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香气是重要的食品感官品质之一，决定了消费者的接受度。香气感知是人对香气化合物的化学刺激、生理反应以及心理作用的总和，是人与食品相互作用的结果。香气感知包括前鼻腔和后鼻腔两种路径且互不干扰，前鼻腔路径指通过鼻孔感知环境中的香气，提供对外界环境预警信号和食品可食用性信息；后鼻腔路径强调食品在咀嚼过程（口腔加工）中所感知的食品香气，提供了对食品接受度、感官享受的信息，也体现了人类的行为学特征。
北京工商大学 北京市食品风味化学重点实验室的蒲丹丹、陕怡萌、张玉玉*等对后鼻腔香气感知的概念、基本过程、主要影响因素及其分析方法进行详细阐述，旨在理解后鼻腔香气感知机制以及为健康美味食品的开发提供理论指导和疾病预警提供新的思路。
1、前鼻腔与后鼻腔香气感知差异
遗传变异与饮食文化差异
嗅觉受体是人类对食品和外界环境香气感知主要接收器，在人类进化和环境选择过程中嗅觉基因的遗传变异对香气认知和灵敏度有重要影响。嗅觉受体的基因序列多样性已被证明有助于食物偏好，Eriksson等通过对14 604 名欧洲人全基因组关联分析发现，位于11 号染色体嗅觉受体基因簇rs72921001存在对醛类香气敏感的嗅觉受体OR6A2基因，导致对香菜排斥。饮食文化与遗传变异存在必然联系，饮食文化决定了香气感知的偏好，而偏好会促进遗传变异，进而反馈调节香气感知。不同国家和地区的饮食文化存在显著的多元性和差异性，如西方人认为豆类食品应该划分为咸味食品，然而在亚洲地区豆制品虽然可作为咸味食品，但在多数情况下被划分为甜味食品。Gotow等证实文化差异会驱动消费者增强对熟悉食品的后鼻腔香气感知，同时也伴随着食品味觉感知的强化。
香气传递路线差异
鼻腔香气感知通过鼻孔将外界环境中的香气分子吸入鼻腔，传输至嗅觉上皮后与嗅觉受体结合，从而形成前鼻腔香气感知。后鼻腔香气感知主要源于食品口腔加工过程中释放的香气，通过呼吸气流将口腔中的香气分子传输至口腔后部，再经口咽部和鼻咽传输到后鼻腔区域，与嗅觉上皮的嗅觉受体结合，最终形成后鼻腔香气感知（图1）。前鼻香气与外部环境有关，后鼻腔香气伴随着口腔加工行为，体现了口腔的内部状态。
香气感知存在路径依赖，由于前鼻和后鼻气流方向的差异和口腔环境的影响，嗅觉上皮中的嗅觉受体被不同程度地激活形成感知差异，这种嗅觉感知的差异现象也被称之为嗅觉二元性。对于常见且较为熟悉的香气，前鼻腔和后鼻腔香气感知无明显差异，而将不熟悉或类似的香气与测试香气匹配则差异较大，且后鼻腔对陌生香气的感知则更为灵敏，表明这两种途径存在感知差异。与前鼻腔香气感知相比，后鼻腔香气感知路径较长，因此感知速度更慢。
2、后鼻腔香气分析研究进展
研究主题突现分析结果如表1所示，研究主题的突现代表了当前的发展趋势和研究热点。根据研究主题的变化分析，后鼻腔香气感知领域的发展趋势可分为两个阶段：第一阶段，1995—2009年，主要针对后鼻腔香气分析方法开发，如体内和体外模型实验、后鼻腔香气感知的离线分析方法和在线质谱仪器的开发。第二阶段，2010年至今，主要聚焦于人的感官以及生理参数对香气感知的影响，如味觉与后鼻腔嗅觉的跨模交互作用、唾液成分对食品口腔加工过程中的香气释放、鼻黏膜和口腔黏膜对香气的代谢以及感知评价。
3、影响后鼻腔香气感知的主要因素
食品基本性质
