1、第八章 風(fēng)味化學(xué) Flavor Chemistry（一）食品工程與生物技術(shù)學(xué)院第1頁第1頁食品氣味化學(xué)1食品滋味化學(xué)2Odor chemistry of foodTaste chemistry of food第2頁第2頁第一節(jié) 概述 第二節(jié) 化合物氣味與分子結(jié)構(gòu)第三節(jié) 食品中氣味形成路徑及風(fēng)味分析 第四節(jié) 植物性食品風(fēng)味第五節(jié) 動物性食品風(fēng)味第六節(jié) 香味增強(qiáng) 第3頁第3頁 狹義上食品風(fēng)味：食品香氣、滋味和入口后取得香味。（味覺和嗅覺） 廣義上食品風(fēng)味(flavor)：指人以口腔為主感覺器官對食品產(chǎn)生綜合感覺（嗅覺，味覺，視覺及觸覺）。感覺現(xiàn)象：個人、民族、地域傾向。第一節(jié) 概 述第4頁第4頁食

2、品感官特性示意圖第5頁第5頁 風(fēng)味物質(zhì)普通含有下列特點(diǎn)：成份多，含量甚微;大多是非營養(yǎng)物質(zhì);味感性能與分子結(jié)構(gòu)有特異性關(guān)系;多為對熱不穩(wěn)定物質(zhì)。 第6頁第6頁 風(fēng)味分類：風(fēng)味(Flavor)、香味(Aroma)、口味(Taste)、物理味、化學(xué)味、心理味國別分類：中國：酸、甜、苦、咸、辣、鮮、澀；日本：酸、甜、苦、咸、辣；印度：酸、甜、苦、咸、辣、淡、澀、不正常味；歐美：酸、甜、苦、咸、辣、金屬味。第7頁第7頁嗅覺理論(Theory of olfaction)立體化學(xué)理論 Amoore（1964）化合物立體分子大小、形狀及電荷有差別，人嗅覺空間位置也有差別。膜刺激理論 振動理論第二節(jié) 化合物氣

3、味與分子結(jié)構(gòu) Odor and structure of compound第8頁第8頁人鼻與口腔結(jié)構(gòu)風(fēng)味感知第9頁第9頁立體化學(xué)理論立體分子大小、形狀和電荷差別，人嗅覺受體空間位置也是各種各樣，一旦一些氣體分子能像鑰匙開鎖同樣恰如其分地潛入受體空間，人就能捕獲到這些氣體特性。他提出基本氣味設(shè)想，每種氣體都有若干中代表化合物。苯酚莽草酸第10頁第10頁 基本氣味與代表性化合物 基本氣味 代表化合物 薄荷香 薄荷醇、環(huán)己酮、叔丁基甲醇 花 香 香葉醇、-紫羅酮、苯乙醇、松油醇 焦糖香 吡喃酮、呋喃酮、環(huán)酮 麝 香 環(huán)十六烷酮、雄甾烷-3-醇 樟腦香 d-樟腦、桉樹腦、龍腦、叔丁醇、戊基甲基乙醇 魚

4、腥臭 三甲胺、二甲基乙胺、 N-甲基吡咯烷 汗 臭 異戊酸、異丁酸 腐爛臭 戊硫醇、1, 5-戊二胺、吲哚、3-甲基吲哚 第11頁第11頁大環(huán)酮碳數(shù)不同，氣味不同。 O=C (CH2)n n=47薄荷或杏仁香， n=811樟腦氣味，n=1317麝香，n17無氣味。同類化合物取代基不同，氣味不同。有些化合物旋光異構(gòu)體氣味不同。分子幾何異構(gòu)和不飽和度對氣味有較強(qiáng)影響。第12頁第12頁15個碳以上大環(huán)化合物河貍 大靈貓 麝 第13頁第13頁硝基芳香族化合物苯環(huán)能與硝基形成平面化合物第14頁第14頁非硝基芳香族化合物第15頁第15頁膜刺激理論Davis(1967) 認(rèn)為氣味分子被吸附在受體柱狀神經(jīng)薄膜

