后鼻腔香气感知影响因素及其分析方法研究进展

蒲丹丹，陕怡萌，史伊格，张莉莉，周雪巍，张玉玉

（北京工商大学 北京市食品风味化学重点实验室，北京 100048）

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。Bojanowski等从心理物理、电生理和功能性磁共振成像多角度阐述了人类的前鼻腔和后鼻腔香气感知在受体和中枢水平上的差异。此外，Craft等采用多电极阵列记录了大鼠体内嗅球二尖瓣细胞在前鼻腔和后鼻腔刺激模式下对丁酸乙酯反应，进一步证实了前鼻腔和后鼻腔香气感知的差异。

后鼻腔香气感知发生在食品口腔加工过程中，通常与同时发生的味觉刺激有关，导致嗅觉呈现类似味觉的特性，因此嗅觉缺失会影响味觉感知。此外，后鼻腔嗅觉感知需要味觉皮质参与并受多种皮质协同作用，可与味觉、口腔触觉等多种感官存在跨模交互作用。当香气特征与滋味特征表现出一致性时两种刺激具有增效作用，如3-甲硫基丙醛、1-辛烯-3-醇和2,5-二甲基吡嗪可显著增强氯化钠溶液的咸味感知强度，香兰素能够增强蔗糖溶液的甜味感知强度。明确后鼻腔香气感知机制，对利用多感官的跨模交互规律实现低盐和低糖健康食品的配方设计和优化具有重要意义。

由于负责香气检测、辨别以及识别处理的高级区域同时还肩负人体的神经调控、情绪和行为管理等高级功能，因此嗅觉异常可作为许多疾病的重要标志，如精神类疾病患者的嗅觉识别能力受到了影响，阿尔兹海默症患者具有明显的嗅觉障碍，以及新冠肺炎患者的嗅觉丧失。另外，后鼻腔香气强度的衰减曲线是非侵入性评估吞咽困难患者咽部残留的有效方法，可用于预测咽部残留的食物量。由于后鼻腔香气感知刺激难以控制且易引入其他感官的干扰，后鼻腔香气感知经常被大家所忽略。本综述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

1.1 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存在对醛类香气敏感的嗅觉受体基因，导致对香菜排斥。Gisladottir等证实基因变异可影响冰岛人对鱼腥味的认知和感知，部分个体携带的特定基因突变可使其感知的鱼腥味减弱，甚至觉得鱼腥味令人愉悦。此外，基因变体可使个体对甘草香气的感知能力更强烈，并对其感知更愉悦，这种变异在东亚比在欧洲更常见。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。

1.2 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。

图1 鼻腔和口腔的剖面图Fig. 1 Sectional view of nasal cavity and oral cavity

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。香气从鼻孔沿着鼻黏膜迁移至嗅觉上皮过程中受鼻黏膜的吸附影响，Mozell通过比较不同香气化合物刺激青蛙的嗅觉神经电信号放电比例，发现其与化合物在色谱柱上的保留指数存在一致性，因此提出口咽、鼻咽、鼻甲等器官以及鼻腔中的黏膜对香气传递与感知存在“色谱分离”效果，该结果说明了后鼻腔香气感知相比于前鼻腔所需时间更长。核磁成像证实了前/后鼻腔香气感知差异源于香气认知、香气传递途径以及大脑的奖赏机制差异。通过比较男性和女性的前鼻腔和后鼻腔嗅觉感知差异性发现，在女性受试者中差异明显，但在男性受试者中无显著差异，说明了男性的后鼻腔嗅觉比女性具有更强的适应能力。对于阈上水平的同种香气刺激，在大多数情况下前鼻腔感知的强度高于后鼻腔，但也有少部分例外，如2,3-丁二酮和肉桂酸甲酯的后鼻腔感知阈值则低于前鼻腔。

2 后鼻腔香气分析研究进展

通过Web of Science对后鼻腔香气关键词检索，共检索到204 篇论文（截止2022年5月6日），其中发文量最多的国家为德国（43 篇），其次为日本（31 篇）、美国（28 篇）、法国（27 篇）、西班牙（24 篇）、英格兰（16 篇）、意大利（14 篇）、新西兰（14 篇）、中国（13 篇）以及澳大利亚（6 篇）。采用Citespace 5.8.R3软件作为文献可视化分析工具，可实现文献的共被引、研究主题聚类以及研究主题突现分析。研究主题的聚类分析结果显示＝0.832 4、＝0.929 6，共得到13 种研究主题聚类模块，包括香气释放、口腔模型、未经训练评价人员、食品香气成分、感官评价、橄榄油、快速进食增加灵敏度、老鼠嗅觉上皮、生理-风味相互作用、青香香气、葡萄酒香气成分、变化和挥发性成分糖基化。研究主题的分析结果说明后鼻腔香气感知主要聚焦在香气释放与感知评价、口腔模型、食物基质和口腔生理参数对香气释放和感知影响等方面。

