一、物质的气味与分子结构的关系

物质的气味是通过嗅觉感受到的。从物质中挥发出的有气味的分子进入鼻腔，刺激嗅觉神经，产生嗅觉。嗅觉的本质是一种化学感觉。关于嗅觉产生理论很多，可归纳为两类：一类是微粒理论，认为物质的分子以一定的大小和特有的几何构型进入嗅觉器官与之相应的空穴中，经过一定的物理化学作用而产生嗅觉。微粒理论包括香化学理论、物理吸附理论和象形的嗅觉理论等。第二类是电波理论，即振动理论，认为有气味物质的分子，其价电子振动产生的电磁波传到嗅觉器官而产生嗅觉。不同气味的物质产生的电磁波不同，引起的嗅觉也不同。

（一）化合物的气味与分子中的官能团有关

凡是有气味的物质，分子中一般都含有某些特征的原子或原子团，这些基团称为发香团，不同的发香团具有不同的气味。市售香辛料化合物分子中几乎都具有1个官能团，甚至2个或2个以上官能团。官能团对有机化合物香味的影响是到处可见的。例如，乙醇、乙醛和乙酸，它们的碳原子个数虽然相同，但官能团不同，香味则有很大差别。再如，苯酚、苯甲醛和苯甲酸，它们都具有相同的苯环，但取代官能团不同，因此其香味相差甚远。

常见的发香团有：羟基—OH、醚基—O—、苯基C6H5—、醛基—CO—H、酮基—C═O—、酰基—C═OR等。产生恶臭的基团有：巯基—SH、硫醚基—S—、异氰基—NC等。

当脂肪族发香物质分子内含有不饱和键时，可增加香气的强度。一般双键可增加芳香气味，三键可增加刺激性气味（图3-1）。例如：

CH3CH2CH2OH（温和香气）CH2═CHCH2OH（刺激性浓香气）

图3-1　不饱和键对香味的影响

（二）取代基对香味的影响

取代基对香味的影响是显而易见的，取代基的类型、数量及位置，对香味都有影响（图3-2）。在吡嗪类化合物中，随着取代基的增加，香味的强度和香味特征都有所变化。芳香族发香物质的苯环上引入取代基的位置不同，对香气强度的影响也不同，对位（p）＞邻位（o）＞间位（m）。因此常在发香团的对位引入取代基来增强或改善其香气。例如：紫罗兰酮和鸢尾酮相比较，基本结构完全相同，只差一个甲基取代基，香味有很大的差别。

图3-2　取代基对香味的影响

（三）异构体对香味的影响

在香辛料分子中，由于双键的存在，而引起的顺式和反式几何异构体，或者由于含有不对称碳原子而引起的左旋（l）和右旋（d）光学异构体，它们对香味的影响也是比较普遍的。紫罗兰酮和茉莉酮，都各有一对几何异构体，其香味特征各有所不同。在薄荷醇、香芹酮分子中，都含有不对称碳原子，因此具有旋光异构体，其左旋和右旋体香味有很大差别（图3-3）。

图3-3　异构体对香味的影响

（四）分子的几何形状和体积

在同系列化合物中，低级化合物的气味主要取决于所含发香团的性质，而高级化合物的气味主要取决于分子的几何形状和体积。美国学者阿莫尔（Amoore）对二十多种有樟脑气味的化合物进行研究，发现它们的类型与结构各不相同，但分子的几何形状和体积是相近的。根据实验数据阿莫尔指出：只有分子的几何形状和体积与相应形状大小的嗅觉器官相吻合时，才产生相似的嗅觉。这正是微粒理论的依据。

（五）物质气味与分子中价电子性质的关系

物质的气味还与分子的偶极矩、折射率和光谱等性质之间有某些因果关系，而化合物的这些性质都与分子和价电子相关。例如，在苯环上引入吸电子基后，常产生相似的气味。例如，中的R为—CHO、—NO2、—CN或—COCH2时，均有苦杏仁气味。

实验还证明：有气味的化合物，其折射率均在1.5左右，其拉曼光谱吸收波长的范围是140～350 nm，红外光谱吸收波长范围是750～1400 nm。这些研究结果正是电波理论的依据。

