香秘 第4期

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香气其实看不见摸不到，而那些被喷洒的、被燃烧的，不过是承载香气的介质，而被我们嗅觉捕捉到的香气，被人体感受到的香味是什么呢？香气的秘密

其实我们所闻到的香味属于有气味物质的一部分，气味物质中有些具有香味，有一些不具有香味，甚至有些具有令人厌恶的臭气。就有气味的物质而言，几乎都是由有机化合物所组成的。随着现代分析手段及合成技术的提高，人类了解到的有机化合物迅速增多。据估计，数量已近1000万种，而有气味的化合物占总数目的五分之一。

哪些有机物有气味呢？有气味的有机化合物必须具备的条件为：具有挥发性，只有能挥发的物质分子能到达嗅觉感觉上皮，从而产生气味，无机盐、碱及大多数酸是不挥发的，有机高分子化合物是非挥发性的，所以它们不能产生气味；分子量在29～300的有机化合物有可能产生气味；能产生气味的物质必须是脂、水双溶性的，有些低分子有机物只溶于水而不溶于脂，所以几乎无气味；分子中具有某些原子或原子团（可称为发臭原子或发臭基），发臭原子位于周期表的Ⅳ-Ⅶ主组的原子，其中磷、砷、硫、锑为发恶臭原子。发臭原子团主要有：羰基（>C=O）、醛基（CHO）、甲醇基（CH2OH）、酯基（-CO2R）、氨基（-NH2）、醚基（-O-）、羧基（-CO2H）以及碳酸基（-OCOO-）；化合物的折光率在1.5左右；拉曼效应测定的波数在1400～3500cm-1内。这些条件可以判断分子有无气味。有机化合物的气味是有机物的物理性质之一，也可作为鉴定有机物时的辅助依据。

这里所涉及的仅是有气味化合物中的一部分，即有香味的化合物。那么，什么样结构的化合物有香味，什么样的结构与某一类香味相关呢？这个问题是香味化学中的一个重要理论问题。对香味与结构之间关系的研究尚未完全达到确立基本规律的地步，这是因为：气味表现、评价会因人而异；气味因浓度而发生变化；由于相加和相抵的效果，混合物的气味不能简单地表现加和状态等理由，所以，想定量地表示出香气实验的结果是很困难的。而且，气味的阈值根据化合物的种类不同有很大变化，混入微量的物质气味的表现也有所不同。人类嗅觉系统的奥秘

气味，也就是嗅觉，与视觉、听觉、味觉、触觉一起，构成了我们五种主要的感知外部世界的方式。那么嗅觉的产生是怎样作用的。经过生物化学家们的反复研究和试验，发现感觉细胞之所以能鉴别出具有挥发性的低分子量有机分子（刺激、气味），原因在于存在嗅觉神经原。这些嗅觉神经原分布范围极小，人体内嗅觉神经原主要分布在鼻腔大约只有2.5平方厘米的有限平面内，称之为嗅觉感觉上皮。这一细胞组织位于鼻中央隔板侧壁一小区域内，另外在鼻孔上部的中壁也有这层细胞组织分布。每当吸气时，带有挥发性气味分子的空气通过外鼻孔进入鼻腔，随后转入嗅觉感觉上皮。由于嗅觉感觉上皮与气味分子发生了复杂的生理作用，才引起了对气味的感觉。

人类对气味问题的思索至少可以追溯到公元前4世纪的古希腊时代。当时著名的学者亚里士多德认为，气味是有气味的物质发出的辐射。而另一位希腊学者伊壁鸠鲁，则在德谟克利特原子论的基础上来解释嗅觉。他认为是不同形状的原子让鼻子感觉到不同的味道。他曾设想，引起甜味嗅觉的是光滑、圆圆的原子，而酸味则是由尖的原子产生的。后来的研究表明，不同的气味确实是由不同结构的物质引起的，但是并不是什么圆的或者尖的“原子”。后来，苏格兰的科学家蒙克里夫于1949年提出了一种气体立体化学理论，认为气体分子的形状如同我们常见的物体那样，多种多样、千姿百态，有球形、船形、椅形等。气体立体化学理论认为，在人和动物的鼻子总有感觉灵敏的鼻窦，在鼻窦的细胞中有专门接受外界气体分子的受体，它也是一种分子。当外界气体分子和鼻窦受体分子像模具和模型一样相互吻合并发生生理反应时，产生的信号便刺激大脑，就可以使人闻到气味。如果外界气味分子和鼻窦受体分子不吻合、不反应，人就闻不到气味。再后来，美国的阿尔莫对此理论提出了一个较为完整的嗅觉化学机制，但两者大同小异，观点基本相同。不过，这种理论也遇到了一些新的挑战。例如，有的物质化学结构虽不同，却有相同气味；也有一种物质同时具有两种气味……这些问题用上述理论都难以解释，因此上述理论也不是很完善。但人们对嗅觉的认识却已在步步深入。

