谷物作为全球膳食结构的核心组分，在粮食市场中占据主导地位，其消费量呈现逐年增长的趋势，其中2025年度世界谷物消费量预计达到28.62亿 t，比2024年增加了2 000万 t。谷物能够为人体提供碳水化合物、蛋白质等必需营养素，其风味品质也是影响谷物产品市场竞争力的关键因素。随着消费者对清洁标签和功能化风味需求的不断提升，如何通过加工技术对谷物特征风味物质进行定向精准解析已成为当前的研究热点。在加工层面，谷物风味的形成受到物理作用、微生物代谢等复杂途径的影响，进而影响风味物质的释放和转化。已有研究明确了不同加工技术对醛类、醇类、杂环化合物等特征风味物质的生成规律；如物理碾磨技术通过破坏谷物的组织结构，释放出醛类、醇类、酯类、还原糖和氨基酸等风味物质，赋予谷物产品甜香和水果香气，并增强鲜味和甜味；热加工技术，如烘焙、挤压膨化、蒸煮则是在高温高压条件下发生美拉德反应、焦糖化反应和脂质氧化，通过与蛋白质、淀粉、脂质等前体物质发生化学反应，从而影响谷物风味，烘焙生成呋喃等焦糖风味，挤压膨化产生吡嗪等增添烤香、坚果香及甜鲜风味，蒸煮促进醛类等焦香、果香等复杂风味形成；生物技术，如发酵通过激活蛋白质、淀粉、脂质等风味前体物质的化学反应网络，生成不同的风味成分，可将风味前体物质分解为酯类、醛类、醇类和有机酸等风味成分，产生果香、花香等风味特征；酶解则主要生成醛类、酮类、酯类、有机酸、氨基酸等风味物质，从而提高鲜味和酸味，并释放坚果风味。
综上所述，加工方式不仅能够改变谷物的质地和营养成分，而且能够通过调控风味前体物质的化学反应途径，赋予谷物风味多样性和复杂性。然而现有的研究只聚焦单一加工技术对风味的影响，缺乏多种加工技术的系统整合，且未建立不同加工条件下“加工参数-前体转化-风味形成”的关联，在风味分析检测技术中，忽略了挥发性与非挥发性风味物质的协同作用，难以全面对风味进行定向调控。哈尔滨商业大学食品工程学院的陈嫣、王冰*和张娜*等人从“加工技术-特征风味物质-前体物质-检测技术”多维视角出发，系统梳理风味生成的关键路径与检测技术，旨在为谷物加工领域的风味优化、产品创新及品质控制提供解决方案，满足消费者对多元风味的需求、提升产品市场竞争力，促进谷物产业可持续发展。
碾磨通过物理作用破坏谷物组织结构，引起化学键断裂和化学基团变化，进而通过脂质氧化和酶促反应途径影响风味物质的生成与释放。在这一过程中，淀粉分子糖苷键断裂，支链淀粉因无定形结构更易降解，使得原本被吸附包埋的风味物质脱离并释放；蛋白质的二硫键与游离巯基相互转化，二级结构中的氢键、β-折叠含量增多，导致疏水位点暴露，影响对风味物质的结合和释放；同时，脂质与氧气的接触面积增大，进而加快了不饱和脂肪酸双键氧化，生成己醛（青草味）和壬醛（柑橘味）等挥发性物质。且碾磨破坏了谷物糠层的细胞结构，使内源性脂肪氧化酶、淀粉酶等酶类与底物充分接触发生酶促反应，脂肪酶与脂质作用产生甘油和游离脂肪酸，多不饱和脂肪酸在脂氧合酶的作用下生成氢过氧化物，进一步降解生成多种风味物质，淀粉酶水解产生还原糖也会影响风味前体物质。
在谷物碾磨环节，其最终呈现的风味组成会随碾磨程度而产生明显差异。在茉莉香米研究中，当碾磨率为2%～4%的低精米，谷物中的挥发性风味物质保留更充分，其中3-戊烯-2-醇（青草气味）是低碾磨谷物中含量最高的风味物质，而随着碾磨率增加到11%～13%（高精米）时，去除了糠层、胚芽和富含各种营养物质的部分胚乳，导致酶失活或底物减少，抑制反应的进行，挥发性风味物质和氨基酸的含量呈下降趋势，风味强度减弱甚至产生不良风味。对于小麦碾磨，不同的碾磨方式对风味的影响也存在区别。采用石磨碾磨，其作用强度更温和，对小麦细胞结构破坏程度小，能够减少风味物质的加工损失；而辊磨作用强度大，风味的保留效果逊于石磨。此外，谷物原料的水分含量同样会影响碾磨中的风味形成，水分含量的差异会影响谷物内部的美拉德反应速率，同时影响反应产物的种类；同时，谷物中的原料成分、碳水化合物的结构和含量、蛋白质的种类以及脂肪含量等，在碾磨过程中会通过不同的化学反应路径生成醛、酮、酸等挥发性物质，进一步塑造了谷物碾磨后的独特风味特征。
