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业务专题|气味科普之呈味物质
最后更新:2021-11-26 浏览:1179次

上一期4月6日推送的文章《气味科普之参数表征》重点介绍了嗅阈值、气味类型、气味强度、气味浓度等参数,定义这些参数都是为了更科学、更准确地表征气味,那么,什么样的物质容易有气味,或者说气味物质有没有一些共同特征?本期将为大家重点介绍。

1、共同特征

地球上的化合物中约有20%具有独特气味,如自然界的花香味、青草味、水果味等。气味物质一般具备下列几个共同特征:挥发性高、蒸气压大、含氮或含硫化合物、含碳数较低、不饱和化合物或环状化合物等。

气味物质如何影响人类嗅觉,国内外研究人员对此进行了大量的探索研究,提出了多种理论,如立体化学理论、外形官能团理论等。研究表明,气味物质的分子结构是影响人类嗅觉的重要因素。广受认可的外形官能团理论认为,气味除了与分子的形状和大小有关外,还与分子所含官能团的性质及其在分子中的位置有关。我们将分子中容易引起气味的官能团称为发臭官能团,常见的气味物质及其发臭官能团见下表。

常见气味物质及其发臭官能团

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2、研究方法

国内外学者采用多种方法研究气味(主要是嗅阈值)与分子结构之间的关系,如多元线性回归、拓扑指数、神经网络和分子生物学等方法,下面分别进行介绍。

(1)多元线性回归

化合物进入嗅觉系统的过程包括挥发、溶解、吸附和与特异性蛋白结合的过程,考虑嗅辨生理过程的复杂性,嗅辨结果往往受化合物多方面结构因素和物化性质的影响。多元线性回归主要是选取分子中碳链的长度、取代基类型、官能团种类和位置等结构参数,以及分子尺寸、溶解度、极性等物化参数,建立多元线性模型来研究嗅阈值和分子结构间的关系。研究结果表明,亲油性和水溶性是影响气味物质阈值的显著因素;分子中的不饱和现象会增大化合物的气味强度;酚类化合物的阈值明显与苯酚环上烷烃取代基的位置有关,且酚类物质中的酚羟基在气味特性中起着重要作用。

(2)拓扑指数

拓扑指数是定量构效关系理论计算参数之一,为反映分子的大小、形状、分支等结构特征的分子结构数学描述符,可对分子结构信息进行数值化,目前为止,已有200多种不同类型的拓扑指数。研究结果表明,对于环己酮衍生物,其薄荷味和花香味的性质与分子结构有显著关系;脂肪醇的嗅阈值主要取决于分子的大小和羟基在分子中的位置。

(3)神经网络

神经网络试图模拟由相互关联的神经元组成大脑皮层的功能,设置的网络层会不断修正数据函数以致输出值会尽可能地接近可能的目标值。研究结果表明,定量构效关系模型可为预测吡嗪类化合物的嗅阈值提供快速、简单、有效的方法;采用45种具有樟脑味同系列醇类化合物建立阈值模型来预测化合物的阈值,能正确估计90%以上樟脑味化合物的阈值。

(4)分子生物学

分子生物学的研究结果证实了嗅阈值与分子结构之间存在一定的关系,如嗅觉细胞的应激响应与气味化合物的分子结构密切相关,嗅觉系统化学感应纤毛的腺苷酸环化酶活性与刺激物的分子结构相关。但嗅觉细胞的响应具有选择性,每种化合物选择性激发多种特异性气味受体反应,多种应激信号的组合最终传输至大脑形成嗅觉感知,因此现阶段无法完全依靠分子生物学方法研究嗅觉感知与分子结构的关系。

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气味物质共同特征

气味与分子结构是一个极其复杂的问题。以上研究的只是单一物质的气味与分子结构的关系,考虑到实际闻到的气味都是由各种物质复合而成的,不同物质混合后气味会发生怎样的变化呢?下期我们将对气味物质的相互作用进行介绍,欢迎持续关注。(文/汽车材料研究室)




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