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。Roberts等构建了早期的体外口腔咀嚼模型模拟后鼻腔香气感知，考虑了唾液分泌、口腔温度、咀嚼剪切以及脂肪等多种因素对香气释放的影响，并依据此模型研究了不同香气化合物的释放曲线。Buettner等构建了后鼻腔香气感知分析方法，采用Tenax吸附对鼻腔呼出气体中的香气成分进行了定量定性分析，随后采用荧光透视和实时磁共振成像观察吞咽过程后鼻腔香气感知的影响因素；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。Lim和Green等通过心理物理学方法评价了口腔加工过程中的嗅觉与味觉相互作用，证实了口腔味觉和后鼻腔香气感知两个解剖学上不同器官的感觉输入可在口腔中实现整合，且具有相同特征的组合存在协同增效的作用。Canon和Muñoz-González团队在食品口腔加工香气感知以及唾液对香气释放的影响规律领域做了大量工作，包括唾液模型反应和食物口腔加工风味释放规律，并比较了人工模拟唾液、单一唾液组分与全唾液组分的差异和不足，强调了全唾液组分的不可替代性及其研究的必要性。

表1 后鼻腔香气研究主题突现分析结果Table 1 Burst title analysis of retronasal aroma in Web of Science database

3 影响后鼻腔香气感知的主要因素

后鼻腔香气感知发生在食品口腔加工阶段，因此口腔是后鼻腔香气感知的起点。食品口腔加工是一个动态变化过程，包括食品摄入、咀嚼破碎、食物团形成、吞咽和口腔清洗5 个基本步骤，且涉及食品科学、材料学、生理学、心理学、神经学以及脑科学等多个学科。食品口腔加工过程中的香气感知受到多个因素的影响，可分为内在因素和外在因素。其中外在因素为食品本身的物理化学性质（香气组成及其性质、基本组分构成和质构/流变特性等），内在因素主要指口腔生理参数（口腔体积/表面积、口腔温度变化、咀嚼方式/效率、唾液流速、唾液组成以及口腔黏膜等）和鼻腔的生理参数（呼气流速、鼻腔体积、鼻黏膜以及鼻腔结构等）。其中食品本身的物理化学性质与口腔加工生理参数决定了口腔中的香气构成与含量，而后鼻腔香气感知的关键在于鼻腔的生理参数，即如何将口腔中的香气成分有效传递至后鼻腔与嗅觉上皮细胞结合形成后鼻腔香气感知。

3.1 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（odor activity value，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。

食物中的蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质的组成差异会影响口腔加工过程中食物基质向鼻腔释放的香气组成和含量。较高的脂肪含量会减缓香气释放速度，导致香气感知达到最大强度的时间更长。尤其是在乳液体系中，脂肪含量较高会显著抑制香气释放，如奶酪的口腔加工过程中脂肪含量越高，柠檬烯、2-庚酮、丁酸乙酯和己酸乙酯的香气释放率越低。蛋白质易黏附于口腔和上皮（黏膜），并与香气化合物结合改变香气感知。因此，增加食物中蛋白质的比例往往会减少挥发性物质的释放。在大多数情况下，碳水化合物（蔗糖）和金属离子（氯化钠）可以促进口香糖口腔加工过程中的香气释放。滋味对香气的影响也取决于两者风味特征的一致性，增加蔗糖和柠檬酸的含量均可增强草莓香气感知，其中蔗糖的作用效果显著高于柠檬酸。相比于氯化钠，蔗糖对焦甜和甜香的香气感知增强作用更为显著。根据味觉和嗅觉间的跨模交互作用，当香气特征与味觉一致时香气物质可补偿滋味感知，具有咸香特征的化合物如二甲基二硫、二甲基三硫、2,5-二甲基吡嗪可增强咸味感知；具有香草、水果香和樱桃香特征的化合物如香兰素、2-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯可增加口香糖和糖溶液的甜味感知强度，其中香兰素的增甜效果最佳。