微生物代谢是导致发酵过程中风味物质产生的主要因素。其分泌的糖苷酶能够催化糖苷键断裂，释放出具有水果香气等的挥发性风味成分；蛋白酶水解肽键产生的短肽和氨基酸为风味合成提供底物。谷物中的大分子物质在内源酶和外源酶的作用下降解为小分子，会选择性地进入微生物糖酵解（EMP）、磷酸戊糖（PPP）、恩特纳-杜多罗夫（ED）以及三羧酸（TCA）循环等途径。其中葡萄糖可直接进入EMP途径转化为丙酮酸，进而产生乳酸、乙醇和乙酸，也可以通过HMP和ED途径重新进入EMP途径，生成呋喃类、吡嗪类等风味物质。丙氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸等氨基酸可以转化为丙酮酸，直接脱羧形成乙醛、乙醇或乙酸，或通过丙酮酸脱氢酶生成乙酰辅酶A，也可由产生丙酮酸羧化酶的微生物转化为草酰乙酸，两者结合进入TCA循环，生成柠檬酸、琥珀酸、苹果酸等有机酸，带来酸味。
不同的微生物也会产生风味差异，酵母的代谢产物如酯类、醇类等挥发性物质直接影响啤酒的风味；曲霉菌属影响有机酸、游离氨基酸和关键挥发性物质（酯类和醇类）的含量；酵母菌和霉菌以生成酯类和醇类为主，能够提升香气复杂度；乳酸菌和醋酸菌主要生成有机酸，增加了谷物的酸味。通过选择不同微生物可实现对风味的调控，如追求酒香和果香时可以选择酵母菌，而强调酸鲜口感时乳酸菌则更具优势。
烘焙过程中，谷物制品的风味是由美拉德反应、脂质氧化、糖降解及氨基酸代谢等多种过程共同形成的。在美拉德反应中，游离氨基酸的氨基会与还原糖的羰基进行亲核加成并缩合，生成不稳定的Schiff碱（C＝N双键），Schiff碱在不同pH值条件下会发生不同的重排，在酸性或中性环境中水解形成醛糖胺，在碱性环境中形成酮糖胺。随后，糖链脱水，氨基酸脱羧、脱氨以及C—C键和C—O键断裂，生成醛类、酮类、吡嗪类等挥发性风味物质，Schiff碱也可以通过环化作用重排形成N-取代糖基胺，并发生Amadori重排，生成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖。后者经C—C键、C—O键断裂脱水，生成羟甲基糠醛等风味物质，是美拉德反应初级阶段关键中间体，是后续风味形成的重要前体。美拉德反应的终产物类黑素赋予烘烤的食品焦苦风味，并与有机酸协同作用，共同调节整体的酸甜平衡。糖类在焦糖化过程中产成呋喃、羟甲基糠醛等物质，赋予独特的焦糖风味，其中2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和2-乙基-6-甲基吡嗪等挥发性物质对焦糖风味的影响尤为显著。通过添加糖分，会带来焦糖、烤香、坚果香等风味，与其他风味成分相互作用，调节风味平衡；蛋白质的热变性与淀粉的糊化，通过形成面筋网络与淀粉颗粒吸水膨胀，间接影响风味物质的吸附与释放，面筋的网状结构在一定程度上阻碍挥发性醛、酮的释放，而糊化淀粉的亲水特性延长了有机酸和氨基酸的保留时间，从而形成持久的味觉风味。脂质氧化方面，谷物本身的不饱和脂肪酸双键断裂产生己醛、(E)-2-壬烯醛等成分，带来青草香和脂肪香气；同时，外部添加油脂也会发生氧化分解生成醛、酮等风味物质，另外不同种类的油脂具有独特的风味，如黄油浓郁的奶香风味、橄榄油果香风味。
挤压膨化过程中，淀粉晶体结构被破环，分子间氢键断裂，糖苷键发生部分降解，导致淀粉糊化并形成黏连的片状结构。同时，蛋白质的二级结构发生转变，α-螺旋和β-转角转化为β-折叠，肽键断裂，氢键和二硫键发生重排，最终形成大分子聚合物。不饱和脂肪酸中的碳碳双键（C＝C）易氧化生成过氧化物，进而分解为醛、酮、酸等挥发性风味物质。在减压膨化过程中，物料的水分迅速蒸发，体积增大，形成多孔的松散结构，从而增加了比表面积，有利于挥发性物质的释放，增强谷物的整体风味。在挤压膨化过程中，在筒体III区温度64 ℃、螺杆转速180 r/min、原料含水率18%的条件下挤压膨化玉米粉，羰基化合物（C＝O）和氨基化合物（—NH2）相互作用形成Schiff碱（C＝N），转化为糠醛及其衍生物、吡嗪类、吡咯类等杂环风味物质，同时蛋白质变性形成大分子聚合物能够通过疏水相互作用和氢键吸附小分子风味物质，释放出鲜味和甜味氨基酸，并降低苦味氨基酸的含量，增强风味的持久性，进一步提升产品的感官品质。另一方面，在高温和剪切力的影响下，过氧化物不稳定，分解产生的自由基引发链式反应，导致脂肪酸链断裂，生成小分子的醛、酮、酸等风味物质。
