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什麼是關鍵香氣?香味背後的科學知識|《食物風味搭配科學》

食材要搭配得宜,就要以對的濃度擁有共同的關鍵香氣。這個理論為食物搭配公司和本書打下了基礎。但什麼是關鍵香氣?我們怎麼知道哪些揮發性有機化合物存在於食品中?又怎麼知道哪些具有重要性、什麼是對的濃度?接下來我們將探討這幾個問題。

揮發性有機化合物

想想看代表性的香味,像是香奈兒五號香水,你可能一聞到就認得出來,但受過訓練的鼻子能剖析出它的前調,包括香檸檬、檸檬、橙花和伊蘭伊蘭;中調茉莉、玫瑰、鳶尾花和鈴蘭;以及後調香根草、檀香木、香草、琥珀和廣藿香。

每一種精油都為香水的香氣輪廓增添了獨特的複雜性,由不同群組的揮發性有機化合物組成,這些是在室溫下容易從固態或液態蒸發成氣體的有機化合物。揮發性有機化合物四處可見,包含我們所吃的食物裡。分子蒸發的傾向就是所謂的揮發性。

精緻香氛會經歷三個階段的揮發。前調含有最具揮發性的化合物,通常僅維持五至三十分鐘。中調維持較久,好好噴一下可散發約三十分鐘。後調由於分子較重,需要較長時間蒸發,因此約使用一小時後才會開始顯現。反過來說,前調的分子越輕,越容易揮發。這就是為何最明顯的香氣分子通常重量都很輕,讓它們得以更快被察覺。

已知超過一萬種不同的揮發性有機化合物存在於我們所吃的食物裡。這些香氣化合物要能夠被偵測到,揮發性就要高到足以穿過空氣,經鼻前通路(當我們聞東西的時候)或鼻後通路(當我們吃或喝東西的時候)抵達鼻腔的嗅覺受體。

香水揮發階段

精緻香氛的體驗被設計成三個階段,香氣分子會在不同時間點蒸發到空氣中。前調提供第一印象─通常是較清新的氣味,像是香檸檬、茴香或薰衣草,僅維持五至三十分鐘。較明顯的中調,像是玫瑰、松木或黑胡椒,能夠強調特色。它們在前調開始消散後出現,最多維持三小時。香草或雪松等深沉、複雜的後調要過一小時才會散發出來,但可縈繞數天之久。

在氣相層析質譜儀的幫助下,我們可以分離、判別和量化任何食材或產品中的各種揮發性有機化合物。

將食材的溶液樣本送入氣相層析儀,它會蒸發和分離自螺旋管柱進入質譜儀的個別物質。根據其分子重量,化合物會以不同的移動速率穿過質譜儀的偵測器,每一種化合物的滯留時間都會被記錄下來,成為圖中一系列的峰(如下)。各種物質通過偵測器的時間稱為滯留時間。下方圖中每一個峰的位置代表每一種化合物的不同滯留時間;峰下的表面積代表已分析食材的分子數量,如此濃度便能計算出來。

食物中的香氣化合物特別難偵測,因為它們的分子重量相對較輕(某些每公斤不超過十至十五毫克)。不過,氣相層析質譜儀可以快速且正確地偵測出微量物質,是分析食物中揮發性化合物特別有效的方法。

下圖:草莓的香氣輪廓

草莓的風味並不一定來自此氣相層析圖上顯示的每一個峰,因為人類僅能察覺其中少數分子。至少五類香氣分子構成了草莓的果香:椰香味的內酯類;果香味的酯類;綠香味的醛類;焦糖味的呋喃酮;以及乳酪味的酸類。粗體字的香氣分子為草莓的幾個關鍵氣味劑。

什麼是關鍵氣味劑?

每一種香氣分子都有獨特的嗅覺察覺閾值─人類所能察覺到的揮發性化合物最低濃度。香氣分子能夠被察覺到的不同濃度大不相同。以土臭素為例,只要每千公噸幾毫克,比奧運游泳池的一滴水還少,就能讓我們察覺出它明顯的土味。

說到底,僅有部分揮發性化合物真正決定了食材的香氣輪廓。這些關鍵氣味劑的濃度若高於嗅覺識別閾值就會顯現。舉例而言,咖啡含有超過一千種不同的揮發性化合物可以被氣相層析質譜儀偵測出來,但只有約三十或四十種形成了我們所能察覺的烘烤味、堅果味、焦糖味和其他風味。

