一、味道中的化学概述
生活中的食物有各种各样的味道,酸甜苦辣咸鲜是我们最常见的味道,它们使食物更加美味。人们能感受到味道是因为人的味觉,食物中含有溶解性的化学物质,这些物质刺激着我们的味觉感受器,味觉感受器就是味蕾,主要分布在舌头上,少部分分布在口腔和咽部粘膜上。食物中的化学物质刺激了味蕾的味细胞,产生了神经冲动,最后到达大脑的味觉中枢,从而形成味觉。舌头不同部位对味觉感受能力是不一样的,即使对于同一种食物,舌头的不同部位也可能引起不同的味觉。
人们能感受到的味觉与食物中的化学成分有着密切的联系。味道化学是研究、探索食物与分子结构关系的,但是,影响味道的因素很多,有物理的、化学的、甚至生理的、心理的等等,所以研究和探索“味道”,是一个有趣又复杂的工作。
二、常见味道与化学的关系
1、酸和酸味物质
酸味是有机酸、无机酸和酸性盐产生的氢离子引起的味感。酸味能给人以爽快、刺激的感觉,具有增强食欲的作用。在食品加工中一般使用酸味剂起到调味的效果,这些酸味剂一般都有一定的防腐效果,还有助于溶解纤维素及钙、磷等物质。既可帮助消化,增强营养素的吸收,又具有一定的杀菌解毒功效。
食物有多酸呢?我们用酸度来表示。酸度与酸的浓度与酸根离子种类有关,氢离子是定味剂,酸根离子是助味剂。酸有有机酸无机酸之分也有强酸弱酸之分,强酸如硫酸硝酸等,是不能食用的,因为它们具有强烈的刺激性和腐蚀性。在生活中,一般可以食用的是有机酸。酸味是由氢离子刺激味蕾引起的。醋酸、柠檬中的柠檬酸、苹果中的苹果酸都是有机酸,也是弱酸。酸度在化学中用pH表示,在食品中用食品酸度表示。食品酸度是指酸性物质在食品中的实际含量,食品的酸度不仅反映了酸味强度,也反映了其中酸性物质的含量或浓度。酸度在食品分析中涉及几种不同的概念和检测意义。如:柠檬酸的酸度在2.2—2.4,所以吃柠檬就会感觉特别酸,吃樱桃和葡萄的感觉就不一样,因为它们的酸度在3.2—4.5,味觉感觉比较舒适,大部分人都可以接受这个酸味。
2、甜和甜味物质
甜味,是人类基本味觉的一种,是人类最喜欢的味道之一。生活中不仅有甜蜜的食物,还有甜蜜的感觉,甜总是和美好连接在一起。甜味是食物中特定化学物质与味蕾中的甜味接受部位形成氢键产生的。关于甜味产生的机理,夏伦贝格尔甜味理论认为:食物中的化学成分要产生甜味须满足以下三个条件:(1)化合物分子中要有相邻的且电负性较大的两个原子,如氧原子、氮原子等;(2)A 原子上必须有以共价键相连的一个质子,组成AH基团, AH 基团是氢原子的供给者,AH基团可以是羟基(-OH )、亚氨基(=NH ),甚至是次甲基(=CH);(3)AH 基团与另一个电负性较大的 B原子之间距离在2.5-4A的范围内,B原子是氢的接受者,B原子可以是氧原子、氮原子。甜味物质和甜味受体形成两组氢键并组合成复合体,产生信号,经过神经系统传递给大脑。所以,并非只有糖类物质可以产生甜味,只要满足这些条件就可以。但是有许多问题此学说不能解释,如:各种单糖的甜度为何存在差异;D -、L﹣氨基酸有不同味觉;有些具有这两类基团的物质(多糖和多肽)为何无甜味却有苦味;没有考虑甜味分子在空间的卷曲和折叠效应。
生活中有很多的甜味物质,我们根据不同的分类方法把甜味物质进行不同的分类:根据糖类中的甜味成分,可以分为葡萄糖、蔗糖、果糖、木糖等;根据糖醇类中的甜味物质,可以分为如山梨醇、木糖醇、麦芽糖醇等;对于非糖天然甜味物质,可以分为如甘草和甘草苷、氨基酸等;对于天然衍生物甜味物质,可以分为天门冬氨酰二肽衍生物等;根据人工合成甜味物质,可以分为糖精、糖精钠、甜蜜素等。其中,甜味剂比糖更甜,只需添加少量,就可达到甜味,所以在生活中各种包装食品和饮料中我们能看到许多甜味剂的添加。
3、苦和苦味物质
