感官组学鉴定特征芳香化合物及其在食品分析中的应用

感官组学是随着感官科学的发展而延伸出的新概念,起源于2007年德国风味化学家PETER SCHIEBERLE教授提出的分子感官科学这一概念,是一种通过多学科理论与仪器分析技术相结合,系统研究人类感官与食物之间相互作用形式与规律的,并从分子层面研究食品感官品质的交叉学科[1]。食品的感官品质主要取决于风味感知,即消费者感受到的香气和味道,然而风味感知受到多种感官特征的影响,这些感官特征取决于食物基质中挥发性化合物进行复杂组合后的产物。因此,风味感知被广泛运用于食品领域,涉及分析与评价的多种方面。

香气是食品中起呈香作用的一小部分挥发性物质,是食品加工过程中重要的品质因素,在很大程度上决定消费者对食品的接受程度[2-3]。而食品香气品质主要由具有较大贡献的特征性香气化合物决定,对其进行鉴定分析不仅可以了解食品的香气成分,更能够为增强食品风味、合成新型香气物质等提供依据。目前,常采用气相色谱、气相-离子迁移色谱和嗅闻仪鉴别呈香物质及其强度,结合香气活性值(odor activity value, OAV)来判定关键香气物质的方法已经极为成熟[4-7]。感官组学将这些方法结合起来,通过重组和消除实验模拟食品真实体系来鉴定特征性香气物质,已经应用于多种食品的香气分析,如粮油类、烘焙类、酒类[8-12]、发酵乳制品类[13]和水果饮品[14-15]等食品的风味研究,有助于改进加工工艺从而提升食品的香气品质。因此,感官组学在食品特征香气鉴定及其在食品分析方面的应用具有重要意义。而近十年来,未见有关于感官组学技术进展的综述,与此相关的前瞻性导论较少。本文系统地对感官组学技术途径进行综述,并探讨感官组学在食品领域发挥的作用。

1 感官组学技术途径

感官组学的基础技术途径,是将提取出的挥发性物质利用食品成分分析技术,结合感官评定,对食品中的挥发性物质进行定性定量分析从而鉴别其中的特征性香气成分。近年来气相色谱-嗅闻(gas chromatography-olfactometry,GC-O)技术的发明将传统的气相色谱分析与感官检测相结合,发挥人-机结合鉴定的优势,在研究复杂的食品成分混合香气物质时,可精确发现痕量化合物、低气味阈值化合物,是分析鉴定芳香化合物技术上新的飞跃[1-3,16]。该技术结合仪器分析和人体感官对芳香化合物进行定性和定量,筛选香气较强的活性组分;利用香气重组实验对关键芳香化合物进行表征构建重组体系,对真实体系和重组体系进行感官评价;基于重组体系进行消除实验,对芳香化合物按照一定顺序逐一排除,经多轮实验后,能够以最少量化合物、最精确含量对食品中的风味轮廓进行描述重构,确定特征芳香化合物(图1)。

1.1 挥发性物质提取方法

香气物质是挥发性物质中的一部分化合物,其提取方法是感官组学中的重要环节。主要提取方法包括超临界流体萃取法、液-液萃取法[17]、溶剂辅助蒸发萃取法、固相萃取法、同时蒸馏萃取法,超声辅助溶剂萃取法以及顶空固相微萃取法(headspace-solid phase micro extraction,HS-SPME)等[18]。其中,顶空固相微萃取法由于其快速、高效、与气相色谱高兼容性,并且提取过程不需要使用溶剂、萃取头可重复使用,适用性强等特点广泛应用于食品香气物质萃取。AHAMED等[19]利用HS-SPME提取熟制肉的香气物质用于鉴别肉的种类;张彦聪等[20]用HS-SPME提取柠檬椰汁复合果酒的香气物质用于果酒发酵工艺的研究;另外使用HS-SPME结合气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS),可以分析不同种类的咖啡中挥发性化合物的区别[21],也可以分析在自然老化阶段啤酒中挥发性化合物的组成[22],以及研究苹果在动态变化的气体条件下贮存时它的香气物质α-法尼烯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、6-甲基-5-庚烯-2-醇的变化[23]等。

