化学与食品的“色、香、味”
摘要：做菜讲究色香味俱全，而一般大家也都会用色香味三个标准来评价美食。色即色彩，香即香味，味即味道。饭菜好看好闻好吃，才算完成了自己的使命。那么，食品的色香味中究竟蕴含着哪些化学知识呢？本文从食品的色香味三个角度，分析食品中的化学物质，阐明化学与食品的密切联系。
关键词：食品，色，香，味，美拉德反应，醛，酮，酯
正文：
食品是一种与人类健康有着密切关系的必需品，指的是可供人类食用或饮用的物质，包括加工食品，半成品和未加工食品。其中广义的食品还包括生产食品的原料，食品原料种植，养殖过程接触的物质和环境，食品添加剂等。食品工业在世界主要工业化国家的国民经济中均占有重要地位，如在欧美等发达国家，食品工业始终位居制造业的前列。
好的能够吸引人的食品必须具备好的色香味，好的色香味又离不开化学物质及其反应。接下来我们一起来探究引起食品色香味的原因。
一、食品的色
食品中呈现的各种颜色主要来源于食品中固有的天然色素和人工着色。食品中固有的天然色素一般是指在新鲜原料中人眼能看到的有色物质，或者本来无色而能经过化学反应呈现颜色的物质。人工着色可用天然的动植物色素或合成染料。
食用色素又称着色剂，是一类本身具有色泽，以使食品着色为目的的食品添加剂。按其来源和性质，可分为食用天然色素和食用合成色素两大类。
食用天然色素主要来自动、植物组织或微生物代谢产物。植物色素有β-胡萝卜、叶绿素铜钠盐、姜黄等；动物色素有虫胶色素等；微生物色素则可分为类胡萝卜素、卟啉类色素、酮类色素、醌类色素，以及β-花青素、黄素类色素等等。此外，食用天然色素还包括一部分无机色素，但一般毒性较大，很少应用。长期实践证明，天然色素多数比较安全，能较好地模仿天然物的颜色，有些还具有一定的营养价值（如β-胡萝卜素、核黄素），但个别的也具有毒性（如藤黄）天然色素在加工提取过程中其化学结构可能发生变化，也有被杂质污染的可能，故天然色素用于食品也需经过毒理学试验。
合成色素与天然色素相比，具有某些优点，如合成色素坚牢度大、性能稳定、色彩鲜艳、使用方便、成本低廉，因而迅速地取代了天然色素。添加在食品里的着色剂90%以上是合成的。但由于一些色素具有不同程度的毒性，所以世界各国对人工合成食用色素的品种、质量及用量等都有严格限制，食品中只准有限度的使用六种人工合成色素：苋菜红、胭脂红、柠檬黄、靛蓝、日落黄、亮蓝。
食品在加工和贮藏过程中经常会发生变色的现象，不仅影响外观，而且风味和营养也往往因之发生变化。褐变是食品中比较普遍的一种变色现象，食品褐变根据反应的机理不同主要有四种，即酶促褐变、美拉德反应、焦糖化反应和抗坏血酸反应。后三种反应是不需要酶作为催化剂就可以进行的褐变，所以通常称之为非酶褐变。
酶促褐变（enzymaticbrowning）是在有氧的条件下，酚酶催化酚类物质形成醌及其聚合物的反应过程。酶促褐变多发生在较浅色的水果和蔬菜中，例如苹果、香蕉、土豆等，当它们受到机械性的损伤如削皮、切开、压伤、虫咬、磨浆及处于异常的环境变化如受冻、受热等时，在酶促下氧化而呈褐色。植物组织中含有酚类物质，在完整的细胞中作为呼吸传递物质，在酚-醌中保持着动态平衡，当细胞组织被破坏后，氧就大量侵入，造成醌的形成和其还原反应之间的不平衡，于是发生了醌的积累，醌再进一步氧化聚合，就形成了褐色色素。
非酶促褐变是在食品加工与贮存过程中，常发生与酶无关的褐变，这种褐变常因热加工及较长期的贮存而发生。非酶促褐变主要包括美拉德反应、焦糖化反应、抗坏血酸褐变等。美拉德反应是广泛存在于食品工业的一种非酶促褐变，是羰基化合物（还原糖类）和氨基化合物（氨基酸和蛋白质）间的反应，经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素，所以又称羰氨反应。焦糖化反应是糖类尤其是单糖在没有氨基化合物存在的情况下，加热到熔点以上的高温（一般是140-170℃以上）时，因糖发生脱水与降解，会发生褐变反应。抗坏血酸褐变是由于抗坏血酸氧化所致。高温条件下，抗坏血酸氧化生成脱氢抗坏血酸，脱氢抗坏血酸一方面会与氨基酸共同作用按照糖类非酶促褐变的方式转化为褐色的聚合物；另一方面，脱氢抗坏血酸还可以通过自身复杂的降解过程，最终形成褐色物质。
二、食品的香