对于嗅觉产生机理这一难解的迷题，终于由2004年度诺贝尔生理学或医学奖获奖者、美国科学家理查德·阿克塞尔（RichardAxel）和琳达·巴克（Linda B.Buck）解开了谜团。1991年他们联合发表了关于嗅觉受体基因的基础论文，在论文中他们描述了一个大约有1000个基因的气味受体家族，从中他们克隆并且分析了18种不同的成员，它们编码7种主要的跨膜蛋白，这些蛋白的表达限制于嗅觉感觉上皮。这揭示了人类嗅觉系统的奥秘，告诉世界我们是如何能够辨认和记得气味。

阿克塞尔、巴克和他的同事们开始研究嗅觉神经细胞的蛋白质受体时并没有直接研究蛋白质，而是转而研究基因。既然在嗅觉神经细胞的细胞膜上有蛋白质，那么就一定有对应的基因。通过基因克隆的方法，找到了一群负责制造蛋白质受体的基因。这一群基因只在嗅觉神经细胞中表达。大约有1000个负责嗅觉受体蛋白质编码基因，也就是说，有大约1000种蛋白质受体。这是人类数量最大的一族基因，大约占人类基因总数的1%。

每个单独的嗅觉受体细胞只表达一种并且只有一种气味受体基因。因此气味受体有多少，就有多少类型的嗅觉受体细胞。我们能闻到上万种气味，但是对应的蛋白质受体只有不到400种。如果一种蛋白质受体只负责一种气味，那么我们的全部基因都负责制造蛋白质受体，也不够用。奥妙在于，一种蛋白质受体能够特异地和多种气味分子结合，同时一种气味分子也可能特异和多个蛋白质受体结合。而大多数气味是由多种气味分子构成的，这就导致了一种结合密码以形成一种“气味类型”。这样，400种蛋白质组合出上万种气味模式，并非不可能。由此就构成了我们识别气味能力的基础并且形成了约对1万种不同气味的记忆。

嗅觉受体细胞把它的神经突触送到嗅球，在嗅球中约有2000个精确限定的微小区域，即球囊。携带有同一类型受体的受体细胞把其突触聚集到同一种球囊中。这种来自具有同一受体细胞的信息聚集到同一球囊的现象证明了球囊也具有显著的特异性。在球囊中我们不仅能发现来自嗅觉受体细胞的神经突触，而且发现它们与下一个水平的神经细胞（僧帽状细胞）联系在一起。每个僧帽状细胞只由一个球囊激活，因此，信息流的特异性（即某种特殊的气味）得以维持。最后，通过长长的神经突触，僧帽状细胞把信息传递到大脑的几个部位。

这些神经信号（信息）到达大脑皮质的精确的微小区域。因此，来自几种类型的气味受体的信息在大脑皮质整合为一种气味类型特征并记录在案。最终气味得到破译，并使得我们产生了气味识别的有意识的体验。

在哺乳动物中也有类似的现象，但是即便哺乳动物也使用类似的信息素，它们也不是由嗅觉感觉上皮负责感知的。在鼻腔中有一个叫做犁鼻器的组织负责感知信息素。人类犁鼻器上感知信息素的蛋白质受体和用于感知气味的蛋白质受体有较大的差别。这说明嗅觉感觉上皮和犁鼻器在很早以前就可能已经分别进化了。