1.2 GC-O技术

GC-O技术是指每一种被分离的化合物经过GC洗脱后,由数名人数相同、嗅觉功能正常、不吸烟且品评期间无感冒、鼻塞等干扰嗅闻状况、有一定食品科学研究经历、实验前进行气味鉴别能力筛查以及操作培训的不同性别的受试者组成嗅闻师团队,嗅闻洗脱液,检测是否有气味存在,在测量气味活动的持续时间内,描述感知的气味的状态并量化其强度,同时通过专门设计的气味端口(odor port,ODP)连接传统探测器以检测气味活性化合物的存在[24]。经过几十年的发展,GC-O领域出现了许多收集和处理数据的方法,并评估了单一气味活性化合物的感官贡献,对其评定强度,以判断其对样品总气味的贡献,这些方法大致可分为三类:频率检测法、稀释至阈值法和直接强度法。在食品领域,关于GC-O的应用研究主要集中在3个方面[23]:a)各种食品和饮料的香气描述,以及其挥发性成分中的化学成分对香气的影响;b)由各种加工技术(发酵、烹饪、添加防腐剂和调味料)导致的食品香气变化;c)同一个食品类别(如奶酪、咖啡)中不同食品产品之间香气的区别。

影响食物感官特征(如气味、味道和颜色)的因素众多,不仅来源于原材料,还包括食品的加工过程,在如此复杂的体系中,仪器分析和感官分析相结合的技术手段可以有效解析香气变化的机理。GC-O技术已广泛应用于食品香气评价,还可以结合其他方法如稳定同位素稀释分析法(stable isotope dilution analysis,SIDA)、香气提取物稀释分析(aroma extract dilution analysis, AEDA)、质谱技术等对样品中芳香化合物的贡献进行鉴定和排序[24];通过香气模型和消除实验[25-26]筛选出与食品香气轮廓相似的香气重组物,精准确定对香气贡献最大的化合物,从而在分子层面上揭示食品特征性香气的化学本质(图2)。

1.3 香气提取物稀释分析

AEDA是由ACREE教授和GROSCH教授开发的一种在混合物成分未知的情况下,确定单一气味的相对气味活性的技术[3]。AEDA通常采用以下方法进行:用某种溶剂逐步按比例稀释挥发性成分,然后用GC-O技术对每次稀释的梯度进行分析评价,不断重复此过程,直到稀释液中没有任何可嗅闻的气味为止(图3)。为了减少某些气味在给定的GC固相上的稳定性,以及在嗅探稀释系列的过程中可能出现的“梯度间隙”的影响,AEDA应配置原始提取物的2种稀释液,如1∶20和1∶200,将其通过GC-O在至少2个不同极性的固相上进行分析,此过程由至少3个评议员执行,然后选择能够在最高稀释度下检测到最具气味活性区域的分离柱进行AEDA实验。为了避免“梯度间隙”,对给定提取物的感官分析应该在2 d内进行,这可以通过嗅取原始提取物的稀释系列来实现,例如第1天嗅闻稀释系列1∶4、1∶16、1∶64、1∶256和1∶1 024,第2天嗅闻稀释系列1∶2、1∶8、1∶32、1∶128和1∶512。此外,在原始提取物中检测到的每个气味活性区域,都应该重新配置一个稀释系列并进行嗅闻[3]。

AEDA通常是用于筛选强、中、低挥发性气味,然后进行识别实验的关键点。在AEDA法中,其结果表现为某种化合物的最高稀释度,称为其风味稀释度(flavor dilution, FD)因子,即初始提取物中气味的浓度与稀释到最低浓度的提取物中气味仍可被GC-O检测的界限比值。FD因子是一个相对的度量值,与化合物在空气中的香气活性值成正比[1]。

GC-O可以定性和定量地评估样品中的香气成分,并筛选出香气较强的活性组分[1-3,16],提供关于香气特征和香气强度的信息,帮助确定关键芳香化合物。AEDA可以定量评估香气物质的贡献程度,确定关键芳香化合物[24]。AEDA通常与GC-O结合使用,通过GC-O确定香气物质,然后使用AEDA进行定量分析,以确定香气物质的贡献程度。

综合来说,GC-O和香气提取物稀释分析是2种相互补充的方法。GC-O可以提供关于香气特征和活性组分的信息,而香气提取物稀释分析可以定量评估香气物质的贡献程度。通过结合使用这2种方法,可以更全面地了解食品样品中的香气成分,并确定关键芳香化合物的贡献程度。

