作為一味芳香元素，香水可以美化人們的生活、提升人的品味。經(jīng)過長(zhǎng)期的演繹發(fā)展，人們賦予了香水更多的禮儀、文化內(nèi)涵。

香奈兒說“不噴香水的女人是沒有未來的”。但是，近年來的一些研究報(bào)告卻認(rèn)為香奈兒等著名香水品牌中有些化學(xué)成分具有致過敏性，所以從2015年起，歐盟正式禁用這些成分。

這樣一來，關(guān)于香水的話題也不免變得慎重起來。其實(shí)，香水自從誕生之日起，就與化學(xué)有著千絲萬縷的聯(lián)系，我們就來聊一聊香水的化學(xué)背景。

香氣的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)

什么是香氣強(qiáng)度？

對(duì)于香水而言，由于其成分復(fù)雜，每一種香氣的揮發(fā)能力各不相同。因此在1954年，英國(guó)著名調(diào)香師撲卻（Poucher）按照香氣的揮發(fā)度，將三百多種天然與合成香料分為頭香、體香、基香這三個(gè)類別。用作頭香的原料，其揮發(fā)性略好；體香是被感覺到的主體香氣，可以停留較長(zhǎng)時(shí)間；而基香則是頭香與體香的氣體成分揮發(fā)完后留下的香氣。

一名優(yōu)秀的調(diào)香師，必須具有敏銳的嗅覺以辨別千百種香味。從定量的角度來說，大量實(shí)驗(yàn)證明，嗅聞?wù)咚杏X到的某種的香氣強(qiáng)度與濃度的關(guān)系可以總結(jié)為Steven公式：I=kCg0.6。其中，I表示人體嗅覺所感受到的香氣強(qiáng)度，Cg是聞到的香氣濃度，k為人體對(duì)該種香氣的敏感強(qiáng)度。

什么是香氣結(jié)構(gòu)？

香氣之所以能給人以各種美妙的感受，歸根結(jié)底還在于其化學(xué)結(jié)構(gòu)不同。一般來說，無機(jī)鹽是沒有氣味的，香料工業(yè)是有機(jī)化學(xué)的“勢(shì)力范圍”。不管是天然香料還是人造香料，總能歸結(jié)到有機(jī)化合物的分子構(gòu)造上來。一些教科書將香氣分子區(qū)分為醇類，酯類，醛類、酮類等十幾種結(jié)構(gòu)類型。

圖片來源：黃曉東

很多文獻(xiàn)也都指出，香氣分子的分子量不是很大（多數(shù)在300以下），分子結(jié)構(gòu)中，碳原子的數(shù)量會(huì)對(duì)香氣產(chǎn)生明顯的影響，兩個(gè)碳的乙醇具有酒的氣息，6～9個(gè)碳的醇帶有清香、果香、橘香和油脂氣息，10～14個(gè)碳的醇香氣逐漸減弱直至消失。

除了分子結(jié)構(gòu)中的碳原子會(huì)影響香氣以外，分子本身的空間立體構(gòu)造、帶有的官能團(tuán)、取代基等因素，都會(huì)制約有機(jī)分子的氣味屬性。

如何科學(xué)鑒定香水？

香水的成分并不單一。因此，要準(zhǔn)確定量的檢測(cè)香水的組分，就需借助儀器來進(jìn)行分析。常用的方法有氣相色譜法（GC）、氣相色譜-質(zhì)譜法(GC/MS)、氣相色譜-嗅覺測(cè)量法（GC-O），等等。

氣相色譜法

氣相色譜法依靠有機(jī)分子各自不同的特性，把它們分離出來，將分子的濃度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，記錄下不同組分的出峰時(shí)間。用這個(gè)方法，可以檢測(cè)出香水中成分的含量。

氣相色譜法測(cè)定香水成分圖譜 圖片來源：黃曉東

氣相色譜+質(zhì)譜法

把氣相色譜與質(zhì)譜的方法結(jié)合起來，不僅能將各個(gè)有機(jī)化合物分離出來，而且通過離子化，把化合物分解成離子碎片，從而可以根據(jù)分子量與出峰時(shí)間對(duì)香水產(chǎn)品中的成分進(jìn)行定量與定性分析。

天竺葵精油的GC/MS圖譜 圖片來源：黃曉東

香水的配方與生產(chǎn)

既然人們非常重視香水的質(zhì)量控制，我們自然要探究一下香水的制作工藝。香精是香水最重要的組份，香精在整個(gè)配方中所占重量比約為10～20%。其余都是酒精和添加劑。

香水制造的工藝流程看似并不復(fù)雜，但卻相當(dāng)耗時(shí)。陳化過程非常重要，將混合好的香水密封放置于恒溫環(huán)境中，經(jīng)過數(shù)月（甚至一年）的時(shí)間，香水體系內(nèi)部發(fā)生了微妙的變化，組分之間悄然進(jìn)行著酯化、分解、聚合、縮醛、氧化等各種反應(yīng)，而一些不溶解的微小顆粒就會(huì)被沉淀出來。有時(shí)候，人們也會(huì)采用諸如超聲等輔助手段來縮短陳化時(shí)間。

怎樣獲得香精、香料？

香精并不是單一的純物質(zhì)，在《香精香料學(xué)》中，一般都把多種天然或人工合成香料的組合稱為香精。例如香奈兒5號(hào)女式香水就使用了如下香精：

香奈兒5號(hào)女用香水的香精配方 圖片來源：《香精香料學(xué)》

香精中的各種香料組分所扮演的角色各有輕重，有的是主體原料，有的則起輔助修飾作用。香精中組分的分類方法有很多種，除了前文中香師撲卻以香精組分的揮發(fā)能力來分類以外，按功能來劃分，一個(gè)香精配方中的香料又可以被區(qū)分為主香劑、修飾劑、定香劑等幾個(gè)部分。

