《食品科學》：哈爾濱商業大學張娜教授、王冰高級工程師等：谷物加工中風味解析技術及其釋放機理的研究進展

谷物作為全球膳食結構的核心組分，在糧食市場中占據主導地位，其消費量呈現逐年增長的趨勢，其中2025年度世界谷物消費量預計達到28.62億 t，比2024年增加了2 000萬 t。谷物能夠為人體提供碳水化合物、蛋白質等必需營養素，其風味品質也是影響谷物產品市場競爭力的關鍵因素。隨著消費者對清潔標簽和功能化風味需求的不斷提升，如何通過加工技術對谷物特征風味物質進行定向精準解析已成為當前的研究熱點。在加工層面，谷物風味的形成受到物理作用、微生物代謝等復雜途徑的影響，進而影響風味物質的釋放和轉化。已有研究明確了不同加工技術對醛類、醇類、雜環化合物等特征風味物質的生成規律；如物理碾磨技術通過破壞谷物的組織結構，釋放出醛類、醇類、酯類、還原糖和氨基酸等風味物質，賦予谷物產品甜香和水果香氣，并增強鮮味和甜味；熱加工技術，如烘焙、擠壓膨化、蒸煮則是在高溫高壓條件下發生美拉德反應、焦糖化反應和脂質氧化，通過與蛋白質、淀粉、脂質等前體物質發生化學反應，從而影響谷物風味，烘焙生成呋喃等焦糖風味，擠壓膨化產生吡嗪等增添烤香、堅果香及甜鮮風味，蒸煮促進醛類等焦香、果香等復雜風味形成；生物技術，如發酵通過激活蛋白質、淀粉、脂質等風味前體物質的化學反應網絡，生成不同的風味成分，可將風味前體物質分解為酯類、醛類、醇類和有機酸等風味成分，產生果香、花香等風味特征；酶解則主要生成醛類、酮類、酯類、有機酸、氨基酸等風味物質，從而提高鮮味和酸味，并釋放堅果風味。

綜上所述，加工方式不僅能夠改變谷物的質地和營養成分，而且能夠通過調控風味前體物質的化學反應途徑，賦予谷物風味多樣性和復雜性。然而現有的研究只聚焦單一加工技術對風味的影響，缺乏多種加工技術的系統整合，且未建立不同加工條件下“加工參數-前體轉化-風味形成”的關聯，在風味分析檢測技術中，忽略了揮發性與非揮發性風味物質的協同作用，難以全面對風味進行定向調控。哈爾濱商業大學食品工程學院的陳嫣、王冰*和張娜*等人從“加工技術-特征風味物質-前體物質-檢測技術”多維視角出發，系統梳理風味生成的關鍵路徑與檢測技術，旨在為谷物加工領域的風味優化、產品創新及品質控制提供解決方案，滿足消費者對多元風味的需求、提升產品市場競爭力，促進谷物產業可持續發展。

1 加工方式對谷物風味的影響

1.1 碾磨

碾磨通過物理作用破壞谷物組織結構，引起化學鍵斷裂和化學基團變化，進而通過脂質氧化和酶促反應途徑影響風味物質的生成與釋放。在這一過程中，淀粉分子糖苷鍵斷裂，支鏈淀粉因無定形結構更易降解，使得原本被吸附包埋的風味物質脫離并釋放；蛋白質的二硫鍵與游離巰基相互轉化，二級結構中的氫鍵、β-折疊含量增多，導致疏水位點暴露，影響對風味物質的結合和釋放；同時，脂質與氧氣的接觸面積增大，進而加快了不飽和脂肪酸雙鍵氧化，生成己醛（青草味）和壬醛（柑橘味）等揮發性物質。且碾磨破壞了谷物糠層的細胞結構，使內源性脂肪氧化酶、淀粉酶等酶類與底物充分接觸發生酶促反應，脂肪酶與脂質作用產生甘油和游離脂肪酸，多不飽和脂肪酸在脂氧合酶的作用下生成氫過氧化物，進一步降解生成多種風味物質，淀粉酶水解產生還原糖也會影響風味前體物質。

在谷物碾磨環節，其最終呈現的風味組成會隨碾磨程度而產生明顯差異。在茉莉香米研究中，當碾磨率為2%～4%的低精米，谷物中的揮發性風味物質保留更充分，其中3-戊烯-2-醇（青草氣味）是低碾磨谷物中含量最高的風味物質，而隨著碾磨率增加到11%～13%（高精米）時，去除了糠層、胚芽和富含各種營養物質的部分胚乳，導致酶失活或底物減少，抑制反應的進行，揮發性風味物質和氨基酸的含量呈下降趨勢，風味強度減弱甚至產生不良風味。對于小麥碾磨，不同的碾磨方式對風味的影響也存在區別。采用石磨碾磨，其作用強度更溫和，對小麥細胞結構破壞程度小，能夠減少風味物質的加工損失；而輥磨作用強度大，風味的保留效果遜于石磨。此外，谷物原料的水分含量同樣會影響碾磨中的風味形成，水分含量的差異會影響谷物內部的美拉德反應速率，同時影響反應產物的種類；同時，谷物中的原料成分、碳水化合物的結構和含量、蛋白質的種類以及脂肪含量等，在碾磨過程中會通過不同的化學反應路徑生成醛、酮、酸等揮發性物質，進一步塑造了谷物碾磨后的獨特風味特征。