2 感官组学在食品关键香气化合物分析中的应用

关于感官组学在食品特征性香气的鉴定研究,目前主要集中应用在酒类、乳制品、烘焙食品、水果、蔬菜及果蔬制品、肉制品、水产制品等(表1),其作用主要分为四类:a)分析食品香气特征,鉴别其特征性香气化合物[13,27-31],可以与转录组学和代谢组学相结合,为特征性香气物质的增强提供思路;b)通过对特征香气物质的差异鉴定,进行食品的产地溯源[4,32-36];c)对同类型产品进行差异性分析,用于食品掺伪的鉴别[37-42];d)通过对加工食品特征性香气物质的鉴定,用于加工方法的改进[43-48]。

2.1 感官组学在食品特征香气鉴定中的应用

食品的香气会影响消费者的选择,进而影响其经济价值,尤其是水果类。硫化物对浆果(蓝莓、树莓、蔓越莓)香气有重要贡献。研究人员用气相色谱-脉冲式火焰发光检测器(gas chromatography-pulsed flame photometric detector,GC-PFPD)联用技术分析4个南方高灌木蓝莓品种(“Prima Dona”、“Jewel”、“Snow Chaser”和“Kestrel”)中的硫化合物,发现3-巯基-1-己醇、2-糠硫醇、2-巯基乙醇、3-巯基-3甲基丁醇和甲硫醇对树莓的特征香气有很大贡献[4]。ZHU等[31]用感官组学技术结合GC-MS定性4种品种(Early Black, Y1;Howes, Y2;Searles, Y3;McFarlin, Y4)的蔓越莓(Vaccinium macrocarpon Ait.)样品中芳香化合物, 分别检测出33种、34种、34种和36种香气活性化合物。经感官分析,2-甲基丁酸酯、3-甲基丁基醋酸酯、乙基六烷酸酯、六甲酸酯和丁基醋酸盐OAV较高,这些化合物对“果味”“花香”的香气贡献较大。样品Y3香气得分最高,因此其与“花香”和“果味”高度相关,样品Y1香气得分最低;Y2样本更多地伴随着“甜蜜”香味描述;与其他样品相比,Y4样品更频繁地出现“醇厚”和“绿草”的香味描述符。这些香气化合物的香气模型特征与原始样品感官分析图吻合度极高,蔓越莓中关键芳香化合物被成功地定性和定量,为蔓越莓品种的选择提供更多参考。

菠萝蜜果肉融合了甜味、水果味、麦芽味和奶酪味的香味。GRIMM等[32]首次通过避免伪影程序(包括溶剂萃取和溶剂辅助风味蒸发)结合感官组学技术将AEDA应用于菠萝蜜果肉的挥发性分离物检测;将其与Static HS-GC-O相结合共检测到53种香气物质,其中有44种的结构被确定。3-甲基丁酸乙酯(OAV 74 000)、3-甲基丁酸乙酯(OAV 1 800)、3-甲基丁醇(OAV 1 500)和2-甲基丙醛(OAV 1 400)的OAV尤其高。香气模型轮廓与菠萝蜜果肉香气轮廓有很高的一致性,香气轮廓特点是水果味、香蕉味、肥皂味、奶酪味、煮土豆味、麦芽味和焦糖味的平衡组合,其中水果味的评分最高。该研究为进一步的分析不同菠萝蜜品种之间的香气差异提供基础。

MUNAFO等[49]通过溶剂辅助风味蒸发(solvent-assisted flavor evaporation,SAFE)和GC-O对5种不同品种的芒果进行研究,发现‘Haden’芒果香味最突出,具有典型的芒果味。MUNAFO等[33]在该基础上利用SIDA对高FD的‘Haden’芒果中最具香气活性的15种化合物进行定量分析,通过重构‘Haden’芒果香气,建立香气模拟模型,发现有机硫化物异戊烯基硫醇和4-巯基-4-甲基-2-戊酮对‘Haden’芒果香气有着极大的贡献作用。除水果外,WAGNER等[36]基于GC-O、GC-MS 和AEDA利用感官组学方法成功地对甘草中关键芳香化合物进行定性和定量分析。香气重组的结果与原甘草具有很高的相似性,(E, Z)-2,6-壬二烯醛、香芹酚、己醛和芳樟醇的OAV较高,是甘草中的特征香气物质。

这些研究表明感官组学相较于普通的香气物质鉴别方法如气相色谱等能更准确地判断对食品香气有重要贡献的挥发性物质,对于今后从遗传、育种、加工等多角度增强特征香气有重要意义。

