在第一部分中,我们了解到人类可以分辨出超过一万亿种气味。 我们还了解到,分子对当今世界有着深远的影响。 我们了解到,合成分子最早诞生于 19 世纪,随后在20世纪得到普及,是现代香料工业的基础。我们讨论了香味分子的振动以及振动是如何决定香味的。
香水化学艺术的背后是科学
化学是现代香水制造的基础。现代香水对很多人来说都触手可及。 然而,在 19 世纪中期合成分子问世之前,只有富人才买得起香水。 珍贵的天然精油使得香水的供应受到限制,只能散发大自然的芬芳。随着时间的推移,随着合成分子的出现,高级香料变得平民化,更容易获得。 这也促进了新的探索,提高了生产力。
顶级香水制造商创造新分子
芬美意(Firmenich)、国际香精香料公司(IFF)和吉华丹(Givaudan)等领先的香料制造商都希望为全球解决方案做出积极贡献。如今,这些行业领导者将特殊设计的分子作为商业机密申请专利。他们不断创造出许多新分子,以填补万亿种香味的空白! 事实上,根据 Givaudan 公司网站的介绍,他们已经 "将化学家变成了分子设计师",并 "致力于每年为香味分子领域带来 2 至 5 种新分子"。
无与伦比的设计......分子中有签名
分子是独一无二的。它们都含有独特的特征。通过更多地关注化学细节,可以将芳香分子的官能团与特征气味联系起来。分子四处跳动。利用和集中这些分子对于形成香味至关重要。琳达-巴克(Linda Buck)和理查德-阿克塞尔(Richard Axel)发现,我们对香味分子的感觉(嗅觉)是由一整套感觉细胞决定的,他们因此获得了 2004 年诺贝尔奖。一种香味分子会与一种以上的受体相互作用,因此整体感觉是由激活的受体组合产生的。巴克和她的同事发现,当他们对小鼠的单个神经元进行一系列正脂肪醇测试时,嗅觉神经元群被激活。
上帝就在细节中
正如古斯塔夫-福楼拜(Gustave Flaubert)所宣称的那样,"Le bon Dieu est dans le détail";"好的上帝就在细节中"。 例如,"正脂肪醇 "的气味从草本、玫瑰、木香到橘子味都有。相比之下,"正脂族酸 "闻起来有油腻、酸、馊或汗味。哇,醇和酸之间的区别就像交响乐与嘈杂、不和谐音符之间的区别。 这一切都非常微妙。 化学成分的细微差别会产生不同的气味,例如 "丁酸乙酯 "的菠萝香味和 "丁酸戊酯 "的杏子香味。
识别并分离出单个香味分子,然后与调香师合作,了解哪种组合能创造出最多的需求,这就是 "香料化学 "的日常工作。
有机物与合成物联姻,创造出气味美妙的 "婴儿"
将精油与合成香料成分混合,使香味持久清新,这绝对是关键所在。对于调香师来说,这将带来竞争优势和技术优势;如果香味保持稳定,就不会褪色。香味的高冲击力显示了合成分子与有机精油的结合是如何支持结构香味的。它是创作的极致,是创作者的 "宝贝"。
一个鼻子怎么能和另一个鼻子一样?
今年 3 月,在一项大规模众包项目中,计算机通过分子结构预测了分子的气味。气味感知数据与机器学习算法相结合,"嗅出 "了化合物的香气特征。 结合化学、工程学和众包技术,一个科学家团队向世界各地的志愿者发出邀请,让他们预测气味特征。研究人员一直对分子结构与气味感知之间的关系感到困惑。
人工智能注定要取代鼻子吗?
通过将机器学习编程到计算机中,这项研究表明,不久之后,计算机就可以直接从分子中识别气味。IBM 的巴勃罗-迈耶(Pablo Meyer)与洛克菲勒大学的莱斯利-B-沃肖尔(Leslie B. Voshall)和安德烈亚斯-凯勒(Andreas Keller)共同设计了一个名为 "DREAM嗅觉预测挑战"的众包项目。 挑战的重点是绘制气味的化学特性图,以预测特定对象的行为反应。结果表明,"计算机可以锁定导致气味的分子特征,而人类无法通过观察分子结构来辨别这些特征"。[2]
他们召集了 49 个人来嗅闻 476 种分子。这些 "嗅探者 "根据 "蒜味"、"甜味"、"水果味"、"香料味"、"焦味"、"尿味"、"腐烂味 "和 "鱼味 "等特质对每种分子进行了分类。然后,IBM-洛克菲勒团队将部分数据提供给计算机科学家团队,后者开发出了能够预测分子气味的机器学习算法。这些算法可以准确识别分子的 "舒适度 "和 "强度",以及许多其他 "气味 "特质。
纽约州立大学奥尔巴尼分校化学教授、嗅觉化学专家埃里克-布洛克说:"这是在解码大脑如何解读来自鼻子的信息方面迈出的重要一步。"根据气味识别分子"可能即将实现,但尚未掌握"。
在一项实验中,科学家提取了香水中常用的麝香分子,并用较重的同位素氘替换了分子中的氢原子。这种交换使氢原子的质量增加了一倍,并改变了分子的振动,但形状保持不变。研究结果表明,氘麝香分子的气味似乎与氢麝香分子不同,这证实了分子振动决定了气味。
研究表明,我们鼻子中的感受器可以检测到一种被称为 "非弹性电子隧道 "的 "纳米级量子机制"。这种非弹性电子隧道效应可以探测分子振动。20 多年前,1996 年在加州大学洛杉矶分校(UCL)提出这一想法时,人们认为它很离谱。物理学家们勉强表示,这一想法最初在 "理论上 "可行;几十年后,该项目完成并得到验证。
香味分子的下一步是什么?
我可以推测,香味分子可以将人们带入一种改变了的现实感中,创造出与虚拟或现实体验相关的新记忆。 人对香味的反应是个人的,对不同的人来说可能意味着不同的事情,这取决于他们当时对这种香味的体验。不过,气味分子会引起一些共同的反应。我们正站在改变世界的感官新旅程的悬崖边上,欢迎来到气味叙事。
[1]Angelika Börsch-Haubold 博士,《小分子制造香味》,http://www.scienceinschool.org/2007/issue6/scents。
[2]计算机根据分子结构预测分子气味 Elizabeth K. Wilson 化学与工程新闻》 第 95 卷第 9 期 发布日期:2017 年 2 月 27 日2017年2月27日