香精與香料(67)—葉醇

葉醇是一種醇類的有機(jī)化合物，學(xué)名為順-3-己烯醇，是一種無(wú)色的油狀液體，易揮發(fā)，且具有剛從草地割下了的草和葉子的氣味，有時(shí)會(huì)呈微黃色液體。葉醇是大多數(shù)植物引誘捕食性昆蟲的誘餌。葉醇是用于在水果和蔬菜的口味和香水中的一個(gè)非常重要的香料，每年需求量約30噸。與它相關(guān)的酯類或酯類衍生物，也是重要的香料原料。

葉醇的分子結(jié)構(gòu)式

葉醇，英文名為cis-3-Hexen-1-ol，分子式為C6H12O，相對(duì)分子量為100.16。葉醇為無(wú)色油狀液體，沸點(diǎn)156~157℃，相對(duì)密度0.8460，折光率1.4395。從茶、刺槐、蘿卜、草莓、圓柚等植物中發(fā)現(xiàn)。有著青香、藥草香、綠葉香香氣特性。建議應(yīng)用于草莓、漿果、甜瓜、茶香精中。

醇類合成香料。葉醇具有強(qiáng)烈的新鮮葉草香氣，屬清香型名貴香料，可用于香精配方，化妝品行及食品香料中及使用于制備系列香料如葉醇酯等。主要用作各種花香型香精的前調(diào)劑，用于調(diào)合丁香、香葉天竺葵油、橡苔、薰衣草、薄荷等花精油，提供新鮮的頭香。

含量分析

各異構(gòu)體總量及主成分含量均按GT-10-4中用極性柱進(jìn)行氣相色譜分析。

毒性

GRAS(FEMA)。LD50 4700mg/kg(大鼠，經(jīng)口)。

使用限量

FEMA(mg/kg)：軟飲料1.0；冷飲3.7；糖果5.0；焙烤食品5.0。適度為限(FDA§172．515，2000)。

用途1

GB2760—96規(guī)定為允許使用的食用香料。主要用以配制各種瓜果和薄荷型香精。

用途2

順式3-己烯醇具有類似異戊醇的香味，用于制高級(jí)香料；反式3-已烯醇在非常稀和狀態(tài)有濃草香味，用于特種香料的生產(chǎn)。

用途3

順式-3-己烯醇又名葉醇,它不僅常用于具有花香青香的日化香精中,也用于具有果香和薄荷香的食用香精中可用于激活花香,果香和薄荷香日化和食用香精中的頭像。

葉醇的主要應(yīng)用和制備

日本高砂香料公司以戊二烯和甲醛為原料，先生成二氫吡喃，然后在鋰催化作用下開環(huán)而得。葉醇是花香型，青香型香精重要香料之一，只加入1%左右即可獲得新鮮青葉香韻。在回歸天然的發(fā)展趨勢(shì)下，葉醇在西方型香精中將起重要作用。在瓜果香精中只用微量即有功效。

1. 葉醇在食品中的應(yīng)用

葉醇廣泛分布于綠色植物的葉、花和果實(shí)中，因而自人類有史以來(lái)就隨食物鏈被人體攝取。據(jù)估計(jì)，美國(guó)公民每年僅通過(guò)食用西紅柿就要消費(fèi)10公噸的葉醇。故葉醇屬于一種天然、安全無(wú)毒副作用的化合物。我國(guó)GB2760-1996標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可按生產(chǎn)需要適量用于食品香精。在日本，葉醇廣泛應(yīng)用于有香蕉、草莓、柑桔、玫瑰香葡萄、蘋果等天然新鮮風(fēng)味香精的調(diào)配，也與乙酸、戊酸、乳酸等酯類并用，以改變食品口味，主要用于抑制清涼飲料和果汁的甜味余味。

2. 葉醇在日用化工中的應(yīng)用

葉醇具有強(qiáng)烈的新鮮青草香氣，是一種流行的清香型名貴香料。葉醇及其酯類在香精生產(chǎn)中是不可缺少的調(diào)香劑。據(jù)報(bào)道，目前在世界上40多種著名香精配方中均含有葉醇成分，通常只需添加0.5%或更少的葉醇，即可得到顯著的葉青香氣味。在化妝品行業(yè)中，葉醇用于調(diào)配各種與天然香料類似的人造精油，如鈴蘭型、丁香型、橡苔型、薄荷型和熏衣草型精油等，也可用于調(diào)配各種花香型香精、使人造精油和香精具有青香的頭香香韻。葉醇也是合成茉莉酮和茉莉酮酸甲酯的重要原料。葉醇及其衍生物是20世紀(jì)60年代香料行業(yè)綠色革命的象征。