2.2 感官组学在食品产地溯源方面的应用

食品产地溯源是食品质量安全追溯制度的重要组成,通常产品的质量参数与特定的地理来源和/或生产区域有关,因此对其产地溯源的认证有利于产地保护,增强消费者对产品的信心。目前常用技术有近红外光谱技术、同位素指纹分析技术、代谢组学技术、DNA指纹技术以及鉴定食品中的特殊组(分如脂肪酸)技术等[50],而利用感官组学对食品中的特征性香气物质进行产地溯源是新兴技术。它可以通过感官评价和化学分析相结合的方法,对食品样品中的特征性香气物质(比如关键芳香化合物)进行分析鉴定,通过结果比对,确定其产地,实现食品溯源[30-36]。GRIMM等[32]使用GC-MS对葡萄酒中的挥发性化合物进行分析,通过比较不同产地的葡萄酒样品中的关键芳香化合物2-甲基-3-异戊醇和2-甲基-3-己醇的含量和组成,成功对葡萄酒的产地进行溯源。MAJCHER等[13]使用GC-O和感官评价对奶酪样品中的香气进行分析,通过比较不同产地的奶酪样品中乳酸乙酯、己酸乙酯等化合物的香气特征和贡献度,可以区分出波兰和瑞士的奶酪。黄酒根据原料不同,可以分为南方黄酒和北方黄酒。南方黄酒的原料为糯米,北方黄酒则以黍稷为主[51]。WANG等[52]对北方黄酒-山西代县(DXHJ)的黄酒进行关键香气的研究,结合SAFE和SPME耦合GC-MS和GC×GC-MS对DXHJ中的关键芳香化合物进行定性,发现枣香是DXHJ香气特征,首次证实肉桂酸乙酯和3-苯丙酸乙酯在黄酒的整体香气中起关键作用,可作为山西代县黄酒的特征性香气物质,用于黄酒产地鉴别。

感官组学在食品产地溯源方面的应用还可以通过建立模型和数据库来实现。研究人员可以通过对不同产地的食品样品进行感官评价和化学分析,建立感官特征和化学特征之间的关联模型,从而根据食品样品的感官特征预测其产地[34]。此外,还可以建立食品产地溯源的数据库,将不同产地的食品样品的感官特征和化学特征收录其中,为食品产地的溯源提供参考和依据[4]。

2.3 感官组学在同类产品差异性分析中的应用

我国白酒历史悠久,同类型产品众多,但由于酿造原料、制造工艺、糖化发酵剂的多样性,导致香气特征各不相同。其中芝麻型白酒因为其独特的芝麻香气受到研究者的关注。ZHENG等[27]结合AEDA、主要香气成分定量分析、OAV测定和香气模型重建对芝麻型白酒中关键香气成分进行了研究。发现芝麻型白酒中有26种香气成分OAV≥1,其中己酸乙酯(OAV 2 691)、3-甲基丁醛(OAV 2 403)、五烯酸乙酯(OAV 1 019)等OAV较高。通过香气重组和消除实验,进一步证实了甲硫基丙醛和己酸乙酯对中国芝麻浓香型白酒整体香气的重要性。用同样的测定方法,SUN等[28]重建梅兰春芝麻型白酒中的关键香气成分并进行化学表征,实验证实己酸乙酯、丁酸乙酯、3-甲基丁醛、二甲基三硫化合物、甲硫基丙醛是影响梅兰春白酒香气的关键芳香化合物。此外,通过消除实验证实乙偶姻和酚类是梅兰春芝麻香型白酒的特征芳香化合物,2-糠硫醇对芝麻风味白酒的贡献还需进一步研究以鉴定。

国井白酒因独特的加工工艺和条件而具有典型的烤芝麻香,是一种品质极佳的芝麻香型白酒。利用感官组学的概念,基于GC-O、GC-MS、AEDA并综合GC×GC-TOF-MS对国井芝麻香型白酒进行化学表征[29]。首次在白酒中发现苯甲硫醇,其FD 为19 683,对其香气贡献极大。同样芝麻型白酒,其特征性香气物质差别较大,利用感官组学可准确判断其中的差异性,有利于对产品的质量控制以及消费者对产品的选择。