食品中的香气种类复杂，Dunkel等报道在230多种食品中共检测到超过10 000 种香气化合物，但对于食品的香气轮廓具有关键作用的仅240多种。香气活性值（OAV）是衡量香气对嗅觉感知贡献的主要方法，通常OAV≥1即香气浓度与其对应食品体系中的香气阈值比值大于1则认为其对食品的香气轮廓具有重要贡献。香气分子的取代基位置不同、手性差别和对映体差异都会导致香气特征和强度的差异。这些结构上的差异导致香气与嗅觉受体结合模式的差异，最终形成不同的激活信号。此外，香气分子的沸点和疏水常数会影响它们在鼻腔中的浓度分布，进而导致嗅觉感知差异。由于食品口腔加工的复杂性，食品-唾液混合体系受到食品基质中各组分的影响，分配系数是衡量口腔中复杂食物基质释放的香气化合物相对浓度的重要参数，在固定温度和溶液体系中每种香气分子的分配系数恒定。
口腔加工参数
作为食物消化的第一步，口腔加工对食物的营养摄入和感官享受至关重要。当食物被摄入口腔后，它们被牙齿、舌头、脸颊以及唾液腺的协同作用分解成小颗粒，最终形成柔软、润滑和具有一定黏弹性的可吞咽食物团。由于口腔环境的复杂和动态变化，香气化合物从食物团中主动释放到口腔中，并通过呼吸气流传递至后鼻腔。因此，牙齿数量、咬合力、唾液组成与分泌量、口腔黏膜等因素对后鼻腔香气感知有重要作用。
基于饮食体验，咀嚼易受到食物的质构特性和组成的影响。咀嚼效率取决于咬合力和食物分解方式，并与个体的性别、年龄、民族和生活习惯显著相关。一般来说，男性的咬合力大于女性，如具有较高肉食倾向的民族（蒙古族）的门牙咬合力（168 N）显著高于汉族（146 N）。由于咀嚼食物的速率（频率）不同，食物基质中香气的释放速率也不同。
唾液（pH 6.0～8.0）是一种复杂的生物液体，其主要成分为水（99%）、盐和蛋白质。唾液具有润滑、缓冲、抗菌活性、保护牙齿以及风味感知等多种功能。由于食物咀嚼刺激导致唾液分泌量和基本成分的变化，从而改变了食品香气在口腔中的释放。
鼻腔生理参数
鼻气流是将香气分子传递到嗅觉上皮细胞的主要方式，当人受到外界环境中香气分子刺激时，抽鼻子是增强香气感知的普遍行为。鼻腔气流改变影响嗅觉上皮细胞接收到的香气浓度，并影响嗅觉细胞中枢神经系统对嗅觉感知信号的处理。在静息状态下，约10%的吸入空气到达了嗅觉上皮区域，鼻孔可以在短时间内以湍流的模式抽吸环境中的气体（每个鼻孔大于300 mL/s），使更多的香气分子沉积在嗅觉黏膜上以促进香气感知。常用的研究手段之一是根据香气分子在口腔中的传递过程和界面传质渗透理论建立香气传递数学模型。由于呼吸气流中丙酮含量较高且稳定存在，常采用丙酮的信号对原始数据进行校正，以建立不同气流速率对后鼻腔香气感知的影响。然而数值模型与实际情况存在差异，需结合实际呼吸气流的数值更好地揭示香气的感知原理。
口腔加工运动是复杂的动态过程，香气化合物向后鼻腔的运输是一系列交替的动态和静态事件，因此如何实时监测气流变化过程是解析后鼻腔香气运输的关键。由于鼻腔解剖结构的复杂性以及气流的高频率性，采用计算流体力学（CFD）技术可更加精确研究鼻腔气流的详细变化。计算机断层扫描（CT）成像技术和磁共振成像结合CFD分析可获得有价值的鼻腔3D重建，有助于准确了解鼻子的结构以及呼吸期间鼻腔气流的输送，是研究不同解剖区域和嗅觉性能之间相关性的有效方法。Ni Rui等采用CT、CFD和3D打印技术重建了口腔-鼻腔-咽喉-气管的立体模型（图2A），并模拟了呼吸气道中的流场，通过荧光粒子示踪轨迹分析方法，发现在正常的吸气和呼气过程中，连接口咽和口腔后部的虚拟腔外部会形成气幕以阻止香气成分被输送到肺部的主流中（图2B方框区域），且在呼气过程中促进口腔中的香气分子传输到鼻腔的主流中，促进后鼻腔香气感知。这项研究首次证明人类口咽几何形状能够有效地将气味物质输送到鼻腔的嗅觉受体。
