香精与香料(67)—叶醇

叶醇是一种醇类的有机化合物，学名为顺-3-己烯醇，是一种无色的油状液体，易挥发，且具有刚从草地割下了的草和叶子的气味，有时会呈微黄色液体。叶醇是大多数植物引诱捕食性昆虫的诱饵。叶醇是用于在水果和蔬菜的口味和香水中的一个非常重要的香料，每年需求量约30吨。与它相关的酯类或酯类衍生物，也是重要的香料原料。

叶醇的分子结构式

叶醇，英文名为cis-3-Hexen-1-ol，分子式为C6H12O，相对分子量为100.16。叶醇为无色油状液体，沸点156~157℃，相对密度0.8460，折光率1.4395。从茶、刺槐、萝卜、草莓、圆柚等植物中发现。有着青香、药草香、绿叶香香气特性。建议应用于草莓、浆果、甜瓜、茶香精中。

醇类合成香料。叶醇具有强烈的新鲜叶草香气，属清香型名贵香料，可用于香精配方，化妆品行及食品香料中及使用于制备系列香料如叶醇酯等。主要用作各种花香型香精的前调剂，用于调合丁香、香叶天竺葵油、橡苔、薰衣草、薄荷等花精油，提供新鲜的头香。

含量分析

各异构体总量及主成分含量均按GT-10-4中用极性柱进行气相色谱分析。

毒性

GRAS(FEMA)。LD50 4700mg/kg(大鼠，经口)。

使用限量

FEMA(mg/kg)：软饮料1.0；冷饮3.7；糖果5.0；焙烤食品5.0。适度为限(FDA§172．515，2000)。

用途1

GB2760—96规定为允许使用的食用香料。主要用以配制各种瓜果和薄荷型香精。

用途2

顺式3-己烯醇具有类似异戊醇的香味，用于制高级香料；反式3-已烯醇在非常稀和状态有浓草香味，用于特种香料的生产。

用途3

顺式-3-己烯醇又名叶醇,它不仅常用于具有花香青香的日化香精中,也用于具有果香和薄荷香的食用香精中可用于激活花香,果香和薄荷香日化和食用香精中的头像。

叶醇的主要应用和制备

日本高砂香料公司以戊二烯和甲醛为原料，先生成二氢吡喃，然后在锂催化作用下开环而得。叶醇是花香型，青香型香精重要香料之一，只加入1%左右即可获得新鲜青叶香韵。在回归天然的发展趋势下，叶醇在西方型香精中将起重要作用。在瓜果香精中只用微量即有功效。

1. 叶醇在食品中的应用

叶醇广泛分布于绿色植物的叶、花和果实中，因而自人类有史以来就随食物链被人体摄取。据估计，美国公民每年仅通过食用西红柿就要消费10公吨的叶醇。故叶醇属于一种天然、安全无毒副作用的化合物。我国GB2760-1996标准规定可按生产需要适量用于食品香精。在日本，叶醇广泛应用于有香蕉、草莓、柑桔、玫瑰香葡萄、苹果等天然新鲜风味香精的调配，也与乙酸、戊酸、乳酸等酯类并用，以改变食品口味，主要用于抑制清凉饮料和果汁的甜味余味。

2. 叶醇在日用化工中的应用

叶醇具有强烈的新鲜青草香气，是一种流行的清香型名贵香料。叶醇及其酯类在香精生产中是不可缺少的调香剂。据报道，目前在世界上40多种著名香精配方中均含有叶醇成分，通常只需添加0.5%或更少的叶醇，即可得到显著的叶青香气味。在化妆品行业中，叶醇用于调配各种与天然香料类似的人造精油，如铃兰型、丁香型、橡苔型、薄荷型和熏衣草型精油等，也可用于调配各种花香型香精、使人造精油和香精具有青香的头香香韵。叶醇也是合成茉莉酮和茉莉酮酸甲酯的重要原料。叶醇及其衍生物是20世纪60年代香料行业绿色革命的象征。

3. 叶醇在生物防治中的应用

叶醇还是植物和昆虫两方面不可缺少的生理活性物质。昆虫利用叶醇作为警报、集合等信息素或性激素。如用叶醇与苯琨以一定的比例混合后，可诱导雄性金龟子、甲虫的聚集，从而用以大面积的捕杀诸如此类的森林害虫。由此可见，叶醇是一种有重要应用价值的化合物。