當然了,我們必須考量每個人自己的嗅覺閾值。察覺特定香氣分子的能力因人而異,從過敏到完全嗅覺喪失(聞不到某一種氣味)都有。

紐約市的空氣裡充滿楓糖漿的那一天二○○五年十月某日,楓糖漿的甜味傳遍了曼哈頓、皇后區和紐澤西。市府官員花了好幾年的時間才追蹤到這股神祕味道的源頭:一間香精香料公司在紐澤西北伯根的工廠有數公升的香氣化合物葫蘆巴內酯外洩至哈德遜河。低濃度的葫蘆巴內酯具有類似楓糖漿的焦糖味;高濃度則聞起來像葫蘆巴,一種常見於印度咖哩的香料。

當葫蘆巴內酯溶解於水時,嗅覺識別閾值極低(0.6ppb),這解釋了為什麼哈德遜河兩岸的居民會抱怨聞到奇怪的甜味。分析了空氣試樣和風向讀數之後,紐約市環境保護局終於解開了二○○九年「楓糖漿」之謎。

香氣是合成的

當你分析草莓時,沒有一種香氣分子有草莓味。「草莓」混合了果香味的酯類、椰香味的内酯類以及焦糖、青綠和乳酪調。如果沒有所謂的草莓香氣分子,我們怎麼可能察覺出草莓香氣?

心理物理學研究已經有力證明了我們對於氣味劑混合物的察覺,並非僅僅是將個別香氣成分的特徵單純地加在一起。若混合物含有超過四種成分,氣味劑的特徵將消失,產生新的嗅覺認知,而這種獨特的氣味性質並非來自單一成分。此現象稱為「合成處理」(synthetic processing),而神經生理實驗亦證實某些皮質神經元對二元氣味劑混合物而非其個別成分有反應。這暗示了光是個別氣味劑的香氣特徵並不足以辨別和預測完整食物的香氣特徵。在食物搭配公司,我們使用機器學習演算法將機器分析結果轉化為人類如何察覺香氣。

改變基質

雖然香氣分子會被定義為某種關鍵香氣,但這不代表它一直是如此。基質(水、空氣、酒精或脂肪)、溫度和香氣分子之間的潛在綜效等因素亦會影響頂空(例如:啤酒的百香果味是不同分子互動的結果)。

每一種香氣分子在溶劑裡的表現都不同,視其物理性質而定。疏水性香氣分子排斥水,較易溶解於脂肪中。它們被水分子圍繞時,會跑到頂空,讓我們的嗅覺更容易察覺到。相反地,親水性香氣分子親近水分子,喜歡待在液體中。酒精(乙醇)具有部分疏水性質,這解釋了為什麼葡萄酒或烈酒中的疏水性香氣分子儘管酒精存在還是會留下來。水和酒精的液體比例會影響哪些香氣更容易被察覺。

酒精對風味的影響

格烏茲塔明那白酒在有酒精和無酒精的香氣對比之下呈現出明顯的風味差異:葡萄酒的果香比無酒精葡萄汁來得淡。
飲品中酒精含量越高,就會有越多親水性香氣分子跑到頂空;水的比例越高,則會有越多疏水性香氣從液體移至頂空。例如:在威士忌裡加水會引出不同的細緻新風味。

加入其他香氣

香氣分子低於嗅覺閾值不代表它不能被察覺到。擁有類似結構或感知的香氣可以產生綜效或加成性(見下圖一)。舉例而言,辛酸乙酯和癸酸乙酯擁有類似的化學結構,把這兩種香氣分子加在一起的嗅覺閾值比個別香氣來得低。

類似氣味劑相加的影響亦能產生新氣味,而且聞起來甚至比個別揮發性化合物的總和還強烈。藍紋乳酪特別的強烈氣味混合了丁二酮的奶油味香氣分子和3- 甲基丁酸的乳酪、奶油調。香氣之間的互動並非總是這麼有邏輯,例如:香奈兒五號香水加入了脂肪味的醛類來增添花香調。濃度也是條件之一:低濃度的威士忌內酯會讓乙酸異戊酯的感知更明顯,但高濃度反而會壓制。

  1. 濃度低到我們聞不到的單一化合物,若加入超過嗅覺識別閾值的混合物便能被察覺到。
    多數情況下,我們認知的食材或產品氣味是許多不同氣味劑互動的結果。
  2. 綜效或加成性形容類似氣味劑混合後產生新氣味,而且聞起來甚至比個別揮發性化合物的總和還強烈。
  3. 香氣分子之間的複雜互動引發抑制反應,讓我們的嗅覺受體神經元感知個別成分而非混合物的氣味。例如:果香味的酯類3-甲基丁酸乙酯會抑制2- 異丁基-3- 甲氧基吡嗪的甜椒香氣。
  4. 壓制是當混合物比其中最強烈的香氣分子弱,但仍比其餘分子強烈。
  5. 遮蔽或低相成性是當混合物的強度與其中一種香氣分子相同,但仍被另一種成分遮蔽。


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食物風味搭配科學》;圖片提供:采實文化
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