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    業務專題|氣味科普之呈味物質
    最后更新:2021-11-26 瀏覽:318次

    上一期4月6日推送的文章《氣味科普之參數表征》重點介紹了嗅閾值、氣味類型、氣味強度、氣味濃度等參數,定義這些參數都是為了更科學、更準確地表征氣味,那么,什么樣的物質容易有氣味,或者說氣味物質有沒有一些共同特征?本期將為大家重點介紹。

    1、共同特征

    地球上的化合物中約有20%具有獨特氣味,如自然界的花香味、青草味、水果味等。氣味物質一般具備下列幾個共同特征:揮發性高、蒸氣壓大、含氮或含硫化合物、含碳數較低、不飽和化合物或環狀化合物等。

    氣味物質如何影響人類嗅覺,國內外研究人員對此進行了大量的探索研究,提出了多種理論,如立體化學理論、外形官能團理論等。研究表明,氣味物質的分子結構是影響人類嗅覺的重要因素。廣受認可的外形官能團理論認為,氣味除了與分子的形狀和大小有關外,還與分子所含官能團的性質及其在分子中的位置有關。我們將分子中容易引起氣味的官能團稱為發臭官能團,常見的氣味物質及其發臭官能團見下表。

    常見氣味物質及其發臭官能團

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    2、研究方法

    國內外學者采用多種方法研究氣味(主要是嗅閾值)與分子結構之間的關系,如多元線性回歸、拓撲指數、神經網絡和分子生物學等方法,下面分別進行介紹。

    (1)多元線性回歸

    化合物進入嗅覺系統的過程包括揮發、溶解、吸附和與特異性蛋白結合的過程,考慮嗅辨生理過程的復雜性,嗅辨結果往往受化合物多方面結構因素和物化性質的影響。多元線性回歸主要是選取分子中碳鏈的長度、取代基類型、官能團種類和位置等結構參數,以及分子尺寸、溶解度、極性等物化參數,建立多元線性模型來研究嗅閾值和分子結構間的關系。研究結果表明,親油性和水溶性是影響氣味物質閾值的顯著因素;分子中的不飽和現象會增大化合物的氣味強度;酚類化合物的閾值明顯與苯酚環上烷烴取代基的位置有關,且酚類物質中的酚羥基在氣味特性中起著重要作用。

    (2)拓撲指數

    拓撲指數是定量構效關系理論計算參數之一,為反映分子的大小、形狀、分支等結構特征的分子結構數學描述符,可對分子結構信息進行數值化,目前為止,已有200多種不同類型的拓撲指數。研究結果表明,對于環己酮衍生物,其薄荷味和花香味的性質與分子結構有顯著關系;脂肪醇的嗅閾值主要取決于分子的大小和羥基在分子中的位置。

    (3)神經網絡

    神經網絡試圖模擬由相互關聯的神經元組成大腦皮層的功能,設置的網絡層會不斷修正數據函數以致輸出值會盡可能地接近可能的目標值。研究結果表明,定量構效關系模型可為預測吡嗪類化合物的嗅閾值提供快速、簡單、有效的方法;采用45種具有樟腦味同系列醇類化合物建立閾值模型來預測化合物的閾值,能正確估計90%以上樟腦味化合物的閾值。

    (4)分子生物學

    分子生物學的研究結果證實了嗅閾值與分子結構之間存在一定的關系,如嗅覺細胞的應激響應與氣味化合物的分子結構密切相關,嗅覺系統化學感應纖毛的腺苷酸環化酶活性與刺激物的分子結構相關。但嗅覺細胞的響應具有選擇性,每種化合物選擇性激發多種特異性氣味受體反應,多種應激信號的組合最終傳輸至大腦形成嗅覺感知,因此現階段無法完全依靠分子生物學方法研究嗅覺感知與分子結構的關系。

    圖片1.jpg

    氣味物質共同特征

    氣味與分子結構是一個極其復雜的問題。以上研究的只是單一物質的氣味與分子結構的關系,考慮到實際聞到的氣味都是由各種物質復合而成的,不同物質混合后氣味會發生怎樣的變化呢?下期我們將對氣味物質的相互作用進行介紹,歡迎持續關注。(文/汽車材料研究室)




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