另外,运用感官组学的概念,使用AEDA、GC-O技术通过SIDA定量分析进行香气重组实验,对2组不同含量(99%和90%)的可可进行嗅觉可分辨的可可香气表征[45]。90%的可可样品中有28种芳香化合物OAV≥1,99%的可可样品中有30种芳香化合物OAV≥1。在2种可可样品中,二甲基三硫、乙酸、2-甲氧基苯酚、3-甲基丁酸、苯乙酸、香兰素和芳樟醇的OAV最高。香兰素的含量差异是区别2组可可的关键因素,当样品浓度为14 mg/kg时,90%可可中的香兰素含量是99%可可(1.8 mg/kg)的8倍。除香兰素以外,2-甲氧基苯酚在90%可可(样品含量474 g/kg)中的检出量比99%可可(样品含量20.4 g/kg)高出24倍。2组样品重组模型具有很高的相似性,证明了这2组可可中所有关键芳香化合物定性和定量的准确性,利用此方法可判断食品的掺假行为,对保持食品品质有重要意义。

2.4 感官组学在食品加工方面的应用

食品原材料的特征芳香化合物受不同加工方式影响会发生不同程度的变化。原有的特征芳香化合物,因不同加工方式会消失或合成其他芳香化合物。因此对不同加工方式处理的食品物质进行分析,有助于食品加工工艺优化,增强消费者接受度,提高产品经济价值。本文将根据以下6种加工食品探讨感官组学在食品加工方面的作用。

乳扇是一种发酵奶制品,来源于中国云南。乳扇最具代表性的5种香气描述符为水果味、奶酪味、牛奶味、酸味和脂肪味[53-55]。由此可见香气不是简单地等于其芳香化合物的总和,而体现在促进和限制功能等知觉交互作用[56]。TIAN等[54]采用GC-MS、GC-O、感官评价、香气复合和省略实验等方法,测定乳扇中的关键香气化合物,并结合偏最小二乘判别分析法,探究了31 种气味活性化合物与10种感官评价特性之间的关系。结果显示,有23种初始关键香气化合物能够在香气复合实验中模拟乳扇的香气特征,其中丙酸、丁酸、辛酸、辛醛、壬醛、2-壬酮和己酸乙酯是关键香气化合物。这7种化合物表现出协同效应,丙酸和丁酸有助于乳扇的酸味香气,辛醛和壬醛有助于乳扇的脂肪香气,辛酸和2-壬酮有助于乳扇的奶味香气,己酸乙酯有助于乳扇的果味香气。在不同的浓度和阈值比例下,乳扇中关键香气成分之间的协同效应是不同的,因此可以通过改变其成分浓度以对乳扇进行增香,或者开发更多特色风味的乳扇产品,该研究对于促进乳扇的工业化生产过程具有重要意义。

除了水果果实以外,将感官组学技术在水果饮品香气定性方面也发挥着重要作用。XIAO等[34]用GC-MS结合感官分析成功解析5种柑桔汁样品[Tankan、Miyagawa、Mashui (MS)、Skiranui和Ponkan (PG)]的特征香气成分。结果表明,PG与“水果味”、“花香”和“甜味”相关,MS与“青草香”和“贵族味”相关。通过消除实验证实壬醛、己醛、芳樟醇和(R)-(+)-柠檬烯是PG柑桔汁样品总体香气的特征性芳香化合物,为进一步研究低挥发性有机化合物是否对柑桔汁的香气有影响提供了基础,后续也可以探究这些芳香化合物在非挥发性成分基质中的相互作用。

基于感官组学的重组实验对清澈的红树莓汁中的主要芳香化合物进行定性[4],首次在红树莓汁中发现了18种芳香化合物。其中β-紫罗兰酮的OAV最高,说明花香和草香在整体香气中占主导地位。通过香气重组模拟青草味、花香、木质和焦糖味电子鼻分析表明此模型最接近原汁香气。红树莓汁香气特征的研究对于理解与果汁加工相关的可变的关键质量参数至关重要[14]。该研究使用的组合策略为红树莓汁面临的工业化问题及红树莓汁加工和保鲜技术提供理论基础。

苹果酒酿造过程中挥发性芳香化合物的产生受发酵参数、酵母菌株、陈酿条件等因素的影响[14]。关于发酵温度对于苹果酒芳香化合物浓度和感官特性的影响研究较少。PENG等[15]采用HS-SPME-GC-MS测定不同发酵温度下苹果酒的主要香气成分。结果表明,苹果酒中9种关键芳香化合物(乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸异戊酯、辛酸乙酯、4-羟基丁酸乙酯、异丁醇、异戊醇、3-甲硫基-1丙醇和苯乙醇)的浓度随着温度的升高(17～20 ℃)而显著升高,另外除4-羟基丁酸乙酯之外,其他关键芳香化合物的浓度随温度升高后会在26 ℃时降低。该项研究说明发酵温度的变化会显著影响苹果酒关键芳香化合物的产生从而使香气特征发生变化。因此有效利用发酵温度探究苹果酒关键芳香化合物成分的变化,对于提高苹果酒的生产和品控把握具有重要意义。