1.2 發酵

微生物代謝是導致發酵過程中風味物質產生的主要因素。其分泌的糖苷酶能夠催化糖苷鍵斷裂，釋放出具有水果香氣等的揮發性風味成分；蛋白酶水解肽鍵產生的短肽和氨基酸為風味合成提供底物。谷物中的大分子物質在內源酶和外源酶的作用下降解為小分子，會選擇性地進入微生物糖酵解（EMP）、磷酸戊糖（PPP）、恩特納-杜多羅夫（ED）以及三羧酸（TCA）循環等途徑。其中葡萄糖可直接進入EMP途徑轉化為丙酮酸，進而產生乳酸、乙醇和乙酸，也可以通過HMP和ED途徑重新進入EMP途徑，生成呋喃類、吡嗪類等風味物質。丙氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸等氨基酸可以轉化為丙酮酸，直接脫羧形成乙醛、乙醇或乙酸，或通過丙酮酸脫氫酶生成乙酰輔酶A，也可由產生丙酮酸羧化酶的微生物轉化為草酰乙酸，兩者結合進入TCA循環，生成檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸等有機酸，帶來酸味。

不同的微生物也會產生風味差異，酵母的代謝產物如酯類、醇類等揮發性物質直接影響啤酒的風味；曲霉菌屬影響有機酸、游離氨基酸和關鍵揮發性物質（酯類和醇類）的含量；酵母菌和霉菌以生成酯類和醇類為主，能夠提升香氣復雜度；乳酸菌和醋酸菌主要生成有機酸，增加了谷物的酸味。通過選擇不同微生物可實現對風味的調控，如追求酒香和果香時可以選擇酵母菌，而強調酸鮮口感時乳酸菌則更具優勢。

1.3 烘焙

烘焙過程中，谷物制品的風味是由美拉德反應、脂質氧化、糖降解及氨基酸代謝等多種過程共同形成的。在美拉德反應中，游離氨基酸的氨基會與還原糖的羰基進行親核加成并縮合，生成不穩定的Schiff堿（C＝N雙鍵），Schiff堿在不同pH值條件下會發生不同的重排，在酸性或中性環境中水解形成醛糖胺，在堿性環境中形成酮糖胺。隨后，糖鏈脫水，氨基酸脫羧、脫氨以及C—C鍵和C—O鍵斷裂，生成醛類、酮類、吡嗪類等揮發性風味物質，Schiff堿也可以通過環化作用重排形成N-取代糖基胺，并發生Amadori重排，生成1-氨基-1-脫氧-2-酮糖。后者經C—C鍵、C—O鍵斷裂脫水，生成羥甲基糠醛等風味物質，是美拉德反應初級階段關鍵中間體，是后續風味形成的重要前體。美拉德反應的終產物類黑素賦予烘烤的食品焦苦風味，并與有機酸協同作用，共同調節整體的酸甜平衡。糖類在焦糖化過程中產成呋喃、羥甲基糠醛等物質，賦予獨特的焦糖風味，其中2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和2-乙基-6-甲基吡嗪等揮發性物質對焦糖風味的影響尤為顯著。通過添加糖分，會帶來焦糖、烤香、堅果香等風味，與其他風味成分相互作用，調節風味平衡；蛋白質的熱變性與淀粉的糊化，通過形成面筋網絡與淀粉顆粒吸水膨脹，間接影響風味物質的吸附與釋放，面筋的網狀結構在一定程度上阻礙揮發性醛、酮的釋放，而糊化淀粉的親水特性延長了有機酸和氨基酸的保留時間，從而形成持久的味覺風味。脂質氧化方面，谷物本身的不飽和脂肪酸雙鍵斷裂產生己醛、(E)-2-壬烯醛等成分，帶來青草香和脂肪香氣；同時，外部添加油脂也會發生氧化分解生成醛、酮等風味物質，另外不同種類的油脂具有獨特的風味，如黃油濃郁的奶香風味、橄欖油果香風味。

1.4 擠壓膨化

擠壓膨化過程中，淀粉晶體結構被破環，分子間氫鍵斷裂，糖苷鍵發生部分降解，導致淀粉糊化并形成黏連的片狀結構。同時，蛋白質的二級結構發生轉變，α-螺旋和β-轉角轉化為β-折疊，肽鍵斷裂，氫鍵和二硫鍵發生重排，最終形成大分子聚合物。不飽和脂肪酸中的碳碳雙鍵（C＝C）易氧化生成過氧化物，進而分解為醛、酮、酸等揮發性風味物質。在減壓膨化過程中，物料的水分迅速蒸發，體積增大，形成多孔的松散結構，從而增加了比表面積，有利于揮發性物質的釋放，增強谷物的整體風味。在擠壓膨化過程中，在筒體III區溫度64 ℃、螺桿轉速180 r/min、原料含水率18%的條件下擠壓膨化玉米粉，羰基化合物（C＝O）和氨基化合物（—NH2）相互作用形成Schiff堿（C＝N），轉化為糠醛及其衍生物、吡嗪類、吡咯類等雜環風味物質，同時蛋白質變性形成大分子聚合物能夠通過疏水相互作用和氫鍵吸附小分子風味物質，釋放出鮮味和甜味氨基酸，并降低苦味氨基酸的含量，增強風味的持久性，進一步提升產品的感官品質。另一方面，在高溫和剪切力的影響下，過氧化物不穩定，分解產生的自由基引發鏈式反應，導致脂肪酸鏈斷裂，生成小分子的醛、酮、酸等風味物質。