5、酶質(zhì)膜界面上。神經(jīng)周圍有水存在。氣味分子親水基朝向水并推動水形成空穴。若離子進(jìn)入此空穴 , 神經(jīng)產(chǎn)生信號。 Davis 推導(dǎo)了氣體分子功效基團(tuán)橫切面與吸附自由能熱力學(xué)關(guān)系 , 從而能夠擬定分子大小、形狀、功效基團(tuán)位置與吸附自由能之間關(guān)系。第16頁第16頁氣味特性與氣味分子振動特性相關(guān)。在口腔溫度范圍內(nèi) , 氣味分子振動能級是在紅外或拉曼光譜區(qū), 振動頻率大約在 100700cm-1 。人嗅覺受 體感受到分子振動能 , 產(chǎn)生信號。這一假說能較好地解釋氣體分子光譜數(shù)據(jù)與氣味特性相關(guān)性, 并能預(yù)測一些化合物氣味特性 , 這是振動理論成功之處。振動理論第17頁第17頁第18頁第18頁二. 化合物氣味與

6、分子結(jié)構(gòu)關(guān)系發(fā)香團(tuán)（原子）：是指分子結(jié)構(gòu)中對形成氣味有 奉獻(xiàn)基團(tuán) （原子）。 發(fā)香團(tuán)： -OH, -COOH, C=O, R-O-R, -COOR, -C6H5, -NO2, -CN, -RCHO。 發(fā)香原子：位于元素周期表中族 族。 如：P, As, Sb（銻）, S, F。第19頁第19頁三.化合物類別與分子結(jié)構(gòu)脂肪族化合物 （1）醇類C1C3醇有愉快香氣，C4C6醇有近似麻醉氣味,C7以上醇呈芳香味。 第20頁第20頁（2）酮類丙酮有類似薄荷香氣；庚酮-2有類似梨香氣；低濃度丁二酮有奶油香氣，但濃度稍大就有 酸臭味；C10C15甲基酮有油脂酸敗哈味。 第21頁第21頁 (3) 醛類 低檔

7、脂肪醛有強(qiáng)烈刺鼻氣味。隨分子量增大，刺激性減小，并逐步出現(xiàn)愉快香氣。 C8C12飽和醛有良好香氣，但，-不飽和醛有強(qiáng)烈臭氣。第22頁第22頁（5）酸 低檔脂肪酸有刺鼻氣味。（4）酯類 由低檔飽和脂肪酸和飽和脂肪醇形成酯，含有各種水果香氣。內(nèi)酯、尤其是-內(nèi)酯有特殊香氣。第23頁第23頁2. 芳香族化合物這類化合物多有芳香氣味。 如: 苯甲醛（杏仁香氣）, 桂皮醛（肉桂香氣）,香草醛（香草香氣）醚類及酚醚多有香辛料香氣。 如：茴香腦（茴香香氣），丁香酚（ 丁香香氣）第24頁第24頁3. 萜類 如:紫羅酮（紫羅蘭香氣）; 水芹烯（香辛料香氣）4. 含硫化合物 硫化丙烯化合物多含有香辛氣味。 如：蔥、

8、蒜、韭菜等蔬菜中香辛成份主體是硫化物。 (CH2=CHCH2)2S CH2=CHCH2SSCH2CH=CH2 二烯丙基硫醚 二硫化二烯丙基 第25頁第25頁5. 含氮化合物 食品中低碳原子數(shù)胺類，幾乎都有惡臭，多為食物腐敗后產(chǎn)物。 如：甲胺，二甲胺，丁二胺（腐胺），戊二胺（尸胺）等，且有毒。 6. 雜環(huán)化合物 噻唑類化合物含有米糠香氣或糯米香氣，維生素B1也有這種香氣。 有些雜環(huán)化合物有臭味。如：吲哚 及 -甲基吲哚。第26頁第26頁 有氣味物質(zhì)普通特性： 含有揮發(fā)性； 既含有水溶性（才干透過嗅覺感受器粘膜層），又含有脂溶性（才干通過感受細(xì)胞脂膜）； 分子量在26300之間。 第27頁第27頁

9、任何一個食品香氣都并非由一個呈香物質(zhì)單獨(dú)產(chǎn)生，而是各種呈香物質(zhì)綜合反應(yīng)。對香氣奉獻(xiàn)大物質(zhì)，被稱為“頭香物”。 呈香是否還與呈香物含量相關(guān)。第28頁第28頁食品中香氣形成主要路徑：1、生物合成 2、酶直接作用3、酶間接作用4、加熱分解5、微生物作用 第三節(jié) 食品中氣味形成路徑 Formative approachs of food odor第29頁第29頁一、生物合成(biosynthesis) 直接由生物體合成形成香氣成份。主要是由脂肪酸經(jīng)脂肪氧合酶酶促生物合成揮發(fā)物。 前體物多為亞油酸和亞麻酸， 產(chǎn)物為C6和C9醇、醛類以及由C6、C9脂肪酸所生成酯。 比如：己醛是蘋果、葡萄、草莓、菠蘿、香