谷物在热加工过程中，淀粉颗粒由有序结构转变为无序结构，分子间氢键断裂，α-1,4-糖苷键水解生成小分子糊精，为美拉德反应提供中间物质。在湿热环境下，谷物原料内的羰基化合物与氨基化合物生成醛类、酮类及杂环化合物，赋予食物焦香、坚果香等特征。肽类、氨基酸的含量变化对风味有显著影响，通常情况下，鲜味氨基酸的比例上升，同时苦味氨基酸含量减少，从而增加鲜味并减少苦味。淀粉、纤维素、半纤维素等多糖以及蛋白质、脂肪等成分，其分子结构中含有羟基，可以与水分子形成氢键，从而影响淀粉的糊化和蛋白质的变性，可以参与酯化、醚化等反应，赋予谷物水果香、花香。含硫基团分解产生硫化氢、甲硫醇等物质，虽然具有一定的特殊风味，但含量过高时会产生令人不悦的异味。在蒸煮初期，淀粉颗粒开始膨胀，在水分作用下部分氢键断裂，少量挥发性风味物质开始形成，但整体风味变化相对不明显。蒸煮中期是风味形成的关键阶段，淀粉颗粒从外围向内部逐渐糊化，体积增大，直链淀粉溢出，淀粉颗粒的原始结构逐渐被破坏并开始黏连，同时有小分子物质被释放出来，参与化学反应，为独特风味的形成奠定基础。蒸煮后期，淀粉发生老化，不易回生，影响风味的释放和口感。蛋白质变性和淀粉糊化共同形成稳定的胶体网络，通过氢键和疏水作用吸附挥发性风味物质，延缓其释放，从而增强风味持久性。蒸煮过程中还会导致膳食纤维与酚类物质结构改变，虽然这些物质本身不直接挥发，但通过影响口腔触感和味觉受体交互作用，塑造醇厚、绵密的口感基调，矿物质与有机酸的溶出可调节酸碱度，是影响风味感知的间接因素。
酶解通过酶降解原料中的大分子，为风味物质的形成奠定基础。不同种类的酶在谷物酶解过程中具有不同的作用特性。对于淀粉酶，α-淀粉酶只催化淀粉分子中的α-1,4-糖苷键，留下α-1,6-糖苷键的糊精；β-淀粉酶依次水解α-1,4-糖苷键，不能越过α-1,6-糖苷键，支链淀粉残留大量的β-极限糊精，直链淀粉全部水解成麦芽糖；糖化酶依次水解α-1,4-糖苷键，将葡萄糖单位逐个水解，生成的糊精、低聚糖和葡萄糖等小分子为风味物质的产生提供充足的底物。蛋白酶通过水解肽键，将蛋白质分解为多肽和氨基酸，疏水性氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸）残基与苦味肽的形成相关，亲水性氨基酸（谷氨酸、天冬氨酸）与鲜味肽的形成相关，可以作为重要的风味前体物质。脂肪酶能够催化谷物内部油脂的水解，生成的短链脂肪酸可直接作为风味成分，脂肪酸的内酯化反应、与醇类的酯化反应分别生成内酯和酯类等风味成分。酶分解所释放的游离氨基酸与还原糖发生美拉德反应，在初期生成Schiff碱和Amadori化合物。Amadori化合物热降解为α-双羰基化合物等中间体，引发糖降解和Strecker反应，生成呋喃类、吡嗪类、含硫化合物等挥发性风味物质。同时，酶解直接释放的游离氨基酸和小肽（＜1 000 Da）可激活味觉受体，产生鲜、甜、苦等味感。另一方面，大分子肽（＞1 000 Da）与糖类通过美拉德反应生成类黑素，虽然本身不具有挥发性，但可通过吸附苦味肽或增加体系黏度改善口感。酶解与发酵协同产生的有机酸降低pH值，增加酸味，并与氨基酸协同增强鲜味，共同构成非挥发性风味的味觉。
不同谷物因成分和结构的差异，在酶解过程中对风味的影响各不相同。小麦富含淀粉和蛋白质，酶解可以将长链淀粉分子断裂为短链糊精、低聚糖和葡萄糖，并将蛋白质水解为氨基酸和小肽等非挥发性风味物质，且小麦中存在酚类化合物，通常与细胞壁多糖或蛋白质通过酯键、氢键等方式连接，酶解可能破坏这些连接，释放酚类化合物。大米中的蛋白质被蛋白酶水解肽键生成少量的挥发性风味前体物质，如γ-谷维素等酯类物质，酯键水解释放出酸和醇类物质，具有清香气味。谷物加工通过改变挥发性风味成分和非挥发性风味成分的组成，赋予谷物多样化的口感和香味特点。图1为不同方式加工谷物产生的风味特点。
谷物的风味是挥发性物质与非挥发性成分共同作用的结果，两者通过嗅觉、味觉和口感的协同效应，形成了谷物的独特风味。
醛类化合物对谷物的风味有重要影响，具有独特的气味特征，赋予谷物特定的风味。脂质氧化、美拉德反应及Strecker降解是醛类化合物生成的主要机制。不饱和脂肪酸，如亚油酸和亚麻酸，在脂肪氧合酶的作用下，通过过氧化作用，生成醛类化合物，如己醛（青草香味）和反-2-己烯醛（绿叶香味）等醛类物质，这些化合物是新鲜谷物香气的关键来源，但过度的氧化可能导致酸败的不良风味。氨基酸与还原糖发生美拉德反应，经一系列重排和降解生成醛类；葡萄糖与赖氨酸反应生成糠醛，带来焦糖风味；脯氨酸与糖类发生反应形成具有爆米花香气的2-乙酰-1-吡咯啉前体。同时，氨基酸与α-二羰基化合物反应可以生成醛类和氨基酮，而脯氨酸和羟脯氨酸反应生成丙酮醛；苯丙氨酸降解生成苯乙醛（花香）。醛类化合物对风味的影响受浓度的调节。在低浓度条件下，赋予食品清新果香、花香或烤香，如己醛的青草香、辛醛的柑橘香、糠醛的焦糖和烤香；高浓度时会引发酸败、油脂氧化等问题，产生刺激性气味，如反-2-壬烯醛的“脂肪味”、反,反-2,4-癸二烯醛的“焦糊味”。3-甲基丁醛的果味和甜味、戊醛的杏仁味、己醛的草味和脂肪味等都是烘焙过程中形成的关键风味物质，增加了谷物的坚果风味、花香和果味。
