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科技进展行业信息科技进展政策法规食品安全域外信息供应商推荐公开信息相关新闻年会会员洽洽百事来伊份三只松鼠拜发中国数字科技馆雅培食品伙伴网科技进展 北京工商大学孙金沅教授等 | 酯类化合物的嗅觉-味觉跨模态机制解析 2026-08-04 新闻 浏览人次：0 次目的：饮料酒的风味感知是一个多感官信息跨模态整合的复杂生理过程，其中嗅觉与味觉通路的交互作用尤为关键。

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目的：

饮料酒的风味感知是一个多感官信息跨模态整合的复杂生理过程，其中嗅觉与味觉通路的交互作用尤为关键。酯类化合物作为饮料酒中一类重要的风味活性物质，普遍呈现典型果香与花香，对酒的香气品质贡献显著。然而，其在酒液入口后能否通过嗅觉通路反向调节味觉感知、这种跨模态效应的强度如何随结构变化，以及背后的分子机制为何，尚缺乏系统性的量化研究。现有相关研究多聚焦于单一或少数几种酯类，且测试基质不统一（如水、不同浓度乙醇或真实酒液），导致结果难以横向比较。本研究旨在以40%乙醇水溶液为统一基质，系统探究30种饮料酒关键酯类化合物的嗅觉对味觉跨模态增强作用，并揭示该效应与分子结构、理化性质及嗅觉受体结合能之间的构效关系，为饮料酒风味设计提供跨模态调控的理论依据。

方法：

选取30种在结构上具有代表性的饮料酒关键酯类化合物作为研究对象，涵盖直链饱和乙酯（C4~C18）、直链不饱和乙酯、支链乙酯、苯环类酯、乳酸酯类、二元酸酯及其他直链酯等多种类型。所有化合物均溶于40%体积分数的乙醇水溶液，该浓度兼具白酒典型酒精度及与文献数据可比性。感官评价依据国家标准《白酒感官品评导则》（GB/T 33404—2016）和《白酒风味物质阈值测定导则》（GB/T 33406—2016），采用十杯法进行。经筛选与培训，组建由14名（7男7女）评价员组成的感官小组。每位评价员需在两种感知状态下测定味觉阈值：一是佩戴鼻夹以物理方式阻断嗅觉通路的“嗅觉阻断状态”；二是不施加任何干预的“正常感知状态”。所有样品随机编码，重复评价3次，测试在恒温恒湿无干扰气味的感官分析室中进行。通过计算“嗅觉阻断阈值/正常嗅觉阈值”获得各酯的跨模态味觉增强倍数。为解析分子机制，采用分子对接技术模拟30种酯类与嗅觉受体OR51E2的结合构象与结合能。配体结构经ChemDraw和Chem3D（MM2力场）优化，受体三维结构从蛋白质数据库（PDB）获取，使用AutoDock软件进行半柔性对接。此外，通过EPIWEB 4.1软件查询或估算化合物的LogP值、水溶性、蒸汽压、亨利常数等理化参数。最后，运用Spearman相关分析，将增强倍数与碳链长度、结合能、亨利常数等变量进行关联，以甄别核心驱动因素。

结果：

30种酯在40%乙醇水溶液中均表现出大于1.0的跨模态味觉增强倍数（1.03~8.50），证实嗅觉对味觉的普遍增强作用，即阻断嗅觉后需更高浓度才能感知到相同味觉刺激。然而，增强倍数在不同结构间分化显著，跨度从1.03（丁二酸二乙酯）至8.50（己酸乙酯），呈现出清晰的结构依赖性规律。

（1）碳链长度效应：直链饱和乙酯（C4~C18）的增强倍数随碳链增长呈先升后降的单峰分布，峰值集中于C6~C10区间。其中己酸乙酯（C8）和辛酸乙酯（C10）分别高达8.50和7.29，显著高于短链C4（丁酸乙酯，5.00）、C5（戊酸乙酯，5.11）以及长链C12（十二酸乙酯，3.48）、C14（棕榈酸乙酯，1.83）同系物（P < 0.05）。C6~C10区间内，庚酸乙酯（6.13）、壬酸乙酯（4.82）、癸酸乙酯（4.31）同样表现优异，而超出此范围后增强倍数迅速衰减。这一分布模式表明，碳链过长或过短均不利于跨模态增强效应的发挥，C6~C10为最优碳链长度区间。

图1 直链饱和乙酯碳链长度与味觉阈值及跨模态增强倍数的关系

Fig.1 Relationship of carbon chain length of straight-chain saturated ethyl esters with taste thresholds and cross-modal enhancement multiple