食品的质构也是一种感官特性，是影响人们享受和偏好食物的重要因素。在口腔加工过程中食品的质构和香气感知之间存在交互作用。目前已进行了多种食物模型研究，包括不同质构特性食品对后鼻腔香气感知的影响。凝胶模型表明，软凝胶比硬凝胶能释放更多的香气，且释放速度更快。Pu Dandan等证实了面包微观结构决定了口腔加工行为进而影响香气感知，即食物颗粒大小也会影响口腔加工过程中芳香化合物的释放速度。Raithore等发现，平均粒径为57 μm的口香糖在口腔加工过程中的香气释放率高于246 μm的口香糖。对于液体和半固体食品，界面传质直接影响香气释放，不同的释放动力学受到水溶液性质的影响。Bonneau等报告称，咀嚼块状新鲜芒果的香气释放量大于芒果浆，并阐明黏度较高的芒果果肉不利于香气的快速释放。因为黏度增加抑制香气释放，即扩散与黏度成反比。唾液的缓冲能力以及唾液中的脂肪酶使得乳状液的成分和结构在口腔加工过程中发生了显著变化，导致不同的香气释放动力学和感知强度。Benjamin等报告称，微米或亚微米级的液滴大小具有快速的香气转移动力学，这与van Ruth等的结论不同，后者报告了具有较大界面面积的较小液滴会减缓香气释放，并降低气液分配系数。这些结果说明乳状液的多种性质对香气释放存在多角度的影响，还需进一步研究。

3.2 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。How等证实，具有较小颗粒的大米在口腔加工过程中有较高的香气释放速率。Genovese等证实，更长咀嚼时间的半/固体食物和多次啜饮的液体食物可以提高食物口腔加工的效率，并促进香气释放以增强香气感知。咀嚼频率越高，颗粒尺寸越小，接触面越大，会促使更多的芳香化合物释放到后鼻腔中。口腔咀嚼时间越长，香气化合物在口腔中的传播时间就越长，从而产生更高强度的香气感知。

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。Doyennette等通过建模方法研究了口腔加工过程中不同浓度葡萄糖溶液中2,3-丁二酮的释放，体内实验证实经唾液稀释后香气的保留率为10%。香气感知与唾液成分的复杂性和多变性有重要关系，目前在唾液中鉴定到的蛋白质超过3 000多种，这些蛋白质中的大多数是具有催化能力（氧化、还原、水解等）或结合能力（非共价或共价结合）的酶，从而影响香气释放和感知。María等研究发现酯类可被唾液中的酯酶水解形成相应的醇。硫醇类和醛类分别容易被氧化（过氧化物酶）和还原（脱氢酶和醛还原酶）。Muñoz-González等报道了唾液的抗氧化能力与鼻后香气感知之间的负相关性。Piombino等证实了肥胖人群唾液的抗氧化能力较强，抑制了葡萄酒中18%～60%香气化合物在口腔中的释放，从而降低了葡萄酒香气的感知。在品尝橄榄油过程中唾液中的富酪蛋白与多酚组分发生结合沉降，改变了唾液-食品体系基质进而抑制香气释放和感知。

香气化合物在食物团吞咽后迅速消散，其香气保留时间（余香）决定了食物的感官品质，即余味越浓、时间越长、品质越高。口腔黏膜是影响食品口腔加工过程中香气保留的关键，口腔上皮表面的黏蛋白与香气成分的结合以及上皮细胞对香气化合物的代谢对香气持久性有重要影响。Ployon等采用体内实验研究了口腔和咽部黏膜对香气的保留规律，发现香气化合物可以以非共价键方式结合在口腔黏膜表面并逐渐释放到口腔中，进而改变香气的释放和感知。Muñoz-González等采用质子转移反应质谱仪（proton transfer reaction-mass spectrometry，PTR-MS）结合口腔上皮细胞模型探索其对气味物质的代谢发现，黏蛋白可以改变上皮细胞的表面性质，影响表面的结合位点并改变香气成分的分配，以及在口腔加工过程中发生代谢或降解。为解决香气保留时间过短的问题，Dinu等开发了生物聚合物普鲁兰多糖可与口腔黏膜结合，并通过唾液-淀粉酶实现了香气感知的控释，解析香气与口腔黏膜结合并释放到口腔中的机制是改善后鼻腔香气感知的有效策略。

3.3 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。Yao Fangshu等采用鼻压力计和单侧气流控制对比分析了不同流速和两侧鼻孔的鼻腔气流差异对香气感知的影响，证实了鼻气流增加可增强嗅觉感知浓度增强感知强度，单侧呈现的气味的感知强度会随着对侧鼻腔气流的量而降低，也证实气流引起的机械振动参与了中枢神经系统的调节并促进了香气感知。

