風味物質(zhì)能刺激人的嗅覺和味覺，影響食物的風味品質(zhì)和整體評價。 感官分析和儀器分析均可用于分析食品中的風味物質(zhì)，為揭示風味物質(zhì)的形成機制提供依據(jù)。 目前，食品風味的儀器分析技術有氣相色譜（GC）、GC-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）、液相色譜（LC）、LC-MS、GC-嗅聞（GC-O）及電子鼻技術等。

哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院的吳鳴、劉曉飛*、張娜*等綜述多種食品關鍵風味物質(zhì)成分組成及其合成機理，包括水果、蔬菜、谷物、酒類等，并對現(xiàn)有食品風味主要檢測方法的原理、應用范圍、主要優(yōu)缺點和研究進展進行總結(jié)，最后闡述風味物質(zhì)在食品加工中的應用和前景，以期為未來風味物質(zhì)的研究提供一定理論參考。

食品風味定義

01

食品風味是大腦中多種感官感受器協(xié)同產(chǎn)生的一種綜合性響應，一般包括滋味和氣味兩方面，可以對食品的品質(zhì)等特性做出快速、直觀的初步判斷。食品風味在決定食品市場價值和消費者滿意度中起主導作用，隨著社會生產(chǎn)力和人們對日常生活中飲食要求的不斷提高，人們對食品風味品質(zhì)的需求也隨之提升，故而對食品風味品質(zhì)的研究成為近年來食品科學的重要方向。現(xiàn)如今，分析風味物質(zhì)的技術多為模擬人的嗅覺系統(tǒng)，如圖1所示。

風味物質(zhì)是影響食物風味和口感的主要物質(zhì)，是判斷食品品質(zhì)的重要指標，對風味物質(zhì)的化學組成進行研究可促進食品風味及口感的優(yōu)化。揮發(fā)性風味物質(zhì)主要為有機酸、酯類、醛類和揮發(fā)性酚類等，不同食品主要風味物質(zhì)的組成也不盡相同，表1列舉了部分食品的風味物質(zhì)組成情況。

食品風味物質(zhì)合成機理

02

食品中風味物質(zhì)是以脂肪酸、碳水化合物和氨基酸等為前體物質(zhì)進行的多種代謝過程反應生成的產(chǎn)物。水果成熟過程中形成的風味物質(zhì)及代謝過程如圖2所示。

水果成熟過程中由于各種生理生化反應和結(jié)構變化，使水果風味特性有所不同，對其差異性進行分析、鑒定，并比較不同品種、不同成熟度水果中的關鍵揮發(fā)性風味物質(zhì)，總結(jié)其合成途徑，為風味物質(zhì)的實驗研究提供理論依據(jù)。以亞油酸和亞麻酸為前體物質(zhì)產(chǎn)生酯類、萜類、酮類、揮發(fā)性酸類及C 6 ～C 9 的醛類和醇類等是水果形成風味物質(zhì)的主要途徑。

蔬菜中的風味物質(zhì)是由酯類、醛類、酮類、醇類、萜烯類及含硫化合物等不同揮發(fā)性成分組成的混合物，其中芳香氣味的化學物質(zhì)共同作用使之散發(fā)出蔬菜特有的香味，其風味物質(zhì)生成的主要代謝途徑如圖3所示。

研究蔬菜的風味物質(zhì)成分不僅有助于了解蔬菜生長過程中的物質(zhì)代謝、生長環(huán)境等對風味物質(zhì)的種類及含量的影響，而且能夠探究影響感官品質(zhì)的內(nèi)在因素，進而可以進行不同類別食品的識別、分類、加工優(yōu)化和保質(zhì)期評估等，對提升食品質(zhì)量和優(yōu)化加工工藝都具有十分重要的意義。

2.1 脂肪酸代謝

脂肪酸代謝形成果蔬香氣物質(zhì)的生物合成途徑如圖4所示。

目前認為，脂肪酸代謝可產(chǎn)生食品風味物質(zhì)中的直鏈脂肪族醇、醛、酮和酯類物質(zhì)，脂肪酸代謝形成風味物質(zhì)主要通過脂肪酸α-氧化、β-氧化及LOX途徑。

