食品中香气物质形成的途径：《食品化学》第2版概述

一、生物合成

（一）植物中脂肪氧合酶对脂肪酸的作用

植物组织中存在脂肪氧合酶，可以催化多不饱和脂肪酸氧化（多为亚油酸和亚麻酸），生成的过氧化物经过裂解酶作用后，生成相应的醛、酮、醇等化合物。己醛是苹果、草莓、菠萝、香蕉等多种水果的风味物质，它是以亚油酸为前体合成的。

2-反-己烯醛和2-反-6-顺壬二烯醛分别是番茄和黄瓜中的特征香气化合物，它们可由亚麻酸为前体进行生物合成。食用香菇的特征香味物质有1-辛烯-3-醇、1-辛烯-3-酮、2-辛烯醇等，它们也是亚油酸氧化降解的产物。亚油酸在脂肪氧合酶作用下的生成1-辛烯-3-醇的裂解途径如图10-65。

图10-65　脂肪氧合酶对脂肪酸的作用

（二）支链氨基酸的酶法脱氨脱羧

带支链羧酸酯是水果香气的重要化合物，可以由支链氨基酸经酶促Strecker降解反应产生。

（三）萜类化合物的生物合成

萜类化合物是很多植物精油的重要组成，具有特征的风味性质，在植物中通常经过类异戊二烯生物合成途径生成（图10-66）。

图10-66　萜类的生物合成

（四）莽草酸途径

在莽草酸合成途径中能产生与莽草酸有关的芳香化合物，如苯丙氨酸和其他芳香族氨基酸。芳香族氨基酸可进一步通过莽草酸途径生成酚、醚等嗅感成分。如苯丙氨酸、酪氨酸通过莽草酸途径可以生成香蕉中的嗅感物质榄香素、5-甲氧基丁香酚及葡萄中的嗅感物质桂皮酸甲酯。除了产生芳香氨基酸所衍生的风味化合物外，莽草酸途径还产生与精油有关的其他挥发性物质（图10-67）。

食品的烟熏芳香在很大程度上是以莽草酸途径中的化合物为前体，如香草醛可通过莽草酸途径天然生成。

图10-67　莽草酸途径中的前体衍生的某些重要风味化合物

（五）乳酸—乙醇发酵产生风味物质

由微生物产生的风味极为广泛，但微生物在发酵风味化学中特殊的或确切地作用仍有待进一步探讨。干酪是广受欢迎的食品。各种干酪的生产工艺的差异使它们具有各自的风味。但除了由甲基酮和仲醇产生的青霉干酪的独特风味以及硫化物产生的表面成熟干酪的温和风味外，由微生物产生的干酪风味化合物难以归入特征风味化合物这一类。啤酒、葡萄酒、烈性酒（不包括我国的白酒）和酵母膨松面包中的酵母发酵也不产生具有强烈和鲜明特征的风味化合物，然而乙醇使酒精饮料具有共同的特征。

图10-68总结了异型发酵乳酸菌[如嗜柠檬酸明串珠菌（Leuconostoc citrovorum）]的主要发酵产物，乳酸、双乙酰和乙醛共同产生酸性奶油和酸性乳酪的大部分风味。酸奶是一种同型发酵加工产品，它的特征风味化合物是乙醛。尽管3-羟基丁酮基本无气味，但它可以氧化为双乙酰。双乙酰则是大部分混合乳酸发酵的特征芳香化合物，它被广泛用作乳型或奶油型风味剂。

图10-68　乳酸菌异型发酵产生的主要挥发物

乳酸菌只产生少量的乙醇（10-6），而酵母代谢的最终产物主要是乙醇。乳酸链球菌（S.Lactic）的麦芽菌株和所有的啤酒酵母（S.Cerevisiae S.Carlsbergensis）均能通过转氨作用和脱羧作用把氨基酸转化为挥发物（见图10-69反应式）。这些微生物能产生一些氧化型产物（醛类和酸类），但它们的主要产物是还原型衍生物（醇类）。葡萄酒和啤酒的风味可归入由发酵直接产生风味的一类。上述这些化合物与乙醇相互作用的产物（如酯类、缩醛）与这些挥发物的复杂混合物组成了啤酒、葡萄酒的风味。

（六）酶法合成支链脂肪酸

常见的甲基支链脂肪酸如4-甲基-辛酸是羊膻气味的重要物质，是丙酸经生物合成产生的。

图10-69　氨基酸转化为挥发物的反应(www.xing528.com)

二、化学反应

（一）美拉德反应

很多食品在加热焙烤时，不需要酶的作用就可以生成杂环化合物，产生了丰富多彩的食品风味，如咖啡、茶、熟肉香、烤面包等。很多杂环化合物的前体物质就是食品的基本组成成分，即游离氨基酸、还原糖、小的肽类和脂肪的衍生物。还原糖与氨基酸或肽在适宜的条件下能发生被称为美拉德反应的一系列反应。上述许多具有风味的化合物都是美拉德反应的产物。