醇类被认为是多元不饱和脂肪酸氧化的衍生物，通常来源于醛类进一步分解生成。作为谷物中关键挥发性风味物质，醇类对风味有显著的影响。通过脂质氧化、微生物发酵及美拉德反应，亚油酸氧化生成1-辛烯-3-醇（蘑菇味）和己醇（青草香），油酸氧化生成辛醇。酵母或乳酸菌在代谢氨基酸、糖类过程中生成多种醇类，亮氨酸通过脱氨作用生成3-甲基丁醇（麦芽香），糖类经酵母代谢产生乙醇，不仅能够提供酒香，还可与醛类反应生成酯类化合物。脯氨酸与葡萄糖反应生成具有甜香味的苯甲醇。而低浓度的1-辛烯-3-醇与己醛协同生成清新谷物香气、苯乙醇赋予食品玫瑰花香；高浓度的己醇会导致青草涩味，乙醇过度积累会产生酸败酒味，引发不良风味。总体而言，醇类物质的增加，会伴随着果实香气、油脂香气以及木香等复杂风味的形成。
酮类是谷物风味中的重要挥发性物质，与醛类、醇类、酯类等共同构成谷物复杂的风味图谱。酮类化合物主要通过脂质氧化、美拉德反应以及微生物代谢等途径生成。亚油酸氧化可以生成具有果香和微甜的2-庚酮以及带有泥土气息的3-辛烯-2-酮，而油酸氧化则会产生具有草本气息的6-甲基-5-庚烯-2-酮。丙氨酸与葡萄糖经过Strecker降解生成带有奶油香的2,3-丁二酮，同时，脯氨酸代谢的中间产物2-乙酰基-1-吡咯啉则具有典型爆米花风味，是酮类特征香气的关键物质。戊糖代谢可生成赋予奶油糖果香气的3-羟基-2-丁酮，而酵母能将丙酮酸转化为具有花香的2-戊酮。
在美拉德反应过程中，主要挥发性风味成分包括杂环化合物，如呋喃、吡嗪、噻吩、噻唑、吡咯、咪唑、吡啶等。酮类化合物则能作为重要的配体参与Strecker降解反应，促进这些杂环化合物的生成。苏氨酸和丝氨酸在高温条件下的热降解，主要生成吡嗪类杂环化合物，而谷氨酸和天冬氨酸脱氨反应生成的二羰基化合物与氨基化合物发生反应，生成吡嗪类风味物质，赖氨酸经热降解形成以吡啶和吡咯为主的杂环化合物，赋予食品烤肉和熟肉的香味。呋喃类化合物是杂环化合物中重要的类别，由脂质氧化和美拉德反应生成。在大米中，2-戊基呋喃是主要的烷基呋喃，低浓度时散发出典型的坚果香气，而在较高浓度下具有大豆香气特征，也是芳香、非芳香和黑米中的气味活性物质，贡献了花香、果香、坚果味、青草味、杏仁味、黄油味和豆腥味等多种风味。
氨基酸作为谷物中非挥发性物质风味的重要组成部分，虽然本身不具备挥发性香气，但能赋予谷物甜味、苦味、鲜味等风味特征，是风味形成的重要前体物质。鲜味是氨基酸赋予食物的重要味觉之一。鲜味氨基酸（谷氨酸）与味觉感受器受体T1R1/T1R3结合，激活G蛋白，Gα亚基与Gβγ亚基分离，Gα亚基进一步激活磷脂酶C，水解生成二酰基甘油，激活蛋白激酶C，最终导致味觉细胞去极化，产生神经冲动。在稻类中发现，由丙酮酸转氨酶催化丙氨酸、脯氨酸脱氢酶参与脯氨酸分解生成谷氨酸增添鲜味；苦味受体属于T2R家族，不同的苦味物质与不同的T2R受体结合，苦味信号通过面神经鼓索支和舌咽神经传导至脑干孤束核，再经丘脑投射到大脑皮层味觉中枢，产生苦味感知。在麦类中发现，亮氨酸和精氨酸会导致苦味，其含量可能因参与挥发性物质的生成以及Strecker降解而减少，能为谷物增加层次感，而过量会产生不良苦味，由于燕麦中的支链氨基酸平均含量高，具有更丰富的风味层次。氨基酸不仅有独特的风味，而且与糖类等发生美拉德反应对谷物风味整体产生影响。在烘焙麦类过程中，不同的氨基酸与糖类会产生不同的风味物质，葡萄糖与精氨酸生成烤坚果风味的吡嗪类化合物，果糖与赖氨酸产生焦糖风味，糖类与氨基酸发生美拉德反应，产生了多种挥发性香气成分，赋予了烘焙谷物独特的风味。