1.5 蒸煮

谷物在熱加工過程中，淀粉顆粒由有序結構轉變為無序結構，分子間氫鍵斷裂，α-1,4-糖苷鍵水解生成小分子糊精，為美拉德反應提供中間物質。在濕熱環境下，谷物原料內的羰基化合物與氨基化合物生成醛類、酮類及雜環化合物，賦予食物焦香、堅果香等特征。肽類、氨基酸的含量變化對風味有顯著影響，通常情況下，鮮味氨基酸的比例上升，同時苦味氨基酸含量減少，從而增加鮮味并減少苦味。淀粉、纖維素、半纖維素等多糖以及蛋白質、脂肪等成分，其分子結構中含有羥基，可以與水分子形成氫鍵，從而影響淀粉的糊化和蛋白質的變性，可以參與酯化、醚化等反應，賦予谷物水果香、花香。含硫基團分解產生硫化氫、甲硫醇等物質，雖然具有一定的特殊風味，但含量過高時會產生令人不悅的異味。在蒸煮初期，淀粉顆粒開始膨脹，在水分作用下部分氫鍵斷裂，少量揮發性風味物質開始形成，但整體風味變化相對不明顯。蒸煮中期是風味形成的關鍵階段，淀粉顆粒從外圍向內部逐漸糊化，體積增大，直鏈淀粉溢出，淀粉顆粒的原始結構逐漸被破壞并開始黏連，同時有小分子物質被釋放出來，參與化學反應，為獨特風味的形成奠定基礎。蒸煮后期，淀粉發生老化，不易回生，影響風味的釋放和口感。蛋白質變性和淀粉糊化共同形成穩定的膠體網絡，通過氫鍵和疏水作用吸附揮發性風味物質，延緩其釋放，從而增強風味持久性。蒸煮過程中還會導致膳食纖維與酚類物質結構改變，雖然這些物質本身不直接揮發，但通過影響口腔觸感和味覺受體交互作用，塑造醇厚、綿密的口感基調，礦物質與有機酸的溶出可調節酸堿度，是影響風味感知的間接因素。

1.6 酶解

酶解通過酶降解原料中的大分子，為風味物質的形成奠定基礎。不同種類的酶在谷物酶解過程中具有不同的作用特性。對于淀粉酶，α-淀粉酶只催化淀粉分子中的α-1,4-糖苷鍵，留下α-1,6-糖苷鍵的糊精；β-淀粉酶依次水解α-1,4-糖苷鍵，不能越過α-1,6-糖苷鍵，支鏈淀粉殘留大量的β-極限糊精，直鏈淀粉全部水解成麥芽糖；糖化酶依次水解α-1,4-糖苷鍵，將葡萄糖單位逐個水解，生成的糊精、低聚糖和葡萄糖等小分子為風味物質的產生提供充足的底物。蛋白酶通過水解肽鍵，將蛋白質分解為多肽和氨基酸，疏水性氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸）殘基與苦味肽的形成相關，親水性氨基酸（谷氨酸、天冬氨酸）與鮮味肽的形成相關，可以作為重要的風味前體物質。脂肪酶能夠催化谷物內部油脂的水解，生成的短鏈脂肪酸可直接作為風味成分，脂肪酸的內酯化反應、與醇類的酯化反應分別生成內酯和酯類等風味成分。酶分解所釋放的游離氨基酸與還原糖發生美拉德反應，在初期生成Schiff堿和Amadori化合物。Amadori化合物熱降解為α-雙羰基化合物等中間體，引發糖降解和Strecker反應，生成呋喃類、吡嗪類、含硫化合物等揮發性風味物質。同時，酶解直接釋放的游離氨基酸和小肽（＜1 000 Da）可激活味覺受體，產生鮮、甜、苦等味感。另一方面，大分子肽（＞1 000 Da）與糖類通過美拉德反應生成類黑素，雖然本身不具有揮發性，但可通過吸附苦味肽或增加體系黏度改善口感。酶解與發酵協同產生的有機酸降低pH值，增加酸味，并與氨基酸協同增強鮮味，共同構成非揮發性風味的味覺。

不同谷物因成分和結構的差異，在酶解過程中對風味的影響各不相同。小麥富含淀粉和蛋白質，酶解可以將長鏈淀粉分子斷裂為短鏈糊精、低聚糖和葡萄糖，并將蛋白質水解為氨基酸和小肽等非揮發性風味物質，且小麥中存在酚類化合物，通常與細胞壁多糖或蛋白質通過酯鍵、氫鍵等方式連接，酶解可能破壞這些連接，釋放酚類化合物。大米中的蛋白質被蛋白酶水解肽鍵生成少量的揮發性風味前體物質，如γ-谷維素等酯類物質，酯鍵水解釋放出酸和醇類物質，具有清香氣味。谷物加工通過改變揮發性風味成分和非揮發性風味成分的組成，賦予谷物多樣化的口感和香味特點。圖1為不同方式加工谷物產生的風味特點。

2 揮發性物質和非揮發性物質對谷物風味的影響

谷物的風味是揮發性物質與非揮發性成分共同作用的結果，兩者通過嗅覺、味覺和口感的協同效應，形成了谷物的獨特風味。

2.1 揮發性物質對谷物風味的影響

2.1.1 醛類

醛類化合物對谷物的風味有重要影響，具有獨特的氣味特征，賦予谷物特定的風味。脂質氧化、美拉德反應及Strecker降解是醛類化合物生成的主要機制。不飽和脂肪酸，如亞油酸和亞麻酸，在脂肪氧合酶的作用下，通過過氧化作用，生成醛類化合物，如己醛（青草香味）和反-2-己烯醛（綠葉香味）等醛類物質，這些化合物是新鮮谷物香氣的關鍵來源，但過度的氧化可能導致酸敗的不良風味。氨基酸與還原糖發生美拉德反應，經一系列重排和降解生成醛類；葡萄糖與賴氨酸反應生成糠醛，帶來焦糖風味；脯氨酸與糖類發生反應形成具有爆米花香氣的2-乙酰-1-吡咯啉前體。同時，氨基酸與α-二羰基化合物反應可以生成醛類和氨基酮，而脯氨酸和羥脯氨酸反應生成丙酮醛；苯丙氨酸降解生成苯乙醛（花香）。醛類化合物對風味的影響受濃度的調節。在低濃度條件下，賦予食品清新果香、花香或烤香，如己醛的青草香、辛醛的柑橘香、糠醛的焦糖和烤香；高濃度時會引發酸敗、油脂氧化等問題，產生刺激性氣味，如反-2-壬烯醛的“脂肪味”、反,反-2,4-癸二烯醛的“焦糊味”。3-甲基丁醛的果味和甜味、戊醛的杏仁味、己醛的草味和脂肪味等都是烘焙過程中形成的關鍵風味物質，增加了谷物的堅果風味、花香和果味。

