1、食品风味化学 Food Flavors Chemistry第一章 绪 论食品风味的重要性：是构成食品美感的最重要因素。食品风味化学的概念：利用化学的原理和技术手段研究食 品风味的科学。食品风味化学的主要研究领域:1.探索食品风味物质的分离和鉴定方法；2.研究食品风味成分的形成机理；3.改良和模拟天然食品的风味。1. 1 食品风味 “风”指的是飘逸的，挥发性物质，一般引起嗅觉反应； “味”指的是水溶性或油溶性物质，在口腔引起味觉的反应。食品所产生的风味是建立在复杂的物质基础之上的，涉及很多因素。食品的感官反应分类感觉 感官的刺激因素 感觉分类味觉 酸、甜、苦、咸、辣、鲜、涩 化学感觉嗅觉 香、臭
2、、触觉 硬、粘、热、凉、 物理感觉运动感觉 滑、干、视觉 色、形状、 心理感觉根据风味产生的刺激方式不同和最终的感觉效果可将其分为化学感觉、物理感觉和心理感觉。食品风味概念广义: 指摄入口腔的食品刺激人的各种感觉受体，使人产生短时的综合的生理感觉。 即食物客观性使人产生的感觉印象的总和，是一种感觉。狭义: 食品的香气、滋味和入口获得的香味。风味物质大多为非营养性物质，虽不参与人体代谢，但能促进食欲，是构成食品质量的重要因素之一。心里感觉与食品风味食品的色泽与食欲(心里感觉)不同的颜色给人不同的感觉；同一种颜色，也会给人不同的感觉。人类对食品的着色、保色、发色、退色等研究也成为食品科学的重要领域
3、。 形状：食品的大小、长短、厚薄及造型对食品的风味影响来自于口感差异和心理联想。其他：如食品的种类、食品加工前的形态联想都会影响到味觉。物理感觉与食品风味通常食品给人的物理感觉：硬、脆、干、黏、弹性、黏滑等，这些基本感觉实质上就是食品的质构（texture）所体现的特征。食品的质构取决于以下两个因素：食品的化学组成； 食品的加工工艺。食品的质构优劣的评价以口感（触觉）为主，对食品风味具有十分重要的烘托作用。化学感觉与食品风味食品给人的化学感觉：指一些中、低分子量的化合物直接刺激人口腔和鼻腔所产生的生理反应。这些物质在口腔的化学感应称为口感，在鼻腔内的化学感应称为嗅感。根据这类物质作用的组织器官
4、不同分为：味觉-作用于味蕾；嗅觉-作用于嗅球；化学刺激感应-作用于三叉神经。1. 2 风味物质的作用方式与特点风味物质的作用方式：味觉、嗅觉和三叉神经感应。1. 2. 1 味觉 味觉：是指食物刺激口腔内的味觉器官产生的一种感觉。味觉种类：酸、甜、苦、咸、鲜、金属味、太阳味、涩、辣、不正常味道等 10 多种。从味觉的生理角度分类，直接刺激味蕾引起的公认五种基本味觉：酸、甜、苦、咸和鲜味。 辣味：食物成分刺激口腔黏膜、鼻腔黏膜、皮肤和三叉神经而引起的一种痛觉。涩味：食物成分刺激口腔，使蛋白质凝固时而产生的一种收敛感觉。五种基本味的概念甜味：一种受欢迎的味觉。产生甜味的物质有糖类、一些醇类、一些氨基
5、酸等。蔗糖的甜味最纯正。苦味：是难于接受的味觉，产生苦味的典型物质是生物碱，如奎宁。鲜味：是有部分氨基酸、核苷酸产生的味觉，具有酸、甜、苦、咸的平衡作用和风味增强作用。鲜味的典型物质是谷氨酸钠（MSG)。味觉产生的过程：化学物质作用于味蕾的味细胞，产生神经冲动，经各级神经传导，最后到达大脑皮层味觉中枢，形成味觉。味觉受体 舌人舌是品尝风味的重要器官，其表面分布有很多突起部位，称为乳头。根据乳头的形状将其分为：丝状乳头、菌状乳头、叶状乳头和轮廓乳头。丝状乳头最小，数量最多，主要分布舌前 2/3 处，因无味蕾而没有味感。四种味觉在舌的各部位的敏感度不同 一般人的舌尖和边缘对咸味比较敏感 舌的前部对