苦味本身不是令人愉快的,但当与甜或其它味感进行恰当的组合时,却可以形成一些食物的特殊风味,如苦瓜、莲子、白果等都有一定苦味,但均被视为美味食品。对于苦味物质,夏伦贝格尔也有一套类似糖类物质的理论。夏伦贝格尔认为苦味来自呈味分子的疏水基,苦味物质中AH集团与B原子之间的距离更短,AH与B的距离近,可形成分子内氢键,使整个分子的疏水性增强,而这种疏水性是与脂膜中多烯磷酸酯形成的苦味受体相结合的必要条件。
天然碱都有苦味,茶叶、可可、咖啡中的生物碱啤酒中的苦味物质主要是萜类,啤酒中的苦味物质主要源于啤酒花中的律草酮或蛇麻酮的衍生物:a﹣酸和β-酸,其中 a﹣酸占了85%左右。
4、咸和咸味物质
成语羊车望幸的来历,就和咸味物质分不开。相传晋武帝司马炎后宫佳丽三千,为决定宠幸谁,他坐在一辆羊拉的小车上,让羊在后宫里走,羊车停在哪里,便临幸哪一个妃子。于是后宫妃子为了争得皇帝的宠幸,纷纷在自己的门口放上柳枝,又撒上盐水。因为羊好吃咸的东西,所以便可以吸引羊的注意,夺得皇上的恩宠。为此,还延伸出了一个成语——羊车望幸。
咸是百味之首,是食物中不可缺少的,咸味可以使食物滋味浓郁。即使是一些糖醋味道,酸辣味道的菜肴也放盐。咸味是中性盐显现出来的味道,其中的阳离子与阴离子都会影响咸味。氯化钠、氯化钾、溴化钾等低分子量的无机盐,苹果酸钠、葡萄糖酸钠等有机酸盐都可以产生咸味。咸味的程度一般由阴离子决定,氯离子起主要作用,阳离子是附加味道。食物中的咸味除了与离子有关,也与分子量有关。
食盐是生活中必不可少的重要调味品之一。食盐中含有钠离子和氯离子,食盐对于人体等作用不仅仅是调味。它还可以帮助维持人体的渗透压的平衡和其他的生理需求。盐在人体内是不可缺的,重要物质它有促进新陈代谢,提高体温,增强免疫力的功效。另外它还具有保持一定的体液渗透压,参与神经兴奋的传达和肌肉的收缩的作用。另外还具有消炎、杀菌、呵护咽喉的作用,所以盐是人体必不可缺的物质。
5、辣和辣味物质
我们常常听到“无辣不欢”,生活中也有很多喜欢吃辣的人。从神经学角度来说,辣不是一种味道而是一种痛觉,辣味具有刺激舌和口腔的味觉神经,同时刺激鼻腔,产生刺激的感觉。辣并不是由味蕾的感受所引起的,而是口腔的神经感受与其他的感觉一起形成的复合的感觉。
生活中比较常见的辣味种类有热辣味,热辣味是口腔中产生灼烧的微量刺激的感觉,常温下不刺鼻,高温下能刺激咽喉粘膜。如:红辣椒主要呈辣成分有辣椒素、二氢辣椒素、胡椒中的胡椒碱。辛辣味是冲鼻的刺激性辣味,对味觉和嗅觉器官有双重刺激,常温下具有挥发性。如:姜、葱、蒜等。常见的辣味成分有辣椒中的辣椒素、肉豆蔻中的丁香酚、生姜中的姜酮、姜酚、姜醇及大蒜中的蒜苷、蒜素等。
辣味与化学结构也有关系,辣味随化学结构中尾链碳原子数目增加而增加,达到九就是高峰,再增加就会下降。这就是C9最辣规律:分子的辣味随非极性钮链的增长而加剧,以C9左右达到最高峰,然后陡然下降,称之为C9最辣规律。一般说来,有机化合物中含醛、酮、硫、硫氰基团者常有辣味。
6、鲜和鲜味物质
除了酸、甜、苦、咸这四种味道,我们还能感受到鲜味。我国将谷氨酸钠、5﹣鸟甘酸二钠、天门冬酰胺钠、琥珀酸二钠、谷氨酸﹣亲水性氨基酸二肽(或三肽)及水解蛋白等的综合味感均归为鲜味。味精能增加鲜味,它的主要成分是谷氨酸钠,是日本科学家1908年在海带中找到的。谷氨酸钠是一种氨基酸——谷氨酸的钠盐,氨基酸能够组成蛋白质,而蛋白质在生命活动中起着非常重要的作用。因此氨基酸也被称为蛋白质的“砖块”,它们是人体必需的物质。
鲜味被称为舌尖上的第五种味道,一般是指谷氨酸、肌苷酸、鸟嘌呤核苷酸等特定化学物质表现出来的味道。谷氨酸主要存在在海带蔬菜中,肌苷酸存在在鱼肉类,鸟嘌呤和核苷酸存在于蘑菇类。目前作为商品的鲜味剂主要是谷氨酸型和核苷酸型。若从化学结构特征上区分,鲜味物可以分为氨基酸、肽类、核苷酸类、有机酸类和具有邻羟基烯酮结构的某些物质。
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