（2）支链与官能团修饰效应：结构“增繁”会显著削弱增强功能。支链乙酯中，异丁酸乙酯（支链C4）增强倍数为3.38，显著低于其直链同系物丁酸乙酯（5.00）；2-甲基丁酸乙酯（3.05）和3-甲基丁酸乙酯（3.10）均显著低于戊酸乙酯（5.11）（P < 0.05）。甲基支链的引入可能产生空间位阻，阻碍配体与受体疏水口袋的诱导契合。

苯环类酯（苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯丙酸乙酯）增强倍数均低于2.2（1.13~1.33），显著低于中链直链乙酯（P < 0.05）。苯环的刚性平面结构无法像柔性烷基链那样嵌入OR51E2狭长的线性结合腔，导致跨模态协同效应微弱。

乳酸酯类（乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸异戊酯）增强倍数均接近1.0（1.05~1.07），几乎完全丧失增强效应。羟基的强极性显著降低了酯的疏水性，使其难以从水相基质中有效分配到疏水的嗅觉受体结合位点。这一结果与LogP值的极端变化（乳酸甲酯-0.67，乳酸乙酯-0.18）吻合。

二元酸酯（丁二酸二乙酯）增强倍数为1.03，为所有受测酯中最低。非乙基直链酯（乙酸戊酯、乙酸己酯、丁酸己酯、己酸己酯、己酸丙酯、己酸戊酯）增强倍数居中（2.37~3.78），虽优于支链及环状结构，但未能超越直链饱和乙酯的最优区间，表明乙酯基团对高效跨模态增强具有特殊贡献。

（3）味觉阈值与增强倍数的关系：值得注意的现象是，味觉阈值的高低并非决定跨模态增强效应的唯一因素。以丁酸乙酯（C6）为例，其嗅觉阻断阈值高达416.62 μg/L，但在正常感知状态下，嗅觉的参与将其阈值显著降低至83.32 μg/L，增强倍数达5.00。相比之下，癸酸乙酯（C12）和十二酸乙酯（C14）本身的味觉阈值极低（分别为9.00和2.49 μg/L），但增强倍数仅4.31和3.48。这提示嗅觉对味觉的放大作用存在独立于基础味觉敏感度的结构依赖性，某些结构特征使化合物更易被嗅觉系统捕获并转化为味觉增强信号。

表1 嗅觉正常与嗅觉阻断2种感知状态下30种酯在40%体积分数乙醇溶液中的味觉阈值及其增强倍数

Table 1 Taste thresholds and enhancement multiple of 30 esters in 40% aqueous ethanol solution under two perceptual conditions (normal olfaction v.s. olfactory blockade)

（4）理化性质关联：Spearman相关分析显示，增强倍数与OR51E2结合能呈显著负相关（*r* = -0.663，P < 0.0001），与亨利常数（反映挥发性）也呈强负相关（*r* = -0.700，P < 0.0001）。亨利常数越小，化合物越易从液相逸出进入气相，从而高效抵达嗅觉上皮并激活嗅觉受体。己酸乙酯和辛酸乙酯既是对OR51E2结合最强的化合物之一（结合能分别为-22.30和-22.47 kJ/mol），也是实测增强倍数最高的化合物，有力验证了该受体通路的关键作用。增强倍数与LogP值（*r* = 0.207，P = 0.148）及水溶性（*r* = -0.278，P = 0.077）的相关性未达显著水平，表明单纯的疏水性并非决定性因素。

表2 30种酯类化合物的理化性质

Table 2 Physicochemical properties of 30 ester compounds

图3 增强倍数与各变量的Spearman相关系数

Fig.3 Spearman correlation coefficients between the taste enhancement multiple and each variable

注：*. P≤0.05，**. P≤0.01，***. P≤0.001，****. P≤0.0001。

（5）分子对接特征：为深入解析结构-活性关系的分子基础，对30种酯与OR51E2进行了分子对接。苯环类酯与OR51E2的结合能普遍最低（-28.24 ~ -25.90 kJ/mol），亲和力最强，主要源于其与受体口袋中Trp107、Phe105等芳香族残基形成稳定的π-π堆积作用。然而，其增强倍数并不高（≤1.33），表明高亲和力并不等同于高效跨模态增强，可能因其刚性平面结构无法有效触发受体构象变化或下游信号级联。

