个气味受体细胞仅表达出一种气味受体基因 气味受体细胞的种类与气味受体完全相同 气味受体细胞会将神经信号传递至大脑嗅球中被称为 嗅小球 的微小结构 每个气味受体细胞会对有限的几种相关分子作出反应 绝大多数气味都是由多种气体分子组成的 其中每种气体分子会激活相应的多个气味受体 并会通过 嗅小球 和大脑其他区域的信号传递而组合成一定的气味模式 尽管气味受体只有约1000种 但它们可以产生大量的组合 形成大量的气味模式 这也就是人们能够辨别和记忆约1万种不同气味的基础 嗅小球随后又会激活被称为僧帽细胞的神经细胞 每个 嗅小球 只激活一个僧帽细胞 使人的嗅觉系统中信息传输的 专业性 仍得到保持 僧帽细胞然后将信息传输到大脑其他部分 结果 来自不同类型气味受体的信息组合成与特定气味相对应的模式 大脑最终有意识地感知到特定的气味 DESCRIPTIONOFODORS Odorscanbedescribedbythecombinationofthethresholdvalueandodorquality Thresholdvaluerelatestothelowestconcentrationthatgivesanodorimpressionandthisiscalledtheintensityfactor 香气阈值是指香气物质与空白实验作比较时 能用嗅觉辨别出该物质存在的最低浓度 判断一种呈香物质在食品香气中的作用的数值称为香气值 香气值 呈香物质的浓度 阈值 二 化合物的气味与分子结构的关系ODORANDMOLECULARSTRUCTURE 发香团 原子 是指分子结构中对形成气味有贡献的基团 原子 发香团 OH COOH C O R O R COOR C6H5 NO2 CN ONO RCOO 发香原子 位于元素周期表中 族 族 如 P As Sb S F Tricyclic三环的compounds macrocyclic大环化合物ketonesandlactones内酯 steroids固醇 nitrocyclhexanes环已烷 indanes六氯化苯 tetrahydronaphthalenesandacetophenosesareallexamplesofdifferentstructuresthatgiveasimilarodorwhichismusky 2 大环酮碳数不同 气味不同 O C CH2 nn 4 7薄荷或杏仁香 n 8 11樟脑气味 n 13 17麝香 n 17无气味 3 同类化合物取代基不同 气味不同 4 有些化合物的旋光异构体的气味不同 1 分子的几何异构stereoisomer和不饱和度unsaturation对气味有较强的影响 三 化合物的类别与分子结构脂肪族化合物 Aliphaticcompound 1 醇类 Alcohol C1 C3的醇有愉快的香气 C4 C6的醇有近似麻醉的气味 C7以上的醇呈芳香味 2 酮类 Ketone 丙酮有类似薄荷的香气 庚酮 2 有类似梨的香气 低浓度的丁二酮有奶油香气 但浓度稍大就有酸臭味 C10 C15的甲基酮有油脂酸败的哈味 3 醛类 Aldehyde 低级脂肪醛有强烈的刺鼻的气味 随分子量增大 刺激性减小 并逐渐出现愉快的香气 C8 C12的饱和醛有良好的香气 但 不饱和醛有强烈的臭气 5 酸 Acid 低级脂肪酸有刺鼻的气味 4 酯类 Ester 由低级饱和脂肪酸和饱和脂肪醇形成的酯 具有各种水果香气 内酯 尤其是 内酯有特殊香气 2 芳香族化合物 Aromacompound 此类化合物多有芳香气味 如 苯甲醛 bezaldehyde 杏仁香气 桂皮醛 肉桂香气 香草醛 香草香气 醚类及酚醚多有香辛料香气 如 茴香脑 anethole 茴香香气 丁香酚 丁香香气 3 萜类 Terpene 如 紫罗酮 紫罗兰香气 水芹烯 香辛料香气 4 含硫化合物 Sulfocompound 硫化丙烯化合物多具有香辛气味 如 葱 蒜 韭菜等蔬菜中的香辛成分的主体是硫化物 CH2 CHCH2 2SCH2 CHCH2SSCH2CH CH2二烯丙基硫醚二硫化二烯丙基 5 含氮化合物 Nitriccompound 食品中低碳原子数的胺类 几乎都有恶臭 多为食物腐败后的产物 如 甲胺 二甲胺 丁二胺 腐胺 戊二胺 尸胺 等 且有毒 6 杂环化合物 Heterctcliccompound 噻唑类化合物具有米糠香气或糯米香气 维生素B1也有这种香气 有些杂环化合物有臭味 如 吲哚 indole 及 甲基吲哚 有气味物质的一般特征 具有挥发性 既具有水溶性 才能透过嗅觉感受器的粘膜层 又具有脂溶性 才能通过感受细胞的脂膜 分子量在26 300之间 任何一种食品的香气都并非由一种呈香物质单独产生 而是多种呈香物质的综合反映 对香气贡献大的物质 被称为 头香物 呈香与否还与呈香物的含量有关 食品中香气形成的主要途径 1 生物合成2 酶直接作用3 酶间接作用4 加热分解5 微生物作用 第三节食品中气味形成的途径Formativeapproachsoffoododor 一 生物合成 biosynthesis 直接由生物体合成形成的香气成分 