化学与英语

香气中的化学4

本文来自Chem-Station日文版 香りの化学4 Gakushi

翻译投稿 炸鸡 校对 HaoHu

上一篇《香气中的化学3》带大家了解了有关香料行业的一些信息,今天《香气中的化学》系列篇之第四篇将和大家聊聊香料行业未来的发展。

香料的需求

如上回《香气中的化学3》所说,随着全球人口猛增,经济飞速发展,香料的需求也在日益增加。但是一个突出的问题是天然香料的供给完全满足不了市场需求,或者天然香料一直无法供给。例如,全球的玫瑰味的香气需求量很高,如果全部采摘自然生长玫瑰的话则我们至少需要40万平方公里大的玫瑰园(大约相当于日本的国土面积)。显而易见,在地球上开辟这么大面积的玫瑰园是不现实的,所以现在主要是合成出玫瑰气味的香料。

还有薄荷醇。薄荷醇是世界上最畅销的香料之一,牙膏,口香糖和糖果等无数日用品中都可以找到薄荷醇的身影。薄荷醇除了具有清新的味道外,它还对皮肤和粘膜有清凉作用,可以添加到药品和化妆品中,例如清凉药膏,吸入剂,除臭剂和沐浴露。当今全球薄荷醇的年需求量约为40000吨左右,而且年需求量还在不断攀升。为了应对逐年增大的需求量,BASF(德国的一家香料公司)于2012年提高了位于路德维希港的工厂的生产能力,BASF现在也开始在马来西亚开设工厂以满足全球薄荷醇庞大的需求量,并且化学合成工艺也在不断增加。

香料的合成,发酵法

为了应对天然香料旺盛的需求量,近年来开发了一种新的香料生产方法——发酵法(一种生物技术),通过发酵法生产的香料都在市面上有售卖。在实际生产过程中,会从其他生物物种引入生产香料所必须的基因片段或是更好的酶的基因片段导入到酵母细胞中,通过这种方式得到的香料被冠以“天然”的标签出售。这种方法虽然说是“天然的”,但毕竟利用了生物技术,所以不免让人心生疑问,因为这种方式得到的香料是通过生物合成得到的,所以被冠以“天然”的标签也合情合理。例如,可以使用一种名为酯酶的酶缩合由乙醇发酵产生的AcOH(乙酸)和EtOH(乙醇)来合成天然乙酸乙酯(AcOEt,乙酸乙酯)。

目前与化学合成相比,虽然通过生物合成或生物催化合成的香料在成本和规模上仍然处于绝对不利的地位, 但因为有“天然”这个招牌,所以在市场价值方面,生物合成和生物催化合成的香料要比化学合成香料占优势。虽然这两种方法尚不能替代传统的化学合成法,但现在还是有一些公司专门研究生物合成法或生物催化合成法,笔者非常期待这些公司以后的发展。

香料里的非专利

和医药品行业一样,香料行业里的非专利香料(指专利香料的专利到期了,然后生产出来的香料)也存在很久了,比如合成香料的原料如Galaxolide、Iso E Super、Hedione、Lilial等,这些合成香料的原料几乎都是非专利产品,医药品药获得专利必须得到厚生劳动省(日本的一种行政机构)的批准,香料如果申请专利也必须得到相关机关的批准。但是和医药品专利申请不一样,专利的判定是按物质划分的(香气专利是按物质划分),就非专利香料而言,由于不需要特殊的额外应用,因此进入新市场的门槛很低。

正因为上述原因,所以当专利到期后,各家香料公司比拼的就是谁的生产成本更低,非专利香料的生产才有了出头之日。从化合物合成的角度来看,因为很多香料的结构简单,其他厂家能用更简单,更低成本的合成方法也不无可能。以前有很多生产维生素的公司,这些公司也从事很多香料有关业务,但随着芳樟醇(生产维生素K,E的原料)的价格逐渐升高,很多化学公司和制药公司承受不住高昂的成本纷纷停止生产维生素了。

混合和制剂

在医药品行业里,制剂有口腔内速溶片、肠溶性制剂等,香料行业的制剂也受到了关注。比如食品业里,为了防止易挥发的香气组分不被挥发掉(可以制成真空冻结干燥保存的食品)发明了可以长久地维味道和香气的口香糖。还有洗衣服时添加到柔软剂中的微型胶囊的制剂化也受到了关注。将香料微胶囊化后,能否在毛巾晒干后香料成分以胶囊形式保留在衣物上,衣物的香味能否持久且有抗菌作用,这些效果还正在实验中(不过,假如这项功能实现了,会不会有消费者投诉说香味太浓烈了呢?)。

近年来也特别关注了与医药相类似的且是专利级别的,相当于前体药物的香料的开发。比方说这个制剂类似于我们上文讲的柔软剂,但不同的是这个制剂能在日光或水解酶作用下分解并释放出香气分子。它可以用在毛巾之类的物品上:用来掩盖毛巾消毒后的残留的消毒水味。

气味感知系统和香料开发

人体约有1000万个嗅觉感受器神经元(olfactry receptor neurons),约占人体全部基因片段总数的5%的约1000的基因片段负责编码与嗅觉相关的蛋白质,其中只有350-400个基因片段发挥实际作用。嗅觉受体具有复合机能。也就是说,平时我们闻到的气味实际上是多种化学物质的气味混合组成的,我们体内的各个嗅觉受体的活性化度随着闻到的气味中的化学物质的种类和数量改变,集成的激活模式可以识别出相应的气味。

近年来持续研究了像这样根据气体小分子而调整的嗅觉受体和神经的整合系统,嗅觉与受体基因之间的关系正在明了。在受体变得越来越清晰的同时,人们有望像在药物中的分子靶标药物一样,寻找基于受体的香料。但是,所有受体都是GPCR的膜蛋白,它们是否像医药中的靶向药物对应的受体那样简单仍是未知之数。

本篇中的化合物结构均来自这里

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