气味分子配基和受体分子在嗅觉感觉神经元上的相互作用所引发的信号必须通过大脑的解码才能得以确认何种气味受体被激活。哺乳动物嗅觉系统的复杂性把嗅觉感觉上皮划分为解剖上和功能上的独立单位，如此每一个条带仅仅能表达整个嗅觉系统的一个亚类。嗅觉系统把无数的化学物质转译成为不同的嗅觉感知。为了进一步明确这个过程发生的中间步骤，在1000种不同的气味受体之一共表达的跨神经元示踪剂，这种示踪剂从表达受体的神经元开始行走至嗅球处，然后再到嗅觉皮层，这揭示了一个立体化的感觉图谱，来自于特定受体的信号投射于特定部位的神经元丛。来自不同受体的感觉输入在空间上相互重叠，并且能够和单独的神经元相联结，从而有望提供一种对气味分子的组合性受体编码信息的各个成分整合情况的观察。来自于同一种受体的信号投射于多个嗅觉皮质区域，使得对于由一个单独的受体输入到神经皮质和边缘系统的信息以平行的、可能是分化的方式进行信息编码。

来自同一种受体的信号投射于不同嗅觉皮质区域以及边缘系统。起自嗅觉神经元的信息经中继后沿着嗅束在中脑和大脑之间的前连合处进入大脑组织，此处嗅束分为两条通路走行，一条在低位脑干处由中间进入中央嗅觉区，另一条沿侧边走行进入侧位嗅觉区。中央嗅觉区包含一系列定位于下丘脑前部的大脑中央基底部的核团，核团的纤维投射到下丘脑或者大脑边缘系统的其他原始部位，这个系统和嗅觉引起的基本情绪反应有关。侧位嗅觉区域主要包括前梨状核以及梨状皮质区域以及杏仁核的皮质部分，嗅觉信息从此处输入至几乎所有的边缘系统的部分，尤其是进化上较新的区域如海马。这个部位与嗅觉的记忆及辨别能力的形成有关。

在嗅觉感觉神经系统中，表达一种特定气味受体的神经元将其纤维精确投射到1800个嗅小球上的空间上稳定排列两个之上，由此在嗅球上产生了一个嗅觉局部解剖投射定位图谱。嗅觉感觉神经元的半衰期为90d，并且保持着持续的更新。那么在组织存活的生命过程中这种精确的空间投射是如何维持的？当一种基因途径来实现表达一种特定受体的神经元亚类同步传输的脱离，这种新产生的神经元的轴突进入大脑并且在成年期投射至嗅小球区域时就可以被追踪记录下来，随后出现的神经细胞凋亡以及空间定位被忠实地保存下来，所以感觉定位建立所必需的信息在生物体的整个生命过程中都得到了很好地维持。

嗅觉随着年龄增长而退化的事实为我们所熟知，嗅球中僧帽细胞的凋亡可能是老化性嗅觉障碍的重要因素之一。

对于嗅觉的研究为我们提供了一个了解自身的方式，展示了一种认识生命特征的可供参照的模式，从而在探究生命之谜的过程中提供了新的思维。长期以来，嗅觉形成的内在机制一直是一种神秘莫测的东西，研究者们试图通过各种途径破解嗅觉发生之谜。虽然嗅觉发生在大脑皮层中的投射途径尚不完全清楚，但是现今的研究也为我们提供了进一步认识嗅觉发生的视角并可能对机体其他生理功能的研究提供有益的启迪。

香气对于中枢神经系统的生理作用、与人们对气味的主观感受相结合的确会产生一定治疗效果。近几年有人提出许多利用脑电波EEG所做的科学研究报告，这种仪器是用来记录人类脑部和皮肤的电流反应。实验证明，某些香气和天然精油对人类精神个身体方面具有放松、提振、平衡、抗忧郁等效果。在同时，如果某种会令人感到愉悦的气味，就会刺激大脑的边缘系统分泌出让人“快乐”的化学物质脑啡和脑内啡，这两种物质有助于降低疼痛和营造幸福的感觉。