主要是由脂肪酸经脂肪氧合酶酶促生物合成的挥发物 前体物多为亚油酸和亚麻酸 产物为C6和C9的醇 醛类以及由C6 C9脂肪酸所生成的酯 例如 己醛是苹果 葡萄 草莓 菠萝 香蕉和桃子中的嗅味物 2t 壬烯醛 醇 和3c 壬烯醇则是香瓜 西瓜等的特征香味物质 以脂肪酸为前体物的生物合成 酶直接作用 directactionofEnzyme 酶直接作用于香味前体物质形成的香气成分 芦笋的香气形成途径如下 CH3酶CH3CH3S CH2CH2COOHCH3S CH2 CHCOOH H 二甲基 硫代丙酸二甲基硫丙烯酸风味前体物香气物香气物 四 加热分解 decomposabilityofheating 麦拉德反应 焦糖化反应 Strecker降解反应可产生风味物质 油脂 含硫化合物等的热分解也能生成各种特有的香气 三 酶间接作用 indirectactionofEnzyme 酶促反应的产物再作用于香味前体 形成香气成分 OOOOOCH3SCH2SCH2SCH2SCH2CHNH CCH2CH2CHCOOH蘑菇氨酸OCOOHNH2火烤或晒干 谷氨酰胺水解酶谷氨酸 OOOONH2CH3SCH2SCH2SCH2S CH2CHCOOHOC S裂解酶丙酮酸 NH3 SSOOOOCH2CH2CH2CH3SCH2SCH2SCH2SHSSSS香菇精OS 五 微生物作用 actionofmicroorganism 发酵食品风味形成的途径是 微生物产生的酶 氧化还原酶 redoxenzyme 水解酶 hydrolyzeenzyme 异构化酶 isomerousenzyme 裂解酶 转移酶 transferenzyme 连接酶 connectenzyme 等 使原料成分生成小分子 这些分子经过不同时期的化学反应生成许多风味物质 发酵食品的后熟阶段对风味的形成有较大的贡献 水果的香气成分主要是以亚油酸和亚麻酸为前体物经生物合成途径产生的 有酶催化 水果中的香气成分主要为C6 C9的醛类和醇类 此外还有酯类 萜类 酮类 挥发酸等 第四节植物性食品的风味Theflavorofplantfood 桃的香气成分主要有苯甲醛 苯甲醇 各种酯类 内酯及 宁烯等 红苹果则以正丙 己醇和酯为其主要的香气成分 柑橘以萜类为主要风味物 菠萝中酯类是特征风味物 哈密瓜的香气成分中含量最高的是3t 6c壬二烯醛 阈值为3 10 6 西瓜和甜瓜的香气成分中含量最高的是3c 6c壬二烯醛 阈值为10 5 二 蔬菜的香气成分蔬菜中风味物质的形成途径主要是生物合成 葫芦科和茄科具有显著的青鲜气味 特征气味物有C6或C9的不饱和醇 醛及吡嗪类化合物 如 黄瓜 青椒 番茄等 2 伞形花科蔬菜具有微刺鼻的芳香 头香物有萜烯类化合物 如 胡萝卜 芹菜 香菜等 3 百合科蔬菜具有刺鼻的芳香 风味成分主要是含硫化合物 硫醚 硫醇 如 大蒜 洋葱 葱 韭菜等 4 十字花科蔬菜具有辛辣气味 最重要的气味物也是含硫化合物 硫醇 硫醚 异硫氰酸酯 如 卷心菜 萝卜 花椰菜 芥菜等 5 其它蘑菇主香成分有 肉桂酸甲酯 1 辛烯 3 醇 香菇精 海藻香气的主体成分是甲硫醚 还有一定量的萜类化合物 其腥气来自于三甲胺 烤紫菜的香气的产生有麦拉德反应参与 三 发酵食品的香气成分主要是微生物作用于蛋白质 脂类 糖等产生的 酒类 Alcohol 主要是酵母菌发酵 白酒中的香气成分有300多种 呈香物质以各种酯类为主体 而羰基化合物 羧酸类 醇类及酚类也是重要的芳香成分 2 酱油 Sauce 酱类利用曲霉 乳酸菌和酵母菌发酵 酱油香气的主体是酯类 甲基硫是构成酱油特征香气的主要成分 3 食醋 是酵母菌和醋酸菌发酵 乙酸含量高达4 香气成分以乙酸乙酯为主 水产品的气味 新鲜鱼的淡淡的清鲜气味是内源酶作用于多不饱和脂肪酸生成中等碳链不饱和羰化物所致 熟鱼肉中的香味成分是由高度不饱和脂肪酸转化产生的 淡水鱼的腥味的主体成分是哌啶 存在于鱼腮部和血液中的血腥味的主体成分是 氨基戊酸 第五章动物性食品的风味Theflavorofanimalityfood 鱼中令人不愉快的气味形成途径 主要是微生物和酶的作用 鱼 贝类死后其体内的赖氨酸逐步酶促分解 鲜鱼肉内中约2 的尿素 在一定条件下可分解生成NH3 鱼体表面粘液中的蛋白质 氨基酸等被细菌分解 鱼油氧化分解生成的甲酸 丙酸 丙烯酸 丁酸戊酸等 二 肉类的气味熟肉香气的生成途径主要是加热分解 因加热温度不同 香气成分有所不同 肉香形成的前体物有氨基酸 多肽 核酸 糖类 脂质 维生素等 肉香中的主要化合物有内酯类 呋喃衍生物 吡嗪衍生物及含硫化合物等 前体物生成肉香成分的主要三种途径 1 脂质的热氧化降解 硫胺素热解 2 麦拉德反应 Strecker降解 糖的热解 3 1 和 2 生成的各物质之间的二次反应 根据这些研究成果 可配制各种肉类食用香精 鸡肉香主要是由羰基化合物和含硫化合物构成 若除去2t 4c 癸二烯醛 2t 5c 十一碳二烯醛 鸡肉的独特香气就失去了 牛 羊肉的膻气源于脂质中特有的脂肪酸 如 羊肉中含有4 甲基辛酸和4 甲基壬酸 猪肉中的5 雄甾 16 烯 3 酮 醇 具有尿臭味 三 乳及乳制品的气味新鲜乳