コーヒーをいれた瞬間に香りが広がったり、炊きたてのご飯や焼きたてのパンから香りが立ちのぼったりするのは、食品中の香気成分の一部が空気中へ移動しているからです。この「食品中にあった成分が気体側へ移ること」を、一般に揮発と呼びます。
ただし、揮発は沸騰と同じではありません。水が100℃近くで沸騰するよりずっと低い温度でも、香気成分の分子は食品の表面から少しずつ空気中へ出ています。だから常温の果物や冷たい飲料からでも香りを感じることができます。
結論から言うと、食品の香り成分が揮発するのは、香気分子が液体や固体の中だけにとどまるのではなく、分子の性質と温度、食品中の水・脂質・たんぱく質などとの相互作用に応じて、気相へ分配されるからです。つまり、香りの立ち方は「その成分が入っているか」だけでなく、「どれだけ空気中へ移りやすい状態にあるか」で決まります。
揮発とは、香気成分が食品から気体側へ移ること
食品の香りに関わる物質の多くは、比較的分子量が小さく、一定の揮発性を持つ有機化合物です。アルデヒド、エステル、アルコール、ケトン、含硫化合物など、多様な物質が食品の香気を作っています。
私たちが鼻で香りを感じるためには、これらの分子が食品中に存在するだけでは不十分です。食品から空気中へ移動し、呼吸によって鼻腔へ入り、嗅覚受容体へ届く必要があります。
そのため、食品分析では香気成分そのものだけでなく、食品の上部にある気相、いわゆる「ヘッドスペース」にどの成分がどれだけ出ているかを測る方法がよく使われます。煎茶の研究でも、浸出液中の成分とヘッドスペース中で強く香りに寄与する成分が必ずしも同じではないことが示されています。
香気成分は沸騰しなくても揮発する
液体の表面では、分子は常に動いています。その中には、周囲の分子から離れて気体側へ飛び出せるだけのエネルギーを持つ分子もあります。このため、液体全体が沸騰していなくても、表面から蒸発・揮発は起こります。
香気成分は水よりも沸点が低いものが多く、また非常に低い濃度でも人が感じ取れるものがあります。したがって、常温でわずかな量が空気中へ移っただけでも、香りとして知覚されることがあります。
「香る」という現象は、必ずしも大量の物質が失われていることを意味しません。嗅覚の感度が高い物質では、非常に少量の揮発でも強いにおいを感じることがあります。
揮発しやすさは「蒸気圧」と気液分配に関係する
ある物質が液体から気体へ移りやすいかどうかを考えるとき、蒸気圧や気液分配が重要です。蒸気圧が高い物質ほど、一定温度で気体側へ存在しやすい傾向があります。
食品のように水や脂質を含む系では、香気成分は「液体側にとどまりたい性質」と「気体側へ移りたい性質」の両方を持っています。その釣り合いを表す考え方の一つが分配係数です。
食品香気の研究では、気相中の濃度と液相中の濃度の比を用いて、香気成分がどの程度空気中へ移りやすいかを評価します。香気成分の疎水性や水への溶けやすさ、食品中の脂質量などが変わると、この分配も変化します。
温度が上がると、多くの香気成分は気相へ移りやすくなる
温度が上がると分子運動が活発になり、多くの香気成分で蒸気圧が上昇します。その結果、食品中から気相へ移る割合が増えやすくなります。
温かいコーヒーやスープの香りが立ちやすいのは、この温度効果が一因です。煎茶の高揮発性香気成分を測定した国内研究でも、試料を加熱して香気成分を気化させ、ヘッドスペースから捕集する方法が使われています。
ただし、温度を上げれば香りが常に良くなるわけではありません。高温では望ましくない香気成分まで強く出たり、熱によって新しい成分が生成・分解されたりすることがあります。温度は「揮発のしやすさ」と「香りの質」の両方に影響するのです。
水に溶けやすいか、脂質に溶けやすいかでも変わる
香気成分には、水と親和性の高いものと、脂質へ溶け込みやすいものがあります。食品に脂質が多いと、疎水性の香気成分が脂肪相に保持され、空気中へ出にくくなることがあります。
海外の食品香気レビューでは、飲料や乳化食品において脂質は多くの揮発性香気成分を強く保持する成分の一つとされています。たんぱく質も香気成分と結合し、放出を遅らせる場合があります。
そのため、同じ香料を同じ量だけ加えても、水だけの飲料、乳飲料、クリーム状食品では香り方が同じにはなりません。食品の組成が変われば、香気成分がどこに存在するかが変わり、結果として揮発量も変わります。
糖や塩も香気成分の放出に影響することがある
糖や塩は香気成分そのものではありませんが、食品中の水の状態やほかの成分との相互作用を変えるため、香気成分の放出に影響することがあります。
食品香気のレビューでは、糖や塩によって水活性や溶媒環境が変化し、香気成分が気相へ移りやすくなる場合があることが報告されています。一方で、たんぱく質との相互作用を介して保持が変化する場合もあります。
つまり、配合を変えるときには「香料の量は同じだから香りも同じ」とは考えられません。減糖、減塩、低脂肪化などの配合変更は、味や食感だけでなく香りの放出まで変える可能性があります。
食品が細かくなると、香りが出やすくなることがある
香気成分が食品内部に閉じ込められている場合、表面積が増えると空気へ接する場所が増えます。コーヒー豆を挽いたとき、果物を切ったとき、香草を刻んだときに急に香りが強くなるのは、この影響が大きい例です。
さらに、細胞や組織が壊れることで、それまで別々の場所に存在していた酵素と基質が接触し、新しい香気成分が生成する場合もあります。ネギ類や一部の野菜では、切断後に特徴的な香りが強くなるのは、単なる揮発だけでなく化学反応も関係しています。