直链中链乙酯（C6~C10）的结合能适中（-22.47 ~ -20.75 kJ/mol），其柔性烷基链能较好地适配OR51E2的疏水线性结合腔，主要依靠疏水相互作用。结合能与增强倍数之间在该区间内呈现良好对应关系：己酸乙酯（-22.30 kJ/mol，8.50倍）、庚酸乙酯（-21.93 kJ/mol，6.13倍）、辛酸乙酯（-22.47 kJ/mol，7.29倍）。适度亲和力与高效信号转导之间的最优平衡，可能是中链直链乙酯表现突出的原因。

短链及乳酸酯结合能较高（-19.46 ~ -16.23 kJ/mol），亲和力弱，与增强倍数低下一致。乳酸乙酯虽形成多达8个氢键（结合能-20.12 kJ/mol），但增强倍数仅1.06，说明氢键网络对跨模态增强的贡献远不及适宜的疏水相互作用。

值得注意的是，丁二酸二乙酯虽结合能较低（-24.31 kJ/mol），得益于双酯基形成的8个氢键，但其增强倍数仅1.03，为所有化合物中最低。这进一步说明多靶点强结合并不直接等同于嗅觉-味觉跨模态增强，嗅觉受体特异性激活才是驱动该效应的核心。

表3 配体-嗅觉受体OR51E2相互作用分析

Table 3 Analysis of ligand-olfactory receptor OR51E2 interactions

（6）多受体比较：为评估酯类识别的特异性，进一步计算了与苦味受体T2R14、鲜味受体T1R2/T1R3及钙敏感受体CaSR的结合能。热图分析表明，OR51E2和T2R14对酯类的平均亲和力（分别为-22.26 kJ/mol和-21.67 kJ/mol）高于T1R2/T1R3（-20.29 kJ/mol），嗅觉受体对酯类识别更为敏感。苯丙酸乙酯和乙酸苯乙酯对四种受体均表现强结合（平均结合能< -26.78 kJ/mol），提示其可能具有多靶点协同作用，但该特性并未转化为最高的跨模态味觉增强，再次印证了嗅觉受体通路的特异性激活是嗅觉-味觉跨模态增强效应的核心机制。

结论：

本研究系统阐明了酯类化合物在40%乙醇水溶液中嗅觉-味觉跨模态增强效应的结构基础与分子机制。核心发现可归纳为：直链、饱和、中链（C6~C10）乙酯结构是发挥高效跨模态味觉增强作用的“优势骨架”，其中己酸乙酯（C8）和辛酸乙酯（C10）效应最强（8.50，7.29倍）。偏离此骨架的结构改变——支链化（降至直链同系物的60%~70%）、引入刚性苯环（降至2.2以下）、引入羟基（接近1.0）——均不同程度削弱该效应。

该效应的强度并非由单纯理化性质（如疏水性）或单一受体亲和力决定，而是由化合物与嗅觉受体OR51E2的亲和力（*r* = -0.663）及化合物自身挥发性（亨利常数，*r* = -0.700）两大因素协同调控。挥发性保证了化合物能有效从液相逸出并抵达嗅觉上皮，适度的受体亲和力（对应C6~C10的适中结合能区间）则确保高效激活嗅觉信号通路而不致产生信号饱和或脱敏。适当的碳链长度（C6~C10）既能提供足够的疏水相互作用以契合OR51E2的线性疏水结合腔，又不至于因分子过大而降低挥发性或产生空间位阻。支链、羟基、刚性苯环等结构修饰因改变分子形状、极性或柔性，破坏了与嗅觉受体的最优契合模式，从而显著削弱增强效应。本研究从分子层面揭示了酯类化合物通过嗅觉通路增强味觉感知的结构基础，为理解酒精饮料中酯类物质的跨模态风味贡献提供了关键的量化数据与理论框架。

上述发现对酒精饮料及食品风味设计具有直接参考价值：在开发味觉增强型风味剂或进行配方优化时，宜优先选用直链中链饱和乙酯（如己酸乙酯、辛酸乙酯）以最大化嗅觉对味觉的正向调制；对于含苯环或支链结构的酯类，尽管其跨模态增强效应较弱，但其对香气复杂性和口感层次具有独特贡献，应综合权衡其香气活性与味觉调节功能，不宜仅依据单一指标进行取舍。

原文链接：https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=gvg-iIm8s3NPBkXDJfNxPDnWuNBJ-R9WgS1_xw8XwQ5OMOvtxt0M5yyaE7wqgDS2PnWMlHd-hSu8nMZ0tg2YCfMyUc12JPu-wErWThrIsvGDiuFMwzA65-RVAO6AquJ4i2btZkOnM4hGxNqBH_iDQo5-Eoc0noJIJuhCh4nU94-bwX6_v-xwgA==&uniplatform=NZKPT&language=CHS