香料中的化學(xué)知識介紹

摘要：香料與人們的生活休戚相關(guān)。本文簡要介紹香料的發(fā)展概況、各種香料的化學(xué)組分、香料的合成技術(shù)、香料應(yīng)用及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：天然香料；合成香料；香水；化學(xué)成分

文章編號：1005-6629(2010)04-0050-03 中圖分類號：TA651 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：E

香料是能被嗅覺聞出氣味或被味覺嘗出香味的、用來配制香精或直接給產(chǎn)品加香的物質(zhì)…。香料與人們的生活休戚相關(guān)，在醫(yī)藥、生活用品等行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)也從天然香料發(fā)展至各種人工合成香料。

1、香料的發(fā)展概況

香料的歷史可以追溯到5000年前。在東方，人們認(rèn)為香料發(fā)祥于帕米爾高原，而西方人則認(rèn)為，公元前20至18世紀(jì)的古埃及才是香料的發(fā)祥地。古代的香料主要用于宗教祭祀。在6世紀(jì)，阿拉伯人發(fā)明了從花的浸出物中析出帶香味液體的方法，并開始生產(chǎn)世界聞名的戈雷香水。13世紀(jì)，人們第一次從精油中分離出萜烯類化合物。發(fā)展至中世紀(jì)，香料已經(jīng)有頻繁的貿(mào)易往來，開始被用于香水、醫(yī)藥以及食物中。以后的時間里，香味化合物的合成不斷取得重大成就，合成香料陸續(xù)出現(xiàn)，香料工業(yè)迅速發(fā)展起來。

目前。世界上香料品種約有6000多種。中國是最早使用香料的國家之一，是最大的天然香料生產(chǎn)國，由中國生產(chǎn)的香料有1000多種。

2、天然香料

天然香料是指從自然界中含有芳香物質(zhì)的動植物中分離或提煉出來的芳香物質(zhì)，主要依靠物理方法。天然香料的分類有不同方法：根據(jù)提煉方法分類，天然香料分為辛香料、油樹脂、精油等品種，有多種形態(tài)。如壓制的、粉末狀的、浸膏狀的等；根據(jù)來源，天然香料分為動物性天然香料和植物性天然香料。天然香料的生產(chǎn)是香料工業(yè)的重要組成部分。

2.1動物性天然香料

動物性天然香料分布于動物的腺囊中，廣泛應(yīng)用的主要有麝香、龍涎香、靈貓香、海貍香以及麝鼠香五類(見表1)。

2.2植物性天然香料植物性天然香料是指從芳香植物的花、葉、果實(shí)等結(jié)構(gòu)或樹脂中提取出來的易揮發(fā)芳香組分的混合物，是芳香植物的精華。根據(jù)它們的形態(tài)(油狀、膏狀或樹脂狀)和制法可分為精油(含壓榨油)、浸膏、酊劑等。植物性天然香料的香氣成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分離出來的有機(jī)化合物有3000余種(見表2)。

3、合成香料

隨著有機(jī)化學(xué)的發(fā)展，化學(xué)合成物質(zhì)的使用增多，各種能散發(fā)香氣的化合物不斷被合成并大量使用。

3.1合成香料

1921年，Chanel決定研制屬于自己的香水，她讓Ernest Beaux為她創(chuàng)造了一種新的香氣成分。這是第一次使用有茉莉花香味的脂肪醛作為香料的主要成分。Chanel的成功使其他的香料生產(chǎn)商更積極地致力于合成香料的研發(fā)，這代表著現(xiàn)代香料工業(yè)的興起。1988年，艾伯特·鮑爾在用叔丁基鹵化物做弗里德一克拉夫茨反應(yīng)時，在產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了一種散發(fā)出迷人麝香味的物質(zhì)——2-叔丁基-4-甲基一1，3，5一三硝基苯，后來被叫做“鮑爾麝香”。鮑爾于1894年發(fā)現(xiàn)了麝香酮并一直作為香料的成分使用到20世紀(jì)60年代中期。隨后，麝香家族——有麝香味的幾種衍生物被合成，分子結(jié)構(gòu)式見圖4所示。

合成香料的生產(chǎn)成本比天然香料低，而且有機(jī)合成香料成分在酸性、堿性甚至氧化性介質(zhì)中都能穩(wěn)定的存在，克服了天然香料成分的香氣和顏色易變質(zhì)，不能用于漂白劑、洗衣粉以及肥皂等消費(fèi)品中的弱點(diǎn)。隨著分離、表征以及有機(jī)合成技術(shù)的不斷發(fā)展，新型香料的合成技術(shù)也更加成熟起來。

3.2合成香料的合成技術(shù)