10、蕉和桃子中風(fēng)味物；2t-壬烯醛(醇)和3c-壬烯醇則是香瓜、西瓜等特性香味物質(zhì)。第30頁第30頁 以脂肪酸為前體物生物合成第31頁第31頁酶直接作用(direct action of Enzyme) 酶直接作用于香味前體物質(zhì)形成香氣成份。 蘆筍香氣形成路徑下列： CH3 酶 CH3 CH3S+CH2CH2COOH CH3S + CH2=CHCOOH + H+ 二甲基-硫代丙酸 二甲基硫 丙烯酸 風(fēng)味前體物 香氣物 香氣物第32頁第32頁四、加熱分解(decomposability of heating ) 美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、Strecker降解反應(yīng)可產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)。 油脂，含硫化合物等熱分

11、解也能生成各種特有香氣。 三、酶間接作用(indirect action of Enzyme) 酶促反應(yīng)產(chǎn)物再作用于香味前體，形成香氣成份。 第33頁第33頁 O O O O OCH3SCH2SCH2SCH2SCH2CHNH-CCH2CH2CHCOOH 蘑菇氨酸 O COOH NH2 火烤或曬干 -谷氨酰胺水解酶 谷氨酸 O O O O NH2CH3SCH2SCH2SCH2S-CH2CHCOOH O C-S裂解酶 丙酮酸 + NH3S S O O O O CH2 CH2 CH2CH3SCH2SCH2SCH2SH S S S S 香菇精 O S半胱氨酸亞砜（香菇酸）硫代亞磺酸第34頁第34頁第3

12、5頁第35頁五.微生物作用(action of microorganism) 發(fā)酵食品風(fēng)味形成路徑是： 微生物產(chǎn)生酶（氧化還原酶、水解酶、異構(gòu)化酶、裂解酶、轉(zhuǎn)移酶、連接酶等），使原料成份生成小分子，這些分子經(jīng)過不同時期化學(xué)反應(yīng)生成許多風(fēng)味物質(zhì)。 發(fā)酵食品后熟階段對風(fēng)味形成有較大奉獻(xiàn)。第36頁第36頁風(fēng)味分析作用：評價加工過程適宜性。原料、中間產(chǎn)品和成品質(zhì)量主要指標(biāo)。豐富合成香味種類。補(bǔ)充內(nèi)容：風(fēng)味分析 Analysis of flavor第37頁第37頁一 風(fēng)味成份分離提取1 蒸餾，抽提 (distillation, extraction) 真空蒸餾慣用于揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分離。 蒸餾過程：蒸餾出

13、揮發(fā)性化合物通過高效冷阱濃縮，得到含水餾出液經(jīng)有機(jī)溶劑提取，最后回收溶劑。 Likens-Nickersons 裝置可完畢這種連續(xù)蒸餾提取過程。 第38頁第38頁 1：裝有水溶性樣品，需水浴加熱圓底燒瓶 2：裝溶劑水浴加熱玻璃瓶 3：冷凝管 4：濃縮分離器 Likens-Nickersons 裝置第39頁第39頁 這種辦法缺點(diǎn)： （1）對易溶于水極性化合物提取不完全。 （2）當(dāng)化合物分子量不小于150道爾頓時，揮發(fā)性減小，從而使回收率大大減少。第40頁第40頁2氣體提取(extraction with gas) 氣體抽提是從食品中分離提取揮發(fā)性成份慣用一個辦法。 操作辦法：利用惰性氣體（N2，

14、CO2或He）將吸附到多孔、粒狀聚合材料上（Tenax GC, Porapak Q, Charomosorb 105）風(fēng)味化合物通過程序升溫使揮發(fā)物逐步解析。低溫時，洗脫劑帶走痕量水分，伴隨溫度逐步升高，釋放出揮發(fā)物并隨載氣進(jìn)入與氣相色譜連接冷阱進(jìn)行分析。第41頁第41頁 1：樣品 2：有保護(hù)套（40-60）螺旋旋轉(zhuǎn)式玻璃柱（以便大面積分散樣品） 3：使用液氮，干冰或丙酮制冷濃縮冷阱 4：接真空泵 5：揮發(fā)性化合物接受瓶從脂肪，油脂及其它高沸點(diǎn)溶劑中分離揮發(fā)性化合物裝置第42頁第42頁GC-Analysis 第43頁第43頁3頂空分析(Headspace Analysis) 操作辦法： 將食品

