聞香識(shí)化學(xué)

范剛

是什么在“勾引”你的鼻子

香氣是食物中重要的感官特性之一，良好的香氣品質(zhì)能夠使人產(chǎn)生愉快的情緒，食品的香味可以通過(guò)條件反射刺激人體的消化系統(tǒng)，促進(jìn)唾液和胃液的分泌，產(chǎn)生食欲。香味是我們通過(guò)鼻子聞到的，因此，香氣物質(zhì)都具有揮發(fā)性。其分子飄散在空氣中，進(jìn)入到我們鼻子中后刺激嗅覺(jué)細(xì)胞才能被感受到。每種食物都有其獨(dú)特的特征風(fēng)味，這種特征風(fēng)味通常不是由一種或幾種物質(zhì)構(gòu)成的，而是由數(shù)十種甚至上百種揮發(fā)性物質(zhì)按照一定的比例構(gòu)成，比如調(diào)制咖啡中的香氣物質(zhì)有400多種，而白酒中的香氣化合物多達(dá)1000多種，其成分十分復(fù)雜。

別看食物中的香氣物質(zhì)種類(lèi)繁多，其含量卻非常低，一般食品中香氣物質(zhì)的含量為食品重量的10-6～10-10。大多數(shù)香氣物質(zhì)穩(wěn)定性差，容易受到外界環(huán)境因素的影響而發(fā)生化學(xué)變化。另外，食物中的香氣物質(zhì)也容易受濃度的影響，香氣物質(zhì)的濃度不一樣，其呈現(xiàn)出來(lái)的氣味也不一樣，比如2-戊基呋喃在濃度較大時(shí)呈現(xiàn)出甘草味，而稀釋后則具有豆腥味。

構(gòu)成食物氣味的物質(zhì)種類(lèi)繁多，既有無(wú)機(jī)物，也有有機(jī)物。一般來(lái)說(shuō)，只有SO2、NO2、NH3、H2S等少數(shù)無(wú)機(jī)物有氣味，大多數(shù)無(wú)機(jī)物均無(wú)氣味。而具有揮發(fā)性的有機(jī)物則大多有氣味，食品中的氣味物質(zhì)大都是有機(jī)物，主要包括脂肪烴含氧衍生物（醇、醛、酮、羧酸、酯等）、芳香族化合物、含氮化合物、含硫化合物等。這些物質(zhì)具體呈現(xiàn)出什么樣的氣味是由其分子結(jié)構(gòu)決定的，如低級(jí)飽和脂肪醛，像是甲醛，具有強(qiáng)烈的刺激性氣味，隨著其分子質(zhì)量增加，刺激性氣味減弱，并逐步出現(xiàn)愉快氣味;碳數(shù)在8～12間的飽和醛在很低濃度下也有良好香氣，如壬醛具有玫瑰香和杏仁香、癸醛具有柑橘香、十二醛則呈現(xiàn)花香。隨著碳數(shù)增多，飽和醛的嗅感逐漸減弱。

食物中的揮發(fā)性物質(zhì)雖然種類(lèi)繁多、構(gòu)成復(fù)雜，但并不是每種揮發(fā)性物質(zhì)都對(duì)食物的整體香氣有貢獻(xiàn)，對(duì)食物整體香氣具有貢獻(xiàn)的香氣物質(zhì)叫作香氣活性物質(zhì)。有些香氣物質(zhì)的含量雖然很高，但是對(duì)整體香氣的貢獻(xiàn)卻不大，相反，有些含量非常小的物質(zhì)對(duì)食物的整體香氣貢獻(xiàn)很大，其含量甚至用現(xiàn)代分析技術(shù)都很難準(zhǔn)確測(cè)定。

另類(lèi)“香氣”

除了增加食欲，香味也能幫助人們辨別食物的新鮮程度。不新鮮的或腐敗的食物中的香味會(huì)減弱、變味甚至出現(xiàn)臭味，以提示人們食物已經(jīng)變質(zhì)。食物的“臭氣”通常是由于食物中香氣物質(zhì)的不穩(wěn)定性、或某些大分子物質(zhì)的降解、或是由于微生物的生長(zhǎng)繁殖造成的，比如橘子汁經(jīng)過(guò)高溫加熱后，就會(huì)出現(xiàn)“蒸煮味”，原因之一是由于其中的含硫氨基酸降解產(chǎn)生了含硫類(lèi)氣味物質(zhì);豆奶在生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生“豆腥味”，是由于其中的亞油酸、亞麻酸等多種不飽和脂肪酸被脂肪氧化酶氧化生成了小分子醇、醛、酮、酸和胺等揮發(fā)性化合物;肉類(lèi)腐敗后會(huì)出現(xiàn)“腥臭味”，是由于蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生了甲胺、尸胺和糞臭素等揮發(fā)性物質(zhì)。