6、甜味比较敏感 舌靠腮的两侧对酸味比较敏感 舌根对苦味最敏感。在四种基本味觉中，人对咸味的感觉最快，对苦味的 感觉最慢，但就人对味觉的敏感性来讲，苦味比其他味觉 都敏感，更容易被觉察。 味蕾是具有味觉功能的细胞群, 由 30-100 个扁长的敏感细胞被一些非敏感细胞包合而成, 如同橘瓣的排列。味觉一般在 1.5-4.0ms 内完成。人的舌部有味蕾 2000-3000 个。味觉敏感性及影响因素1、阈值：通常把人的感觉器官（味觉或嗅觉）能辨认出呈味或呈香物质最低浓度。根据刺激反应程度的不同，阈值分为以下几种： 刺激阈或感觉阈：引起感觉所需要的感官刺激的最小值。 识别阈：感知到的可鉴别的感官刺激的最小
7、值。 差别阈：对刺激强度可感觉到差别的最小值. 最大阈：指人感觉某种物质的刺激不随刺激量的增加而增加的刺激量。 2、呈味物质之间的相互作用 两种或两种以上的感官刺激类型相同或不同的呈味物质进入口腔时，会使呈味物质的味觉都有所改变的现象，称为味觉的相互作用。对比现象 指两种或两种以上的感官刺激类型不同的呈味物质，适当调配，可使某种呈味物质的味觉更加突出的现象称为味的对比现象。变调现象 指两种感官刺激类型不同呈味物质相互影响而导致其中一种呈味物质的味觉发生改变的现象称为味的变调现象。相乘现象 指两种或两种以上的感官刺激类型不同的呈味物质，适当调配，可使某种呈味物质的味觉更加突出的现象称为味的对比现
8、象。消杀现象 指一种呈味物质能够抑制或减弱另外一种呈味物质味觉强度的现象称为味的消杀现象，又称拮抗作用。疲劳现象 当长期受到某种呈味物质的刺激后，就感觉刺激量增大或刺激强度减小的现象称为味的疲劳现象。3、影响味觉的主要因素：物质的种类和形态 物质的水溶性和介质的黏度 温度（温度对呈味物质的阈值也有明显的影响。 ）味觉的感受部位 味的相互作用人的生理状况如人的年龄、生理状态、性别、心理状态及饮食习惯等的影响。1. 2. 2 嗅觉 嗅觉：挥发性物质刺激鼻腔产生的一类化学感应，嗅觉感受器是鼻腔内最上端嗅黏膜层中的嗅细胞。气味的感觉经路大致为：空气中气味分子 鼻腔气流 甲介骨 受容细胞黏膜 嗅球(嗅细
9、胞) 第一中枢 第二中枢(扁桃核等) 脑部 出现气味感觉。嗅觉识别的生理大脑识别气味的机理 立体化学理论：由 Amoore 提出-假定气体受体拥有特殊形状的结构布局，当到达的气体分子拥有与之契合的形状和大小时，气体分子则占据此气味受体并激发嗅觉反应。 振动理论：该理论把对气体的识别归因于分子的能量水平。气体受体设置高、中、低能量的位差来传导神经信号。一旦刺激物的活动可以填补气味受体的电位差，使得环路完成，一种生化过程将放大此信号，打开一个离子通道，向嗅球发出生物电脉冲，使得气味得以识别。嗅感物质的分类及特点 嗅感物质的基本特征： 水溶性或油溶性；有一定的挥发性和表面活性；分子量小(294)。对
10、产生嗅觉有作用 16 种元素：H、C、Si、N、P、As、Sb、Bi、O、S、Se、Te、F、Cl、Br、 I。大多数风味物质作用浓度都很低，一般作用浓度在 10-6、 10-9 、10-12 数量级。嗅感物质的分类根据化合物的功能基团的特点分类：脂肪烃类、芳香烃类、杂环类、醇酚类、醚类、醛类、酮类、羧酸类、酯类、含硫化合物、含氮化合物等。嗅盲：也称特异嗅觉缺失，是指一些人对某种气味没有感受能力，而对其它气味则与普通人嗅感相同。原臭：Amoore 将嗅盲者感受不到的气味定为原臭。气味和化学结构的关系：任意化合物在碳数为 8-15 时香味最强; 感物质中的双键、叁键、-OH、-CO、-NH、-S