2.1.2 醇類

醇類被認為是多元不飽和脂肪酸氧化的衍生物，通常來源于醛類進一步分解生成。作為谷物中關鍵揮發性風味物質，醇類對風味有顯著的影響。通過脂質氧化、微生物發酵及美拉德反應，亞油酸氧化生成1-辛烯-3-醇（蘑菇味）和己醇（青草香），油酸氧化生成辛醇。酵母或乳酸菌在代謝氨基酸、糖類過程中生成多種醇類，亮氨酸通過脫氨作用生成3-甲基丁醇（麥芽香），糖類經酵母代謝產生乙醇，不僅能夠提供酒香，還可與醛類反應生成酯類化合物。脯氨酸與葡萄糖反應生成具有甜香味的苯甲醇。而低濃度的1-辛烯-3-醇與己醛協同生成清新谷物香氣、苯乙醇賦予食品玫瑰花香；高濃度的己醇會導致青草澀味，乙醇過度積累會產生酸敗酒味，引發不良風味。總體而言，醇類物質的增加，會伴隨著果實香氣、油脂香氣以及木香等復雜風味的形成。

2.1.3 酮類

酮類是谷物風味中的重要揮發性物質，與醛類、醇類、酯類等共同構成谷物復雜的風味圖譜。酮類化合物主要通過脂質氧化、美拉德反應以及微生物代謝等途徑生成。亞油酸氧化可以生成具有果香和微甜的2-庚酮以及帶有泥土氣息的3-辛烯-2-酮，而油酸氧化則會產生具有草本氣息的6-甲基-5-庚烯-2-酮。丙氨酸與葡萄糖經過Strecker降解生成帶有奶油香的2,3-丁二酮，同時，脯氨酸代謝的中間產物2-乙?；?1-吡咯啉則具有典型爆米花風味，是酮類特征香氣的關鍵物質。戊糖代謝可生成賦予奶油糖果香氣的3-羥基-2-丁酮，而酵母能將丙酮酸轉化為具有花香的2-戊酮。

2.1.4 雜環化合物

在美拉德反應過程中，主要揮發性風味成分包括雜環化合物，如呋喃、吡嗪、噻吩、噻唑、吡咯、咪唑、吡啶等。酮類化合物則能作為重要的配體參與Strecker降解反應，促進這些雜環化合物的生成。蘇氨酸和絲氨酸在高溫條件下的熱降解，主要生成吡嗪類雜環化合物，而谷氨酸和天冬氨酸脫氨反應生成的二羰基化合物與氨基化合物發生反應，生成吡嗪類風味物質，賴氨酸經熱降解形成以吡啶和吡咯為主的雜環化合物，賦予食品烤肉和熟肉的香味。呋喃類化合物是雜環化合物中重要的類別，由脂質氧化和美拉德反應生成。在大米中，2-戊基呋喃是主要的烷基呋喃，低濃度時散發出典型的堅果香氣，而在較高濃度下具有大豆香氣特征，也是芳香、非芳香和黑米中的氣味活性物質，貢獻了花香、果香、堅果味、青草味、杏仁味、黃油味和豆腥味等多種風味。

谷物不同揮發性風味物質及風味特點匯總如表1所示。

2.2 非揮發性物質對谷物風味的影響

2.2.1 氨基酸

氨基酸作為谷物中非揮發性物質風味的重要組成部分，雖然本身不具備揮發性香氣，但能賦予谷物甜味、苦味、鮮味等風味特征，是風味形成的重要前體物質。鮮味是氨基酸賦予食物的重要味覺之一。鮮味氨基酸（谷氨酸）與味覺感受器受體T1R1/T1R3結合，激活G蛋白，Gα亞基與Gβγ亞基分離，Gα亞基進一步激活磷脂酶C，水解生成二?；视?，激活蛋白激酶C，最終導致味覺細胞去極化，產生神經沖動。在稻類中發現，由丙酮酸轉氨酶催化丙氨酸、脯氨酸脫氫酶參與脯氨酸分解生成谷氨酸增添鮮味；苦味受體屬于T2R家族，不同的苦味物質與不同的T2R受體結合，苦味信號通過面神經鼓索支和舌咽神經傳導至腦干孤束核，再經丘腦投射到大腦皮層味覺中樞，產生苦味感知。在麥類中發現，亮氨酸和精氨酸會導致苦味，其含量可能因參與揮發性物質的生成以及Strecker降解而減少，能為谷物增加層次感，而過量會產生不良苦味，由于燕麥中的支鏈氨基酸平均含量高，具有更豐富的風味層次。氨基酸不僅有獨特的風味，而且與糖類等發生美拉德反應對谷物風味整體產生影響。在烘焙麥類過程中，不同的氨基酸與糖類會產生不同的風味物質，葡萄糖與精氨酸生成烤堅果風味的吡嗪類化合物，果糖與賴氨酸產生焦糖風味，糖類與氨基酸發生美拉德反應，產生了多種揮發性香氣成分，賦予了烘焙谷物獨特的風味。