調(diào)配香精的過程被稱為調(diào)香，調(diào)香是科學(xué)與藝術(shù)的融匯技藝，調(diào)香師除了要掌握香料的物化性能，了解現(xiàn)代調(diào)香儀器以外，還必須要有敏銳的香味辨識(shí)力和記憶力，用調(diào)配出的香精來創(chuàng)造持久溫馨的效果。一個(gè)新的香精配方，可以按照傳統(tǒng)的調(diào)香“三步法”來設(shè)計(jì)出小樣。

但小試階段的調(diào)香工作，最終還是服務(wù)于香精的工業(yè)化生產(chǎn)。在香精與香水的工業(yè)化生產(chǎn)過程中，都需要經(jīng)過一個(gè)陳化（熟化）的過程，以便香料在特殊的環(huán)境中反應(yīng)融合。

香精緩釋微膠囊

有人用天然或者合成的高分子材料（蛋白質(zhì)、糖類、纖維素等）為膠囊壁，將香精包裹在里面，以形成一個(gè)由香精做成的微膠囊，各種香料分子會(huì)隨著膠囊壁的微小孔道釋放出來，這樣就能使香氣持久。

微膠囊掃描電鏡照片 圖片來源：黃曉東

種類繁多的天然香料及其提取技術(shù)

現(xiàn)在我們知道，香料可以分為天然香料和合成香料這兩大類。而天然香料又有動(dòng)物性香料和植物性香料之分。

動(dòng)物性香料的種類較少，主要有麝香、靈貓香、龍涎香，海貍香、麝鹿香這幾種，這些香料的價(jià)格昂貴，均可被用作定香劑。

圖片來源：黃曉東

相比寥寥可數(shù)的動(dòng)物性香料，植物性香料的種類就要廣泛得多（500種以上），它們往往提取自植物的莖葉、花果等部位。

工業(yè)上，需要先對(duì)植物性原材料進(jìn)行破碎、浸泡等前處理，方才用于提取工序。

圖片來源：黃曉東

傳統(tǒng)的提取工藝（壓榨法、浸提法等）存在諸多的問題，例如，水蒸氣蒸餾法可能會(huì)破壞對(duì)熱不穩(wěn)定的香料成分。最近幾十年中，研究人員創(chuàng)造了很多新的提取技術(shù)。我們不妨略作一窺。

超臨界二氧化碳萃取法

這是以二氧化碳作為萃取介質(zhì)，萃取天然產(chǎn)物的方法。二氧化碳在特定的溫度和壓力狀態(tài)下，兼具液體和氣體的特征，具有較高的流動(dòng)性和溶解性，提取過程少有活性物質(zhì)被破壞；提取物中沒有溶劑殘留。

微波輔助萃取法 圖片來源：黃曉東

將植物原材料浸沒于溶劑中，通過微波輻射，香料成分能迅速溶解在溶劑中，微波法具有時(shí)間短、提取率高等特點(diǎn)。

超聲萃取法

超聲萃取法 圖片來源：黃曉東

利用超聲波輻射產(chǎn)生的強(qiáng)烈的多級(jí)效應(yīng)，使原材料中的香料分子與溶劑充分接觸，加速了溶解。超聲萃取法安全、高效，具有發(fā)展前景。

分子蒸餾法

分子蒸餾法 圖片來源：黃曉東

這是在高真空條件下，使香料分子揮發(fā)、分離的技術(shù)，分子蒸餾法可以在遠(yuǎn)低于液體沸點(diǎn)的溫度下分離出香料分子，所得產(chǎn)品的純度較高，適合于對(duì)熱敏感的物質(zhì)的分離提取。

酶提取法

用酶先對(duì)植物細(xì)胞壁等組織進(jìn)行降解，使香料分子更暢通的被提取出來。酶提取法并不能單獨(dú)應(yīng)用，而需要與水蒸氣蒸餾法、超臨界二氧化碳萃取法等其他方法聯(lián)合使用。酶法提取條件溫和、效率高、安全環(huán)保。

一種纖維素酶的結(jié)構(gòu) 分子蒸餾法 圖片來源：黃曉東

蓬勃發(fā)展的人工合成技術(shù)

化學(xué)合成的一些新手段也滲透進(jìn)了合成香料的研發(fā)制造中。這些新的方法，新的思路，主要是促使合成技術(shù)邁向更加安全、高效、綠色的境界。

新催化劑

圍繞著如何提高反應(yīng)收率、改善反應(yīng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量等目的，研究者創(chuàng)造出了很多新的催化劑，如圖所示的錫（Sn）催化劑，對(duì)合成有著新鮮甜瓜香氣的甜瓜醛起到了很大的促進(jìn)作用。

一種錫催化劑的結(jié)構(gòu) 圖片來源：黃曉東

手性合成

圖片來源：黃曉東

很多香料分子存在空間對(duì)稱性，猶如我們的雙手，兩個(gè)分子左右對(duì)稱。研究表明，這樣的兩個(gè)相互對(duì)稱的香料分子，香氣的性質(zhì)與程度卻是不同的。

手性合成技術(shù)通過化學(xué)手段，可以獲得更具有愉悅氣味的那個(gè)分子。這就需要調(diào)用有機(jī)化學(xué)中的系統(tǒng)知識(shí)來完成手性分子的合成。

除此之外，微波輔助合成、有機(jī)電合成、仿生合成等技術(shù)手段也在不斷被應(yīng)用于香料的人工合成中。

香水的背后，確實(shí)蘊(yùn)含著深刻的科學(xué)原理呢！