11、H 等原子团对产生的气味具有重要作用，并且它们在分子中的位置影响香气的强弱和品质，这些基团成为发香团或发香基。烃类： 醇类：羟基为强发香团，若有双键、叁键，则香气更强；芳香族的香气优于脂肪族；酚类：羟基数为 1 时气味最强；低级羧酸类：低级羧酸有强香气；酯与内酯类：酯类香气优于相应的醇和酸，内酯环增大，香气增强；醛和酮类：大都有强芳香性，含不饱和键的香气优于链状、环状。嗅觉敏感性及影响因素阈值 香气值(FU)=嗅感物质浓度/阈值影响嗅感的因素: 感物质的相互作用 ；加工条件影响；嗅觉疲劳等。1. 2. 3 三叉神经感应化学刺激分为两类：刺激鼻腔和口腔的化学感应；刺激皮肤和黏膜及三叉神经的化学感
12、应（触感刺激） 。三叉神经为混合神经，有三条分支：眼神经、上颌神经、下颌神经，分布于面部的皮肤，眼、口腔、鼻腔、鼻旁窦的黏膜、牙齿、脑膜等。三叉神经的刺激物又称为触感刺激物。如辣椒、胡椒、生姜、辣萝卜、芥末、大蒜、薄荷等。山葵与芥末产生的刺痛感；辣椒与胡椒产生灼热感；碳酸饮料中的 CO2产生的麻刺感；柿子中单宁产生涩感等。触感刺激与一般化学感觉的关系一般化学感觉对人体的作用是特异性与受体作用，其作用是柔和的。三叉神经刺激物可以在人体的很多部位起作用。嗅感、味觉和三叉神经刺激是一种相互影响的关系。1. 3. 1 食品风味的感官评价通过人的感觉味觉、嗅觉、视觉、触觉，以语言、文字、符号作为分析数据
13、，对食品的色泽、风味、气味、组织状态、硬度等外部特征进行评价的方法。其目的是为了评价食品的可接受性和鉴别食品的质量。感官检验是与仪器分析并行的重要检测手段。感官评价的基本手段（一）视觉鉴别：形态色泽、成熟状况、新鲜程度、透明度、有无沉淀和夹杂物、是否受到污染。（二）嗅觉鉴别：食品气味。可把样品稍加热或取少许在手掌上摩擦，再嗅验。（三）味觉鉴别：注意温度，品尝但不咽下。（四）触觉鉴别：松、软、硬、弹性、稠度、滑、粗等。感官评价类型：分析型感官评价；偏好型感官评价。把评价的内容按感觉分类，逐项评分的感官评价方法，称为分析型感官评价。 对美味度、风味的内容不加严格明确要求，只是由参加品尝人的随机感觉
14、决定，把这种感官评价方法，称为偏好型感官评价，又称嗜好型感官评价。 影响感官评价结果的因素：评价人员；评价的环境；样品评价的组织工作。感官检验的常用方法：1. 差别检验法：判断两个样品之间是否有别，或以某个已知样品为标准，与未知样品比对，判断两个样品之间是否有别，及差别程度；2. 排列检验法：按某种指标，为几个样品排出顺序；3. 评分检验法：对样品某种性状特点进行评分；4. 描述性检验法：用合理清楚的文字对食品的某些指标进行准确的描述。1. 3 食品风味的评价技术1. 3. 2 风味轮风味轮的基本构成放射线代表一种特定的风味环状线代表风味强度值风味轮的应用 酒类等风味的描述。1. 3. 3 食
15、品风味的指纹分析仪食品风味的指纹分析仪是一定数量的电化学传感器组成的阵列和适当的识别装置组成的仪器，能识别简单和复杂的嗅觉和味觉的物质，得到的是风味成分的整体信息，也称为“指纹信息” 。电子鼻：由气味取样单元、传感器阵列和计算机处理系统组成。电子舌：电子舌是以人类味觉感受机理为基础研究开发的一种新型现代化分析检测仪器,通过传感器阵列代替生物味觉味蕾细胞感测检测对象,经系统的模式识别方法得到结果。电子鼻、电子舌的应用电子鼻与电子舌在食品检测、茶叶审评中的应用。智舌在液体食品如酒类、饮料、茶叶等的真假辨识、品牌企业的产品质量控制与货架期、农残快速检测、病源微生物快速检测等方面有长期实验和应用研究。
16、 1. 4 食品风味化学的重要研究领域食品风味的模拟和制备技术利用美拉德反应制备各类食品风味（羰基化合物与含氨基化合物之间发生的反应）风味酶的研究与应用（增加果蔬制品的香味，在果酒中的应用，水解蛋白液脱苦，除食品异味） 。 凡是影响食品风味的酶都成为风味酶。食品风味的提取、分离技术（超临界 CO2 萃取法，分子蒸馏技术，相微萃取技术）食品风味控释技术（糖玻璃化香精，酵母微囊化风味，斥水微胶囊香精）第二章 味感物质第一节 概 述1. 食品的基本味（原味）： 酸、甜、苦、咸和鲜味。二. 呈滋味的物质的特点：多为不挥发物，能溶于水，阈值比呈气味物高得多。第二节 甜味与甜味物质甜度(sweetness