谷物中的糖类作为非挥发性风味的重要组成部分，赋予了其独特的甜味。葡萄糖、果糖等单糖直接赋予谷物天然的甜感，其含量水平直接影响口感的鲜甜平衡。人体甜味感觉由味蕾中的味觉感受细胞上味觉受体2（T1R2）和3（T1R3）形成的异源二聚体介导，引发受体构象的改变，导致细胞内钙离子浓度升高，引发神经递质的释放，将甜味信号初步传递至与之相连的感觉神经纤维。在麦类中，麦芽糖、蔗糖等双糖在烘焙过程中与氨基酸相互作用，发生美拉德反应，生成醛、酮、吡嗪类的挥发性风味物质，呈现出诱人的金黄色泽与焦糖化的香甜气息，从而赋予食物独特的烘焙香气。在稻类中发现，随着加工温度的升高，糖类热降解，单糖发生裂解，形成丙酮醛等低浓度的糠醛和呋喃风味物质，提供特殊的香味。糖类结构的不同是决定2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4(H)-吡喃酮、5-羟甲基糠醛等焦糖化反应产物生成的关键，进而影响最终的风味特征。
有机酸是谷物食品呈现酸味的关键成分，其解离释放的氢离子不仅能够直接传递酸味，还具有一定的增香作用，通过刺激味觉受体增强食欲。不同有机酸呈现出各异的风味特征：柠檬酸具有柔和爽口的酸味；苹果酸略显苦涩，乙酸的酸感刺激且短暂，能够促进食欲；乳酸的酸味圆润、后味绵长。舌头和腭上皮中酸味味觉细胞，能对酸味进行复杂检测，当有机酸在口腔环境中解离并释放质子后，质子通过酸味细胞特有的Zn2+传导通道进入细胞内，从而触发酸味感知信号的产生。随着有机酸的含量增加，醛类、酯类和醇类挥发性风味也增加。在发酵豆类中，酵母菌产生的乙醇与有机酸结合生成酯类化合物，进一步增强谷物食品的香气；醋酸菌的代谢产物乙酸与醇类发生酯化反应，进一步丰富发酵食品的风味层次。有机酸还能与谷物中的其他成分发生化学反应，从而改变整体风味。有机酸与氨基酸通过缩合反应生成具有特殊风味的肽类和氨基酸衍生物，不仅增加了谷物的风味复杂性，还有助于提高其营养价值。
味觉感知是人类最复杂的行为之一，它几乎与所有感官系统相互作用，尤其与嗅觉密切相关，通过嗅觉路径中气味的图像形成实现。嗅觉和味觉并非独立工作，嗅觉信号经鼻后通路可增强味觉感知强度。味觉和嗅觉信号在眶额皮层、岛叶皮层及前扣带回等脑区发生会聚。其中，眶额皮层侧前部对味觉-嗅觉混合刺激呈现出非线性响应，混合刺激引起的神经激活强度显著高于单一刺激之和，内侧前部与主观愉悦度及刺激协调性评分密切相关，岛叶皮层前部能同时响应单模态味觉和嗅觉刺激，是初级整合节点。当味觉与嗅觉刺激协同时，如蔗糖与草莓香气组合，大脑感知会产生超加性效应，混合刺激的愉悦度和强度评分高于单一刺激之和，不协调组合如谷氨酸钠与草莓香气可能引发抑制效应，且嗅觉-味觉信息融合能够显著提升风味预测精度。大脑将两者整合形成“风味”，而气味的熟悉度也会影响对味觉的评价，两者的交互作用受刺激物化学结构协调性、个体遗传及后天经验等因素影响，为食品风味优化、仿生传感技术及神经科学研究提供了关键理论支撑。
蛋白质是谷物的重要成分，对谷物风味形成具有极其重要的影响。在谷物加工过程中，蛋白质在高温环境下会与还原糖发生美拉德反应，生成吡嗪、呋喃、醛、酮等多种风味物质。美拉德反应的初期和中期是风味生成的关键阶段，如图2所示。蛋白质还可以通过结合或吸附风味物质影响风味释放。由于蛋白质具有复杂的化学结构，蛋白质-风味相互作用呈现多样性，包括不同的氨基酸侧链、末端及疏水口袋。挥发性风味物质能够通过多种非共价相互作用，如疏水相互作用、氢键、离子键、范德华力及静电相互作用，与蛋白质的非极性内部区域进行可逆结合，在蛋白质与风味物质结合和吸附过程中，非共价键起关键性作用，如醛-羰基，乳清或植物蛋白与羰基和醇类风味物质之间的分子相互作用，不仅导致羰基基团在风味分子结构中从内部向边缘迁移，还能促进己醛-蛋白质结合效率提升。β-乳球蛋白通过与醛类、硫醇和带有官能团的呋喃化合物形成共价键，导致Schiff碱、亲核共轭加成产物及二硫键的生成，从而引起食品风味特征的暂时变化，导致香气的衰败和食品保质期的缩短，而可逆结合可以减少加工过程中风味的损失，并在消费时重新释放风味成分；不可逆结合可以除去异味。在热加工早期，蛋白质会展开，暴露出更多的疏水位点，为结合位点的形成提供条件，从而促进风味物质的结合。在发酵的加工过程中，加入蛋白质-谷氨酰胺-γ-谷氨酰胺基转移酶，二硫键β-折叠构型、氢键含量增多，使得蛋白质构型发生更稳定的转变，影响与风味物质的结合能力和方式。
