香海拾贝—千禧年以来20年的香气流行趋势

什么是流行的，什么不是：过去20年中香气分子化学的趋势

Nicolas Armanino, Julie Charpentier, Felix Flachsmann, Andreas Goeke, Marc Liniger, and Philip Kraft

Givaudan Schweiz AG, Fragrances S&T, Ingredients Research, Kemptpark 50, 8310 Kemptthal, Switzerland.

摘要：这篇综述是2000年以来关于香气分子化学研究的最新进展的报告续集，它总结了过去20年里香气分子化学发现的进展。根据该报告中提出的香气分子图谱，将所谓引领潮流“受垄断的”（被专利保护并无法供应给市场的）香气物质按照主要气味特征分类为：“水果香气”(fruity)、“海洋香气”(marine)、“青香气”(green)、“花香气”(floral)、“辛香料香气”(spicy)、“木质气息”(woody)、“琥珀香气”(amber)和“麝香香气”(musky)。香气分子的设计，它们的化学合成，以及它们在现代香料中的使用都以典型的例子来详细说明。新型果香香气分子特色是在头香中提供香气，以及潜香体技术。在青香气分子中，重点是绿叶的香韵和青梨香气。新的苯二氮卓类和苯并二氧杂环类化合物使海洋香气原料变得流行起来，并且需要重新修改嗅觉载体模型(olfactophore models)。随着大量新的铃兰花替代品“Muguet”出现，让花香主导的日化香精领域活跃起来。同时，这也让玫瑰香气分子领域特别是在玫瑰酮领域有着持续的活力。例如，在Clearwood和Ambrofix中，生物技术变得非常重要，并且已经发现了木本植物中香根油的主要香气分子。第四家族和第五家族麝香香气分子也被发现并生产。因此，香气分子化学的进一步探索开辟了新的途径。

1.引言

自从我们上次的综述以来，[1]香料行业发生了很多事情。许多发展已成为市场现实，因此，20年后，似乎应该再次总结香气分子化学的最新进展和当前趋势。在这段时间里，精品香水的推出率不断提高，而使用独家垄断的香料来创作香水是向消费者传递足够的鲜明特点来区分新产品的一种方式。自2004年诺贝尔医学奖授予Richard Axel和Linda B·Buck以来，人们对嗅觉有了更多的了解，“因为他们发现了气味受体和嗅觉系统组织”，但关于气味受体的晶体学数据仍然缺乏。

人类的嗅觉系统。嗅受体位于嗅感觉神经元上，嗅感觉神经元位于鼻上皮的上部。每个嗅觉受体细胞只表达一个气味受体。在激活时，来自嗅觉受体细胞的信号在肾小球-嗅球中定义良好的微区域中被传递。同种受体细胞随机分布于鼻粘膜，但聚集在同一肾小球上。在肾小球中，受体神经末梢刺激二尖瓣细胞，将信号传递到大脑的高级区域。资料来源:瑞典斯德哥尔摩的卡罗林斯卡学院和诺贝尔基金会。

此外，受体水平上的分子相互作用只是嗅觉复杂过程中的一个步骤，包括识别组合的多受体激活，并通过大脑的下游处理进行解释。[2,3]另一方面，分子的模型建立允许人们对某些气味的分子参数进行有趣的研究和理解。由于对受体转运蛋白RTP1、RTP1s和RTP2的理解有所进展，[4,5]细胞表面气味受体的强大功能表达已成为现实。这允许对各受体的香料香气接受范围进行表征。

RTP1和RTP2在OR基因选择中的作用模型。

(A)一个模型显示在野生型(左)中，ORs与RTPs一起被运送到细胞表面。在没有RTPs的情况下(右)，oORs到达细胞表面，这些OSNs存活下来，而uORs不被传输到表面，表达它们的OSNs显示出持久的nATF5表达。这些表达uOR的OSN经过OR选择切换，切换到oOR的OSN能够存活，导致oOR过代表。那些不能切换到oOR的细胞会被判死亡。

在概述了一些总体趋势之后，我们将讨论从2000年上次的综述[1]到今天不同香气分类的活动，按照从“水果香气”到“麝香香气”的相同香气分子图谱（图1）。[1]

图1. 在讨论不同香气分类时遵循的香气分子图谱。与相邻家族和对立家族有共同的转变，典型代表物的分子量从果香香气在青香和海洋香韵方向上增加，并在麝香中达到最大值，而麝香通常又有果香的辅助香韵。