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（computational fluid dynamics，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（computed tomography，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阴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。

图2 模拟呼吸过程中后鼻腔气流分析结果[4]Fig. 2 Simulation analysis results of retronasal airflow during breathing[4]

在被转移到嗅觉上皮之前，香气分子会溶解到鼻腔的黏液中，随后经香气结合蛋白运载与嗅觉受体进行结合，从而实现化学信号和电信号的转导。鼻腔黏膜层中含有的多种蛋白质，如香气结合蛋白、细胞色素P450、酯酶、羧基酯酶、还原酶和氧化酶等，是调节嗅球对气味选择性的关键因素之一。Ijichi等采用PTR-MS监测到小鼠嗅觉上皮黏液能够在短时间内将2-糠基硫醇甲基化为糠基甲基硫醚，将己醛还原成己醇，将乙酸苄酯水解成苯甲醇，以上结果证实了鼻腔黏膜中存在具有催化功能的酶类，且催化速率足以影响嗅觉感觉神经元对香气的识别。此外，Asakawa等还证实细胞色素P450 1A2酶通过将苯乙酮转化为水杨酸甲酯来影响或激活嗅觉受体对苯乙酮的反应。Nagashima等发现添加酶抑制剂处理后的小鼠不能辨别气味剂，进一步证实了鼻腔黏膜中酶的存在及其对嗅觉的重要影响。

4 后鼻腔香气分析方法

4.1 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（gas chromatographymass spectrometry，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（gas chromatography-ion mobility spectrometry，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（selected ion flow tube-mass spectrometry，SIFT-MS）和大气压化学电离质谱仪（atmospheric pressure chemical ionization-mass spectrometry，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。

图3 后鼻腔香气感知分析方法[34,70-71]Fig. 3 Analytical methods of retronasal aroma perception[34,70-71]

4.2 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。

在线分析仪器均采用破坏性较小的软电离模式，目标分析物电离后的碎片程度最小，且通常具备完整的分子。在线分析仪器的主要差异在于离子源、分离部件以及检测器的结构与组成：1）质子化反应。目标香气化合物与氢离子试剂发生离子碰撞，形成离子化的目标分子以提高分离和鉴定的效果（图4A～C）。SIFT-MS、PTR-MS和APCI-MS的离子源和相应的试剂离子分别是电晕放电电源（HO、NO和O）、空心阴极放电电源（HO、NO和O

）和微波放电电源（(HO)H）。其中，HO是最受欢迎的试剂离子；2）分析物电离。电离化的目标分子在外加电场的作用下沿漂移管漂移，其中SIFT-MS中配备的是快速漂移管，PTR-MS中配备是的流动漂移管，而APCI-MS中无漂移管；3）化合物检测。目标分子经过滤后由四极杆质谱仪或飞行时间质谱仪进行分析。由于进样口无色谱分离能力，PTR-MS配备快速GC分离系统可在短时间内快速升温至1 000 ℃（5～20 ℃/s），实现同分异构体的高效分离和屏蔽乙醇干扰。GC-IMS仪器的原理与在线分析仪器不同（图4D），目标挥发物经六通阀注入后先经GC分离（恒定温度30～80 ℃；调整载气流速0～150 mL/min），随后经Ni或氚（300～500 MBq）电离后在漂移管中进行二次分离。离子在电场作用下被加速向法拉第板（检测器）移动，在离子向检测器漂移的过程中由于与漂移气体分子碰撞的减速和电场的加速之间的平衡，离子以恒定的速度移动。

图4 用于食品口腔加工过程中分析仪器种类及其原理示意图Fig. 4 Schematic representation of analytical instruments for food oral processing

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（time-intensity，TI）、动态定量描述分析法（dynamic quantitative descriptive analysis，D-QDA）、动态主导属性测试法（temporal dominance of sensations，TDS）和动态选择合适词汇分析法（temporal check-all-that-apply，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。

Pu Dandan等结合TDS和D-QDA两种方法全面阐述了面包口腔加工过程中的香气感知，发现这两种评价方法都能鉴定出后鼻腔感知主要香气特征的变化，即面粉香、发酵香和酸香占据主导性并对面包香气感知有重要贡献，而奶油香、甜香和烤香在面包咀嚼过程中变化最显著。在实际应用中可根据实验目的和需求进行组合，如采用TDS或TCATA分析获取最关键的香气特征，随后采用TI获取口腔加工过程中的强度变化，不仅能够获取多维度变化信息，还可明确其具体感知强度变化。

6 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。