17、)：甜味的强弱。通常将日常生活中最常使用的天然天味剂-蔗糖的甜度定位100(或为 1)，作为各种糖甜味剂的甜度比较标准。甜味数据是一个相对数值，这种相对甜度(甜度倍数)成为比甜度。评定甜度的方法: 极限法: 品尝出各种物质的阈值浓度，与蔗糖的阈值浓度相比较，得出相对甜度；相对法: 选择蔗糖的适当浓度(20，5%或 10%水溶液)，品尝出其它甜味剂在该相同的甜味下的浓度，根据浓度大小求出相对甜度。 甜味学说(1) AH/B 理论(Shallenberger 和 Acree)有甜味的的化合物都具有一个电负性原子 A(通常 N、O)并以共价键连接氢, 即存在一个-OH, -NH2 或=NH 基团为质
18、子供给基; 同时还具有另外一个电负性原子 B, 它与 AH 基团的距离大约在0.250.4nm, 为质子接受基; 而在人体的甜味感受器内也存在类似的 AH-B 结构单元。(2) 三点接触学说(Kier)他们认为在强甜味化合物中除存在 AH-B 结构以外,分子还有第三个特征,即分子中具有一个适当的亲脂区域 ,即在距 AH 基团质子约 0.35nm 和距 B 基团约 0.55nm 的地方有一个疏水基团(如 CH2、CH3、CH2CH3、C6H5 等疏水性基团）时，它能与味受体的亲油部位通过疏水键结合，使两者产生第三接触点，而增强甜味剂的甜度。局限性（1）不能解释多糖、多肽无味。 （2）D 型与 L
19、 型氨基酸味觉不同, D-缬氨酸呈甜味，L-缬氨酸呈苦味。 （3）未考虑甜味分子在空间的卷曲和折叠效应。天然的甜味剂一、糖、糖浆和糖醇1. 重要的糖类甜味剂葡萄糖：甜味有凉爽感，可食用，亦可静脉注射。果糖：难结晶，易消化不需胰岛素作用，直接在人体中代谢。果糖虽然不容易升高血糖，但可以在肝脏中合成脂肪，导致血脂升高。木糖：不易被吸收、不产生热能、适于糖尿病和高血压患者。蔗糖：甜味纯正、甜度大，用量最多最广。麦芽糖：营养价值最高，不刺激胃黏膜。乳糖：有助于吸收钙、对气体和有色物吸附性强、易形成金黄色色素。糖 浆 ：经不完全水解糖化而形成的葡萄糖、麦芽糖、低聚糖及糊精混合物。工业上常用葡萄糖值(DE
20、)来表示淀粉转化的程度，按转化液中所含的转化糖(以葡萄糖计)干物质的百分率。低转化糖浆(DE=20%以下)、中转化糖浆(DE=38-42%)、高转化糖浆(DE=60 %以上)糖浆。用葡萄糖异构酶能使葡萄糖部分转化成果糖。这种异构糖浆(果葡糖浆)味正、结晶性、发酵性、渗透性、保湿性和耐贮藏性非常好，发展很快。糖 醇：D-木糖醇、D-山梨糖醇、D-甘露糖醇、麦芽糖醇等。糖醇在人体内代谢不需要胰岛素作用，不妨碍糖原的合成，是一类不使血糖升高的甜味剂，是糖尿病、心脏病和肝脏病人的理想食品。同时，细菌不能利用木糖醇和麦芽糖醇防龋齿的甜味剂。2. 糖的结构与甜度A. 碳/羟比值规律： 2 呈甜味； = 2
21、7 苦或甜而苦； 7 味淡B. 聚合度: 聚合度大则甜度降低；C. 糖苷键： 麦芽糖( -1, 4 苷键）有甜味,异麦芽糖( -1, 6 苷键）有甜味, 龙胆二糖( -1, 6苷键）苦味； D. 环结构：-D-吡喃果糖-D- 呋喃果糖；E. 异构体：D-葡萄糖：, D-糖：。3. 影响糖甜度的主要外部因素A. 浓度；B. 温度；C. 味感物质的相互作用。二、非糖天然甜味剂1、甘草苷甘草中的甜味成分，由甘草酸与两个葡萄糖醛酸结合而成（五环三萜皂甙） ，比甜度为 100-300。常用的是其钠盐。不被微生物发酵，有解毒、保肝功效 。但由于甜度释放缓慢很少单独使用，一般与蔗糖和糖精配合使用。2、甜叶菊