合成香料的發(fā)展源于對天然原料中(如植物、水果、動物等)香氣成分的分析。第一步是獲得天然原料，對于花朵，揮發(fā)性的香氣成分可以通過“頂空分析技術(shù)”直接獲取：用非破壞性的頂空誘捕技術(shù)將花朵、水果以及其他天然原料中的香氣成分直接從野外或溫室中收集，然后帶回實(shí)驗(yàn)室分析；當(dāng)確定了香氣成分的分子結(jié)構(gòu)后，下一步是通過合成化學(xué)反應(yīng)合成出“天然等同物”，“天然等同物”即與之結(jié)構(gòu)相同或相似的物質(zhì)合成。這樣做有兩個目的：一是能合成我們所需要的香氣分子：二是能發(fā)現(xiàn)性能更好的新香氣成分，這也帶動了定量結(jié)構(gòu)一活性關(guān)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展。例如，通過氣相色譜法(GC)分析茉莉花香氣，能檢測出它是復(fù)雜的混合物，含乙酸芐酯、苯甲酸芐酯、植醇等(見圖5)，但茉莉花香氣的主要成分并不是這些，而是易揮發(fā)的茉莉酮以及茉莉酮酸甲酯，所以在合成化學(xué)中采用茉莉酮的替代物來制造茉莉花香，如二氫茉莉酮、2-己基環(huán)戊酮以及二氫茉莉酮酸甲酯等(見圖6)。

4、香 水

香料工業(yè)的發(fā)展，其主要體現(xiàn)之一就是香水的廣泛使用、香水主要由三部分組成：主要成分，主體成分以及基礎(chǔ)成分。

主要成分通常是一些揮發(fā)性物質(zhì)，產(chǎn)生香氣的初始效果。主要來源于迷迭香，薰衣草等綠色植物天然原料以及脂肪醛或單萜酯等合成原料。但醛在氧化劑或強(qiáng)酸強(qiáng)堿中不能穩(wěn)定存在而不被大量使用在功能性產(chǎn)品中。

主體成分構(gòu)成了香水的體積，其最初是來源于花油，但生產(chǎn)成本極高。如紫羅蘭香味是肥皂中廣泛使用的香味，但1kg紫羅蘭精油約需要33000 kg紫羅蘭花，合成化合物紫羅蘭酮具有紫羅蘭香味；玫瑰花油中的成分突厥酮(大馬酮)是一種與紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，其中的羰基被調(diào)換了位置(見圖7)。具有強(qiáng)烈的玫瑰花香味。玫瑰花香味可通過簡單的合成材料合成得到，如香葉醇、香茅醇、2-苯乙醇等(見圖8)。

基礎(chǔ)成分是一些不易揮發(fā)的物質(zhì)，主要用來固定揮發(fā)性元素，使香氣保持更長久。傳統(tǒng)香水中的基礎(chǔ)成分來源于樹木、麝鹿、琥珀以及軟樹脂等。樹木和琥珀原料中有復(fù)雜的倍半萜烯結(jié)構(gòu)。麝香最初是從各種動植物中獲得，如麝香鹿、麝貓以及黃葵油等，麝鹿和麝貓中最重要的香氣成分是麝香酮和香貓酮。黃葵油中的主要香氣成分是黃葵內(nèi)酯。環(huán)十六酸內(nèi)酯是最大量的大環(huán)類麝香(見圖9)。

在香水中，這三種成分按一定比例混合共同發(fā)揮作用，制造一款香水主要就是要分配好這三種成分的比例。通常情況下，主要部分約占15％-30％，主體部分和基礎(chǔ)部分所占比例不等。

5、發(fā)展前景

通常情況下，大多香料的香氣很容易揮發(fā)，如何讓香氣更加具有持久性是香料化學(xué)家正在努力的方向。在制藥工業(yè)上，一種在體內(nèi)經(jīng)過轉(zhuǎn)化后才具有藥理作用的化合物——“前體藥物”被廣泛使用，它能增強(qiáng)生物藥效率以及生物膜穿透性。20世紀(jì)90年代中期，瑞士芬美意香精香料公司(Firmenich)將這一技術(shù)引入到香料工業(yè)。Firmenich公司在清潔劑中使用的脂肪酶在降解油污的過程中能水解產(chǎn)生有酒精香味的酯，從而散發(fā)香氣。這一應(yīng)用使更多的香料制造商注重研發(fā)在洗滌過程會水解產(chǎn)生香氣的前體物質(zhì)，例如，寶潔公司在清潔劑中使用唑烷水解產(chǎn)生醛或酮，β-氨基化合物水解產(chǎn)生紫羅蘭酮或突厥酮等香味物質(zhì)(見圖10)。香料化學(xué)正在繼續(xù)研究更多新型材料來提高香氣的穩(wěn)定性和釋放特性。

香料不僅是功能性產(chǎn)品中的香氣材料。而且具有殺菌作用以及其他的一些功能。丁子香酚、香芹酚以及麝香草酚這些香氣成分都具有殺菌作用，但如果這些物質(zhì)超過一定的濃度，香氣就會很難聞。為解決這一問題，香料化學(xué)家們正在努力尋找高濃度時也能發(fā)散出迷人香氣并且具有殺菌作用的合成香料化合物。可以預(yù)言，可直接使用高濃度的新型合成香料不久將會面世。

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