食品风味化学-嗅感及嗅感物质(一).ppt

1、食品风味化学,8/3/2020,3 嗅感及嗅感物质(一),食品风味化学,8/3/2020,食品风味化学,8/3/2020,3.1嗅感及其生理学 3.2 嗅感理论 3.3 嗅感分子的构性关系从化学结构研究气味 3.4 嗅感分子的构性关系从气味研究分子的化学结构 3.5 食品中嗅感物质形成的基本途径之一 3.6食品中嗅感物质形成的基本途径之二,学习目标：了解嗅感及其生理学、嗅感理论、嗅感分子的构性关系， 知道和掌握食品中嗅感物质形成的基本途径。,食品风味化学,8/3/2020,一、嗅感的概念 嗅感是指挥发性物质刺激鼻腔嗅觉神经而在中枢神经中引起的一种感觉。其中产生令人喜爱感觉的挥发性物质叫香气；产

2、生令人厌恶感觉的挥发性物质叫臭气。 嗅感是比味感更复杂、更敏感的感觉。人从嗅到气味物到有感觉，仅需0.20.3s。 食品的嗅感风味，既不是由嗅感物质的组分百分含量，也不是由其阈值大小单一决定的。,3-1 嗅感及其生理学,食品风味化学,8/3/2020,2、气味的分类 (1)物理、化学分类法 在这种分类中，以Amoore的分类最有名。他根据对600多种物质气味的描述、分析、归纳出归纳出7种“原臭”词汇：樟脑臭、刺激臭、醚臭、花香、薄荷香、麝香和恶臭(腐败臭)(后又增加了第8种叫甜香)。,食品风味化学,8/3/2020,Harper等人根据气味的品质将其详细分成44类，如水果味、肥皂味、醚味、樟脑

3、味、芳香、香料味、薄荷味、柠檬味、杏仁味、花味、甜味、麝香味、蒜味、鱼腥味、焦味、石炭酸味、汗味、草味、腐败味、粪味、树脂味、油味、腐臭味等。,食品风味化学,8/3/2020,(2)心理学分类法 这种分类法是先让人闻了许多气味后，把他所感受到的印象用某种基准来判断表达，然后根据分析结果找出气味内在的基本性质。 采用的基准主要有两种，一种是使用语言描述法，另一种是不用语言为媒介的轮廓法。,食品风味化学,8/3/2020,如：Schutz采用 “快适度”为基准去评定气味性质，再将评定结果用多变量解释法进行分析，最后归纳出9种因子：A因子为辛香味，是对三叉神经刺激的不饱和化合物；B因子为香味；C因子

4、为醚味，含氧元素，属植物气味；D因子为香甜味，象动、植物气味的结合；E因子为油脂味，含氮元素，属动物气味；F因子为焦味；G因子为烧硫磺味；H因子为臭树脂味；I因子为金属味等。,食品风味化学,8/3/2020,同年Wright等人用50种气味与几种标准物进行比较，得出8个因子：对三叉神经产生刺激的A因子；香料性的B因子；树脂样的C因子；药味样的D因子；苯并噻唑样的E因子；乙酸己脂样的F因子；不快感的G因子；柠檬样的H因子等。,食品风味化学,8/3/2020,(3)按嗅盲分类法 嗅盲也叫特异嗅觉缺失，是指对某种气味无感受能力，而对其他气味和普通人一样。从对测试色盲的三原色基础中得到启示，推断嗅盲者

5、感受不到的气味也很可能是“原臭(基本臭)”。 Amoore据此发现了8种“原臭”(表33,p105)。(甜汗酸味、精液味、腥臭、麦芽味、薄荷味、尿臭、麝香味、樟脑味)。,食品风味化学,8/3/2020,在这8种“原臭”中，它们都是有特殊官能团的结构紧密的极性分子。 在异戊酸、1-二氢吡咯、三甲胺和异丁醛4个分子中，其官能团是绝对不能代替的。 薄荷味和尿臭两个分子，结构中的酮基较为重要，二级醇可以勉强地取代。 余下的两个分子，其嗅感似乎主要依赖于分子的大小及形状，其他的许多官能团取代其分子中的官能团后，似乎也能满足其嗅感要求。,食品风味化学,8/3/2020,三、嗅觉生理学,(一)嗅觉的特性 (