各种食物总是以它特有的香味带给人们美好的感受和愉悦的情绪，香味也是构成食品风味特色的重要因素之一。食品中的香气成分很多，现在已被证实的就有10万余种。这些香气物质与化学无不密切相关，它们大多属于低分子化合物，分子量在50~300左右，其沸点较低、容易挥发（有的在室温下即挥发为气体，有的则需要加热后才挥发），混杂在空气中到达人们鼻腔后引起嗅觉神经产生令人喜爱的感觉。食品香味的产生大致可分为两种类型：一是食品原料本身具有的香味，二是食物在烹制过程中产生反应后发出的香味。
大多数食品中本身含有香气物质，尤其在水果和蔬菜中。水果的香气物质比较单纯，具有浓烈的天然香味。其香气物质以有机酸酯类、醛类和萜类为主，其次是醇、酮类及挥发酸。它们是植物体内生物合成而产生的。如：葡萄的主体香气成分是邻氨基苯甲酸甲酯，苹果的主体香气是乙酸异戊酯，桃子的主体香气是醋酸乙酯和沉香醇酸内酯。大多数蔬菜的总体香气较弱，但气味却多样。百合科和十字花科（葱、蒜、韭菜、芦笋、卷心菜、芥菜等）具有刺鼻的芳香，主要是含硫化物。例如:二丙烯基二硫醚物（洋葱气味的化合物），二烯丙基二硫醚（大蒜气味的化合物），硫醇（韭菜中的特征气味之一）。伞形花科蔬菜（胡萝卜，芹菜，香菜）具有微刺鼻的特殊芳香与清香，萜烯类气味物地位突出，它们和醇类及羰基化合物共同组成气味贡献物。葫芦科和茄科中的黄瓜和番茄具有青鲜气味，有关的特征气味是C6或C9的不饱和醇和醛。
大多食物在加热和烘烤过程中都会产生诱人的香气。这时主要发生的是美拉德反应（羰氨反应）和焦糖化反应，其香味成分是由加热或烘烤处理前体物质而形成。如炒花生产生的香味中至少有8种吡嗪类化合物；脂肪烹制时可分解为低分子的醛、酮、酸等香味物质；鱼类加热后产生的香味主要是一些含氮有机物、有机酸、含硫化合物与羰基化合物；花生、芝麻、咖啡等焙炒后生成呋喃、吡嗪、吡咯等有机物而使香味更加浓郁；烧烤、油炸类食品的香气成分则来自于油脂分解时产生的低级脂肪酸、羰基化合物和醇类等。
三、食品的味
每一种食物都有其特有的风味，风味是一种感觉现象。从看到食品到食品进入口腔所引起的感觉就是味觉，它包括:心理味觉:性状、色泽和光泽等，物理味觉:软硬度、粘度、冷热、嚼感及口感，化学味觉:酸、甜、苦、咸等。食品的味是多种多样的，但都是由食品中可溶性成分溶于唾液或食品的溶液刺激舌表面的味蕾，再经过味觉神经纤维达到大脑的味觉中枢，经过大脑的分析才能产生味觉。
在我国人们习惯于把味道分为酸、甜、苦、辣、咸“五味”。
酸味是各种有机酸电离出来的氢离子所致，酸味的强弱决定于氢离子浓度的大小。食醋中通常含有3%~5%左右的醋酸，酸菜中含有乳酸，水果、饮料或糖果中的酸味，来源于组成它的柠檬酸、酒石酸、苹果酸以及维生素C等成分。
甜味是蔗糖、果糖、葡萄糖、麦芽糖、乳糖等糖类物质引起的。制作糕点、饼干、冰棍、冰淇淋时，还常常加入适量糖精以增加甜度，糖精的化学名称叫邻磺酰苯甲酰亚胺，它的甜度是白糖的500倍左右，不过它没有营养价值，只能刺激人的食欲。
含有生物碱的物质多数具有苦味，像黄连、可可等。茶叶中含有5%咖啡碱，茶水越浓，其味越苦。辣椒还有辣椒素，大蒜、大葱中还有蒜素，生姜中含有姜油酮，芥末和萝卜的辣味来自于芥子油。胡椒含有胡椒碱。
当化合物里同时含有一价阳离子和一价阴离子时会产生咸味。例如钾钠的氯化物、溴化物、碘化物等。对于不能使用氯化钠的肾脏病患者，可食用也能产生咸味的苹果酸钠盐来代替。
除了这 “五味”以外，常见的味道还有涩味、鲜味和清凉味。由于把舌头表面的蛋白质凝固、麻痹味觉神经而起收敛味的感觉，通常称为涩味。金属类，酸类多元酚类等物质均为造成涩味的原因，单宁是最为典型的涩味物质。柿子、李子中因含有鞣酸而具有涩味。。食品的鲜味是一种较为复杂的美味，当酸、甜、苦、咸四种基本味感以及香气等协调时，可以感觉到可口的鲜味。食品中所含的鲜味物质主要有:核苷酸类、氨基酸类、酰胺、三甲基胺、肽、有机酸、有机碱等清凉味也是一种重要的味感，如薄荷中含有的薄荷醇能够产生清凉效应。
食品的色香味影响着我们对食品的主观印象。但我们也不能盲目地追求食品的色香味。当今，合成色素和食品添加剂在我们的食品配料表中已经并不少见，但大部分的添加剂不具有营养价值，使用不当还可能危害健康。尽管他们色香味俱全，但都是食品添加剂在其中的“功劳”，所以不可多吃、常吃。在日常生活中，应该多选择有营养价值的绿色食品。
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