2.1.1 脂肪酸α-氧化

脂肪酸α-氧化是脂肪酸過氧化物酶催化長鏈脂肪酸的α-碳原子氧化脫羧生成醛基的過程。一分子長鏈脂肪酸通過一系列的變化后，氧化產(chǎn)生一分子CO 2 和相應的醛，再生成比原長鏈脂肪酸少1 個碳原子的脂肪酸，生成的脂肪酸仍然進入上述途徑進行氧化脫羧等反應，再一次進入α-氧化過程，如圖5所示，在此過程中生成醛類和酯類等風味物質(zhì)。

當α-氧化使長鏈脂肪酸拆解為C 12 以下的脂肪酸時，α-氧化酶體系的活性減弱或消失，C 12 以下的脂肪酸即可進入其他氧化途徑（如β-氧化）進行代謝。與β-氧化相比，α-氧化較少見。

2.1.2 脂肪酸β-氧化

脂肪酸β-氧化是在一系列酶的作用下，脂肪酸在α-碳原子和β-碳原子之間斷裂，生成乙酰輔酶A，并拆解掉2 個碳原子形成脂酰輔酶A，在酯交換反應前將其還原為相應醇的過程，如圖6所示。脂肪酸β-氧化過程可概括為活化、轉(zhuǎn)移、β-氧化及最后的三羧酸循環(huán)。

研究證明，桃中青草香的揮發(fā)性物質(zhì)源于戊醛、庚烯醛等六碳化合物，此類化合物的合成是以脂肪酸為前體物質(zhì)，經(jīng)α-氧化和β-氧化等逐步氧化、裂解和還原形成。葡萄中的乙酸乙酯、梨中的癸二烯酸酯及杏、桃等其他水果在成熟時產(chǎn)生的令人愉悅的果香成分，多由脂肪酸經(jīng)β-氧化途徑衍生的中碳鏈化合物形成。

2.1.3 LOX途徑

LOX可專一催化含有(順,順)-1,4-戊二烯結(jié)構的多元不飽和脂肪酸的加氧反應，產(chǎn)生風味物質(zhì)。Arora等發(fā)現(xiàn)LOX使多元不飽和脂肪酸發(fā)生酶促氧化，生成含有共軛雙鍵的多元不飽和脂肪酸氫過氧化物，在氫過氧化物裂解酶（HPL）的進一步作用下，產(chǎn)生不同的揮發(fā)性風味物質(zhì)，過程如圖7所示。

研究表明，番茄果實中C 5 香氣物質(zhì)的形成可能是LOX參與的結(jié)果。鮮食糯玉米的主要揮發(fā)性風味成分是由LOX途徑產(chǎn)生的小分子醛、醇類物質(zhì)。此外，LOX也參與水稻、花生、黃瓜、蘋果、桃等植物風味物質(zhì)的形成。

2.2 氨基酸代謝

低碳原子數(shù)的醇、醛、酸、酯等一系列有機化合物和芳香化合物是各種水果和蔬菜中的主要風味物質(zhì)，多為氨基酸通過轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶、脫氫酶和酯合酶等合成，代謝途徑如圖8所示。

氨基酸代謝可在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性酚、醚和某些含芳香環(huán)的化合物及支鏈脂肪醇、醛、酮和酯類化合物。此外，半胱氨酸、甲硫氨酸及其衍生物通過生物合成途徑形成蔥屬中以S-氧化硫代丙醛、二烯丙基硫代亞磺酸酯、香菇酸及甲硫醚等為主的含硫化合物。

2.3 碳水化合物代謝

碳水化合物的代謝可形成幾乎所有的風味前體物質(zhì)，同時也可直接形成少數(shù)風味物質(zhì)成分。單糖經(jīng)糖酵解（EMP）途徑生成丙酮酸后，再經(jīng)脫氫酶作用生成乙酰輔酶A，然后分別經(jīng)酰基轉(zhuǎn)移酶和還原酶作用生成乙酸某酯和某酸乙酯，如圖9所示。

可溶性糖類經(jīng)碳水化合物代謝形成植物生長過程中的風味物質(zhì)，也可為植物進一步的合成代謝提供最佳條件，產(chǎn)物羥甲基糠醛的含量與果蔬的風味密切相關。綜上所述，風味物質(zhì)含量和糖分含量影響果實的風味品質(zhì)，此外，碳水化合物次生代謝途徑可產(chǎn)生大部分果實中的揮發(fā)性香氣物質(zhì)成分。