3. 葉醇在生物防治中的應(yīng)用

葉醇還是植物和昆蟲兩方面不可缺少的生理活性物質(zhì)。昆蟲利用葉醇作為警報(bào)、集合等信息素或性激素。如用葉醇與苯琨以一定的比例混合后，可誘導(dǎo)雄性金龜子、甲蟲的聚集，從而用以大面積的捕殺諸如此類的森林害蟲。由此可見(jiàn)，葉醇是一種有重要應(yīng)用價(jià)值的化合物。

葉醇的發(fā)現(xiàn)

葉醇幾乎存在于所有綠色植物中，所謂象征植物”綠色”的本體在氣味上的體現(xiàn)就是葉醇。雖然自人類有史以來(lái)，葉醇就成為人類食物鏈的一個(gè)環(huán)節(jié)，但直到1895年才在茶油中測(cè)到它的存在。在1917年，人們又發(fā)現(xiàn)葉醇存在于日本薄荷油中，并粗略地確定了其結(jié)構(gòu)，Stoll和Rouve確定葉醇的結(jié)構(gòu)為順-3-已烯-1-醇。大約在1920年進(jìn)行紅茶的發(fā)酵時(shí)亦發(fā)現(xiàn)了葉醇，1930年左右日本化學(xué)工作者在茶的鮮葉中也發(fā)現(xiàn)了它。相繼在許多高等植物中發(fā)現(xiàn)了葉醇，如大花茉莉、小花茉莉、薄荷、香茅、紫花地丁、番茄、茶葉、百里香、山竹果、香葉天竺葵、雞桑、草莓、葡萄、獼猴桃、圓柚、懸鉤子、桂花、梔子花、紫羅蘭葉、紅三葉草、蘿卜、覆盆子和刺槐等中。在洋槐和桑樹的葉油中葉醇的含量可達(dá)50%，綠茶中近30%。葉醇的天然提取法可由這些植物中分離提取，主要是由精油中提取，然后與相應(yīng)的鄰苯二酸鹽或脲基甲酸鹽反應(yīng)而提純，得到的順式異構(gòu)體占95%。從植物中提取的精油本身數(shù)量有限，精油中往往又含有種類繁多的化合物。因而欲提取、分離到某一具體的化合物(如葉醇)相當(dāng)困難，且提取的得率也極微。顯而易見(jiàn)，直接從天然植物中提取葉醇無(wú)法滿足對(duì)葉醇的需求，這在實(shí)踐中也是極不經(jīng)濟(jì)的。

綠茶中含有30%左右的葉醇

葉醇的生物合成

1、脂氧合酶通過(guò)脂肪酶依賴和獨(dú)立的途徑控制綠葉揮發(fā)物生產(chǎn)的重要性

綠葉揮發(fā)物(GLVs)是一種六碳揮發(fā)性化合物。它們是由脂肪酸通過(guò)脂氧合酶催化的雙氧合反應(yīng)和隨后的氫過(guò)氧化物裂解酶催化的裂解反應(yīng)而形成的。GLV參與植物對(duì)食草動(dòng)物和病原體的直接和間接防御。在完整的植物組織中，GLV的濃度通常很低，但在受傷時(shí)，GLV會(huì)在幾秒鐘到幾分鐘內(nèi)迅速合成。有人假設(shè)，這種“GLV爆發(fā)”是由內(nèi)源性底物上現(xiàn)有酶的激活支持的；然而，GLV爆發(fā)的具體機(jī)制尚未闡明。最近，我們發(fā)現(xiàn)有一部分GLV是在脂質(zhì)中不釋放游離脂肪酸的情況下形成的。因此，我們假設(shè)脂氧合酶在GLV爆發(fā)中起重要作用。特別是脂氧合酶對(duì)膜脂的直接氧化發(fā)揮作用。脂氧合酶也是控制植物源食物中GLV水平的一個(gè)靶點(diǎn)。[1]

圖1 典型綠葉揮發(fā)物的結(jié)構(gòu)。(E)-2-己烯醛和(Z)-3-己烯-1-醇有通用名稱，如括號(hào)中所示。在一些植物中，(E)-3同分異構(gòu)體和(Z)-3同分異構(gòu)體被發(fā)現(xiàn)。此外，在一些植物中還能形成丁酸酯和己酸酯。[1]