（六）其他因素

物质气味的强度除与其结构有关外，还与其蒸汽压、扩散性、吸附性、溶解度（水溶性和脂溶性）等因素有关。

有气味的物质必须有一定的挥发性，分子才能达到鼻腔黏膜，使嗅觉器官感受到气味。物质的蒸汽压越大，扩散性越好；表面张力越小，越易挥发，气味的强度越强。此外，如果物质完全不溶于水或不溶于脂肪，是感觉不到它的气味的。因为分子必须先透过嗅觉器官表面上的水膜层，再穿过神经细胞表面的脂肪层，才能刺激嗅觉神经。

二、香辛料中的特征香气成分

各种香辛料有不同的香气，是由于所含香气成分的不同和多少而确定的。香辛料赋香的效果主要来自其中的芳香成分，在香辛料中含量占优势或香气强度很大的成分决定了香辛料的主香气。一种香辛料的芳香成分，大多是由几十种甚至几百种化合物组成的。香气较突出的成分有蒎烯、芳樟醇、生姜醇、桂醛、丁香酚等。香辛料中的香气成分主要有4类化合物。(www.daowen.com)

（一）脂肪族化合物

脂肪族化合物广泛存在于天然香辛料中，如在绿叶植物中含有的叶醇，即顺-3-己烯醇，具有青草的清香；芸香油中含有芸香酮，即甲基壬基酮；鸢尾油中含有肉豆蔻酸等。

（二）芳香族化合物

天然香辛料中，芳香族化合物也相当广泛。例如丁香油中的丁香酚；百里香油中的百里香酚；茴香油中的茴香脑；肉桂油中的桂醛；香荚兰油中的香兰素等。

（三）萜类化合物

萜类化合物往往构成各种香辛料油的主体香成分。例如，薄荷油中的薄荷醇；桉叶油中的桉叶油素约占70%等。

1.萜烃类化合物

如月桂烯、罗勒烯、柠檬烯、姜烯、α-蒎烯、β-蒎烯、莰烯、α-杜松烯、α-合金欢烯等。

2.萜醇类化合物

如橙花醇、香叶醇、香茅醇、芳樟醇、薄荷醇、紫苏醇、龙脑等。

3.萜醛类化合物

如香茅醛、柠檬醛、羟基香茅醛、水芹醛、紫苏醛等。

4.萜酮类化合物

如薄荷酮、胡椒酮、葛缕酮、樟脑等。

5.萜酯类化合物

如乙酸薄荷酯、乙酸香茅酯、乙酸香叶酯等。

（四）含氮、含硫化合物

这类化合物在天然香辛料中存在但含量极少。

香辛料中的各种特征性化合物都有其特殊香味，如香辛料中酚类化合物大都具有烟熏香味，它们可以用图3-4所示的结构通式表示，式中R为H或烃基，可以是一个或多个。具有代表性的烟熏香味有香芹酚、对甲酚、4-乙基愈创木酚、丁香酚、异丁香酚、愈创木酚等。

香辛料中含有丙硫基或烯丙硫基化学结构的成分一般具有葱蒜香味，如图3-5所示。代表性的香辛料成分有二烯丙基二硫、烯丙基硫醇、烯丙基硫醚、甲基烯丙基二硫、甲基丙基二硫、丙烯基丙基二硫醚等。

图3-4　烟熏香味成分结构通式

图3-5　葱蒜香味成分结构通式

其他的香气成分，如α-蒎烯具有松木、松节油样香气和味道，广泛存在于芫荽、枯茗、百里香等香辛料的精油中；β-蒎烯具有松节油、树脂香气，广泛存在于肉豆蔻油、芫荽子油等香辛料精油中；戊醇具有杂醇气息和辣的味道，并带有面包香、酒香、果香，广泛存在于香荚兰、巴西薄荷油、美国薄荷油等；桃金娘烯醇具有樟脑香、木香、凉香、薄荷香，存在于薄荷、酒花的精油中等。香辛料中的香气成分很多，这里不一一举例。