2.2.2 糖類

谷物中的糖類作為非揮發性風味的重要組成部分，賦予了其獨特的甜味。葡萄糖、果糖等單糖直接賦予谷物天然的甜感，其含量水平直接影響口感的鮮甜平衡。人體甜味感覺由味蕾中的味覺感受細胞上味覺受體2（T1R2）和3（T1R3）形成的異源二聚體介導，引發受體構象的改變，導致細胞內鈣離子濃度升高，引發神經遞質的釋放，將甜味信號初步傳遞至與之相連的感覺神經纖維。在麥類中，麥芽糖、蔗糖等雙糖在烘焙過程中與氨基酸相互作用，發生美拉德反應，生成醛、酮、吡嗪類的揮發性風味物質，呈現出誘人的金黃色澤與焦糖化的香甜氣息，從而賦予食物獨特的烘焙香氣。在稻類中發現，隨著加工溫度的升高，糖類熱降解，單糖發生裂解，形成丙酮醛等低濃度的糠醛和呋喃風味物質，提供特殊的香味。糖類結構的不同是決定2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4(H)-吡喃酮、5-羥甲基糠醛等焦糖化反應產物生成的關鍵，進而影響最終的風味特征。

2.2.3 有機酸

有機酸是谷物食品呈現酸味的關鍵成分，其解離釋放的氫離子不僅能夠直接傳遞酸味，還具有一定的增香作用，通過刺激味覺受體增強食欲。不同有機酸呈現出各異的風味特征：檸檬酸具有柔和爽口的酸味；蘋果酸略顯苦澀，乙酸的酸感刺激且短暫，能夠促進食欲；乳酸的酸味圓潤、后味綿長。舌頭和腭上皮中酸味味覺細胞，能對酸味進行復雜檢測，當有機酸在口腔環境中解離并釋放質子后，質子通過酸味細胞特有的Zn2+傳導通道進入細胞內，從而觸發酸味感知信號的產生。隨著有機酸的含量增加，醛類、酯類和醇類揮發性風味也增加。在發酵豆類中，酵母菌產生的乙醇與有機酸結合生成酯類化合物，進一步增強谷物食品的香氣；醋酸菌的代謝產物乙酸與醇類發生酯化反應，進一步豐富發酵食品的風味層次。有機酸還能與谷物中的其他成分發生化學反應，從而改變整體風味。有機酸與氨基酸通過縮合反應生成具有特殊風味的肽類和氨基酸衍生物，不僅增加了谷物的風味復雜性，還有助于提高其營養價值。

2.3 揮發性與非揮發性風味物質的協同效應

味覺感知是人類最復雜的行為之一，它幾乎與所有感官系統相互作用，尤其與嗅覺密切相關，通過嗅覺路徑中氣味的圖像形成實現。嗅覺和味覺并非獨立工作，嗅覺信號經鼻后通路可增強味覺感知強度。味覺和嗅覺信號在眶額皮層、島葉皮層及前扣帶回等腦區發生會聚。其中，眶額皮層側前部對味覺-嗅覺混合刺激呈現出非線性響應，混合刺激引起的神經激活強度顯著高于單一刺激之和，內側前部與主觀愉悅度及刺激協調性評分密切相關，島葉皮層前部能同時響應單模態味覺和嗅覺刺激，是初級整合節點。當味覺與嗅覺刺激協同時，如蔗糖與草莓香氣組合，大腦感知會產生超加性效應，混合刺激的愉悅度和強度評分高于單一刺激之和，不協調組合如谷氨酸鈉與草莓香氣可能引發抑制效應，且嗅覺-味覺信息融合能夠顯著提升風味預測精度。大腦將兩者整合形成“風味”，而氣味的熟悉度也會影響對味覺的評價，兩者的交互作用受刺激物化學結構協調性、個體遺傳及后天經驗等因素影響，為食品風味優化、仿生傳感技術及神經科學研究提供了關鍵理論支撐。

3 風味前體物質對谷物揮發性風味的影響

3.1 蛋白質

蛋白質是谷物的重要成分，對谷物風味形成具有極其重要的影響。在谷物加工過程中，蛋白質在高溫環境下會與還原糖發生美拉德反應，生成吡嗪、呋喃、醛、酮等多種風味物質。美拉德反應的初期和中期是風味生成的關鍵階段，如圖2所示。蛋白質還可以通過結合或吸附風味物質影響風味釋放。由于蛋白質具有復雜的化學結構，蛋白質-風味相互作用呈現多樣性，包括不同的氨基酸側鏈、末端及疏水口袋。揮發性風味物質能夠通過多種非共價相互作用，如疏水相互作用、氫鍵、離子鍵、范德華力及靜電相互作用，與蛋白質的非極性內部區域進行可逆結合，在蛋白質與風味物質結合和吸附過程中，非共價鍵起關鍵性作用，如醛-羰基，乳清或植物蛋白與羰基和醇類風味物質之間的分子相互作用，不僅導致羰基基團在風味分子結構中從內部向邊緣遷移，還能促進己醛-蛋白質結合效率提升。β-乳球蛋白通過與醛類、硫醇和帶有官能團的呋喃化合物形成共價鍵，導致Schiff堿、親核共軛加成產物及二硫鍵的生成，從而引起食品風味特征的暫時變化，導致香氣的衰敗和食品保質期的縮短，而可逆結合可以減少加工過程中風味的損失，并在消費時重新釋放風味成分；不可逆結合可以除去異味。在熱加工早期，蛋白質會展開，暴露出更多的疏水位點，為結合位點的形成提供條件，從而促進風味物質的結合。在發酵的加工過程中，加入蛋白質-谷氨酰胺-γ-谷氨酰胺基轉移酶，二硫鍵β-折疊構型、氫鍵含量增多，使得蛋白質構型發生更穩定的轉變，影響與風味物質的結合能力和方式。

