編者按：這是關於食物科學的六篇系列專題文章中的第四篇，從2009年3月30日至4月6日每日更新。
賓夕法尼亞州立大學帕克分校——瑪琳·莫斯科維茨擰開一個琥珀色小瓶的蓋子。片刻之間，一股烘烤的香味瀰漫在賓夕法尼亞州立大學的這個食品科學實驗室裡，讓我想起當地麵包店在黎明前的場景，法棍麵包——金黃色、酥脆、溫暖——被從大型烤箱中用滾動的鋼製推車取出。她小瓶中的芳香液滴是一個月前從白麵包皮中提取的，這是一項實驗的關鍵部分，該實驗可能會顛覆人們對美拉德反應的根深蒂固的看法，美拉德反應是烹飪過程中發生的關鍵化學反應之一。食品科學研究生莫斯科維茨和她的導師德文·彼得森正在試圖弄清楚為什麼白麵包和全麥麵包在烘烤時聞起來和嚐起來如此不同。“我們烘烤食物，但它們發生了什麼變化呢？”彼得森說，他指的是烹飪中神秘的化學反應。“沒有人理解。”
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36歲的彼得森於2002年到達賓夕法尼亞州立大學，當時他剛完成博士論文，正忙著撰寫關於新鮮和加熱黃油中香味的相關論文。這時，一位同事把一篇關於酚類物質的文章放在他的桌子上：這些環狀有機化合物最出名的是賦予葡萄酒味道、顏色和健康益處，但也存在於可可和麥麩中。當彼得森凝視著酚類的環狀結構時，他開始思考它與美拉德反應的聯絡，美拉德反應會導致麵包變褐和焦糖的風味。
無論是蛋白質還是糖本身都沒有特有的氣味。但是當它們一起加熱時，它們會由於這種美拉德反應而產生數千種風味化合物。彼得森意識到，少量的酚類物質有可能劫持這一過程並改變風味化學。唯一的問題是，沒有人真正探索過該反應產生的數千種化學物質。“這些分子是什麼？”他想知道，“它們為什麼會被調節？”
幾天後，他走進實驗室，建立了一個簡單的模型反應。正如理論物理學家可能會假設地球是一個完美的球體一樣，對於彼得森來說，一條麵包變成了一種糖和一種蛋白質。他加熱這兩種化合物，他的實驗室充滿了吡嗪的氣味，一種帶有淡淡巧克力味的烤麵包氣味。但是，當他在混合物中加入酚類物質時，吡嗪的香味幾乎消失了。
“這是一個‘哇’的時刻，”彼得森說。他開始申請資助以進行進一步的研究。美國農業部（USDA）提名他為總統早期職業獎，以研究美拉德反應，除了他從行業獲得的28萬美元外，還為他提供了42萬美元的研究資助。2005年，在訪問白宮時，他與其它獲獎者一起與時任總統喬治·W·布什握手。
然而，模型化學反應只能帶他走這麼遠，所以他深入研究了真正的產品。首先，他的團隊研究瞭如何改善超高溫（UHT）牛奶的風味，這種牛奶在歐洲很常見，加熱溫度高於美國巴氏殺菌牛奶，以有效消除細菌。由於它是經過滅菌的，UHT牛奶在開啟之前不需要冷藏，因此可以放在商店和廚房的架子上，但彼得森說，美拉德反應會使其產生一種煮熟的味道，這是美國消費者不能接受的。他和一位研究生從葡萄和可可中提取酚類化合物，並在加工前將其新增到UHT牛奶中。兩種版本——UHT和巴氏殺菌——無法區分。賓夕法尼亞州立大學此後已申請該工藝的專利。