食品体系的美拉德反应及其产物极其复杂。一般说来，当受热时间较短、温度较低时，反应主要产物除了Strecker醛类外，还有具有香气的内酯类、吡喃类和呋喃类化合物；当受热时间较长、温度较高时，还会生成有焙烤香气的吡嗪类、吡咯类、吡啶类化合物。

烷基吡嗪化合物是所有焙烤食品或类似加热食品中重要的风味化合物。一般认为吡嗪化合物的产生与美拉德反应有关，它是由反应中生成的中间物α-二羰基化合物与氨基酸通过Strecker降解反应直接生成的（图10-70）。反应中氨基酸的氨基转移到二羰基化合物上，最终通过分子的聚合反应形成吡嗪化合物。

图10-70　蛋氨酸与还原糖反应生成吡嗪

在加热产生的风味化合物当中，通过H2S和NH3形成的含有硫、氮的化合物也具有重要作用。例如在牛肉加工中，半胱氨酸裂解生成的H2S、NH3和乙醛，它们可与美拉德反应中的生成物羟基酮反应，产生具有煮牛肉风味的2，4，5-三甲基-3-噻唑啉（图10-71）。

图10-71　半胱氨酸和糖-氨反应产物作用生成熟牛肉风味物质噻唑啉

（二）脂肪氧化

在食品加工过程中除了美拉德反应外，脂肪降解也是产生风味物质的一个重要原因。同美拉德反应一样，人们熟悉的通常是油脂由于氧化或分解而产生的一些不良风味，而事实上脂肪的降解也会产生令人愉快的风味物质。

1.脂肪降解产生风味的途径

脂质产生特征香气的途径主要包括：热降解及热降解产物的二次反应。首先，脂质在受热过程中分解为游离脂肪酸，其中不饱和脂肪酸（油酸、亚油酸、花生四烯酸等）因含有双键易发生氧化作用，生成过氧化物，这些过氧化物进一步分解生成酮、醛、酸等挥发性羰基化合物，产生特有的香味；而含羟基的脂肪酸经脱水环化生成内酯类化合物，这类化合物具有令人愉悦的气味。其次，热降解产物继续与存在于脂间的少量蛋白质、氨基酸发生非酶褐变反应，反应得到的杂环化合物也会具有某些特征香气。

2.深度煎炸产生的风味物质

煎炸食品如炸薯条、油炸饼圈等快餐深受消费者的喜爱。油炸食品独特的风味之所以深受人们喜爱是因为食品中的脂类物质的物理特性在起作用，这些特性主要有润滑性、饱腹感等。这种风味主要来源于食品加热过程中发生的化学变化（如美拉德反应、脂肪氧化等），并在煎炸油中进一步形成。众所周知，煎炸油只有在使用一段时间后才能产生特定的风味，而新鲜的煎炸油并不能产生令人喜爱的风味。

油脂在加热过程中产生的风味物质由氧化产生（图10-72）。首先，油脂加热过程中发生氧化反应失去自由基，与进入体系的氧产生过氧化物自由基，然后形成氢过氧化物，最后分解产生风味物质。

在加热过程中脂类氧化的产物与通常在室温下的氧化反应产生的典型产物不同，原因是由美拉德反应引起的。每一个反应都有自己特定的活化能，因此煎炸油发生的化学反应及风味物质的形成取决于加工过程中的温度。加热过程中的氧化与室温下氧化不同的第二个原因是加热时反应更具有随机性。高温可以增加能参加氧化反应的脂肪酸的分子数目，从而产生更多的挥发性风味物质。因此，即使是发生相同的化学反应，在加热过程中产生的风味也是独特的。

图10-72　加热动物脂肪产生挥发性物质的机制

深度煎炸过程中产生的挥发性物质有酸、醇、醛、烃、酮、内酯、酯、芳香化合物及其混合化合物（例如戊基呋喃和1，4-二氧杂环乙烷等）。例如炸薯条中起关键作用的风味物质主要有：2-乙基-3，5-二甲基甲硅烷、3-乙基-2，5-二甲基甲硅烷、2，3-乙基-5-甲基苯乙烯、3-异丁基-2-甲氧基吡嗪、（E, Z）或（E, E）-2，4-十二烯、顺-4，5-环氧基-（E）-2癸烯、4-羟基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃、甲基丙醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛以及甲基硫醇等。很明显，美拉德反应（主要产生吡嗪、支链醛类、呋喃、甲硫化物等）和油脂的氧化反应（主要产生不饱和醛类）是炸薯条风味物质产生的主要反应。

（三）类胡萝卜素氧化降解

类胡萝卜素为前体可通过氧化衍生得到一些重要的风味化合物。如红茶中存在一些化合物能赋予茶叶浓郁的甜香和花香，如顺-茶螺烷、β-紫罗酮等，这些物质均来源于β-胡萝卜素的氧化分解（图10-73）。尽管这些化合物仅以低浓度存在，但分布广泛，可使很多食品产生丰满和谐的风味。

图10-73　β-胡萝卜素氧化降解生成茶风味中某些重要化合物的过程