人类的鼻子如何帮助化学家分析味道

您知道柠檬草的清新柠檬味，或罗勒的浓郁草本味吗？我们所体验到的“味道”大部分实际上来自我们的嗅觉，而不是味蕾。挥发性化合物（轻到可以产生蒸汽或气体的分子）在我们体验食物和饮料（以及香味和气味）的方式中起着关键作用。但是，我们感知这些分子作为味道的复杂方式并不像纯化学那样简单，因此理解味道在一定程度上（但不是完全）是一个化学问题。

使用气相色谱质谱仪 (GC-MS)，一种分离和检测挥发性化合物混合物浓度的实验室仪器，我们可以轻松量化一杯咖啡中的香气分子。但我们仍然无法确定这些分子中的哪一个对其整体风味最重要，无论是坚果味、巧克力味还是水果味。

因此，化学家们不得不开发新方法来同时研究化学和香气感知。感知的行为方式复杂且难以预测 — — 即使是最高科技的实验室设备也无法破译。假设有等量的香兰素（香草的主要香气化合物，也存在于木桶陈酿的苏格兰威士忌中）和黑胡椒的主要香气化合物香兰素，它也使西拉葡萄酒具有辛辣的香气。按理说，在相同浓度下，两种化合物的芳香强度应该相同，但实际上香兰素的气味要比香兰素浓烈约 1,000 倍。显然，风味特征不仅仅取决于其化合物的浓度。

虽然某种化合物的浓度越高，你闻到的味道就越浓，但某种化合物在特定浓度下的气味强度也受到化合物本身化学结构的影响，这决定了它如何与我们的嗅觉受体相互作用。正确分析气味的唯一方法是亲自闻。或者更准确地说，让一组人亲自闻，然后比较他们的感知。

其中最好的方法之一是使用一种称为气相色谱-嗅觉测定法 (GC-O) 的技术，该技术将化学分离（或色谱法）与人工“嗅探器”结合使用。气相色谱法发明于 1950 年左右，用于分析产生香气的挥发物等，它使分析化学家能够探索不同样品在分解成其组成化学化合物时气味如何变化。在 1964 年的一篇名为“巴特利特梨的挥发性酯”的论文中，开创性的分析化学家 Walt Jennings 指出，梨中一些挥发性较低的“高沸点”化合物闻起来让人想起梨酱，他假设煮熟的梨的部分气味实际上一直存在于新鲜的梨中，只是被更挥发性的化合物掩盖了，直到这些化合物在烹饪过程中蒸发。

大约在同一时间，高露洁棕榄公司的化学家们开始与专业调香师合作，将他们作为“人体传感器”，通过气相色谱法描述分离出的化合物的香气。凭借这些香气专家高度敏锐的味觉，他们能够准确地指出哪种化合物（在本例中是茴香醛，一种具有花香的分子）导致了两种相似的松油样品的香气差异。如果不通过气相色谱法分离，调香师只能闻到整个混合物的气味，而没有调香师，化学家们就无法确定哪些化学差异真正影响了气味。事实证明，这项技术非常有用，而且使用起来非常简单，在过去 50 多年里，它被用于从威士忌和葡萄酒到香水到肉类和植物等各种事物。

为什么要分析风味？味觉通过大量的嗅觉和味觉得到了精细调节，这为我们理解风味提供了坚实的基础，但了解背后的化学原理则为风味从业者（无论是食品化学家、厨师还是调香师）打开了一个全新的工具箱。通过了解哪些分子是造成我们喜欢的香气的原因，我们可以采取更明智的措施来促进或保留这些香气。在食品行业，GC-O 用于指导加工过程，以实现这一目标，并产生全新的气味和风味。在研究中，一旦我们确定了造成风味的化合物，我们就可以从气候和生物化学一直到饮食建立联系，这有助于解释是什么让具有风土或品种特征的产品（如葡萄酒）如此特别。我们可以使用风味化学来发明新的风味组合，通过更深入地了解我们在厨房中的行为如何在分子水平上影响风味，开辟了各种可能性。

由于每个分子与我们的嗅觉受体的相互作用都不同，而且这些相互作用因人而异，有时人类在 GC-O 实验中识别出的气味可能多年都无法被科学分析发现，因为人类的鼻子能够检测到远低于机器阈值的微量浓度。正如不同的化合物在相同浓度下具有不同的强度一样，同一种化合物的气味实际上会因其浓度而截然不同。例如，丁酸乙酯的气味可能像青苹果或烂水果，这取决于其浓度，而使艾雷岛威士忌具有令人愉悦的烟熏味的愈创木酚，在烟熏葡萄酒中浓度较高时，会让人联想到舔烟灰缸的味道。GC-O 向我们展示了如何解释香气，并揭示了不同食物中不同浓度的相同化合物的作用变化。

GC-O 还不能将我们对香气的感知和其背后的化学反应联系起来。混合香气会产生不可预测的结果，一些化合物会增强其他化合物的强度（例如，β-大马酮，一种在苹果、玫瑰、烟草和葡萄酒中发现的具有水果味和香脂味的化合物，已知具有这种作用），而其他化合物（如 2,4,6-三氯苯甲醚，它是造成“软木塞味”的葡萄酒的罪魁祸首）会掩盖与其混合的化合物的气味。更复杂的是，味觉和其他感官对香气的感知会产生微小但重要的影响。GC-O 不能告诉我们有关香气的所有信息，但它是弄清组成化合物（每种化合物的浓度各不相同）如何共同作用以产生我们每天感知到的万花筒般味道的重要工具。

Arielle Johnson 非常热爱食物和风味，因此决定攻读该领域的博士学位。她是加州大学戴维斯分校的博士候选人。葡萄酒和食物等复杂的分子混合物究竟如何转化为风味，科学界对此还不是很了解，她的工作重点是这个“黑匣子”，尤其是在饮食和美食学方面。她希望自己的工作将有助于阐明新知识并为厨房里的厨师提供工具。她目前正在哥本哈根的 Nordic Food Lab 船屋（Noma 的一个分支）对新的丹麦醋进行感官分析，她也是《厨房作为实验室》一书的撰稿人。