食品中嗅感物质的形成

二、食品中嗅感物质的形成

食品中嗅感物质的种类繁多，形成途径非常复杂，其形成的基本途径大体上可分为两大类：一类是在酶的直接或间接催化作用下进行生物合成，许多食物在生长、成熟和贮存过程中产生的嗅感物质大多是通过这条途径形成的。另一条基本途径是非酶促化学反应，食品在加工过程中经过各种物理、化学因素的作用生成嗅感物质。

（一）酶促化学反应

1.以氨基酸为前体的生物合成

在各种水果和许多蔬菜的嗅感物质中都发现含有低碳数的醇、醛、酯等化合物。这些嗅感物质的前体有很大一部分是氨基酸。其合成过程的一般途径见图10-19。

例如，苹果和香蕉的特征性嗅感成分异酸异戊酯是以支链氨基酸L-亮氨酸为前体进行生物合成产生的。很多水果的嗅感成分中包含有酚、醚类化合物，这些嗅感物质的前体是芳香族氨基酸，如苯丙氨酸、酪氨酸等。烟熏食品的香气，在一定程度上也是以芳香族氨基酸为前体合成的。葱、蒜、韭菜的主要特征性嗅感成分是硫化物，这些硫化物是以半胱氨酸为前体合成的。

2.以脂肪酸为前体的生物合成

许多水果和蔬菜的嗅感物质中含有C6和C9醇、醛或者由C6、C9脂肪酸形成的酯，如苹果、香蕉、葡萄、菠萝、桃子中的己醛，香瓜、西瓜的特征性嗅感物质2-反-壬烯醛和3-顺-壬烯醇，番茄的特征性嗅感物质3-顺-己烯醛和2-反-己烯醇以及黄瓜的特征性嗅感物质2-反-6-顺-壬二烯醛。这些嗅感物质是以脂肪酸（亚油酸和亚麻酸）为前体，在脂肪氧合酶、裂解酶、异构酶、氧化酶等的作用下合成的，其具体合成途径见图10-20。

脂肪酸经过β氧化也能产生一系列嗅感物质。如梨的特征性嗅感物质2-反-4-顺-癸二烯酸乙酯是通过这种途径形成的（图10-21）。

3.以羟基酸为前体的生物合成

柑橘类水果及其他一些水果都含有萜烯类化合物，它们是这些水果的重要嗅感物质。这些萜烯类化合物是生物体内通过异戊二烯途径合成的，其前体被认为是甲瓦龙酸（一种C5的羟基酸）。产物包括柠檬的特征性嗅感物质柠檬醛、橙花醛；酸橙的特征性嗅感物质芋烯；甜橙的特征性嗅感物质β-甜橙醛以及柚子的特征性嗅感物质诺卡酮等（图10-22）。

4.以单糖、糖苷为前体的生物合成

在水果中存在大量的各种单糖，它们不但是水果的味感成分，而且也是许多嗅感成分如醇、醛、酸、酯类的前体物质。单糖经无氧代谢生成丙酮酸后，再在脱氢酶催化下氧化脱羧生成活性乙酰辅酶A。之后分两条途径合成酯：一是醇在酯酰酶催化下生成乙酸某酯；另一种是在还原酶催化下先生成乙醇，再合成某酸乙酯。

5.以色素为前体的生物合成

某些蔬菜的嗅感物质以色素为前体进行生物合成，如番茄中的嗅感物质就是番茄红素在酶的催化下裂解生成的（图10-23）。

（二）非酶促化学反应

食品中嗅感物质形成的另一基本途径是非酶促化学反应。在食物原料的生长、成熟和食物的加工、贮存过程中，这类反应与酶促反应往往彼此交织、相互影响。(https://www.daowen.com)

食品在热处理过程中嗅感成分的变化十分复杂。除了食品内原来的嗅感物质因受热挥发而有所损失外，食品中的其他组分也会在热的作用下发生降解或相互作用生成大量的新嗅感物质。新嗅感物质的形成既与食品的原料组分等内在因素有关，也与热处理的方法、时间等外在因素有关。

1.基本组分的相互作用

基本组分是指食品中的糖类、蛋白质和脂类三大营养物质。它们在食品内不但能分别水解成单糖、氨基酸和脂肪酸，而且在一定条件下也能相互转化。食品基本组分在热处理过程中最主要是糖类与氨基酸之间发生的羰氨反应。