6、1)敏锐 人的嗅觉相当敏锐，某些动物嗅觉更为突出，如犬类、鳝鱼的嗅觉比普通人嗅觉约灵敏100万倍。,食品风味化学,8/3/2020,(2)易疲劳、适应和习惯 香水久闻而不觉其香；粪便尽管恶臭，但呆久也能忍受。这说明嗅觉细胞易产生疲劳而对该气味处于不灵敏状态，但对其他气味并不疲劳。 当嗅觉中枢神经由于一种气味的长期刺激而陷入负反馈状态时，感觉便受到抑制而产生适应性。另外，当人的注意力分散时会感觉不到气味，时间长些便对该气味形成习惯。疲劳、适应和习惯这三种现象会共同发挥作用，很难区别。,食品风味化学,8/3/2020,(3)个性差异大 不同的人嗅觉差别很大，即使嗅觉敏锐的人也会因气味而异。对气味不

7、敏感的极端情况便形成嗅盲，这也是由遗传产生的。有人认为女性的嗅觉比男性敏锐，但也有不同看法。 (4)阈值会随人体状况变动 身体疲劳或营养不良时嗅觉会降低；生病时会感到食物平淡不香；女性在月经期、妊娠期或更年期可能会嗅觉减退或过敏现象，,食品风味化学,8/3/2020,(二)嗅觉受体 在人的鼻腔前庭部分有一块嗅感上皮区域，也叫嗅粘膜。膜上密集排列着许多嗅细胞就是嗅感受器。它由嗅纤毛、嗅小胞、细胞树突和嗅细胞体等组成。,食品风味化学,8/3/2020,食品风味化学,8/3/2020,人类鼻腔每侧约有2000万个嗅细胞，兔子有五千万个。嗅细胞和其周围的支持细胞、分泌粒并列形成嗅粘膜。支持细胞上面的分

8、泌粒分泌出嗅粘液覆盖在嗅粘膜表面，液层厚约100m，具有保护嗅纤毛、嗅细胞组织以及溶解Na+、K+、Cl-、Ca2+等的功能。 人患萎缩性鼻炎与嗅粘膜上缺乏粘液，处于干燥状态有关。在嗅小胞上面生有几根至十几根总在自发运动的纤毛，叫嗅纤毛。它象在水下生长的水草，最初向粘液表面生长，至液面后便曲折横向延伸。,食品风味化学,8/3/2020,人在正常呼吸时，带有挥发性嗅感物分子的空气流通过外鼻进入鼻腔，与嗅粘膜上的嗅细胞接触，然后气流通过内鼻进入肺部。因此，嗅感物质分子必须溶于粘液中才能与嗅纤毛相遇而被吸附到嗅细胞上。,食品风味化学,8/3/2020,(三)气味对身体的影响 (1)对呼吸器官的影响

9、主要是改变呼吸类型。如：闻到香气时人会不自觉地深长吸气；闻到可疑气味时呼吸短而强以便鉴别气味；而闻到恶臭则会下意识地暂停呼吸，再一点点试探；闻到辛辣气味会咳嗽等等。,食品风味化学,8/3/2020,(2)对消化器官的影响 美好的食品香气会促进消化器官运动和胃分泌，使人产生腹鸣或饥饿感；不良的腐败臭气会抑制肠胃活动，使人食欲丧失或恶心呕吐。同样，增加饲料的风味也能促使动物迅速生长肥壮。,食品风味化学,8/3/2020,(3)对循环器官的影响 良好的气味会使人血管扩张、血压下降。心脏冠状动脉狭窄症患者用戊基亚硫酸抢救，除了主要是药理作用外，气味也有影响。,食品风味化学,8/3/2020,(4)对生