4、后鼻腔香气分析方法
香气检测方法分类
香气是推动食品风味感知的主要驱动力之一，明确后鼻腔香气组成和变化对完善香气感知理论具有重要意义。后鼻腔香气检测是分析鼻腔呼出气体，该过程发生时间短且香气浓度低，因此研究人员提出了富集浓缩方法以及设计了高灵敏度的在线分析仪器。根据采样类型分为离线、半离线和在线分析模式（图3），其中离线分析模式利用Tenax吸附法收集鼻腔呼出气体，随后采用气相色谱-串联质谱仪（GC-MS）对其进行分析，该方法主要基于Tenax材料对呼出气体的捕捉和富集能力以及GC-MS的色谱分离和定性定量分析能力。半离线模式为气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS），该方法可直接将鼻腔呼出气体吸入，随后分别经气相色谱和离子迁移谱进行二维分离。由于该方法可直接分析鼻腔呼出气体，但样品的分析时间较长（＜30 min），因此称之为半离线分析模式。在线分析模式包括PTR-MS、选择离子流管质谱仪（SIFT-MS）和大气压化学电离质谱仪（APCI-MS）。这3 种在线分析方法均可直接采集鼻腔呼出气体，且可不间断监测分析呼出气体中的香气种类和含量变化，实时反映鼻腔中的香气组成和浓度。
检测方法比较
快速响应、直接分析、痕量检测限和高灵敏度是后鼻腔香气分析仪器的主要特征，针对这些特点，学者们研发了可应用于在线检测后鼻腔香气的分析仪器。目前有3 种分析仪器已在多个领域中得到应用，根据其历史发展以及科学问题聚焦角度差异，每种技术都具有其针对的特定领域：1）SIFT-MS主要用于医疗目的的呼吸气体分析，包括鉴定疾病患者的呼吸挥发物和动态监测特定的医学生物标志物，如Španěl等通过SIFT-MS对挥发性呼吸代谢物氨、丙酮、氰化氢、醇、戊烷、乙酸、甲烷和硫化物进行了定量，并讨论了其作为生物标志物的潜力；2）PTR-MS主要针对环境科学和各种生态领域，包括气象监测、环境气体污染物监测以及植物对环境空气质量的影响。然而随着食品风味分析和食品口腔加工风味感知的快速发展，PTR-MS也广泛应用于食品风味领域，如鼻黏膜对香气成分的代谢变化、面包口腔加工香气变化；3）APCI-MS主要针对于食品和风味相关研究，如草莓、薄荷、口香糖和番茄等食品口腔加工过程中的香气释放。4）GC-IMS主要用于安全防护领域，如爆炸物的快速检测、毒品的检测以及有毒有害气体的检测。由于其高灵敏度和二维分离能力，随后在食品溯源分析、真伪鉴别和风味分析等多个领域得到广泛应用。
当前，应用最为广泛且检测化合物最多的后鼻腔香气分析仪器为PTR-MS。但在线和半在线分析仪器均存在同分异构体分离困难、相同碎片离子难鉴定、高沸点组分难以捕捉等共性问题。因此，首先采用多种萃取方法结合GC-MS解析食品香气组成，随后结合在线分析仪器对比监测后鼻腔感知的目标香气化合物可较为全面解析后鼻腔香气感知。此外，开发更加灵敏且捕捉范围更为宽泛的新型质谱是全面解析后鼻腔香气释放的有效解决方案。
5、香气感官评价