叶醇的发现

叶醇几乎存在于所有绿色植物中，所谓象征植物”绿色”的本体在气味上的体现就是叶醇。虽然自人类有史以来，叶醇就成为人类食物链的一个环节，但直到1895年才在茶油中测到它的存在。在1917年，人们又发现叶醇存在于日本薄荷油中，并粗略地确定了其结构，Stoll和Rouve确定叶醇的结构为顺-3-已烯-1-醇。大约在1920年进行红茶的发酵时亦发现了叶醇，1930年左右日本化学工作者在茶的鲜叶中也发现了它。相继在许多高等植物中发现了叶醇，如大花茉莉、小花茉莉、薄荷、香茅、紫花地丁、番茄、茶叶、百里香、山竹果、香叶天竺葵、鸡桑、草莓、葡萄、猕猴桃、圆柚、悬钩子、桂花、栀子花、紫罗兰叶、红三叶草、萝卜、覆盆子和刺槐等中。在洋槐和桑树的叶油中叶醇的含量可达50%，绿茶中近30%。叶醇的天然提取法可由这些植物中分离提取，主要是由精油中提取，然后与相应的邻苯二酸盐或脲基甲酸盐反应而提纯，得到的顺式异构体占95%。从植物中提取的精油本身数量有限，精油中往往又含有种类繁多的化合物。因而欲提取、分离到某一具体的化合物(如叶醇)相当困难，且提取的得率也极微。显而易见，直接从天然植物中提取叶醇无法满足对叶醇的需求，这在实践中也是极不经济的。

绿茶中含有30%左右的叶醇

叶醇的生物合成

1、脂氧合酶通过脂肪酶依赖和独立的途径控制绿叶挥发物生产的重要性

绿叶挥发物(GLVs)是一种六碳挥发性化合物。它们是由脂肪酸通过脂氧合酶催化的双氧合反应和随后的氢过氧化物裂解酶催化的裂解反应而形成的。GLV参与植物对食草动物和病原体的直接和间接防御。在完整的植物组织中，GLV的浓度通常很低，但在受伤时，GLV会在几秒钟到几分钟内迅速合成。有人假设，这种“GLV爆发”是由内源性底物上现有酶的激活支持的；然而，GLV爆发的具体机制尚未阐明。最近，我们发现有一部分GLV是在脂质中不释放游离脂肪酸的情况下形成的。因此，我们假设脂氧合酶在GLV爆发中起重要作用。特别是脂氧合酶对膜脂的直接氧化发挥作用。脂氧合酶也是控制植物源食物中GLV水平的一个靶点。[1]

图1 典型绿叶挥发物的结构。(E)-2-己烯醛和(Z)-3-己烯-1-醇有通用名称，如括号中所示。在一些植物中，(E)-3同分异构体和(Z)-3同分异构体被发现。此外，在一些植物中还能形成丁酸酯和己酸酯。[1]

图2 植物中两个主要的脂氧化物通路(GLV和JA通路)的示意图，重点介绍GLV通路 [1]

图3 代表性脂质脂氧化物的结构。单半乳糖甘油二酯创伤蛋白(MGDG traumatin)由氢过氧化物裂解酶HPL途径形成。在拟南芥和烟草中，创伤蛋白通过与(E)-10形式的双键异构化和/或C9位置的氧合进一步修饰。与12-氧代植物二烯酸OPDA结合的脂氧化物由丙二烯氧化物合成酶AOS途径形成，相关化合物统称为拟南芥苷。在亚麻中发现了含有二乙烯醚结构的酰基部分的MGDG，其相关化合物命名为亚麻油脂。在任何一种情况下，脂氧化物都可以在sn1或sn2位置上找到，或者两者都有。这些脂质羟磷脂也可能与双半乳糖甘油二酯DGDG或磷脂(如磷脂酰胆碱)一起出现。R表示甘油主链。R '表示酰基。Gal代表半乳糖。[1]