咖啡中的香氣物質(zhì)多達(dá)數(shù)百種

食物中的香氣成分復(fù)雜

聞著臭，吃著香

當(dāng)然，并不是所有的臭味都是不受歡迎的，有些具有臭味的食物也常見(jiàn)于人們的餐桌之上，比如中國(guó)的傳統(tǒng)美食臭豆腐和皮蛋，臭豆腐的臭味主要來(lái)源于蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生的硫化氫、吲哚等物質(zhì)，皮蛋的輕微臭味也是來(lái)源于蛋白質(zhì)的降解產(chǎn)物——硫化氫和氨氣;被譽(yù)為“水果之王”的榴蓮，其臭味是由低碳酯類(lèi)物質(zhì)構(gòu)成的復(fù)雜混合物產(chǎn)生的;比臭豆腐更加惡臭數(shù)十倍的瑞典鯡魚(yú)罐頭，其臭味來(lái)源于發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的乙酸、丙酸、丁酸、硫化氫等揮發(fā)性物質(zhì)，正是由于這種食品奇臭無(wú)比，以至于瑞典本地人食用時(shí)也需要使用鼻夾將鼻子夾起來(lái)。

在廚藝中加點(diǎn)化學(xué)

我們都知道未經(jīng)焙烤的面團(tuán)是沒(méi)有香氣的，而生肉則具有不太好聞的肉腥味，但是面團(tuán)經(jīng)過(guò)高溫焙烤形成面包后就具有十分誘人的香氣，而生肉經(jīng)過(guò)燉煮、烤制也會(huì)呈現(xiàn)出濃郁的肉香味。

食物在加工和烹飪過(guò)程中發(fā)生的這種美妙變化要?dú)w因于幾個(gè)神奇的化學(xué)及生物反應(yīng)。第一個(gè)就是美拉德反應(yīng)。這是由羰基化合物（還原糖類(lèi)）和氨基化合物（胺、氨基酸、肽和蛋白質(zhì)）在一定溫度下發(fā)生的層層疊疊的反應(yīng)，生成各種風(fēng)味物質(zhì)，并發(fā)生褐變反應(yīng)，它是食品色澤和香味產(chǎn)生的主要來(lái)源之一，比如剛出爐的面包、現(xiàn)烤的牛排、現(xiàn)磨的咖啡、剛出鍋的炒花生等。美拉德反應(yīng)是一個(gè)十分復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，生成的產(chǎn)物也十分復(fù)雜，其生成產(chǎn)物受到諸如溫度、pH值、底物、水分活度等條件的影響，到目前為止美拉德反應(yīng)的過(guò)程及其生成的產(chǎn)物仍然沒(méi)有弄清楚。

美拉德反應(yīng)對(duì)肉的顏色、香氣影響重大

臭味世界聞名的瑞典鯡魚(yú)罐頭（圖片來(lái)源/Wiki）

酶促反應(yīng)使切開(kāi)的洋蔥散發(fā)刺激性氣味

第二個(gè)是酶促反應(yīng)。很多動(dòng)植物在生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的香氣前體物質(zhì)本身沒(méi)有氣味，但是其能在酶類(lèi)物質(zhì)的作用下通過(guò)各種生物化學(xué)或化學(xué)的途徑生成揮發(fā)性氣味物質(zhì)。比如水果在未成熟時(shí)會(huì)形成較多的脂肪酸，而成熟時(shí)在酶的作用下生成醇類(lèi)、醛類(lèi)及酯類(lèi)香氣物質(zhì)。有些蔬菜中的香氣物質(zhì)是在其細(xì)胞被破壞后通過(guò)酶促反應(yīng)產(chǎn)生的，比如洋蔥，在其細(xì)胞被破壞之前，我們聞不到明顯的氣味，但是切開(kāi)之后，我們就可以感受到非常明顯的刺激性氣味，甚至?xí)屓肆鳒I。原因就是細(xì)胞被破壞后，在蒜氨酸酶的作用下幾秒內(nèi)就產(chǎn)生了含硫揮發(fā)性氣味物質(zhì)，這類(lèi)物質(zhì)可以刺激人眼部角膜導(dǎo)致流淚。