2.4.3 植物类食品加工

通过感官组学结合GC-O和GC-MS探究香椿通过自然干燥和真空干燥2种方式加工后关键芳香化合物变化[35],发现2-异丙基-3-甲氧基吡嗪、丁香酚和β-紫罗兰酮是香椿干关键芳香化合物。通过香气重组实验,对2个香椿样品进行香气特征分析,自然干燥香椿(sun-dried toona sinensis,SDTS)表现出强烈的调料味/辛辣、泥土味、麦芽味、醋味和干草味/青草味,而真空干燥香椿(vacuum-dried toona sinensis,VDTS)在干草味/青草味和花香/紫罗兰香味方面的特征更明显。因此,香椿中的特征芳香化合物会受到原料和加工方式不同的影响,从而形成不同的香味。这对选择合适的加工方式从而产生更有利于消费者接受的香气至关重要。

运用感官组学对生甘草和煮过的甘草汤汁进行香气物质研究[57],在生甘草中,由脂质过氧化生成物与单萜形成的芳香化合物贡献最大,在甘草烹煮形成的汤汁中,经过美拉德反应和糖降解反应的产物以及酚类化合物表现出最高的OAV,由此可以看出热加工会产生新的香气物质。

在食品中添加膳食纤维会导致感官质量的下降,如苦味和涩味。WIECZOREK等[58]应用感官组学方法,从分子层面阐明十字花科蔬菜中的关键异味化合物。该研究得出结论:硫代葡萄糖苷和异硫氰酸酯被定性为是导致十字花科蔬菜的苦味和涩味的物质,但是异硫氰酸酯同时也有助于十字花科蔬菜的香气。GL width=14,height=14,dpi=110

SER等[59]在对豌豆分离物的苦味进行的研究中,鉴定出14种脂质和脂质氧化产物为导致苦味的关键化合物,并且发现人类苦味识别阈值为0.06～0.99 mmol/L,但是个体间在苦味感知和敏感性中具有差异性。因此,可根据对蔬菜膳食纤维分离物的研究,再进一步探究苦味受体的差异性,以及消费者对苦味的遗传易感性,对今后的蔬菜加工产业具有指导意义。

GROSSHAUSER等[37]通过对生蘑菇组织与煎蘑菇组织进行比较,在煎蘑菇中发现3-甲基丁醛、3-甲基硫代丙醛、2-乙酰-1吡咯啉的OAV>100,1-辛烯-3-酮、2-丙酰-1-吡咯、4-羟基-2, 5-二甲基呋喃-3(2H)-酮、苯乙醛、2, 3-二乙基-5-甲基吡嗪、3-羟基-4,5-二甲基呋喃2(5H)-酮的OAV>10。该研究在观察生蘑菇组织香气的形成过程中发现,生蘑菇组织可通过热诱导发生Strecker降解反应,使其前体物氨基酸形成醛,该醛香气特征与3-甲基丁烷和苯乙醛(麦芽味、蜂蜜味)相同,因此煎蘑菇组织形成的整体香气会受到生蘑菇组织形成香气所需的反应时间的影响,所以可通过控制加工时间影响香气物质的生成。

干燥过程会影响菌菇类香气物质的产生[60-61]。APREA等[62]用SAFE制备挥发性组分,通过AEDA结合GC-MS对生牛肝菌(Boletus edulis)和干牛肝菌的主要香气化合物进行了测定和比较研究。经过定量分析,在生牛肝菌中,1-辛烯-3-酮的OAV最高,3-甲基丁醛、(E, E)-2,4-十二烯醛和(E,E)-2,4-壬二烯醛也产生了独特的香气。在干牛肝菌中,3-甲基硫丙醛、1-辛烯-3-酮和吡嗪是主要的香气物质。与生牛肝菌相比,干燥后的牛肝菌增加了挥发性化合物的复杂性,从而显著改变了牛肝菌的香气,表现出更令人满意的烘烤和调味风味,减弱了青草味和泥土味,这极大提高了消费者对牛肝菌风味接受度。该研究对探究菌菇类食品干燥过程中芳香化合物的整体变化有重要意义。