圖2 植物中兩個(gè)主要的脂氧化物通路(GLV和JA通路)的示意圖，重點(diǎn)介紹GLV通路 [1]

圖3 代表性脂質(zhì)脂氧化物的結(jié)構(gòu)。單半乳糖甘油二酯創(chuàng)傷蛋白(MGDG traumatin)由氫過(guò)氧化物裂解酶HPL途徑形成。在擬南芥和煙草中，創(chuàng)傷蛋白通過(guò)與(E)-10形式的雙鍵異構(gòu)化和/或C9位置的氧合進(jìn)一步修飾。與12-氧代植物二烯酸OPDA結(jié)合的脂氧化物由丙二烯氧化物合成酶AOS途徑形成，相關(guān)化合物統(tǒng)稱為擬南芥苷。在亞麻中發(fā)現(xiàn)了含有二乙烯醚結(jié)構(gòu)的?；糠值腗GDG，其相關(guān)化合物命名為亞麻油脂。在任何一種情況下，脂氧化物都可以在sn1或sn2位置上找到，或者兩者都有。這些脂質(zhì)羥磷脂也可能與雙半乳糖甘油二酯DGDG或磷脂(如磷脂酰膽堿)一起出現(xiàn)。R表示甘油主鏈。R '表示?；al代表半乳糖。[1]

圖4 提出了一種由組織破壞引起的綠葉揮發(fā)物GLV爆發(fā)模型。西紅柿脂氧合酶TomLOXC(通過(guò)GFP分析)(Chen et al. 2004)和脂氧合酶2NaLOX2(通過(guò)TargetP預(yù)測(cè))(Allman et al. 2010)被預(yù)測(cè)位于葉綠體基質(zhì)中。番茄氫過(guò)氧化物裂解酶HPL被預(yù)測(cè)會(huì)結(jié)合在葉綠體的外膜上(Froehlich et al. 2001)。當(dāng)組織被破壞時(shí)，葉綠體會(huì)崩潰，類囊體膜(富含單半乳糖甘油二酯MGDG)會(huì)被破壞。盡管大多數(shù)植物脂氧合酶LOXs是可溶性酶，但它們有n端β-桶狀結(jié)構(gòu)域，被認(rèn)為與疏水表面相互作用(Ivanov et al. 2010)，這將有助脂氧合酶于LOXs與破碎的類囊體膜相互作用，催化單半乳糖甘油二酯羥基過(guò)氧化物MGDG- OOH的形成。與此同時(shí)，包膜會(huì)被破壞，使氫過(guò)氧化物裂解酶HPL結(jié)合在其上，可以結(jié)合MGDG-OOH。玉米脂氧合酶家族ZmLOX10存在于葉綠體以外的細(xì)胞器中，細(xì)胞器的崩潰也會(huì)導(dǎo)致同樣的激活。[1]

2、從綠色路線產(chǎn)生綠色香韻

典型的清新宜人的前調(diào)來(lái)自壓碎的水果和植物的綠葉部分，通常被稱為“青調(diào)或綠香”，來(lái)自揮發(fā)性的C6化合物，如(E2)-己醛(葉醛)和(Z3)-己烯醇(葉醇)。這些化合物可以從植物組織中提取，但由于工業(yè)產(chǎn)品中需要它們的濃度與原始材料中的濃度相當(dāng)，因此這種方法利用了大量的材料，通常在經(jīng)濟(jì)上不現(xiàn)實(shí)。這些化合物的化學(xué)合成可以滿足工業(yè)所需的量，但導(dǎo)致“合成化合物”標(biāo)簽不被消費(fèi)者很樂(lè)意去接受，特別是在西歐，他們的需求是支持“天然來(lái)源的產(chǎn)品”。生物技術(shù)代表了一種非常有吸引力的替代品，可以生產(chǎn)被認(rèn)為是天然的香料和芳香劑。此外，與化學(xué)合成相比，生物技術(shù)方法提供了在自然界中出現(xiàn)的對(duì)映體混合物的拆分，從而消除了后續(xù)的分離步驟，并改善了可能受手性影響的氣味感知。