10、殖器官的影响 气味与性的关系已引起人们注意，这在动物中更为明显，许多动物是通过信息素的气味来寻找配偶的。实验表明，有些气味能促进子宫运动，有的则抑制、甚至会引起流产。,食品风味化学,8/3/2020,(5)对精神活动的影响 美好气味会使身心愉快、神清气爽，有解除过度紧张、疲劳的感觉；而恶臭会使人心烦、焦燥，丧失活动欲望。当人们在集中注意力工作时，气味的影响并不严重，但精神松弛时便会增强。,食品风味化学,8/3/2020,3-2 嗅感理论 一、有关气味本质的学说 (1)振动学说 当嗅感分子的固有振动频率与受体膜分子的振动频率相一致时，受体便获得气味信息。另一种观点主张，有效的刺激是嗅感分子中价电

11、子等分子内振动，只有分子与受体膜实际接触才会产生嗅感信息。他们都认为由于不同气味分子所产生的振动频率不同，从而形成不同的嗅感。,食品风味化学,8/3/2020,(2)酶学说 是少数人提出的，认为嗅感是由于气味分子刺激了嗅粘膜上的酶，使酶的催化能力、变构传递能力、酶蛋白的变性能力等发生了变化而形成的。不同气味间的差别，在于各分子对酶所施加的影响不同。,食品风味化学,8/3/2020,(3)化学学说 主张嗅感是气味分子以微粒的形式扩散，进入鼻腔后与嗅细胞之间发生了某种化学反应或物化反应(如吸附与解吸)而形成的。这类学说中较有名的有三个：,食品风味化学,8/3/2020,第一个是立体结构学说，认为嗅

12、感都由有限的几种原臭组成，每种原臭都有特定的嗅细胞受体。 第二个是渗透和穿刺学说认为嗅细胞能被气味的刚性分子所渗透和极化，定向双脂膜可能暂时被穿孔，并借此进行离子交换，产生神经脉冲。 第三个是外形-功能团学说，认为气味分子的形状、大小以及功能团的性质、位置不同，因而吸附在嗅粘膜后的排列状态也不一样，使嗅细胞产生不同的刺激而形成嗅感。,食品风味化学,8/3/2020,二、立体结构学说 为 Amoore所发现，亦称“锁和锁匙学说”。它曾在解释酶促反应机理、抗原与抗体的弹性反应、DNA与mRNA的偶合作用等方面取得成功。,食品风味化学,8/3/2020,Amoore发现具有相同气味的分子，其外形上也

13、有很大的共同性；而分子的几何形状改变较大时，嗅感也就发生变化。 例如，两个光学异构体形状不同，就可能具有不同的气味；改变了苯环上取代基的位置，也可能会极大地改变其嗅感；而对含1419个碳原子的大环化合物作相当大的重排改变时，对气味特性也不会有很大影响等等。 因此他认为：,食品风味化学,8/3/2020,决定物质气味的主要因素可能是整个分子的几 何形状，而与分子结构或成分的细节无关。 有些原臭的气味取决于分子所带的电荷。,食品风味化学,8/3/2020,在采用X-射线衍射、红外光谱、电子束探针等研究手段，探索了某些已知结构式的分子的三维空间模型后，提出了各种原臭的分子空间模型：如,食品风味化学,

14、8/3/2020,具有醚臭的分子象棒状，厚约0.5nm； 樟脑气味舶分子近似球形，直径0.75nm； 麝香气味分子是圆盘状，直径约0.9nm； 花香的分子是一个圆盘并连有一条尾巴，头的直径为0.9nm，尾巴为0.4nm； 薄荷味分子呈楔形，并有一个能在楔形分子边缘形成氢键的强电负性基团。,食品风味化学,8/3/2020,后来Amoore在1967年又鉴别出第8种原臭：甜香。他们还认为，在嗅粘膜上相应存在有若干种形状大小不同的凹形的嗅小胞，如同“锁眼” 。 当气味分子像“锁匙”一样插入时，嗅细胞便受到刺激而产生嗅感。对于那些不属于原臭的其他气味，他们认为是几种气味分子同时刺激了不同形状的嗅细胞后