感官评价是衡量香气感知的有效表征方法， 可以直观反映消费者对产品的评价，也是衡量消费者对产品接受度的主要方法。食品在口腔加工过程中的香气感知是一个动态过程，常用于食品口腔加工过程中的香气感知评价方法有时间-强度法（TI）、动态定量描述分析法（D-QDA）、动态主导属性测试法（TDS）和动态选择合适词汇分析法（TCATA）。TI法要求评价人员在时间轴上对整体香气强度或者某一种或者两种香气特征进行强度打分，具有操作简单、快速的优点；D-QDA法要求评价人员同时对食品品尝过程中的多个感官轮廓进行强度评价，该方法适用于香气属性较少的样品，对于过多的香气轮廓则会降低准确性。因此，在此基础上开发了TDS和TCATA评价法，TDS法要求评价人员筛选出一种具有主导性的感官属性，快速且有针对性，更加利于产品比较和产品开发，适用于没有感官评价经验的广大消费者。TCATA法源于选择合适词汇分析法，以调查问卷的方式要求评价人员对设定好的描述词汇进行筛选，可选择多项感官特征以及关联消费者情绪等其他心理状态，能够从更多维度解析消费者对样品的偏好信息。
结语
后鼻腔香气感知受多种因素影响，其中遗传变异与饮食文化差异决定了消费者的嗅觉认知，该因素也是食品生产企业调整区域性食品风味偏好的重要依据。此外，食品本身的物理化学性质与口腔加工行为决定了食品口腔加工过程中香气释放规律，呼吸气流和鼻腔的生理结构对香气化合物的运输起到了重要作用，决定了香气化合物通过后鼻腔感知的最终种类和浓度。后鼻腔香气感知分析方法主要包括仪器分析和动态感官评价，其中传统质谱与在线质谱分析方法的结合能够实现更大范围（低沸点和高沸点）的香气成分捕捉，更加完整的解析后鼻腔感知的香气成分；由于口腔加工过程的复杂性和多变性，通过组合使用多种动态感官评价方法可从多维度解析消费者的感知和喜好。未来需深入研究口腔原位香气释放与感知规律，解析唾液组分对香气释放的作用机制，明确口腔黏膜对香气的释放、保留以及代谢机制，挖掘鼻气流对香气的传递作用，以实现食品口腔加工过程中的风味靶向控释，设计符合消费者需求的美味食品。
专家简介
张玉玉教授，博士生导师，北京工商大学轻工科学技术学院，国家自然科学基金-优秀青年科学基金资助者（2021年），中国食品科学技术学会食品添加剂分会常务理事，中国畜产品加工研究会青年工作委员会委员、全国肉禽蛋制品标准化技术委员会禽肉制品分技术委员会委员，《精细化工》《食品研究与开发》、eFood期刊编委。一直致力于食品风味化学领域口腔风味感知和食源物质增鲜呈香理论与应用研究。以典型鲜味物质的鲜咸拟合效应为基础，实施减盐控钠、鲜咸融合的科学基础研究与产品技术创新，围绕口腔加工过程中食品风味物质的互作感知规律，食品关键呈香物质的咸香融组效应机制，多元增味作用机理等方面开展研究，为低钠健康食品开发提供了新思路和新方法。获国家自然科学基金-优秀青年基金资助，入选北京高校卓越青年科学家计划。
迄今主持“十三五”国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、企业合作课题等项目12 项，出版学术著作1 部，授权国家发明专利7 项，专利技术转化2 项，发表学术论文160余篇，其中ESI热点论文1 篇，高被引论文1 篇。荣获中国商业联合会科学技术奖特等奖1 项，全国高校黄大年式教师团队“食品添加剂教学科研教师团队”成员。
本文《后鼻腔香气感知影响因素及其分析方法研究进展》来源于《食品科学》2022年43卷19期17-27页，作者：蒲丹丹，陕怡萌，史伊格，张莉莉，周雪巍，张玉玉。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220524-295。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
图片来源于文章原文及摄图网。
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