有时科学研究报告的结果也会与我们所预期的结果相反，1970年日本Toho大学教授Torri的研究结果表示，橙花和玫瑰通常被视为具有镇静效果，但是研究却发现它们具有刺激和提振效果。这种事实与研究结果的差异现象其实与实验时所使用的浓度有关。根据盖特佛塞（Gattefosse）的研究。低浓度的欧白芷会刺激脑部，而高浓度则具有催眠和镇静效果，此外并非每个人都能敏锐的感应到所有的香气，充其量只能分辨其中某些小差异。例如橙花和玫瑰，具有部分苏醒的高挥发气味，但通常会被镇静效果的其他气味所掩饰。因此会有人对某种香气的反应是活波苏醒，而有的反应会觉得是镇静松弛。容易闻到气味全貌的人往往同时会感受到刺激和放松的感觉，他们在精神方面感觉提振，而身体方面却觉得很轻松。

正如人类耳朵听不到动物可以听得见的高低频声音，但这并非表示我们不会受到这类音频的影响。在英国Warwick大学，有史提夫·透勒（Steve Van Toller）和乔治杜得（GeorgeDodd）两位博士所提出的研究报告显示，我们的生理和心理方面可以同时回应高度稀释后的香气，即稀释到我们闻不到为止。脑波测试结果显示我们皮肤和脑对这种低浓度气味还是有所回应。事实上，由于在意识上并未介入其中，所以这些无法感知的气味对于身心的回应可能还会更为深入。

若是按照香气和植物精油对人体中枢神经系统的作用可以将有益疗效的划分为六类：提振、平衡、松弛、抗忧郁、催情、镇欲。但如若某气味会因个人记忆等因素产生不愉悦的情绪，将会改变其对人体应有的身心作用。提振功效的植物有：欧白芷、黑胡椒、豆蔻、丁香、榄香脂、尤加利、茴香、姜、葡萄柚、甜橙、玫瑰草、广藿香、薄荷、迷迭香等；平衡（同时具有放松或提振精神的效果，能视个人的心灵状态而调整）功效的植物有：罗勒、佛手柑、乳香、天竺葵、薰衣草、柠檬草、橙花、奥图玫瑰、帕图玫瑰等；松弛功效的植物有：雪松、丝柏、蛇麻草、杜松子、马郁兰、没药、檀香木、岩兰草、依兰依兰等；抗忧郁功效的植物有：罗勒、佛手柑、洋甘菊、快乐鼠尾草、乳香、天竺葵、茉莉、薰衣草、柠檬、莱姆、苦橙叶等；催情功效的植物有：雪松、豆蔻、肉桂、丁香、芫荽、姜、橙花、肉豆蔻、迷迭香等；镇欲功效的植物有：樟树、马郁兰等。同种植物的不同疗效有时可以通过控制其浓度来达到，如依兰依兰的使用浓度在0.05%～1%时反而会有提振的效果。

现代捕香术

大自然的香味如何保存以供庞大的人群使用，靠实验室的器具是无法做到的。在工业化时代的我们或许可以说很幸福，通过购物就可以轻而易举地获得香气，但是工厂是如何做到的呢？

同实验室获取植物芬芳物质一样，为了减少危害物质，提取方式主要是水蒸馏法，只是设备更加的庞大和复杂。蒸馏法最早可以追溯自5000年以前的美索不达米亚，然而现今植物精油所使用的蒸馏法其实是由中古世纪的阿拉伯人所发明的。其蒸馏技术被现今法国的香水之都格拉斯所发扬光大。一般来说，叶子、花朵等较为柔软的植物部分不需经过事前处理就可以放入蒸馏槽中，而木材、树皮、种子及根部等较坚硬的部分就要先经过切割、压碎或磨碎的处理来帮助芬芳物质的释放。一些植物，如香蜂草、玫瑰等一经采收就必须马上进行蒸馏，因为一经采收，这些植物内部的酶就会开始分解芳香物质。一旦在蒸馏槽中，植物原料会被水蒸气团团包围或者直接浸泡在水中，这时芬芳物质会因热度而突破植物的储油细胞被释放出来，带有芬芳物质的水蒸气会通过冷凝器凝结成水滴滴出，然后通过虹吸瓶分离收集得到精油。除了设备外，原料的来源也是十分重要的，由于产量化，所需的植物原料量非常大，大规模种植的芳香植物是首选。除了花，有些植物的根、茎、叶都可以为提取对象，这根据不同的植物所含芬芳部位而定。