金华火腿的总体风味包括咸度、甜度、丰富度、鲜味、苦味、酸味和余味等香味属性[63-64]。ZHOU等[65]利用1H NMR技术对金华火腿风味物质的组成和特征进行表征,同时进一步探讨金华火腿传统和现代加工过程中代谢物(谷氨酸、丙氨酸、亮氨酸、乳酸、甘油、鹅氨酸、肌酸和磷酸肌酸)对其口感和丰富度发展的贡献。发现乳酸是火腿酸味的主要来源,甘油和丙氨酸增加了甜味,鹅肌肽对肉味有积极作用。与传统加工火腿相比,现代加工火腿样品中的谷氨酸、乳酸、鹅肌肽、甘油和肌酸具有更高的味觉活性值,因此现代加工火腿具有更高的口感得分和丰富度。

LIU等[39]通过GC-O-MS、OAV和香气重组研究北京烤鸭中鸭胸肉和胸肌中的主要芳香化合物。在北京烤鸭中,共定性了9种对北京烤鸭的特征香气有显著贡献的芳香化合物,包括2-糠硫醇、二甲基三硫化物、己醛、庚醛、辛醛、壬醛、甲硫基丙醛、1-辛烯-3-醇和(E, E)-2,4-癸二烯醛,其中2-糠硫醇和二甲基三硫化物对烤鸭的香气有显著贡献,为今后改进烤鸭生产工艺提供方向。

MALL等[40]在对加热虾肉(焯水和油炸)芳香化合物的研究中发现,2-乙酰-1-吡咯啉和(Z)-1,5-辛二烯-3-酮是熟制虾样品贡献最大的芳香化合物。香气重组和消除实验的结果表明,与原始的炸虾肉相比,油炸虾肉香气重组后的整体模型非常适宜,香气特征类似于海风。但是由于水相模型中基质的缺乏对某些气味物质的释放有明显的影响,比如原始虾肉的蛋白质和脂肪含量,同时基质成分会对其他化合物产生相反的影响,引发烘烤味和鱼腥味。因此,关于基质成分与食品化合物的交互作用可以做更多的研究。

水产品保鲜技术主要有冷冻保鲜[66]和电子束辐照[67],水产品在保鲜技术使用过程中其风味会受到影响。电子束辐照作为一种绿色保护技术,可以有效避免在加工环节中对产品质量的影响[41]。GUO等[41]采用SPME和SAFE两种萃取方法,结合GC-MS分别鉴定出电子束辐照前后三文鱼中挥发性化合物分别有49个和70个。辐照前后有10种关键芳香化合物OAV发生变化、1-辛烯-3-醇(OAV 5.51～2.72)、庚醛(OAV 3.84～3.08)、己醛(OAV 6.81～7.51)、辛醛(OAV 19.4～10.81)、壬醛(OAV 11.3 5～8.37)、(E)-2-壬醛(OAV 3.38～6.75)、(E,Z)-2,6-壬二烯醛(OAV 18.50～25.00)、2,3-戊二酮(OAV 1.02～1.44)、(E, E)-2,4-癸二烯醛(OAV 7.40～3.10)和2,4-辛二烯醛(OAV 3.04～2.16),它们在三文鱼香气特征(肉味、脂肪味和草味)的形成中发挥了重要作用。在此基础上,该研究建立了电子束辐照三文鱼的气味指纹图谱,图谱显示1 kG α照射的三文鱼片表现出最佳的香气特征。