3.2 淀粉

在長時間的高溫條件下，糖類尤其是單糖在沒有含氨基化合物的情況下，會發生焦糖化反應，如圖3所示。淀粉與風味物質之間相互作用，一方面，淀粉在加工時，通過熱處理或酶解產生的還原糖參與美拉德反應、焦糖化反應和熱降解反應，從而影響風味物質的生成；另一方面，淀粉通過吸附、包埋在晶體中以及通過淀粉凝膠的控制釋放等方式，影響風味釋放。淀粉顆粒具有一定的表面積和孔隙結構，能夠非共價地吸附揮發性風味物質，從而促進風味的釋放。淀粉的晶體結構能夠有效包埋風味物質，進而增強風味分子的穩定性。直鏈淀粉能夠與風味物質形成復合物，由氫鍵穩定的左手單螺旋容納客體分子，形成I型和II型的復合物。通常，直鏈淀粉的含量越高，與風味成分的結合能力越強；在高直鏈玉米淀粉中，由于復合物形成以及直鏈淀粉的作用，風味保留較為顯著；蠟質玉米淀粉中風味保留相對較低，但芳樟醇和己酸乙酯的保留情況表明支鏈淀粉可能與風味物質存在相互作用。較長鏈的直鏈淀粉會形成緊密的網絡結構，直鏈淀粉的鏈長越短，越容易與一些小分子的風味物質結合；環糊精是一種淀粉衍生物，其內部親脂性空腔可通過疏水相互作用、范德華力和氫鍵與風味物質形成復合物，其中γ-環糊精在風味保留方面效果最佳。

3.3 脂質

谷物中的不飽和脂肪酸易發生氧化，分解為游離脂肪酸，而含羥基的脂肪酸經歷脫水和環化形成脂類化合物，產生宜人的風味。如圖4所示，不飽和脂肪風味物質的氧化過程是揮發性風味物質的重要來源，生成酮類、醛類等羰基化合物以及有機酸等風味物質，其中，醛類物質通常具有果香、花香等風味，酮類物質具有奶油、水果等氣味。除了脂質氧化途徑外，脂肪酸的α-氧化和β-氧化降解也是生成風味成分的關鍵過程，如圖5所示。脂質為親脂性，可能導致香氣物質濃度降低，說明脂質的加入可能抑制了風味物質的釋放，并且形成的淀粉-脂質復合物促進淀粉和低濃度揮發性風味物質的絡合作用。進一步研究表明，在淀粉-脂肪-蛋白質三元體系中，蛋白質通過乳化作用增加脂質與淀粉的接觸，促進復合物的形成。淀粉-脂質復合物能夠提高體系的黏度，形成凝膠網絡，通過物理截留作用延緩風味物質的釋放；同時，復合物的疏水環境吸附疏水性風味物質，將其固定在基質中抑制釋放；復合物的穩定性決定了風味的釋放速度，穩定的復合物導致風味釋放緩慢而持久，而不穩定復合物會因結構破壞從而導致風味損失。

4 分析技術在風味研究中的應用

在谷物的風味解析中，分析技術通過揭示風味物質的組成與形成機理機制而尤為重要。隨著分析技術的不斷發展，氣相色譜-質譜（GC-MS）聯用、液相色譜-質譜（LC-MS）、電子鼻、電子舌、分子感官組學及人工智能（AI）可以實現對揮發性和非揮發性風味成分分析。

4.1 GC-MS和LC-MS

GC-MS在風味物質的檢測中被廣泛應用。其原理是通過GC對復雜的揮發性成分進行分離，然后利用質譜儀對分離出的組分進行定性定量分析，以確定樣品中揮發性風味物質的種類和含量，如醛類、酯類、萜烯類等化合物。樣品需先在氣相色譜儀中進行預處理和氣化，色譜柱中不同吸附能力的吸附劑能夠將目標混合物分離，待測氣體和載氣一起進入質譜儀，其中的離子源通過電子流產生離子，隨后通過質量分析器進行分離，由總離子流檢測器進行檢測，最終獲得包含不同信息的色譜峰。由于GC-MS的高靈敏度、雙重定性和兼容性，在風味化學研究中具有廣泛的應用價值。在香米風味的研究中，GC-MS被用來識別關鍵的風味物質，如賦予香米爆米花香味的2-乙酰-1-吡咯啉等萜烯類化合物；此外，頂空固相微萃取-GC-MS技術聯合磷脂脂肪酸指紋圖譜等方法，被用于對同批次釀造的4 種不同五糧液進行香氣成分分析，識別出癸酸乙酯（（13.14±0.45）mg/L）、2-甲基-1-丙醇（（77.38±0.87）mg/L）、己酸（（1 238.90±34.69）mg/L）、反式-2-十一烯醛（（0.08±0.01）mg/L）等75 種不同的香氣成分。

LC-MS通過利用復雜谷物樣品中各組分在固定相和流動相之間分配系數的不同實現了有效分離，利用離子質荷比檢測谷物中的非揮發性風味成分。結合了液相色譜高效的分離能力和質譜的高靈敏度、高選擇性，LC-高分辨質譜技術因其出色的分離效果與定性定量性能，能夠快速分析和檢測目標及非目標化合物，成為目前非揮發性風味物質檢測領域應用最廣泛的技術之一，主要用于非靶向分析，采用全掃描方式、數據依賴采集和數據獨立采集模式，利用XCMS算法提取出不同物質對應的峰，與已知化合物數據庫進行比對鑒定化合物種類，提高實驗效率和結果準確度。研究表明，基于非靶向LC-MS技術的化學指紋和消費者風味喜好度建模預測，感知苦味強度對風味喜好度具有顯著的負面影響。進一步結合風味組學，風味劣變可能與松香酸（58.5～257.6 mg/kg）、12,13-二羥基-9Z-十八碳烯酸（5.31～26.56 mg/kg）和1-(9Z,12Z-十八碳二烯?；?-sn-甘油-3-磷酸膽堿（376.5～701.1 mg/kg）3 種非揮發性風味物質導致苦味增強有關。