本文報(bào)道了一種利用生物技術(shù)合成(E2)-己醛和(Z3)-己烯醇的新方法；綠香韻化合物由工程菌在添加10%富多不飽和脂肪酸油的特定培養(yǎng)基中生長(zhǎng)產(chǎn)生。利用新基因NX6125轉(zhuǎn)化的細(xì)菌將亞油酸和亞麻酸等多不飽和脂肪酸降解為葉醛和葉醇。此外，還介紹了一種全新的下游加工方法，即所需產(chǎn)品的分離、濃縮和純化。這一創(chuàng)新發(fā)展為工業(yè)規(guī)模的天然綠色香韻物質(zhì)的生產(chǎn)提供了一個(gè)可預(yù)期的轉(zhuǎn)化前景。[2]

圖5 假設(shè)的綠香韻化合物的生物合成途徑。PUFAs轉(zhuǎn)化為綠色揮發(fā)物是通過(guò)大腸桿菌過(guò)表達(dá)NX6125實(shí)現(xiàn)的。

3、青香化合物的合成

綠味化合物是新鮮、綠色的蔬菜和水果的主要特征成分，如蘋果、櫻桃、獼猴桃、樹莓、草莓和番茄。這些分子被用于香精和香料工業(yè)，作為食品和飲料的新鮮香精成分。這些揮發(fā)物的主要基團(tuán)是六碳醛和醇類，如(2E)-己烯醛(葉醛)和(3Z)-己烯醇(葉醇)。在黃瓜和甜瓜的香味中發(fā)現(xiàn)的九碳醛和醇也被認(rèn)為是綠色的化合物。所有這些化學(xué)物質(zhì)都是由脂肪酸如亞油酸和亞麻酸通過(guò)酶氧化形成的。它們的生物合成需要兩組酶，脂氧合酶和過(guò)氧化氫裂解酶。[3]

圖6 青香韻化合物的生物合成途徑 [3]

葉醇的藥理和香氣活性

1、長(zhǎng)、短碳基化學(xué)物質(zhì)對(duì)平滑肌松弛的調(diào)節(jié)作用

簡(jiǎn)介：從植物中提取的短鏈和長(zhǎng)鏈的碳素化學(xué)物被發(fā)現(xiàn)在許多家用產(chǎn)品中，并被廣泛用于補(bǔ)充醫(yī)學(xué)。從植物中提取的短鏈和長(zhǎng)鏈基碳化學(xué)品在許多家用產(chǎn)品中都可以找到，并被廣泛用于補(bǔ)充醫(yī)學(xué)。據(jù)傳聞，其中一些化學(xué)品具有放松平滑肌組織的能力，為了驗(yàn)證這一概念，本研究考察了1,8-桉樹腦、1-庚醇、α-蒎烯、順式-3-己烯-1-醇(葉醇)和反式-2-己烯醛(葉醛)對(duì)小鼠和大鼠輸精管的神經(jīng)傳遞和收縮的影響。方法：在存在和不存在每種化學(xué)物質(zhì)的情況下，對(duì)小鼠輸精管表面的電誘發(fā)的神經(jīng)末梢沖動(dòng)（NTI）和電誘發(fā)的興奮性結(jié)點(diǎn)電流（EJC）進(jìn)行了局域性的細(xì)胞外記錄。同樣，在存在和不存在每種化學(xué)品的情況下，對(duì)大鼠輸精管的去甲腎上腺素誘發(fā)的收縮力也進(jìn)行了檢查。結(jié)果：相對(duì)于各自的對(duì)照組，1,8-桉樹腦、1-庚醇和反式-2-己烯醛分別在統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著降低了平滑肌收縮力和EJC振幅，其中1-庚醇和反式-2-己烯醛還在統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著降低了NTI振幅。在NTI和EJC振幅方面，1,8-桉樹腦和1-庚醇的影響是可逆的，而反式-2-己烯醛的影響是不可逆轉(zhuǎn)的。結(jié)論。我們的研究結(jié)果表明，1,8-桉樹腦和反式-2-己烯醛能減少平滑肌的神經(jīng)傳遞和收縮，從而引起平滑肌的松弛，因此表明這些化學(xué)品可能具有臨床應(yīng)用和健康益處。[4]