15、樣品密封在容器內(nèi)，在適宜溫度下放置一段時間，待食品基質(zhì)連接揮發(fā)性物質(zhì)和存在蒸汽中揮發(fā)物達(dá)到平衡后，從頂空取樣進(jìn)行分析。 不足： （1）僅能檢測出一些較主要揮發(fā)物質(zhì)。 （2）很難取得同原頂空氣體構(gòu)成一致代表性樣品 。第44頁第44頁第45頁第45頁第46頁第46頁吸附劑活性炭，Porapak（乙基乙烯基苯 /二乙烯基苯共聚物）XAD樹脂（二乙烯基苯/苯乙烯共聚物第47頁第47頁Vacuum Headspace Technology (Strawberry)第48頁第48頁第49頁第49頁 質(zhì)譜儀(MS)已成為風(fēng)味物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析中不可缺乏儀器。對于一些質(zhì)譜難以確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)，還經(jīng)常需結(jié)合1H-NMR等

16、方法鑒定風(fēng)味物質(zhì)結(jié)構(gòu)。 鑒定風(fēng)味組成物質(zhì)方法：需經(jīng)過比較二者質(zhì)譜，最少兩種不同極性毛細(xì)管柱保留時間，以及經(jīng)過氣相色譜/風(fēng)味檢測得出風(fēng)味閾值，假如檢測值與標(biāo)準(zhǔn)不符，則需結(jié)合1H-NMR等方法重新鑒定。二、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析(analysis of structure)第50頁第50頁三. 感官分析(sensory analysis)1.氣味閾值 人嗅覺器官能感受到某種氣味最低濃度。2.三點(diǎn)檢查法第51頁第51頁Sensory Analysis 第52頁第52頁P(yáng)arfumersParfumer第53頁第53頁Figure 1. Prototype chemical vapor sensing syst

17、em (electronic nose). 第54頁第54頁教學(xué)思緒教學(xué)目的及基本要求 掌握食品中風(fēng)味物質(zhì)種類，理解其形成過程；教學(xué)難點(diǎn)：食品中風(fēng)味物質(zhì)種類；講授辦法：板書、幻燈、應(yīng)用實(shí)例，互動式教學(xué)思考題：食品中風(fēng)味物質(zhì)有哪些？第55頁第55頁水果香氣成份主要是以亞油酸和亞麻酸為前體物經(jīng)生物合成路徑產(chǎn)生（有酶催化）。水果中香氣成份主要為C6C9醛類和醇類，另外尚有酯類、萜類、酮類，揮發(fā)酸等。 第四節(jié) 植物性食品風(fēng)味 The flavor of plant food第56頁第56頁桃香氣成份主要有苯甲醛，苯甲醇，各種酯類，內(nèi)酯及-苧烯等； 紅蘋果則以正丙己醇和酯為其主要香氣成份； 柑橘以萜類為

18、主要風(fēng)味物； 菠蘿中酯類是特性風(fēng)味物； 哈密瓜香氣成份中含量最高是3t, 6c 壬二烯醛（閾值為310-6）；西瓜和甜瓜香氣成份中含量最高 是3c, 6c 壬二烯醛（閾值為10-5）。第57頁第57頁C6-青草植物；伯醇、醛C9-黃瓜、西瓜；仲醇、酮C8-蘑菇、紫羅蘭；醛植物中脂肪氧合酶產(chǎn)生風(fēng)味第58頁第58頁脂肪酸在酶作用下產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)醛酮轉(zhuǎn)變?yōu)榇紩r，閾值減少，感覺靈敏度提升，香味更濃郁。C8-C10烯酯和內(nèi)酯化合物有類似桃子和椰子風(fēng)味長鏈脂肪酸氧化產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)第59頁第59頁支鏈氨基酸產(chǎn)生揮發(fā)物Strecker降解酶酵母乳酸鏈球菌第60頁第60頁異戊間二烯化合物生物合成單萜烯揮發(fā)性萜類化合