2.香料行业的一般趋势

嗅觉触发潜意识的隐藏力量，唤醒情绪并指导我们的决定。从生物学角度讲，挥发性分子的识别在所有物种之间的交流中起着至关重要的作用。基于稀有植物或精心设计的合成物质的成分进行有目的地挖掘和探索，这将有利于满足人们与快乐、卫生、健康和幸福相关的日常需求。在这样做的过程中，它们促进了世界所有地区的重大经济活动。随着香气分子的增加，环境安全已成为食用香料和日用香料（F&F）行业不可或缺的一部分，可再生或升级的原料作为可生物降解香气分子的原子廉价合成的起点而受到追捧。这些参数包括土地利用、能源消耗和可再生性、节水、公平利益分享，当然还有绿色化学的12项原则。[6 ]

为了衡量这些努力，公司开发了不同的项目，如“生态香气指南针”（Firmenich）、“走向循环未来”（IFF）或“责任关怀”项目（Symrise）、“明天的感觉”和“五碳道路”（Givaudan），这些都衡量了与基准分子相比，新推出的香气分子带有5个关键可持续性标准的改进。通用认证协议，如“Cradle to Cradle Design”或“CSR EcoVadis”倡议，为更可持续的未来提供更大的透明度。

同时，人体安全方面仍然是创新的关键驱动力，因为香精原料的监管越来越严格。许多研究项目源于《有毒物质控制法》（TSCA）中的新使用规则（SNUR）对香气分子的使用限制。由于这些法规的增加，向美国环境保护局（EPA）通报新的香气分子变得越来越困难。因此，人体安全测试通常在新材料开发的早期阶段进行。在没有动物模型的情况下，确定相关毒理学终点的试验变得很重要。例如，DPRA（直接肽反应性分析，OECD442C）[7]和角蛋白（OECD442D）[8]试验现在是国际公认的检测方法，用于在发现过程的早期识别皮肤致敏剂。值得注意的是，就人类和环境毒性而言，分子的固有反应性是我们不想看到的，但在设计非生物累积性或可生物降解的香气分子时，这可能是一个有益的方面。为此，已经实施了鉴定持久性、生物累积性和毒性物质（PBT）物质（OECD319B）[9]和鱼类毒性的试验。[10]生物降解通过OECD测试301（准备就绪）和302（内在固有）进行测量。还有一些研究是关于香气分子的最终生物降解性的，定义为在较长时间内通过紫外线和氧化降解香水成分。[11]除法律要求外，国际香料协会（IFRA）的自我管理系统已被证明是有效的。这些不断修订的IFRA规范禁止使用原料，限制剂量水平，并指定应用区域，覆盖了全球香料原料生产量的90%左右。

皮肤致敏潜能的评估是物质安全性评估的重要组成部分，是化学品立法的标准要求。在化学分析中，直接多肽反应性试验(DPRA)利用了这样一个事实，即大多数化学过敏原具有亲电性，因此能够与氨基酸的亲核侧链反应形成共价键。对该试验的基本理解是，如果一种化学物质能够与表皮蛋白发生反应，那么它就有可能充当增敏剂。反应性可以通过与试样孵育大约24小时后合成的含有半胱氨酸或赖氨酸的七肽的耗尽百分率来描述。用HPLC-UV检测多肽消耗百分比。

互联网上大量可用的香水相关信息以及人们对原料成分驱动配方透明度和安全性的重视程度越来越高。从2018年开始，联合利华在线上公布其美容和个人护理产品的配方中所有香精成分的剂量低于0.01%，宝洁公司公布了他们使用的香精成分清单。一些小众品牌，如香水公司PHLUR（2016），Pefume.Sucks line（2017）和J.U.S香水公司（Joyax Uniques et Sensoriels，2018）甚至将完整的配方发布在包装或互联网上。第一款完全开放的配方香水可能是“社区”（The Zoo，2016）。这种方法旨在教育消费者去战胜对合成香料的恐惧，并展示香水的价值和独特性。这种完全开放的配方引发了对能够在香水中产生鲜明特点的新型垄断香料的需求。

最后但并非最不重要的一点是，人工智能（AI）正在进入香料行业。人类嗅觉的复杂性越来越多地反映在复杂和高维的数据中，这为数据驱动的方法[12]提供了机会，补充了嗅觉研究的经验性质。大多数香料公司都参与了各种合作，以争取数字化创新。人工智能在不久的将来还会有改变并帮助设计新的香气分子的潜力。