2.4 其他代謝途徑

除上述主要代謝途徑外，其他代謝途徑也可產(chǎn)生風味物質(zhì)，例如，生成萜類物質(zhì)的甲羥基戊酸（MVA）途徑及生成萜類物質(zhì)和類胡蘿卜衍生物的甲基赤蘚糖醇磷酸（MEP）途徑等，其代謝途徑及產(chǎn)物如圖10所示。

2 種代謝途徑前體物質(zhì)、酶及反應所在的亞細胞空間位置有明顯差異，但在反應過程中都生成了IPP及其異構體DMAPP。MVA途徑生成倍半烯（C15）和三萜（C30）；MEP途徑則生成單萜（C10）、二萜（C20）、四萜（C40）和揮發(fā)性類胡蘿卜素衍生物。目前已發(fā)現(xiàn)40000 種不同結(jié)構的萜類物質(zhì)，是天然產(chǎn)物中種類最多的一類。柑橘類水果的主要香氣物質(zhì)為萜烯類物質(zhì)檸檬烯。

食品風味物質(zhì)檢測方法

03

在食品風味物質(zhì)的分析過程中，樣品前處理、分析溫度及檢測速度對其分析結(jié)果的準確性尤為重要。隨著現(xiàn)代儀器分析技術的不斷發(fā)展，目前常用的分析技術主要為GC及其聯(lián)用技術，包括GC-離子遷移譜（GC-IMS）、全二維GC-MS聯(lián)用（GC×GC-qMS）、GC-O-MS技術。LC及其聯(lián)用技術和電子鼻分析技術也是常用的風味物質(zhì)分析技術。

3.1 GC及其聯(lián)用技術

GC-MS技術是目前應用最廣泛的風味檢測技術，其原理是利用GC法進行樣品分離，MS法進行樣品鑒定。GC-MS更適合檢測沸點較低的成分，如呈現(xiàn)麥香風味的吡嗪類物質(zhì)，其優(yōu)點是可以在復雜組分中區(qū)分和鑒別不同物質(zhì)，缺點是預處理較復雜，難以滿足分析物的快速檢測要求。固相微萃取與GC-MS聯(lián)用可應用于飲料、果蔬、肉制品和烘焙食品等揮發(fā)性風味物質(zhì)的檢測分析。

GC-IMS多用于食品風味物質(zhì)分析，將樣品中的揮發(fā)性成分經(jīng)色譜柱預分離后直接洗脫至IMS電離室進行離子遷移分析。該技術將GC的高分離性與IMS的高靈敏度結(jié)合起來，實現(xiàn)了優(yōu)勢相互疊加的分析效果，預處理不需要冷凝，可以在常壓、低溫條件下分析樣品，最大程度保留樣品中的風味物質(zhì)。因此，該方法具有靈敏度高、選擇性廣、操作簡單、檢測高效等諸多優(yōu)點。GC×GC-qMS在前期分離階段經(jīng)第1根柱子分離后進行濃縮聚集，以周期性的脈沖形式釋放到第2根柱子進行繼續(xù)分離，最后進入色譜檢測器，在一維GC的基礎上對揮發(fā)性物質(zhì)進行二次分離，達到正交分離的效果，具有高靈敏度、高峰容量和高分辨率，適用于揮發(fā)性物質(zhì)的定性表征，是一種快速、簡便的揮發(fā)性風味物質(zhì)檢測技術。GC-O-MS是將GC-MS技術的高效分離能力與電子鼻技術的嗅聞能力聯(lián)合使用，用于鑒別食品中揮發(fā)性物質(zhì)的呈香特性。GC及其衍生技術在食品風味檢測中的應用如表2所示。

