關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保有關塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
在萬聖節，巧克力可能是孩子們最想要的糖果，他們的小手會爭先恐後地抓取所有牛奶和黑巧克力小塊，但其味道和香氣特徵的細節長期以來一直讓科學家們難以捉摸。
新的科學研究正在揭示為什麼可可的強烈感官特性如此難以確定。最近的一項分析發現，烘焙過的可可豆（巧克力主要成分）中的單個香氣分子會散發出從煮熟的捲心菜到人體汗液再到生牛肉脂肪等各種氣味。據彼得·謝伯勒稱，共有 600 多種風味化合物以恰到好處的組合融合在一起，產生了我們都稱之為巧克力的味道和氣味。他是慕尼黑工業大學的食品化學家，也是德國食品化學研究中心的主任，他在今年于丹佛舉行的美國化學學會會議上介紹了這些資料。
構成食物香氣的大多數分子都是易揮發的，這意味著它們在室溫下很容易轉化為氣體。這些揮發性化合物與我們呼吸的空氣一起被吸入，使它們與鼻腔上半部的 900 多個氣味受體接觸。在 20 世紀 90 年代初，科學家琳達·巴克和理查德·阿克塞爾開始進行研究，表明每個氣味受體識別一個特定的化合物，並與鼻腔中的特定嗅覺神經元相連。當揮發性香氣化合物附著在氣味受體上時，它會觸發嗅覺神經元的放電（巴克和阿克塞爾因他們的發現而獲得 2004 年諾貝爾生理學或醫學獎）。當多個揮發性化合物同時觸發各自的嗅覺神經元時，就會形成複雜的香氣。大腦透過測量不同神經元放電的頻率來識別風味。
“當您將四種化學物質放在一起時，您的大腦就無法再將它們分離成成分。它會形成一種新的、統一的感知，您無法將其識別為任何這些單獨的氣味，”明尼蘇達大學的食品科學家加里·雷內修斯說。
加工食品，如巧克力、啤酒和茶，含有數千種香氣化合物。這種分子的多樣性在大腦中創造了一種氣味馬賽克，因為每個單獨的分子都為最終的風味貢獻了一絲氣味。正如我們的大腦通常可以僅從影像的草圖組裝成完整的影像一樣，謝伯勒及其同事發現，人類僅使用巧克力 600 多種揮發性化合物中的 25 種就可以識別出巧克力的香氣。其中，許多也存在於不太美味的食物中，包括煮熟的捲心菜、生牛肉脂肪和人體汗液，而這些食物又是由許多不同的揮發性化合物組成的。
即便如此，這 25 種關鍵化合物中，沒有一種可以被認定為“巧克力”香氣。“混合物的氣味與單個成分的氣味完全不同，”謝伯勒說。“目前，沒有辦法預測最終混合物的氣味如何。”
謝伯勒稱對單個香氣和風味分子進行研究的學科為“感官組學”，它從無數潛在的香氣化合物中篩選出對人類味覺和嗅覺特別重要的分子。謝伯勒的研究已經確定了烘焙過的可可豆中的哪些香氣化合物可以與人類的嗅覺受體結合。事實證明，它們中沒有一種聞起來像我們認為是巧克力的那種甜美濃郁的氣味。
為了弄清楚究竟哪些分子促成了巧克力的香氣，謝伯勒及其同事必須一次一個分子地分解巧克力的香氣。首先，研究人員確定了那些會與人類氣味受體發生反應，並且含量足夠高以至於可以在大腦中記錄下來的揮發性化合物，從而產生了 25 種不同的分子。這些分子包括 2- 和 3-甲基丁酸（兩者都產生汗味、腐臭味）、二甲基三硫醚（煮熟的捲心菜）和 2-乙基-3,5-二甲基吡嗪（薯片）。然後，他們將這些相當不“巧克力”的香氣分子以不同的組合混合在一起，並要求人類研究物件聞它們的氣味。包含所有 25 種揮發性香氣分子的混合物可以可靠地欺騙鼻子和大腦，使其認為自己聞到了巧克力的氣味。
謝伯勒將這 25 種化合物稱為巧克力的化學特徵——巧克力中以恰當的組合觸發人類嗅覺神經的那些揮發性化合物，“導致大腦發出訊號說‘這是巧克力’”，謝伯勒說。
我們所認為的“巧克力”氣味很大程度上是由於食物的製作方式造成的——這一過程包括髮酵和烘焙。透過發酵、烘焙或燒烤等方式加工的食物，如葡萄酒、咖啡和牛排，通常含有最多的香氣分子。正是這個過程將原本無味化合物轉化為帶有揮發性香氣的化合物，這有助於解釋這類食物的受歡迎程度。天然的生食，如水果和蔬菜，也具有吸引人的香氣和味道，儘管它們的風味特徵要簡單得多，並且通常以一兩個主要分子為主。
“這種化學物質確實創造了那種風味，而其他一切都只是使其變得柔和而令人愉快，”雷內修斯在談到這些不太複雜的食物時說。揮發性香氣化合物以及我們在咀嚼過程中嚐到的糖和鹽的組合共同創造了風味。“我們的一些更簡單的風味是草莓和覆盆子，因為它們只是大自然恰好提供的，以維持其自身的生命。”食品化學家先前對這些風味的複製是一個反覆試驗的過程。
謝伯勒說，他的工作的目標不是開發人工巧克力調味劑。相反，他的目標是找到方法來調整可可豆的發酵和烘焙過程，以開發出味道更好的巧克力。他的實驗室今年早些時候的一項新發現朝著這個方向邁出了一小步。以所謂的荷蘭風格加工的可可豆，在烘焙過程中新增鹼鹽，具有更溫和、更令人愉悅的風味。在解構了這種形式的巧克力的分子組成後，研究人員知道它含有具有令人愉悅的“口感”的分子。透過在荷蘭烘焙過程中在可可豆中新增少量的葡萄糖，謝伯勒及其同事並沒有增加最終產品的甜度，而是在最終的巧克力中創造了更柔滑的口感。
更好地瞭解巧克力誘人的香氣也有助於品嚐技巧。謝伯勒說，讓巧克力在你的舌頭上融化，這樣你就可以品嚐到各種風味化合物。當巧克力在你的嘴裡融化並且你呼氣時，一些揮發性分子會再次經過你的氣味受體，讓你在巧克力融化之前再聞到一股氣味。