4.2 電子鼻和電子舌

作為新興的“綠色”檢測技術，電子鼻和電子舌的結合能夠使檢測結果變得更加全面且準確。電子鼻能夠模擬人類的嗅覺功能，是一種由多種特異性的電子化合傳感器陣列和用于識別復雜氣味的模式識別系統構成的設備，通過傳感器感知氣味信號，然后借助模式識別算法對這些氣味信息進行處理。電子鼻在多個領域得到了廣泛應用，如過程監測、評估新鮮度以及生產分析等。利用電子鼻檢測大豆中的揮發性物質，結合風味分析和化學表征，確定揮發性物質的數量和質量。盡管電子鼻能快速感知谷物整體風味特征，但無法準確鑒定具體的揮發性成分種類。因此，通常將電子鼻與GC-MS結合，實現對谷物風味的全面分析。電子鼻用于對不同谷物或不同處理條件下谷物風味快速篩選，獲得整體風味，利用GC-MS技術對揮發性風味成分進行定性定量分析，構建谷物風味指紋圖譜。

電子舌是結合傳感器陣列與模式識別技術的分析工具，通過測量液體樣品中溶解化合物及呈味物質，生成輸出模式，不同傳感單元的選擇性和靈敏度決定了輸出模式，并與特定的味道相關聯?；陔x子選擇性電極的電子舌，利用敏感膜（如脂質/聚合物膜）與樣品中離子的靜電相互作用或離子交換產生電位差，實現對不同風味的辨識，如SA401型電子舌采用8 根涂覆不同脂質膜的電極，通過膜電勢變化區分酸、甜、苦、咸等基本味覺。研究表明，電子舌用于檢測發酵小麥粉的鮮味、咸味，可以區分不同發酵階段的面團，進而反映谷物滋味特性。電子舌主要用于檢測溶液中的味覺物質，反映谷物滋味特征，為實現對谷物風味的全面評價，將電子舌與電子鼻聯用，后者檢測揮發性風味成分。針對發芽大麥的風味變化研究，結合電子鼻（揮發性風味物質的檢測）和電子舌（苦味值、鮮味值等滋味指標測定）的技術手段，能夠全面了解發芽大麥在不同階段風味變化情況，為大麥加工產品的風味調控提供指導。兩者結合有助于揭示谷物風味形成的機制，揮發性風味成分與特定滋味物質的相互作用，對谷物整體風味品質產生影響。

4.3 分子感官科學

分子感官科學作為一種新型的研究方法，利用氣相色譜-嗅覺測量法（GCO）、氣味活度值、電子舌及風味重組與缺失實驗等，從分子層面分析谷物揮發性和非揮發性風味成分。其中，香氣提取物稀釋分析（AEDA）是一種識別關鍵風味物質的重要方法，通過對香氣提取物進行逐步稀釋，獲得各種化合物的風味稀釋（FD）因子，FD因子越高，表明該化合物對整體香氣的影響越顯著。分子感官科學在茶葉、酒類、蔬菜、谷物中有廣泛的應用。在小麥粉研究中，分子感官科學被用于模擬面粉的整體風味特征。在啤酒花研究中，溶劑輔助風味蒸發-氣相色譜-嗅聞儀-質譜/香氣提取稀釋分析（SAFE-GC-OMS/AEDA）技術結合氣味活度值計算和香氣重組技術，能夠識別并確定黑加侖香味的4-巰基-4-甲基戊烷-2-酮（0.41 μg/g）、青草香味的順-3-己烯-1-醇（2.48 μg/g）等55 種揮發性風味物質的風味特點。分子感官科學與傳統分析方法的結合，構建出科學、客觀的風味評價體系，既突破了傳統感官評價主觀性強、重復性差的局限，又可以精準捕捉消費者對產品的喜好程度，為谷物產品研發、品質控制及差異化競爭提供數據支撐，有效推動谷物制品向高品質方向發展。

4.4 AI

AI在食品檢測領域具有廣闊的應用前景。目前，AI風味檢測廣泛應用在酒類、茶葉、蔬菜等領域。然而，直接利用AI檢測谷物風味物質的研究相對較少，利用AI處理風味數據并建立谷物風味物質預測模型正逐漸成為一種新興趨勢。通過GC-MS處理風味產生大量信息，AI中的機器學習算法能夠有效處理和分析這些數據，幫助識別風味物質。將邏輯回歸、多層感知器和支持向量機等機器學習算法應用于谷物風味類型的分類，通過訓練分類模型，可以基于不同的風味特征數據，區分具有不同風味的谷物品種。同時，使用線性回歸、決策樹回歸等算法，可以對谷物風味強度進行預測。收集并整理大量谷物風味物質的信息，包括化學結構、氣味描述以及在不同谷物中的含量等數據，構建相關風味物質數據庫，有利于根據特定谷物的特征風味，調配出相應風味比例混合物，從而模擬出該谷物風味。分析技術在谷物檢測中的應用匯總于表2。