3.2 LC及其聯(lián)用技術

LC-MS是在氣態(tài)中根據(jù)質(zhì)荷比的不同將其分離并進行檢測的儀器，通常用于分析小分子質(zhì)量的非揮發(fā)性化合物；UPLC-MS/MS以LC作為分離系統(tǒng)，MS為檢測系統(tǒng)，將離子碎片按質(zhì)量分開，經(jīng)檢測器得到MS圖。UPLC-MS/MS具有高選擇性、高靈敏度及結(jié)構信息檢測完整性的優(yōu)點，適合檢測啤酒中高沸點的化合物，應用主要集中在食品安全領域；高效液相色譜（HPLC）法在經(jīng)典LC法的基礎上提高柱效，采用高壓輸送流動相的技術，應用范圍廣，適用性強，不受分析對象揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性的限制，可同時測定多種糖組分，已經(jīng)各類果實風味物質(zhì)檢測中有所應用；也可檢測揮發(fā)性酸類化合物。

3.3 電子鼻分析技術

電子鼻使用由不同特定傳感器組成的傳感器陣列模擬人類的嗅覺系統(tǒng)，可以對氣味樣本中存在的大多數(shù)揮發(fā)性化合物做出反應。電子鼻包括傳感器陣列、數(shù)據(jù)預處理和模式識別3 個部分。當傳感器檢測到在其閾值范圍內(nèi)的氣味時，就會形成與濃度相關的電信號，并將其發(fā)送到電子面板進行分析。優(yōu)點是所需樣本量小，分析速度快；缺點是很難對食品樣品中存在的單個化合物進行識別或定量。

風味物質(zhì)檢測在食品中的應用

04

食品風味物質(zhì)檢測越來越廣泛地應用于食品科學領域，既可以用于食品地理標志的識別、分類、摻假檢測、保質(zhì)期評估和加工流程優(yōu)化等過程，又可以為食品新鮮度的鑒定、生產(chǎn)過程質(zhì)量的控制和產(chǎn)品定級等方面提供重要依據(jù)。

4.1 風味物質(zhì)的檢測

指紋分析是一類基于食品的某種品質(zhì)特性，獲取一系列數(shù)據(jù)資料，建立指紋模型，最終進行統(tǒng)計和分類的技術，具有快速、準確、靈敏的特點，將成為食品風味物質(zhì)分析研究領域的趨勢。于懷智等采用GC-IMS技術分析水蜜桃的風味物質(zhì)，結(jié)果表明，不同產(chǎn)地水蜜桃中均含有大量酯類物質(zhì)，包括乙酸乙酯、乙酸丁酯和乙酸戊酯等，其種類大致相同，含量不同。

4.2 鑒偽

采用不同檢測技術測定不同樣品的風味物質(zhì)，對比指紋圖譜，尋找特征差異成分，從而實現(xiàn)食品樣品的鑒偽。甘國璇等研究發(fā)現(xiàn)，不同超高壓殺菌條件下獲得的沃柑汁指紋圖譜中，乙酸異戊酯、己醛、2-庚酮、(Z)-3-己烯醇、α-蒎烯、乙酸乙酯、庚醛和正己醇屬于潛在差異標志物，其中庚醛和正己醇可認為是鑒別超高壓殺菌沃柑汁與非殺菌沃柑汁的理想標志物。

4.3 質(zhì)量控制

分析樣品的風味物質(zhì)組成，建立指紋圖譜并進行相似度評價，進一步通過層次聚類分析和正交偏最小二乘法-判別分析，對不同等級的樣品進行分類和鑒別。Alves等分析啤酒在5 個釀造流程中的揮發(fā)性指紋圖譜，發(fā)現(xiàn)醛和呋喃是麥芽汁制備過程中占主導地位的揮發(fā)性風味物質(zhì)，而脂肪酸酯和醇是后續(xù)流程中的主要揮發(fā)性風味物質(zhì)。

結(jié)語

05

隨著氣候問題凸顯，伴隨著資源耗竭、人口增長、食物浪費與人們?nèi)找嬖鲩L的對美好生活的向往，食品領域未來發(fā)展面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，與此同時，對食品科技的創(chuàng)新發(fā)展提出更高的要求。風味是食品品質(zhì)的基本屬性之一，是影響消費者喜好的關鍵因素。在食品風味物質(zhì)領域飛速發(fā)展的同時，仍有一些問題有待解決：1）基于GC-IMS和代謝組學技術建立的鑒偽方法受到風味和代謝產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫的限制，因此有一部分風味成分和特征代謝產(chǎn)物無法被鑒定，影響鑒偽的準確度；2）基于目前技術可以建立果汁的定性鑒偽方法，有關果汁的定量鑒偽方法仍是本領域的難點和熱點，需要進一步研究果汁的定量研究方法；3）傳統(tǒng)的化學計量或統(tǒng)計方法在處理和分析數(shù)據(jù)時，校正模型的效果又會受到噪聲、樣本多樣性和數(shù)據(jù)復雜性的影響。如今，機器學習技術由于具有強大的處理非線性信息、提取特征變量和建立校正模型的能力而廣泛應用在食品的各個領域。因此，將機器學習技術結(jié)合無損檢測技術應用到食品鑒偽領域是未來的發(fā)展方向。