15、产生的复合气味的结果。,食品风味化学,8/3/2020,实验论证： (1)、按照这个学说的分子空间形状与气味有高度相关性的观点，如果知道了一个分子的几何形状，就有可能预测它的气味来。如(A)分子，它可能适合风筝形的嗅细胞受体而产生花香，也能适合楔形的嗅细胞受体而产生薄荷香，或借助分子的一条侧链而适合于棒形的嗅细胞受体，具有醚臭。,食品风味化学,8/3/2020,因此从理论上可以预测该化合物应具有这3种嗅感的水果香气。若将其手性碳原子上的氢用甲基取代，成为(B)分子，则使分子的空间形状不易再进入风筝形或楔形受体，但仍能使棒形嗅细胞受体产生刺激。因此从理论上可预见(B)分子的气味主要为醚臭。上述预

16、测已被实验证实。,食品风味化学,8/3/2020,(2)、该学说认为，天然存在的某种复杂气味是由几种原臭分子共同作用嗅细胞而产生的。如雪松油的主要嗅感物，按其分子的空间形状适合樟脑臭、麝香、花香和薄荷臭4种气味受体，在Johnston主持下，经过86次试验，终于找到了用这4种原臭分子的不同数量组合复制出了有天然雪松油气味的数量组合。此外，他们还用这4种原臭化合物调配出具有天然檀香木油的气味组合。,食品风味化学,8/3/2020,(3)为了得到在嗅粘膜上确实存在不同形状受体位置的直接证明，R.C.Gestelard曾用微电极测量青蛙嗅细胞对不同气味的电脉冲反应，发现青蛙中不同的嗅细胞对不同气味分

17、子具有选择性。他共找出8种不同的嗅细胞受体，其中有5种与人类的原臭(樟脑臭、麝香、醚臭、刺激臭、腐败臭)相关联。,食品风味化学,8/3/2020,三、外形-功能团学说 由Beets 1957年提出的。他认为，嗅感作用和分子识别是以模型识别原理和潜意识分析原理为基础。在人类嗅觉中并不存在特别的受体部位，而是嗅感分子与庞大数量的各种受体细胞膜通过可逆性的物理吸附而相互作用产生的。具有受体功能的部位刚好位于细胞外围膜上，使嗅细胞能够产生信息并传导到嗅觉体系中。,食品风味化学,8/3/2020,Beets提出，嗅觉过程包含一个连续的散发和吸收步骤。 开始时，空气流所带的气味分子以杂乱向位和构象接近嗅粘

18、膜。当两者达到相当于化学上的过渡状态，分子被吸附于界面时，这时分子可能是处于定向和有序状态(大多是极性分子)，也可能是混乱无章的状态(多为非极性分子)。只有那些形成定向和有序的分子，才能与嗅细胞作用。,食品风味化学,8/3/2020,一种气味的形成是嗅觉过程的最终结果，其程序由一系列激发和传递步骤所组成，而每一步都是嗅感分子对嗅粘膜特征结构的作用所引起。因此可假设属于同一类且与嗅细胞作用的任何嗅感分子都可以产生同型的信息，叫基本模式或信息单元。,食品风味化学,8/3/2020,嗅觉及其识别是基于人脑对信息图形的下意识感知和认识，而这种信息图形是由不连续的有限的基本模式所组成。也就是说，基本模式是信息图形的基因，嗅觉是这些基本模式的组合。,食品风味化学,8/3/2020,嗅觉的基本模式为一系列类似气味分子与嗅细胞的末梢信息作用的最基本单位。无论任何原因， 例如受体蛋白产生遗传缺陷时，就不能感知某种基本模式，造成嗅盲。,食品风味化学,8/3/2020,气味分子能否与界面上的嗅细胞膜相互作用，取决于两者的相互作用效率。两者相互作用效