图4 提出了一种由组织破坏引起的绿叶挥发物GLV爆发模型。西红柿脂氧合酶TomLOXC(通过GFP分析)(Chen et al. 2004)和脂氧合酶2NaLOX2(通过TargetP预测)(Allman et al. 2010)被预测位于叶绿体基质中。番茄氢过氧化物裂解酶HPL被预测会结合在叶绿体的外膜上(Froehlich et al. 2001)。当组织被破坏时，叶绿体会崩溃，类囊体膜(富含单半乳糖甘油二酯MGDG)会被破坏。尽管大多数植物脂氧合酶LOXs是可溶性酶，但它们有n端β-桶状结构域，被认为与疏水表面相互作用(Ivanov et al. 2010)，这将有助脂氧合酶于LOXs与破碎的类囊体膜相互作用，催化单半乳糖甘油二酯羟基过氧化物MGDG- OOH的形成。与此同时，包膜会被破坏，使氢过氧化物裂解酶HPL结合在其上，可以结合MGDG-OOH。玉米脂氧合酶家族ZmLOX10存在于叶绿体以外的细胞器中，细胞器的崩溃也会导致同样的激活。[1]

2、从绿色路线产生绿色香韵

典型的清新宜人的前调来自压碎的水果和植物的绿叶部分，通常被称为“青调或绿香”，来自挥发性的C6化合物，如(E2)-己醛(叶醛)和(Z3)-己烯醇(叶醇)。这些化合物可以从植物组织中提取，但由于工业产品中需要它们的浓度与原始材料中的浓度相当，因此这种方法利用了大量的材料，通常在经济上不现实。这些化合物的化学合成可以满足工业所需的量，但导致“合成化合物”标签不被消费者很乐意去接受，特别是在西欧，他们的需求是支持“天然来源的产品”。生物技术代表了一种非常有吸引力的替代品，可以生产被认为是天然的香料和芳香剂。此外，与化学合成相比，生物技术方法提供了在自然界中出现的对映体混合物的拆分，从而消除了后续的分离步骤，并改善了可能受手性影响的气味感知。

本文报道了一种利用生物技术合成(E2)-己醛和(Z3)-己烯醇的新方法；绿香韵化合物由工程菌在添加10%富多不饱和脂肪酸油的特定培养基中生长产生。利用新基因NX6125转化的细菌将亚油酸和亚麻酸等多不饱和脂肪酸降解为叶醛和叶醇。此外，还介绍了一种全新的下游加工方法，即所需产品的分离、浓缩和纯化。这一创新发展为工业规模的天然绿色香韵物质的生产提供了一个可预期的转化前景。[2]

图5 假设的绿香韵化合物的生物合成途径。PUFAs转化为绿色挥发物是通过大肠杆菌过表达NX6125实现的。

3、青香化合物的合成

绿味化合物是新鲜、绿色的蔬菜和水果的主要特征成分，如苹果、樱桃、猕猴桃、树莓、草莓和番茄。这些分子被用于香精和香料工业，作为食品和饮料的新鲜香精成分。这些挥发物的主要基团是六碳醛和醇类，如(2E)-己烯醛(叶醛)和(3Z)-己烯醇(叶醇)。在黄瓜和甜瓜的香味中发现的九碳醛和醇也被认为是绿色的化合物。所有这些化学物质都是由脂肪酸如亚油酸和亚麻酸通过酶氧化形成的。它们的生物合成需要两组酶，脂氧合酶和过氧化氢裂解酶。[3]

图6 青香韵化合物的生物合成途径 [3]

叶醇的药理和香气活性

1、长、短碳基化学物质对平滑肌松弛的调节作用

简介：从植物中提取的短链和长链的碳素化学物被发现在许多家用产品中，并被广泛用于补充医学。从植物中提取的短链和长链基碳化学品在许多家用产品中都可以找到，并被广泛用于补充医学。据传闻，其中一些化学品具有放松平滑肌组织的能力，为了验证这一概念，本研究考察了1,8-桉树脑、1-庚醇、α-蒎烯、顺式-3-己烯-1-醇(叶醇)和反式-2-己烯醛(叶醛)对小鼠和大鼠输精管的神经传递和收缩的影响。方法：在存在和不存在每种化学物质的情况下，对小鼠输精管表面的电诱发的神经末梢冲动（NTI）和电诱发的兴奋性结点电流（EJC）进行了局域性的细胞外记录。同样，在存在和不存在每种化学品的情况下，对大鼠输精管的去甲肾上腺素诱发的收缩力也进行了检查。结果：相对于各自的对照组，1,8-桉树脑、1-庚醇和反式-2-己烯醛分别在统计学上显著降低了平滑肌收缩力和EJC振幅，其中1-庚醇和反式-2-己烯醛还在统计学上显著降低了NTI振幅。在NTI和EJC振幅方面，1,8-桉树脑和1-庚醇的影响是可逆的，而反式-2-己烯醛的影响是不可逆转的。结论。我们的研究结果表明，1,8-桉树脑和反式-2-己烯醛能减少平滑肌的神经传递和收缩，从而引起平滑肌的松弛，因此表明这些化学品可能具有临床应用和健康益处。[4]