在长时间的高温条件下，糖类尤其是单糖在没有含氨基化合物的情况下，会发生焦糖化反应，如图3所示。淀粉与风味物质之间相互作用，一方面，淀粉在加工时，通过热处理或酶解产生的还原糖参与美拉德反应、焦糖化反应和热降解反应，从而影响风味物质的生成；另一方面，淀粉通过吸附、包埋在晶体中以及通过淀粉凝胶的控制释放等方式，影响风味释放。淀粉颗粒具有一定的表面积和孔隙结构，能够非共价地吸附挥发性风味物质，从而促进风味的释放。淀粉的晶体结构能够有效包埋风味物质，进而增强风味分子的稳定性。直链淀粉能够与风味物质形成复合物，由氢键稳定的左手单螺旋容纳客体分子，形成I型和II型的复合物。通常，直链淀粉的含量越高，与风味成分的结合能力越强；在高直链玉米淀粉中，由于复合物形成以及直链淀粉的作用，风味保留较为显著；蜡质玉米淀粉中风味保留相对较低，但芳樟醇和己酸乙酯的保留情况表明支链淀粉可能与风味物质存在相互作用。较长链的直链淀粉会形成紧密的网络结构，直链淀粉的链长越短，越容易与一些小分子的风味物质结合；环糊精是一种淀粉衍生物，其内部亲脂性空腔可通过疏水相互作用、范德华力和氢键与风味物质形成复合物，其中γ-环糊精在风味保留方面效果最佳。
谷物中的不饱和脂肪酸易发生氧化，分解为游离脂肪酸，而含羟基的脂肪酸经历脱水和环化形成脂类化合物，产生宜人的风味。如图4所示，不饱和脂肪风味物质的氧化过程是挥发性风味物质的重要来源，生成酮类、醛类等羰基化合物以及有机酸等风味物质，其中，醛类物质通常具有果香、花香等风味，酮类物质具有奶油、水果等气味。除了脂质氧化途径外，脂肪酸的α-氧化和β-氧化降解也是生成风味成分的关键过程，如图5所示。脂质为亲脂性，可能导致香气物质浓度降低，说明脂质的加入可能抑制了风味物质的释放，并且形成的淀粉-脂质复合物促进淀粉和低浓度挥发性风味物质的络合作用。进一步研究表明，在淀粉-脂肪-蛋白质三元体系中，蛋白质通过乳化作用增加脂质与淀粉的接触，促进复合物的形成。淀粉-脂质复合物能够提高体系的黏度，形成凝胶网络，通过物理截留作用延缓风味物质的释放；同时，复合物的疏水环境吸附疏水性风味物质，将其固定在基质中抑制释放；复合物的稳定性决定了风味的释放速度，稳定的复合物导致风味释放缓慢而持久，而不稳定复合物会因结构破坏从而导致风味损失。
在谷物的风味解析中，分析技术通过揭示风味物质的组成与形成机理机制而尤为重要。随着分析技术的不断发展，气相色谱-质谱（GC-MS）联用、液相色谱-质谱（LC-MS）、电子鼻、电子舌、分子感官组学及人工智能（AI）可以实现对挥发性和非挥发性风味成分分析。
GC-MS在风味物质的检测中被广泛应用。其原理是通过GC对复杂的挥发性成分进行分离，然后利用质谱仪对分离出的组分进行定性定量分析，以确定样品中挥发性风味物质的种类和含量，如醛类、酯类、萜烯类等化合物。样品需先在气相色谱仪中进行预处理和气化，色谱柱中不同吸附能力的吸附剂能够将目标混合物分离，待测气体和载气一起进入质谱仪，其中的离子源通过电子流产生离子，随后通过质量分析器进行分离，由总离子流检测器进行检测，最终获得包含不同信息的色谱峰。由于GC-MS的高灵敏度、双重定性和兼容性，在风味化学研究中具有广泛的应用价值。在香米风味的研究中，GC-MS被用来识别关键的风味物质，如赋予香米爆米花香味的2-乙酰-1-吡咯啉等萜烯类化合物；此外，顶空固相微萃取-GC-MS技术联合磷脂脂肪酸指纹图谱等方法，被用于对同批次酿造的4 种不同五粮液进行香气成分分析，识别出癸酸乙酯（（13.14±0.45）mg/L）、2-甲基-1-丙醇（（77.38±0.87）mg/L）、己酸（（1 238.90±34.69）mg/L）、反式-2-十一烯醛（（0.08±0.01）mg/L）等75 种不同的香气成分。
LC-MS通过利用复杂谷物样品中各组分在固定相和流动相之间分配系数的不同实现了有效分离，利用离子质荷比检测谷物中的非挥发性风味成分。结合了液相色谱高效的分离能力和质谱的高灵敏度、高选择性，LC-高分辨质谱技术因其出色的分离效果与定性定量性能，能够快速分析和检测目标及非目标化合物，成为目前非挥发性风味物质检测领域应用最广泛的技术之一，主要用于非靶向分析，采用全扫描方式、数据依赖采集和数据独立采集模式，利用XCMS算法提取出不同物质对应的峰，与已知化合物数据库进行比对鉴定化合物种类，提高实验效率和结果准确度。研究表明，基于非靶向LC-MS技术的化学指纹和消费者风味喜好度建模预测，感知苦味强度对风味喜好度具有显著的负面影响。进一步结合风味组学，风味劣变可能与松香酸（58.5～257.6 mg/kg）、12,13-二羟基-9Z-十八碳烯酸（5.31～26.56 mg/kg）和1-(9Z,12Z-十八碳二烯酰基)-sn-甘油-3-磷酸胆碱（376.5～701.1 mg/kg）3 种非挥发性风味物质导致苦味增强有关。