5 結語

本文綜述了不同的加工方式、揮發性與非揮發性風味成分對谷物風味的影響，以及蛋白質、淀粉、脂質等前體物質在風味形成中的關鍵作用。加工技術通過調控化學反應路徑與微生物代謝活動，顯著影響谷物的風味輪廓，而現代分析技術的發展為風味物質的精準解析提供了有力工具。在谷物風味物質領域飛速發展的同時，仍有一些問題有待解決：1）美拉德反應、脂質氧化等過程中關鍵中間產物的鑒定及其對風味的貢獻尚不明確，需要進一步研究反應路徑。2）部分低含量、高活性的風味物質（如含硫化合物、萜烯類）檢測靈敏度不足，需開發“吸附-解吸效率更高”的新型前處理方法或者構建“超靈敏檢測器+高分辨率分離技術”的聯用，提高富集效率，解決傳統GC-MS因基質峰掩蓋導致的檢測遺漏問題。未來，隨著食品科技的不斷發展，谷物加工技術將更加注重風味、營養和健康的綜合提升，從“加工-成分-技術”為谷物風味定向調控提供實踐路徑，優化工藝參數，減少特征風味物質的損耗；通過分子感官組學、代謝組學、風味組學與加工工藝，并結合AI，構建“風味定向調控模型”提供數據支撐，實現谷物風味的精準、可預測調控，為工業化生產中風味標準化提供技術保障。同時，結合消費者對健康食品的需求，探索低能耗、少添加的綠色加工技術，實現谷物風味與營養的雙重提升，推動谷物風味產品的不斷創新和升級。

作者簡介

通信作者：

張娜 教授

哈爾濱商業大學食品工程學院 院長

博士研究生導師，美國威斯康星大學訪問學者，黑龍江省政府特殊津貼專家，黑龍江省高層次人才，黑龍江省領軍人才梯隊后備帶頭人，中國食品科學技術學會理事、青年工作委員會副主任，全谷物分會秘書長，中國糧油學會理事，中國糧食行業協會大米分會理事，黑龍江省稻米精深加工產業技術研究院負責人；黑龍江省食品科學技術學會副理事長兼秘書長；黑龍江省糧油學會副理事長，國內外多家學術期刊編委、審稿專家。

主要從事谷物化學及糧食高值化利用研究。先后承擔國家省部級等項目25 項；參與完成國家、省級項目22 項。先后獲省科技進步獎二等獎等科技獎勵11 項，累計發表SCI收錄100余篇。發明專利授權10余件。主編、副主編《食品安全與衛生》《現代食品分離技術》等著作8 部。獲中國科協全民科學素質工作先進個人，中國食品科學技術學會杰出青年獎，省委教育工委優秀共產黨員、省優秀科技工作者，黑龍江省青年科技獎等榮譽稱號。

王冰 高級工程師

哈爾濱商業大學食品工程學院

博士（在站博士后），碩士生導師，2018年赴俄羅斯遠東聯邦大學生物醫學院訪學交流，黑龍江省食品科學技術學會副秘書長、中國民族醫藥學會方藥量效研究分會常務理事，《食品工業科技》《Food Chemistry》等期刊審稿人。主要從事谷物發酵、谷物化學與加工機理/藥食同源產品開發領域的技術研究；主持中國博士后科學基金特別資助項目、中國博士后科學基金面上資助項目、省博士后面上項目(一等資助)、省優秀青年教師基礎研究計劃、省教育廳高校青年創新人才計劃等科研項目7 項，參與國家自然科學基金面上項目3 項、科技部“十四五”國家重點研發計劃課題2 項、科技部“十三五”國家重點研發計劃子課題1 項，參與省科技攻關、重大專項、重點研發計劃、自然科學基金等省部級科研項目6 項，廳局級課穎13 項；發表科研論文60余篇，其中SCI論文20余篇；授權發明專利6 項；獲黑龍江省科技進步二等獎1 項，中國商業聯合會科技進步二等獎1 項。

第一作者：

陳嫣碩士研究生

研究生就讀于哈爾濱商業大學，研究方向為生物與醫藥食品加工技術與新產品開發，曾獲得中國食品科學技術協會舉辦的CIFST-第三屆國家乳業技術創新中心大賽中第二名。

引文格式：

陳嫣, 馬春敏, 孫秀宇, 等. 谷物加工中風味解析技術及其釋放機理的研究進展[J]. 食品科學, 2026, 47(2): 334-346. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250715-122.

CHEN Yan, MA Chunmin, SUN Xiuyu, et al. Research progress on flavor analysis technologies and release mechanisms in cereal processing[J]. Food Science, 2026, 47(2): 334-346. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250715-122.

實習編輯：普怡然；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

為匯聚全球智慧共探產業變革方向，搭建跨學科、跨國界的協同創新平臺，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學、 重慶市農業科學院、 重慶市農產品加工業技術創新聯盟、重慶工商大學、 重慶三峽科技大學 、西華大學、成都大學、四川旅游學院、北京聯合大學、 中國-匈牙利食品科學“一帶一路”聯合實驗室（籌）、 普洱學院 共同主辦 的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會 ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報到） 在中國 重慶召開。

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為系統提升我國食品營養與安全的科技創新策源能力，加速科技成果向現實生產力轉化，推動食品產業向綠色化、智能化、高端化轉型升級，由北京食品科學研究院、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，合肥工業大學、安徽農業大學、安徽省食品行業協會、安徽大學、合肥大學、合肥師范學院、北京工商大學、中國科技大學附屬第一醫院臨床營養科、安徽糧食工程職業學院、安徽省農科院農產品加工研究所、安徽科技學院、皖西學院、黃山學院、滁州學院、蚌埠學院共同主辦的“第六屆食品科學與人類健康國際研討會”，將于 2026年8月15-16日（8月14日全天報到）在中國 安徽 合肥召開。

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