图7 反式叶醛促进平滑肌松弛的性能

2、顺式-3-己烯-1-醇对绿茶香气影响的表征

顺-3-己烯-1-醇被认为是绿茶青香韵(或绿调)的主要来源。但对茶叶中青香韵香气成分的组成及顺式-3-己烯-1-醇对其他香气成分的影响尚无明确的研究成果。本研究对绿茶中主要的青香韵香气成分进行了表征，重点分析了顺式-3-己烯-1-醇在绿调香气中的作用，并对其对绿茶中其他香气成分的影响进行了研究。通过GC-MS检测、气味活度评价和单体嗅闻，鉴定出12种青香韵香气成分。通过化学计量学分析，证明顺-3-己烯-1-醇是对绿调香气影响最大的组分。此外，通过电子鼻分析不同浓度的顺式-3-己烯-1-醇与其他25个绿茶香气成分之间的相互作用，结果表明，顺式-3-己烯-1-醇对整个基于香气重组解决方案的实验和自然香味茶样品起着深远的影响。GC-MS和CG-FID确定顺式-3-己烯-1-醇的青香韵气味和绿调香气差异阈值浓度范围为0.04~0.52 mg kg(−1)。

图8 绿茶香韵组成及添加顺式-3-己烯-1-醇后的香韵变化

3、信息素在害虫防治中的应用，特别是象鼻虫信息素

添加寄主植物挥发物可以增强某些昆虫信息素的吸引力。当人们对信息素和植物挥发物的混合反应大于对单独刺激两者相加总和的反应时，这种现象被称为协同作用。鞘翅目昆虫信息素与寄主植物挥发物相互作用的研究受到了广泛的关注。当大叶甲的聚集信息素与棉花叶片挥发物(反式-2-己烯-1-醇、顺式-3-己烯-1-醇或1-己醇)结合时，棉铃象甲诱捕器的吸引力显著增强。当苯甲醛(一种水果的挥发性物质)与李药草聚集信息素结合使用时，捕获的诱捕物也增加了。植物挥发物对山松甲虫的信息素诱捕也起到了协同作用。例如，用费洛蒙和寄主植物挥发物作诱饵的诱捕器捕获的成虫数量大约是用费洛蒙单独诱捕器捕获成虫数量的5到13倍。同样，寄主植物挥发物协同亚洲棕榈象甲(Rhynchophorus ferrugineus，鞘翅目: Curculionidae)成虫对聚集信息素ferrugineol诱捕的反应。其他一些昆虫种类的协同反应的例子已被报道，包括跳蚤甲虫，棕榈象鼻虫，蠹蛾，玉米穗虫和东方果蛾。

图9 用于检测象鼻虫信息素的诱捕器类型。A)粘卡诱捕器B)棉铃象甲诱捕器C)梅花金字塔诱捕器D)圆顶诱捕器底部开孔E)圆顶诱捕器顶部开孔

参考文献

[1] Mugo Mwenda, Cynthia & Matsui, Kenji. (2014). The importance of lipoxygenase control in the production of green leaf volatiles by lipase-dependent and independent pathways. Plant Biotechnology. 31. 445-452. 10.5511/plantbiotechnology.14.0924a.

[2] Ibdah,M.,Lavid,N.,Lewinson,E.,Amit,A. and Dror,N. (2010). Green routes to green notes. Chemical Engineering Transactions, 20, 241-246. DOI: 10.3303/CET1020041.

[3] http://www.uky.edu/Ag/Agronomy/PLBC/FnA/greennote.html

[4] Poyton, Curtis & Cheesman, Matthew & Roy, Mary Louise & Lavidis, Nickolas. (2015). Modulation of Smooth Muscle Relaxation by Short and Long Carbon Based Chemicals. Pharmacognosy Communications. 5. 250-256. 10.5530/pc.2015.4.6.

[5] Nie, Cn., Gao, Y., Du, X. et al. Characterization of the effect of cis-3-hexen-1-ol on green tea aroma. Sci Rep 10, 15506 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72495-5

[6] Tewari, Sunil (2014). Integrated Pest Management || Use of Pheromones in Insect Pest Management, with Special Attention to Weevil Pheromones. , chapter 9, 141–168. doi:10.1016/B978-0-12-398529-3.00010-5.