通信作者

劉曉飛，教授、碩士生導師，2020年5月黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院博士后科研工作站出站。現(xiàn)任中國食品科學技術學會益生菌學會理事，黑龍江省食品科學技術學會青年委員會委員，黑龍江省發(fā)酵工程協(xié)會理事，黑龍江省獸醫(yī)協(xié)會理事。已主持和參與多項國家級省級項目20余項，其中主持2023年江南大學牽頭的“十四五”國家重點研發(fā)計劃子課題1 項，主持2020年黑龍江省百千萬工程科技重大專項1 項，主持2019年黑龍江省百千萬工程科技重大專項子課題1 項，研究成果鑒定為國際先進，主持校級學術青年骨干項目1 項，黑龍江省博士后資助項目1 項，教育廳項目2 項，參與國家“863”計劃、“十四五”國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金面上項目、國家自然基金青年基金項目等多項項目。發(fā)表文章70余篇，其中SCI收錄18 篇，EI收錄10 篇，ISTP收錄2 篇，獲得發(fā)明專利5 項，實用新型專利5 項，計算機軟件著作權2 項。獲得中國商業(yè)聯(lián)合會科學技術獎二等獎1 項，省科技進步二等獎1 項，省自然科學三等獎1 項。

張娜，女，教授，博士，滿族，1979年9月出生于黑龍江省齊齊哈爾市，中國共產(chǎn)黨黨員，哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院院長、教授、博士生導師，黑龍江省領軍人才梯隊后備帶頭人，研究方向為植物蛋白質(zhì)。學術兼職主要包括中國食品科學技術學會青年工作委員會副秘書長；黑龍江省食品科學技術學會第五屆理事會副理事長；黑龍江省食品科學技術學會第五屆理事會秘書長；中國食品科學技術學會理事；黑龍江省糧油學會副理事長。主持國家、省部級項目20余項，發(fā)表論文200余篇，其中SCI/EI文章50余篇，作為主編、副主編編寫《食品安全與衛(wèi)生》《食品安全》等著作8 部，獲發(fā)明專利、實用新型等授權10余項，科研獲獎10余項。

第一作者

吳鳴，女，哈爾濱商業(yè)大學碩士研究生，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程。

本文《食品風味物質(zhì)合成機理及檢測方法研究進展》來源于《食品科學》2024年45卷16期329-336頁。作者：吳鳴、吳浚瀅、范琦琦、張光、劉曉飛、張娜。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230606-049。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯：李雄；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

為深入探討未來食品在大食物觀框架下的創(chuàng)新發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)，促進產(chǎn)學研用各界的交流合作，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監(jiān)督管理總局技術創(chuàng)新中心（動物替代蛋白）及中國食品雜志社《食品科學》雜志、《Food Science and Human Wellness》雜志、《Journal of Future Foods》雜志主辦，西華大學食品與生物工程學院、四川旅游學院烹飪與食品科學工程學院、西南民族大學藥學與食品學院、四川輕化工大學生物工程學院、成都大學食品與生物工程學院、成都醫(yī)學院檢驗醫(yī)學院、四川省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所、中國農(nóng)業(yè)科學院都市農(nóng)業(yè)研究所、四川大學農(nóng)產(chǎn)品加工研究院、西昌學院農(nóng)業(yè)科學學院、宿州學院生物與食品工程學院、大連民族大學生命科學學院、北京聯(lián)合大學保健食品功能檢測中心共同主辦的“第二屆大食物觀·未來食品科技創(chuàng)新國際研討會”即將于2025年5月24-25日在中國 四川 成都召開。

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