19、物風(fēng)味柑橘果實(shí)風(fēng)味，香辛料和生胡蘿卜風(fēng)味第61頁第61頁苧烯第62頁第62頁第63頁第63頁莽草酸合成路徑中產(chǎn)生風(fēng)味第64頁第64頁莽草酸結(jié)構(gòu)式和球棍模式圖第65頁第65頁二. 蔬菜香氣成份 蔬菜中風(fēng)味物質(zhì)形成路徑主要是生物合成。葫蘆科和茄科 含有明顯青鮮氣味。 特性氣味物有C6或C9不飽和醇、醛及吡嗪類化合物。 如:黃瓜、青椒、番茄等 第66頁第66頁蔬菜中甲氧基烷基吡嗪揮發(fā)物清香-泥土香味第67頁第67頁2.傘形花科蔬菜 含有微刺鼻芳香， 頭香物有萜烯類化合物。 如：胡蘿卜、芹菜、香菜等。3. 百合科蔬菜 含有刺鼻芳香， 風(fēng)味成份主要是含硫化合物（硫醚、硫醇）。 如:大蒜、洋蔥、蔥、韭菜等

20、。第68頁第68頁蔥頭類中含硫揮發(fā)物第69頁第69頁第70頁第70頁4.十字花科蔬菜含有辛辣氣味，最主要?dú)馕段镆彩呛蚧衔铮虼?、硫醚、異硫氰酸酯）?如：卷心菜、蘿卜、花椰菜、芥菜等 。第71頁第71頁十字花科植物風(fēng)味形成過程興奮辣味，刺鼻，催淚第72頁第72頁5. 其 它 蘑菇主香成份有：肉桂酸甲酯，1-辛烯-3-醇，香菇精。海藻香氣主體成份是甲硫醚，尚有一定量萜類化合物，其腥氣來自于三甲胺?？咀喜讼銡猱a(chǎn)生有美拉德反應(yīng)參與。 第73頁第73頁第74頁第74頁煙草、茶葉特性香味第75頁第75頁 三. 發(fā)酵食品香氣成份 主要是微生物作用于蛋白質(zhì)、脂類、糖等產(chǎn)生。酒類 主要是酵母菌發(fā)酵。 白酒

21、中香氣成份有300各種，呈香物質(zhì)以各種酯類為主體，而羰基化合物、羧酸類、醇類及酚類也是主要芳香成份。 第76頁第76頁2. 醬油 醬類利用曲霉、乳酸菌和酵母菌發(fā)酵。 醬油香氣主體是酯類，甲基硫是構(gòu)成醬油特性香氣主要成份。3. 食醋 由酵母菌和醋酸菌發(fā)酵，乙酸含量高達(dá)4%， 香氣成份以乙酸乙酯為主。 第77頁第77頁水產(chǎn)品氣味第五節(jié) 動物性食品風(fēng)味 The flavor of animality food新鮮魚淡淡清鮮氣味是內(nèi)源酶作用于多不飽和脂肪酸生成中檔碳鏈不飽和羰基化物所致。熟魚肉中香味成份是由高度不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化產(chǎn)生。淡水魚腥味主體成份是哌啶，存在于魚腮部和血液中血腥味主體成份是-氨基戊

22、酸。 第78頁第78頁新鮮烹調(diào)魚特性風(fēng)味 -3123第79頁第79頁 魚中令人不愉快氣味形成路徑： 主要是微生物和酶作用。魚、貝類死后其體內(nèi)賴氨酸逐步酶促分解。鮮魚肉內(nèi)中約2%尿素，在一定條件下可分解生成NH3。魚體表面粘液中蛋白質(zhì)，氨基酸等被細(xì)菌分解。魚油氧化分解生成甲酸、丙酸、丙烯酸、丁酸戊酸等。第80頁第80頁二. 肉類氣味 熟肉香氣生成路徑主要是加熱分解。因加熱溫度不同，香氣成份有所不同。 肉香形成前體物有氨基酸、多肽、核酸、糖類、脂質(zhì)、維生素等。 肉香中主要化合物有內(nèi)酯類，呋喃衍生物，吡嗪衍生物及含硫化合物等。 第81頁第81頁第82頁第82頁前體物生成肉香成份主要三種路徑： （1）脂質(zhì)熱氧化降解、硫胺素?zé)峤狻?（2）美拉德反應(yīng)、Strecker降解、糖熱解。 （3）（1）和（2）生成各物質(zhì)之間二次反應(yīng)形成風(fēng)味物質(zhì)。 依據(jù)這些研究結(jié)果，可配制各種肉類食用香精。 第83頁第83頁第84頁第84頁雞肉香主要是由羰基化合物和含硫化合物構(gòu)成。 若除去2t,4c-癸二烯醛、2t,5c-十一碳二烯醛，雞肉獨(dú)特香氣就失去了。牛、羊肉膻氣源于脂質(zhì)中特有脂肪酸。 如：羊肉中含有4-甲基辛酸和4-甲基壬酸。豬肉中5