2.基本组分的热降解

（1）糖的热降解　糖在没有胺类存在的情况下受热也会发生一系列的降解反应，根据受热温度、时间等条件不同而生成各种嗅感物质。

单糖和双糖一般经过熔融状态才进行热分解，这时发生了一系列的异构化以及分子内、分子间的脱水反应，生成以呋喃类化合物为主的嗅感成分，并有少量的内酯类、环二酮类等物质的形成。如果继续受热，则单糖的碳链发生裂解，形成丙酮醛、甘油醛、乙二醛等低分子嗅感物质。若糖再在更高的温度下受热或受热时间过长时，产物最后便聚合成焦糖素。

淀粉、纤维素等多糖在高温下一般不经过熔融状态即进行热分解。在400℃以下时主要生成呋喃类、糠醛类化合物，同时还会生成麦芽酚、环甘素以及有机酸等低分子物质；若高温加热到800℃以上，则还会进一步生成多环芳烃和稠环芳烃类化合物，其中不少物质具有一定的致癌性。

（2）氨基酸的热降解　一般的氨基酸在较高温度下加热时，都会发生脱羧反应或脱氨、脱羰反应。但这些反应生成的胺类产物往往具有不快的嗅感。若继续加热，这时生成的胺类产物可以进一步相互作用，生成具有良好香气的嗅感物质。

含硫氨基酸在热处理过程中对食品风味影响较大。它们单独存在时的热分解产物除了有硫化氢、氨、乙醛、半胱胺等物质之外，同时还会生成噻唑类、噻吩类及许多含硫化合物，这些产物大多数都是挥发性的强烈的嗅感物质，不少是熟肉香气的重要组分。

杂环氨基酸的热分解产物对食品的嗅感也有较大的影响。有人认为，脯氨酸和羟脯氨酸在受热时会与食品组分生成的丙酮醛进一步作用，生成具有面包、饼干、烘玉米和谷物似的香气成分吡咯和吡啶类化合物。

（3）脂肪的热氧化降解　脂肪在无氧条件下即使加热到220℃，也没有明显的降解现象。但食品的加工和贮存通常都是在有氧的条件下进行，脂肪易被氧化，受热会加速氧化反应的发生。脂肪酸的氧化降解产物中许多挥发性物质都是食品风味的重要成分。

3.非基本组分的热降解

（1）硫胺素的热降解　纯净的硫胺素并无嗅感。很多商品制剂具有与硫胺素本身有联系的特征气味，显然是由硫胺素降解产生的挥发性物质所形成的。硫胺素在加热时，降解反应生成中间体，进一步的反应生成了许多含硫化合物、呋喃和噻吩，一些生成物被证实具有肉香味。此外，通过模拟试验，将胱氨酸、维生素B1、谷氨酸和抗坏血酸的水溶液在高温下加热，成功鉴别出70多种含硫化合物，混合物具有肉香特征，其中的一些含硫化合物肯定存在于熟牛肉中，所以硫胺素是肉类加工中重要的香味物质来源。

（2）抗坏血酸的热降解　抗坏血酸在热、氧或光照条件下均易降解生成糠醛及低分子醛类化合物。生成的糠醛化合物是烘烤后的茶叶、花生香气以及熟牛肉香气的重要组分之一。生成的低分子醛类本身既是嗅感物质，也很易再与其他化合物反应生成新的嗅感成分。

（3）类胡萝卜素的热降解　类胡萝卜素在贮藏加工过程中易受热或被氧化而降解。加工后茶叶中β-紫罗酮衍生物较多的主要原因就是类胡萝卜素在茶叶加工过程中的热降解。

4.γ射线和光照形成嗅感物质

除热作用外，一些食品经γ射线或光照作用时也能发生非酶促化学反应而形成嗅感物质。

（1）γ射线的作用　食品经射线特别是由60Co产生的γ射线照射后，可以提高其贮藏性能。但当射线剂量较高时，常常会产生“照射臭”的异味，甚至有的食品在低照射量时也有异味。照射臭的产生受到剂量、温度、食品组成、物态、含水量、pH、氧气等许多因素的影响。

（2）可见光的作用　可见光的能量比γ射线低，在一般情况下不足以引起食物基本成分的化学变化。但当在光照的同时又有氧气存在时，有可能发生光氧化反应。尤其当食品内含有易被光分解的物质——光敏物质时，可见光照射就更容易发生光氧化作用，生成一些嗅感物质。