したがって、「切ると香る」という現象には、表面積増加による放出促進と、新しい香気成分の生成という二つの仕組みが重なることがあります。
かき混ぜる、注ぐ、噛む動作でも揮発は促される
液体をかき混ぜたり、高い位置から注いだりすると、液体と空気が接する面が増え、境界面が更新されます。そのため、溶けていた香気成分が気相へ移りやすくなります。
食べるときには、咀嚼によって食品が細かくなり、唾液と混ざり、口腔内温度へ近づきます。これらの変化によって香気成分が放出され、口の奥から鼻へ抜けるレトロネーザル経路を通って香りとして感じられます。
海外のレビューでも、食事中の香気放出は食品マトリックスだけでなく、咀嚼、唾液、舌運動、嚥下などの口腔内処理によって大きく変化すると整理されています。同じ食品でも、噛み方や食べる速度によって香りの感じ方が違うのはこのためです。
「食品中に多い成分」が「よく香る成分」とは限らない
食品中の含有量が多い香気成分ほど、その食品の香りに強く寄与するとは限りません。香りへの寄与は、含有量だけでなく揮発性と嗅覚閾値によって決まるからです。
ごく少量でも非常に低い濃度で知覚できる物質は、食品全体の香りを強く特徴づけることがあります。反対に、量が多くても嗅覚閾値が高ければ、香りへの寄与は小さい場合があります。
国内の煎茶研究でも、ヘッドスペースから複数の揮発性成分が検出されましたが、その中で官能的に強く感じられる成分は一部でした。香気成分の分析では、「存在量」と「香りへの寄与」を分けて考える必要があります。
揮発しやすい香りは、保存中に失われやすい
食品にとって揮発性は、香りを感じるために必要な性質である一方、保存中の香り低下にもつながります。容器を開けたままにすると、香気成分は空気中へ移動し続け、食品中の量が少しずつ減っていきます。
そのため、コーヒー、茶、香辛料、菓子など香りが重要な食品では、密封性の高い包装や低温保存が利用されます。気相へ出た香気成分が包装外へ逃げにくい条件を作ることで、香りを保ちやすくします。
一方、包装材料へ香気成分が吸着・移行する場合もあり、単に袋を閉じれば完全に保存できるわけではありません。香りの保持には、食品と包装材料の両方の性質が関わります。
「香りが飛ぶ」とは、すべての成分が同時に消えることではない
食品を放置すると「香りが飛んだ」と表現しますが、すべての香気成分が同じ速度で失われるわけではありません。揮発性の高い成分は早く減りやすく、脂質やたんぱく質へ保持されやすい成分は比較的残りやすくなります。
そのため、時間がたつと香りが単に弱くなるだけでなく、香りの構成比そのものが変わることがあります。最初に感じる爽やかなトップノートが減り、重い香りだけが残るといった変化です。
食品の香り品質を考えるときには、総香気量だけでなく、どの成分がどの速度で放出・消失するかを見る必要があります。
香りを測る「ヘッドスペース分析」は揮発を利用している
食品の揮発性香気成分を調べる代表的な方法がヘッドスペース分析です。密閉容器に食品を入れると、香気成分の一部が食品から気相へ移り、時間とともに一定の分配状態へ近づきます。その気相をガスクロマトグラフなどで分析します。
温度を一定にするのは、温度によって気液分配が変化するからです。同じ食品でも測定温度が異なれば、ヘッドスペース中に出てくる香気成分量は変わります。
この分析法は、香りの研究で「食品中にある成分」だけでなく、「実際に空気側へ出やすい成分」を調べるために重要です。ただし、人が食べるときには咀嚼や唾液、呼吸も関与するため、静的なヘッドスペース分析だけで実際の知覚を完全に再現できるわけではありません。
まとめ
食品の香り成分が揮発するのは、香気分子が食品中と気体中の間で分配され、一定割合が空気側へ移る性質を持つからです。揮発は沸騰とは異なり、常温でも食品表面から起こります。
その移りやすさは、香気成分自身の蒸気圧や疎水性だけでなく、温度、脂質、たんぱく質、糖、塩、食品の構造、表面積、攪拌や咀嚼などによって変化します。そのため、同じ香気成分が同じ量含まれていても、食品が違えば香り方は同じとは限りません。
つまり、香りを理解するには、「何の香気成分が含まれているか」と「その成分がどれだけ食品から空気中へ出やすいか」を分けて考えることが重要です。私たちが感じる香りは、香気成分の存在そのものではなく、食品から放出され、鼻まで届いた分子によって生まれているのです。
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参考文献・出典
- 水上裕造「煎茶のヘッドスペースと浸出液に含まれる香気寄与成分」茶業研究報告
- 松原英隆ほか「ヘッドスペース—冷却濃縮による煎茶に含まれる高揮発性香気成分の分析」におい・かおり環境学会誌
- Flavor Retention and Release from Beverages: A Kinetic and Thermodynamic Perspective.
- Dynamic Instrumental and Sensory Methods Used to Link Aroma Release and Aroma Perception: A Review.
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