第三個(gè)是熱降解反應(yīng)。食品在加熱處理過(guò)程中，其很多組分都會(huì)發(fā)生一定程度的降解，產(chǎn)生非常豐富的風(fēng)味化合物。比如食品中的脂肪酸在高溫加熱下可以降解生成揮發(fā)性的醛、酮、酸等香氣物質(zhì)。

第四個(gè)是發(fā)酵作用。很多食品的特征香氣是通過(guò)發(fā)酵作用產(chǎn)生的，比如酒類(lèi)、泡菜、醬油、食醋、豆豉等。

在日常生活中，人們根據(jù)食品中香氣物質(zhì)的形成途徑，采用適當(dāng)?shù)氖侄?，比如加熱、烹煮、貯藏、焙烤、發(fā)酵等方式增強(qiáng)或賦予食品香氣，而在食品加工產(chǎn)業(yè)，有的時(shí)候會(huì)通過(guò)添加食品用香精香料的方式來(lái)增強(qiáng)食品的特征香氣。

一身芳香

不僅食物要香，我們還希望自己也能一身芳香。香水的主要原料是香精和酒精，此外還會(huì)根據(jù)需要加入適量的色素、抗氧化劑、殺菌劑、甘油和表面活性劑等。香水的香精用量一般為15%～25%，香精是賦予香水香氣的成分，其香氣組成十分復(fù)雜，香精是由各種天然香料或人工合成香料按照一定比例配制而成的。天然香料分為植物香料和動(dòng)物香料：植物香料是以芳香植物的花、枝、葉、根、皮、莖、籽或果實(shí)等為原料提取而成，存在的形式有精油、酊劑、浸膏、凈油、香樹(shù)脂、油樹(shù)脂、香脂等。天然植物香料的種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有柑橘類(lèi)精油、玫瑰花精油、薰衣草精油、迷迭香精油、茉莉花精油等。植物中的香氣物質(zhì)種類(lèi)主要有酸、醇、醛、酮、酯、萜烯類(lèi)及含氮、含硫化合物等。

動(dòng)物香料是從動(dòng)物的分泌物或排泄物中提取的，目前世界上最常見(jiàn)的四種動(dòng)物香料分別是麝香、靈貓香、海貍香、龍涎香。不同于植物香料生產(chǎn)中豐富的原料來(lái)源，動(dòng)物香料的原料來(lái)源十分稀缺，因此價(jià)格十分昂貴。尤其是龍涎香，它是抹香鯨腸道中的一種分泌物，在遇到刺激性異物（如魷魚(yú)、章魚(yú)的喙骨）后，鯨腸道中的油脂和分泌物會(huì)將異物包裹，經(jīng)過(guò)生物酸的侵蝕和微生物把其他有機(jī)物分解，隨消化系統(tǒng)或經(jīng)嘔吐排出體外，然后在海水中經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的氧化過(guò)程，并遇到海洋中的鹽堿而自然皂化，形成的干燥固體香料。

發(fā)酵賦予泡菜等食品特別的香氣

植物中提取的精油被用于制作香水

抹香鯨（圖片來(lái)源/Wiki） 龍涎香（圖片來(lái)源/Wiki）

知識(shí)鏈接：源于海洋的香氣

龍涎香貴比黃金，常用作高檔香水的定香劑，使香水的香氣更加穩(wěn)定、柔和，且留香持久、美妙動(dòng)人，深受人們的喜愛(ài)。龍涎香的主要成分是龍涎香醇，其本身不具備香氣，但暴露在空氣中經(jīng)過(guò)氧化降解后，產(chǎn)生了一些具有香味的物質(zhì)，如具有動(dòng)物糞臭味的α-降龍涎香醇、具有煙草味的γ-二氫紫羅蘭酮、具有海水味的γ-降龍涎香醛、具有臭海水味的γ-環(huán)高香葉氯代物和傳說(shuō)中具有“絲絨般柔感的持久龍涎香氣”的降龍涎醚。