現在，彼得森和莫斯科維茨正在挑戰關於全麥麵包苦味，從而使美國消費者不如加工白麵包那樣接受它的教條。儘管全麥麵粉目前在注重健康的人群中很流行，但全麥麵粉的銷量並沒有像曾經預期的那樣快速增長，甚至在2007年略有下降，僅佔美國麵粉市場總量的3.9％。“我的女兒五歲了，”彼得森說，“我很難讓她吃全麥麵包。”
他不是唯一一個。麵粉製造商ConAgra和明尼蘇達大學進行的一項研究發現，當學校年齡的兒童食用由精製小麥粉而不是全麥小麥粉製成的任何食物——比薩餅、麵包棒或玉米餅——時，他們會吃得更多。據ConAgra的研發經理伊麗莎白·阿恩特說，業界普遍認為全麥麵粉的風味是必要的惡，小麥的健康益處包含在高纖維麩皮中，麩皮中還含有稱為阿魏酸的苦味酚類物質，該物質在植物細胞壁中充當交聯劑。麵包顏色越深，纖維含量越高，苦味也越濃。ConAgra已開始在其Ultragrain全麥麵粉中使用冬小麥，這種小麥顏色較淺，味道足以欺騙那些同樣的學生，讓他們認為它是精製品種。
但是彼得森認為Ultragrain是一種不完整的措施，並認為還有另一種更根本的解決方案可以解決任何麵粉型別的苦味問題。“酚類物質的含量非常低——而且我認為太低，無法產生影響，”他說麩皮中的阿魏酸，“如果我把它放在水中，我不會發現任何苦味。”相反，他說酚類物質可能會干擾美拉德反應，阻礙麵包香氣的形成，並引發更多苦味的化合物的產生。
為了檢驗這一想法，莫斯科維茨用她所謂的“大型豪華烤箱”來執行她的麵包提取物小瓶。當提取物加熱時，單獨的氣味會散發到空氣中，並透過一個近100英尺（30米）長的細管。這種稱為氣相色譜儀的儀器測量這些氣味從液體中升起併產生稱為“頂空”的氣體混合物時的強度。同時，莫斯科維茨將一個管子塞進她的鼻子，並記錄她45分鐘的感受。她的實驗筆記充滿了內心的，一個詞的描述：嘔吐、膠水、乳膠、堅果味、洋蔥、爆米花和黃油。
“我不希望聞到蘑菇、泥土和黃瓜的味道，”她說，“但當它們結合在一起時，聞起來像麵包。”到目前為止，她對白麵包和小麥的清單都包含相同的主觀氣味描述，但她說她必須稀釋提取物才能比較它們的強度。
與此同時，彼得森試圖深入研究苦味的形成。他調出一張看起來像帶有八個駝峰的過山車的圖表。在他幾周前進行的一項實驗中，他從全麥麵包皮提取物中提取了所有酚類物質，這八個駝峰代表了剩餘的重要風味成分。他分離了每個部分，將它們變成粉末，並品嚐了它們。
“它是苦的，”他說到第4部分。“這裡面還有一些我稱之為口中產生澀味的東西，它們只是粘在你的舌頭上。”構成每個駝峰的化學物質可能從10到100種不等，他必須再次劃分它們才能精確定位確切的化學物質。他說，有一件事已經很清楚，“苦味並非僅僅來自酚類化合物……其中90％來自熱處理過程中產生的其他分子。”
ConAgra的阿恩特對這項新研究表示歡迎，並認為它可能在食品行業產生廣泛的影響。“我們可以做任何事情使全穀物更能被消費者普遍接受，”她說，“這是一件好事。”
彼得森將他嚴謹的方法比作有針對性的藥物發現，但他拒絕了對玩弄風味某種程度是違反自然的主張。
“我們生活在一個技術世界中，”他說。“你為什麼會認為我們不應該研究食物？”他指出，降低苦味可能就像使用全天然成分在不同酸度水平下加工麵糰一樣簡單，並補充說化學是日常生活的一部分。“許多分子從未被鑑定出來，”他說，“但我們已經消費了它們2萬年了。”