作为新兴的“绿色”检测技术，电子鼻和电子舌的结合能够使检测结果变得更加全面且准确。电子鼻能够模拟人类的嗅觉功能，是一种由多种特异性的电子化合传感器阵列和用于识别复杂气味的模式识别系统构成的设备，通过传感器感知气味信号，然后借助模式识别算法对这些气味信息进行处理。电子鼻在多个领域得到了广泛应用，如过程监测、评估新鲜度以及生产分析等。利用电子鼻检测大豆中的挥发性物质，结合风味分析和化学表征，确定挥发性物质的数量和质量。尽管电子鼻能快速感知谷物整体风味特征，但无法准确鉴定具体的挥发性成分种类。因此，通常将电子鼻与GC-MS结合，实现对谷物风味的全面分析。电子鼻用于对不同谷物或不同处理条件下谷物风味快速筛选，获得整体风味，利用GC-MS技术对挥发性风味成分进行定性定量分析，构建谷物风味指纹图谱。
电子舌是结合传感器阵列与模式识别技术的分析工具，通过测量液体样品中溶解化合物及呈味物质，生成输出模式，不同传感单元的选择性和灵敏度决定了输出模式，并与特定的味道相关联。基于离子选择性电极的电子舌，利用敏感膜（如脂质/聚合物膜）与样品中离子的静电相互作用或离子交换产生电位差，实现对不同风味的辨识，如SA401型电子舌采用8 根涂覆不同脂质膜的电极，通过膜电势变化区分酸、甜、苦、咸等基本味觉。研究表明，电子舌用于检测发酵小麦粉的鲜味、咸味，可以区分不同发酵阶段的面团，进而反映谷物滋味特性。电子舌主要用于检测溶液中的味觉物质，反映谷物滋味特征，为实现对谷物风味的全面评价，将电子舌与电子鼻联用，后者检测挥发性风味成分。针对发芽大麦的风味变化研究，结合电子鼻（挥发性风味物质的检测）和电子舌（苦味值、鲜味值等滋味指标测定）的技术手段，能够全面了解发芽大麦在不同阶段风味变化情况，为大麦加工产品的风味调控提供指导。两者结合有助于揭示谷物风味形成的机制，挥发性风味成分与特定滋味物质的相互作用，对谷物整体风味品质产生影响。
分子感官科学作为一种新型的研究方法，利用气相色谱-嗅觉测量法（GCO）、气味活度值、电子舌及风味重组与缺失实验等，从分子层面分析谷物挥发性和非挥发性风味成分。其中，香气提取物稀释分析（AEDA）是一种识别关键风味物质的重要方法，通过对香气提取物进行逐步稀释，获得各种化合物的风味稀释（FD）因子，FD因子越高，表明该化合物对整体香气的影响越显著。分子感官科学在茶叶、酒类、蔬菜、谷物中有广泛的应用。在小麦粉研究中，分子感官科学被用于模拟面粉的整体风味特征。在啤酒花研究中，溶剂辅助风味蒸发-气相色谱-嗅闻仪-质谱/香气提取稀释分析（SAFE-GC-OMS/AEDA）技术结合气味活度值计算和香气重组技术，能够识别并确定黑加仑香味的4-巯基-4-甲基戊烷-2-酮（0.41 μg/g）、青草香味的顺-3-己烯-1-醇（2.48 μg/g）等55 种挥发性风味物质的风味特点。分子感官科学与传统分析方法的结合，构建出科学、客观的风味评价体系，既突破了传统感官评价主观性强、重复性差的局限，又可以精准捕捉消费者对产品的喜好程度，为谷物产品研发、品质控制及差异化竞争提供数据支撑，有效推动谷物制品向高品质方向发展。
AI在食品检测领域具有广阔的应用前景。目前，AI风味检测广泛应用在酒类、茶叶、蔬菜等领域。然而，直接利用AI检测谷物风味物质的研究相对较少，利用AI处理风味数据并建立谷物风味物质预测模型正逐渐成为一种新兴趋势。通过GC-MS处理风味产生大量信息，AI中的机器学习算法能够有效处理和分析这些数据，帮助识别风味物质。将逻辑回归、多层感知器和支持向量机等机器学习算法应用于谷物风味类型的分类，通过训练分类模型，可以基于不同的风味特征数据，区分具有不同风味的谷物品种。同时，使用线性回归、决策树回归等算法，可以对谷物风味强度进行预测。收集并整理大量谷物风味物质的信息，包括化学结构、气味描述以及在不同谷物中的含量等数据，构建相关风味物质数据库，有利于根据特定谷物的特征风味，调配出相应风味比例混合物，从而模拟出该谷物风味。分析技术在谷物检测中的应用汇总于表2。
