3、混合氣味消除個別香氣物質(zhì)的誤差有利于新的氣味感知

由于GC-O在色譜分離后分別評估揮發(fā)物的氣味影響，任何氣味的感知相互作用都沒有考慮在內(nèi)。[36, 43, 44]

這描述了一種非自然的、人工的環(huán)境，因?yàn)樵谖覀兊娜粘Ｉ钪?，我們的鼻子不斷地暴露在?fù)雜的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的混合物中，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)和濃度范圍都有巨大的變化，而不是單一化合物。[24,25]盡管嗅覺系統(tǒng)對復(fù)雜刺激模式的處理是理解對自然化學(xué)感覺實(shí)體(如食物香味、體味或環(huán)境線索)的感知的核心問題，但這些化學(xué)特征的嗅覺解碼背后的各種規(guī)則在很大程度上仍不清楚。[18,45]

人類心理物理學(xué)的研究令人信服地證明，對混合氣味的感知，即使每一種氣味單獨(dú)被正確識別，也不僅僅是單個氣味感知的簡單總和。[44-49]對于含有四種以上成分的混合物，研究發(fā)現(xiàn)氣味失去了它們的個性，產(chǎn)生了一種新的氣味感覺，傳遞一種單一成分所不能產(chǎn)生的獨(dú)特氣味屬性。例如，對人類志愿者[48]和新生兔子[49]的研究強(qiáng)烈建議將一種菠蘿氣味的三種化合物的混合物加工成一種新的實(shí)體。此外，天竺葵樣氣味(Z)-1,5-辛二烯-3-酮和煮熟的土豆樣氣味3-(甲硫)丙醛(甲硫丙醛)被報道為具有煮熟鱈魚腥味的關(guān)鍵分子，[37]沙丁魚罐頭，[50]以及干菠菜中的腥味“異味”，[51]在以1:100的比例出現(xiàn)時失去了各自的氣味特征，從而產(chǎn)生一種特有的腥味這種被稱為合成或組態(tài)處理的現(xiàn)象[49,52]。最近被神經(jīng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，實(shí)驗(yàn)表明選定的皮質(zhì)神經(jīng)元對二元?dú)馕痘旌衔镉蟹磻?yīng)，但對其單獨(dú)的成分沒有反應(yīng)。[49,53]這意味著僅僅使用單個氣味的化學(xué)結(jié)構(gòu)不足以識別和預(yù)測天然化學(xué)感覺實(shí)體的特征氣味屬性。然而，對人類氣味感知中所涉及的元素或配置過程的規(guī)律仍然知之甚少。[18,45]

盡管無法識別混合物中的單個氣味[47,52,54]，但人類可以很容易地將混合物彼此區(qū)分開來，甚至多個復(fù)合混合物也被人類感官實(shí)驗(yàn)證明可以產(chǎn)生可區(qū)分嗅覺感知的印象，創(chuàng)造了“氣味對象”的概念。[45] 最近有證據(jù)表明，復(fù)雜嗅覺刺激的識別和辨別依賴于梨狀皮層中這種“氣味對象”的形成和調(diào)節(jié)。[45] 來自人類和嚙齒動物模型的一致發(fā)現(xiàn)表明，嗅覺質(zhì)量和類別的分布式梨狀集合模式對于維持生態(tài)不恒定刺激的知覺穩(wěn)定性至關(guān)重要。[45]

通過使用3、12、27和28個氣味活性關(guān)鍵分子的合成混合物(每個分子的自然濃度都與給定的食物相同)對這種復(fù)雜的嗅覺對象進(jìn)行人工再造，令人信服地證明，可以重建真實(shí)的化學(xué)感覺，例如，酸奶油黃油、[55]新鮮草莓、[34]阿拉伯咖啡、[56]和紅酒[41]。另一方面，復(fù)合混合物顯示出越來越相似的氣味，其成分的數(shù)量增加。據(jù)報道，由30多種揮發(fā)物組成的氣味混合物在兩種條件下達(dá)到了被稱為“嗅覺白”的通用屬性；第一，當(dāng)混合成分跨越嗅覺空間時，第二，當(dāng)各個氣味的強(qiáng)度相等時。[57]要了解過多的食物氣味是如何被編碼的，以及為什么它們與“嗅覺白”不同，首先，需要在分子水平上定義自然化學(xué)感覺實(shí)體的化學(xué)刺激空間。