22、苷存在于甜叶菊的茎、叶内，由甜叶菊醇（二萜）和葡萄糖及槐糖构成，比甜度 200-300，是最甜的天然甜味剂之一。 对热、酸、碱稳定，溶解性好，没有苦味和发泡性，有 降压、促代谢、治胃酸过多等疗效，可作为低能量食品，适宜糖尿病人。甜叶菊苷可以很快达到最高甜度，接近蔗糖，是已知最有前途的甜味剂。3、甘茶素白色针状结晶。味甜，甜度约为蔗糖的 400 倍。在蔗糖中加入 1%可使蔗糖甜度提高三倍。熔点 105110。对热酸较稳定。兼有防腐防霉作用。微溶于水。由兔耳草科植物甘茶的叶子，日晒至半干并自然发酵产生强烈甜味后（未经发酵的新鲜甘茶叶无甜味） ，干燥、打粉，再用水抽提精制而成,含量 2.36%。三、
23、天然物的衍生物甜味剂本来不甜的非塘天然物经过改性加工后而形成的甜味剂。主要有：氨基酸和二肽衍生物、二氢查耳酮衍生物、紫苏醛及其衍生物等。1、氨基酸和二肽衍生物D 型甘、丙、丝、苏、色、脯、羟脯、谷等，部分 L 型氨基酸也有甜味。氨基酸衍生物(6-甲基-D-色氨酸的比甜度为 1000)。天冬氨酰的二肽衍生物中，许多有甜味。如天冬氨酰苯丙氨酸甲酯(二肽衍生物, aspartame APM, 阿斯巴甜)等。我国将其命名为甜味素，甜度约为蔗糖的 200 倍。2、二氢查耳酮衍生物二氢查尔酮种类很多，有的有甜味，有的无甜味，其甜度可达 100-2000 倍；有水果香，口感良好，无后苦味，在果汁中添加有增加
24、水果风味的特殊效果；热值低，且不被细菌利用，可广泛用于防龋齿和糖尿病人食品。但此类化合物耐热性差，使用中受到一定限制。3、蛋白质沙马汀和从自然界中分离出具有甜味蛋白质，它们的甜度约为蔗糖的 2000 倍。沙马汀由 207 个氨基酸构成，其与甜味受体的作用位点已被确认。莫内林也是从自然界中分离出具有甜味蛋白质。甜度约为蔗糖的 3000 倍。4、其他天然物的衍生物紫苏叶中提取的紫苏醛，与羟基胺反应后得到的产物紫苏甜素。比甜度为 2000，主要用于卷烟增甜。蔗糖氯代物 1，4，6三氯代蔗糖比甜度为 650 倍，无毒、无臭、易溶，风味接近蔗糖，不产生热量，有防龋齿作用。合成甜味剂1. 糖精钠或糖精钙
25、苯甲酰亚胺磺酸钠。比甜度 200-700，本身有苦味，溶于水中有甜味，后味微苦。浓度大于 0.5%时呈苦味。加热不稳定，产物苦味，无营养价值，不参与人体代谢。2. 甜蜜素 己胺磺酸钠，比甜度 4050。3. 甜味素(APM) 肽甜味剂（天冬氨酸和苯丙氨酸形成的） ，也成为阿斯巴甜,甜度为蔗糖的100200 倍，在机体内同其他肽类物质可消化、吸收、利用。此外可降解为苯丙氨酸。4. 安赛蜜 结构与糖精有相似之处，甜度是蔗糖的 200 倍，在体内不被吸收利用，不产生能量，并在高温、酸性条件下具有很好的稳定性。第三节 苦味和苦味物质食品中有不少苦味(bitter)物质，单纯的苦味人们是不喜欢的，但当它
26、与甜、酸或其它味感物质调配适当时，能起到丰富或改进食品风味的特殊作用。如苦瓜、莲子、白果的苦味被人们视为美味，啤酒、咖啡、茶叶的苦味也广泛受到人们的欢迎。 一、 苦味与化学结构一般都含有下列一种原子基团-NO2、 N、-S-、-S-S-、-SO3H、=C=S；含 Ca2+、Mg2+、NH4+的无机盐也有苦味；分子中氢键的存在是苦味物质分子结构的另一特征。在同一分子中既有供氢基团，又有受氢基团，两基团的距离在 0.15nm 之内是-氢键。含内氢键分子疏水性 。感受器对苦味特别敏感。苦味感是动物初始排毒的天性反应，苦味受体对天然毒物的敏感性很高（如奎宁只有0.0001%） ，能检出结构破坏离子、蛋白变性物、巯基剥夺物等。二、苦味机理