本文综述了不同的加工方式、挥发性与非挥发性风味成分对谷物风味的影响，以及蛋白质、淀粉、脂质等前体物质在风味形成中的关键作用。加工技术通过调控化学反应路径与微生物代谢活动，显著影响谷物的风味轮廓，而现代分析技术的发展为风味物质的精准解析提供了有力工具。在谷物风味物质领域飞速发展的同时，仍有一些问题有待解决：1）美拉德反应、脂质氧化等过程中关键中间产物的鉴定及其对风味的贡献尚不明确，需要进一步研究反应路径。2）部分低含量、高活性的风味物质（如含硫化合物、萜烯类）检测灵敏度不足，需开发“吸附-解吸效率更高”的新型前处理方法或者构建“超灵敏检测器+高分辨率分离技术”的联用，提高富集效率，解决传统GC-MS因基质峰掩盖导致的检测遗漏问题。未来，随着食品科技的不断发展，谷物加工技术将更加注重风味、营养和健康的综合提升，从“加工-成分-技术”为谷物风味定向调控提供实践路径，优化工艺参数，减少特征风味物质的损耗；通过分子感官组学、代谢组学、风味组学与加工工艺，并结合AI，构建“风味定向调控模型”提供数据支撑，实现谷物风味的精准、可预测调控，为工业化生产中风味标准化提供技术保障。同时，结合消费者对健康食品的需求，探索低能耗、少添加的绿色加工技术，实现谷物风味与营养的双重提升，推动谷物风味产品的不断创新和升级。
博士研究生导师，美国威斯康星大学访问学者，黑龙江省政府特殊津贴专家，黑龙江省高层次人才，黑龙江省领军人才梯队后备带头人，中国食品科学技术学会理事、青年工作委员会副主任，全谷物分会秘书长，中国粮油学会理事，中国粮食行业协会大米分会理事，黑龙江省稻米精深加工产业技术研究院负责人；黑龙江省食品科学技术学会副理事长兼秘书长；黑龙江省粮油学会副理事长，国内外多家学术期刊编委、审稿专家。
主要从事谷物化学及粮食高值化利用研究。先后承担国家省部级等项目25 项；参与完成国家、省级项目22 项。先后获省科技进步奖二等奖等科技奖励11 项，累计发表SCI收录100余篇。发明专利授权10余件。主编、副主编《食品安全与卫生》《现代食品分离技术》等著作8 部。获中国科协全民科学素质工作先进个人，中国食品科学技术学会杰出青年奖，省委教育工委优秀员、省优秀科技工作者，黑龙江省青年科技奖等荣誉称号。
博士（在站博士后），硕士生导师，2018年赴俄罗斯远东联邦大学生物医学院访学交流，黑龙江省食品科学技术学会副秘书长、中国民族医药学会方药量效研究分会常务理事，《食品工业科技》《Food Chemistry》等期刊审稿人。主要从事谷物发酵、谷物化学与加工机理/药食同源产品开发领域的技术研究；主持中国博士后科学基金特别资助项目、中国博士后科学基金面上资助项目、省博士后面上项目(一等资助)、省优秀青年教师基础研究计划、省教育厅高校青年创新人才计划等科研项目7 项，参与国家自然科学基金面上项目3 项、科技部“十四五”国家重点研发计划课题2 项、科技部“十三五”国家重点研发计划子课题1 项，参与省科技攻关、重大专项、重点研发计划、自然科学基金等省部级科研项目6 项，厅局级课颖13 项；发表科研论文60余篇，其中SCI论文20余篇；授权发明专利6 项；获黑龙江省科技进步二等奖1 项，中国商业联合会科技进步二等奖1 项。
研究生就读于哈尔滨商业大学，研究方向为生物与医药食品加工技术与新产品开发，曾获得中国食品科学技术协会举办的CIFST-第三届国家乳业技术创新中心大赛中第二名。
实习编辑：普怡然；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、 重庆三峡科技大学 、西华大学、成都大学、四川旅游学院、北京联合大学、 中国-匈牙利食品科学“一带一路”联合实验室（筹）、 普洱学院 共同主办 的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。
为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽农业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、安徽省农科院农产品加工研究所、安徽科技学院、皖西学院、黄山学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“第六届食品科学与人类健康国际研讨会”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到）在中国 安徽 合肥召开。