SCHUH等[8]对挤压燕麦粉芳香化合物进行研究,发现己醛、(E, E)-2,4-壬二烯醛、(E, E)-2,4-癸二烯醛(首次报道)和香草醛对整体香气有贡献。DACH等[42]通过AEDA、SIDA确定燕麦粉芳香化合物,并对重要的芳香化合物进行定量。其中3-甲硫基丙醛、2-乙酰基-1-吡咯啉、香草醛、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、1-辛烯-3-酮、2-丙酰基-1-吡咯啉和(E, E, E)-2,4,6-壬三烯醛被确定具有较高FD因子。通过SIDA对36种最重要的化合物进行定量,结果表明,2-乙酰基-1-吡咯啉、香草醛、互变异构体2-乙酰基-3,4,5,6-四氢吡啶和2-乙酰基-1,4,5,6-四氢吡啶、3-(甲硫基)丙醛、2-丙酰基-1-吡咯啉和甲硫醇为主要的芳香化合物。为进一步研究糕点中的芳香化合物来源,深入解析主要芳香化合物的变化及其香气前体物质,该团队对燕麦面粉、面团和面点芳香化合物的变化展开研究。在煎炸过程中,燕麦粉和燕麦面团的弱麦片样香气发生了变化,产生了强烈的烘烤、爆米花样香气属性。用同样的面团烤燕麦点心的数据显示,从面粉到点心的整体香气强度明显增加,特别是像爆米花一样的烘烤气味,因此2-乙酰-1-吡咯啉、2-乙酰-3,4,5,6、2-乙酰-1,4,5,6-四氢吡啶、2-丙酰基-吡咯啉和2-乙酰-2-噻唑啉等具有爆米花气味的芳香化合物的浓度显著升高。此外,在烘烤过程中,3-甲基丁醛、苯乙醛和3-甲基二硫丙醛的浓度也显著增加。相比之下,在加工过程中特别是燕麦样芳香化合物(E, E, Z)-2,4,6-壬三醛的浓度下降,可能是该化合物在燕麦仁中通过脂质氧化酶作用而形成,但在烘烤过程中不稳定。该研究所提供的数据为理解燕麦产品中关键芳香化合物的生成提供了基础,其中脯氨酸是燕麦糕点中最重要的香气前体物质[43]。

KIEFL等[46]研究不同品种榛果在不同烘焙条件下主要芳香化合物的形成特征,并明确芳香化合物浓度与总体香气之间的关系,最终建立预测最佳加工参数的模型。应用SIDA结合GC×GC-TOF-MS进行气味定量,结果显示5-甲基-(E)-2-庚烯-4-酮和3-甲基-4-庚酮含量均大于450 g/kg,并可以产生令人愉悦的烘烤、坚果香气。研究同时也说明了榛果香气的形成是由热诱导的反应产生的,比如烤制时,泥土味的关键香气以及由其他前体物降解而产生坚果气味[9-10]。这些前体的定量分析将有助于直接预测榛子原料的香气潜力,而无需进一步加工后再评价。此外,国内外研究人员还利用感官组学方法对中国传统酱油、土耳其橄榄油、酵母饺子、软椒盐卷饼、山羊奶饼、油炸面包、中国维达冰酒以及新鲜生姜和烤姜[8-12]展开研究。

3 展望

气相-离子迁移谱技术(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)的出现为感官组学提供了一种新的技术手段。该仪器基于气相色谱技术和离子迁移谱技术,无需任何样品预处理,即可检测液体或固体样品的挥发性物质特征。离子迁移谱作为一种可视化分析技术,推动了感官组学的发展,然而GC-MS仍然是食品风味分析的硬性仪器标准,GC-IMS目前并不能替代它。GC-IMS作为一种新方法,尽管为感官组学在特征芳香化合物分析中的应用开辟了新的途径,但是该方法在食品工业中的应用缺乏学术支持。近年来,虽然有一些学术组织正在食品行业中积极推广GC-IMS,遗憾的是,在食品的研发和技术工业化的过程中,这些障碍仍然存在。

感官组学在感官分析领域里表现出巨大潜力,不仅能表征食品中的特征性香气,也能与其他学科领域技术相结合,进行进一步研究。但是,感官组学目前仍存在技术瓶颈。一方面,文献报道了许多关于食品芳香化合物定性和定量的研究,但是旨在提供正确的气味定性、可靠的气味定量、通过单一的分析平台评估香气贡献的研究仍然不足。开发单一分析平台评估香气贡献的研究,可以极大地提高香气分析的效率;加强感官评价员的专业训练,建立完善的评价体系,可以有效避免人为的误差,保证评价结果的客观性与一致性;进一步完善前处理富集香味物质技术,达到有效富集、精确定量的效果。这些都是感官组学技术亟需发展的研究领域。另一方面,随着感官组学的发展,越来越多的科研工作者将其应用于食品风味的品质研究中,但是目前更多的是用于描述食品风味的感官属性和探索引起感官变化的加工方式的研究。对于异味去除、消费者偏好研究以及延长风味存留时间等方面的应用较少。因此,不断拓展感官组学在不同类别的食品风味分析上的应用领域,对异味的去除或掩盖有促进作用,有利于科研工作者在研发产品的同时,更好地把握产品风味品质,对探索出更多受消费者喜爱的产品意义重大。

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