4、不到3%的食源性揮發(fā)物構(gòu)成了化學(xué)氣味空間

為了確定我們?nèi)粘ｏ嬍持蟹肿拥男嵊X空間，在綜合文獻(xiàn)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過Scifinder搜索工具，使用“香氣分析”和“味道分析”，去除重復(fù)和專利文獻(xiàn)，并使用搜索詞“食物”進(jìn)一步優(yōu)化，得到從1980年到2013年共5642篇出版物。此外，德國國家圖書館對“香氣”和“味道”兩個詞進(jìn)行了篩選，得到了949個結(jié)果，包括書籍、專著和博士論文。

由于食品和飲料嗅覺空間的化學(xué)表征需要正確和全面的定性和定量捕捉一整套關(guān)鍵氣味[28]，而不是僅局限于考慮揮發(fā)性成分的單個亞組，因此在薈萃分析中應(yīng)用了以下預(yù)先指定的納入標(biāo)準(zhǔn):

1) 基于對連續(xù)稀釋揮發(fā)性萃取物的GC-O分析，以嗅覺活性為導(dǎo)向發(fā)現(xiàn)最強(qiáng)烈的氣味;[30,33,35,58]

2)通過色譜保留時間、質(zhì)譜和感官數(shù)據(jù)與獨(dú)立合成的參考化合物進(jìn)行比較，明確識別關(guān)鍵氣味;[59]

3)使用精確和可靠的技術(shù)，如穩(wěn)定同位素稀釋分析，對整套關(guān)鍵氣味進(jìn)行綜合定量。[21, 28, 34, 42, 60]

使用這種以氣味屬性為導(dǎo)向的策略，我們選擇了119份出版物，報告了227個食品樣本中的關(guān)鍵食品氣味(KFO)，這些樣本來自廣泛的類別，如酒精飲料、肉制品、魚和海鮮、谷物和烘焙產(chǎn)品、乳制品、脂肪和油籽、水果、蔬菜、蘑菇、香料和草藥、可可和巧克力、咖啡、茶，以及其他一些包括醬油、香醋、蜂蜜、焦糖、和爆米花(圖1)。227個食物樣本的分配情況以及來源文獻(xiàn)可在支持資料(圖S1)中找到。

圖1 熱圖顯示227個食物樣本中226種主要食物氣味的氣味活度值(OAVs)和相對豐度(A，[%])。氣味空間覆蓋率(OSC，[%])定義了單個食物樣品中KFOs的數(shù)量所覆蓋的嗅覺空間的百分比(226KFOs);例如，干邑白蘭地(^ 36KFOs);啤酒(^;18KFOs)和人造黃油(*;3KFOs)用箭頭突出顯示。導(dǎo)致KFOs的前體分子被分組，并在支持信息表S1中給出。227個食物樣本的分配情況以及來源文獻(xiàn)可在輔助資料(圖S1)中找到。

在這119篇出版物中的81篇中，通過使用高度純化的合成參考?xì)馕哆M(jìn)行香氣重組/遺漏和/或添加實(shí)驗(yàn)，確定了KFOs的仿生混合物(每一種在各自食物中測定的自然濃度)與真實(shí)食物的氣味特征和強(qiáng)度相匹配，從而證明了整個KFOs系列已經(jīng)完全被闡明。[34, 41,55,56]

由于識別出的氣味不能以其感知的超閾值強(qiáng)度來考慮，我們使用其氣味活度值(OAV)來估算其氣味影響，該值計算為給定揮發(fā)物的濃度與氣味閾值的比值。[29, 30, 38]通過該方法，在本研究考慮的227個食物樣本中，至少有一個樣本中確定了由OAV>1定義的226種關(guān)鍵食物氣味(KFOs)。由此可以得出這樣的結(jié)論：在食品中10000種揮發(fā)物中，只有不到3%的揮發(fā)物對其特定氣味有貢獻(xiàn)，因此這意味著，在我們大多數(shù)食品和飲料類別中，定義揮發(fā)物刺激空間的KFOs大約不超過230種。