圖7 反式葉醛促進(jìn)平滑肌松弛的性能

2、順式-3-己烯-1-醇對(duì)綠茶香氣影響的表征

順-3-己烯-1-醇被認(rèn)為是綠茶青香韻(或綠調(diào))的主要來(lái)源。但對(duì)茶葉中青香韻香氣成分的組成及順式-3-己烯-1-醇對(duì)其他香氣成分的影響尚無(wú)明確的研究成果。本研究對(duì)綠茶中主要的青香韻香氣成分進(jìn)行了表征，重點(diǎn)分析了順式-3-己烯-1-醇在綠調(diào)香氣中的作用，并對(duì)其對(duì)綠茶中其他香氣成分的影響進(jìn)行了研究。通過(guò)GC-MS檢測(cè)、氣味活度評(píng)價(jià)和單體嗅聞，鑒定出12種青香韻香氣成分。通過(guò)化學(xué)計(jì)量學(xué)分析，證明順-3-己烯-1-醇是對(duì)綠調(diào)香氣影響最大的組分。此外，通過(guò)電子鼻分析不同濃度的順式-3-己烯-1-醇與其他25個(gè)綠茶香氣成分之間的相互作用，結(jié)果表明，順式-3-己烯-1-醇對(duì)整個(gè)基于香氣重組解決方案的實(shí)驗(yàn)和自然香味茶樣品起著深遠(yuǎn)的影響。GC-MS和CG-FID確定順式-3-己烯-1-醇的青香韻氣味和綠調(diào)香氣差異閾值濃度范圍為0.04~0.52 mg kg(?1)。

圖8 綠茶香韻組成及添加順式-3-己烯-1-醇后的香韻變化

3、信息素在害蟲防治中的應(yīng)用，特別是象鼻蟲信息素

添加寄主植物揮發(fā)物可以增強(qiáng)某些昆蟲信息素的吸引力。當(dāng)人們對(duì)信息素和植物揮發(fā)物的混合反應(yīng)大于對(duì)單獨(dú)刺激兩者相加總和的反應(yīng)時(shí)，這種現(xiàn)象被稱為協(xié)同作用。鞘翅目昆蟲信息素與寄主植物揮發(fā)物相互作用的研究受到了廣泛的關(guān)注。當(dāng)大葉甲的聚集信息素與棉花葉片揮發(fā)物(反式-2-己烯-1-醇、順式-3-己烯-1-醇或1-己醇)結(jié)合時(shí)，棉鈴象甲誘捕器的吸引力顯著增強(qiáng)。當(dāng)苯甲醛(一種水果的揮發(fā)性物質(zhì))與李藥草聚集信息素結(jié)合使用時(shí)，捕獲的誘捕物也增加了。植物揮發(fā)物對(duì)山松甲蟲的信息素誘捕也起到了協(xié)同作用。例如，用費(fèi)洛蒙和寄主植物揮發(fā)物作誘餌的誘捕器捕獲的成蟲數(shù)量大約是用費(fèi)洛蒙單獨(dú)誘捕器捕獲成蟲數(shù)量的5到13倍。同樣，寄主植物揮發(fā)物協(xié)同亞洲棕櫚象甲(Rhynchophorus ferrugineus，鞘翅目: Curculionidae)成蟲對(duì)聚集信息素ferrugineol誘捕的反應(yīng)。其他一些昆蟲種類的協(xié)同反應(yīng)的例子已被報(bào)道，包括跳蚤甲蟲，棕櫚象鼻蟲，蠹蛾，玉米穗蟲和東方果蛾。

圖9 用于檢測(cè)象鼻蟲信息素的誘捕器類型。A)粘卡誘捕器B)棉鈴象甲誘捕器C)梅花金字塔誘捕器D)圓頂誘捕器底部開孔E)圓頂誘捕器頂部開孔

參考文獻(xiàn)

[1] Mugo Mwenda, Cynthia & Matsui, Kenji. (2014). The importance of lipoxygenase control in the production of green leaf volatiles by lipase-dependent and independent pathways. Plant Biotechnology. 31. 445-452. 10.5511/plantbiotechnology.14.0924a.

[2] Ibdah,M.,Lavid,N.,Lewinson,E.,Amit,A. and Dror,N. (2010). Green routes to green notes. Chemical Engineering Transactions, 20, 241-246. DOI: 10.3303/CET1020041.

[3] http://www.uky.edu/Ag/Agronomy/PLBC/FnA/greennote.html

[4] Poyton, Curtis & Cheesman, Matthew & Roy, Mary Louise & Lavidis, Nickolas. (2015). Modulation of Smooth Muscle Relaxation by Short and Long Carbon Based Chemicals. Pharmacognosy Communications. 5. 250-256. 10.5530/pc.2015.4.6.

[5] Nie, Cn., Gao, Y., Du, X. et al. Characterization of the effect of cis-3-hexen-1-ol on green tea aroma. Sci Rep 10, 15506 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72495-5

[6] Tewari, Sunil (2014). Integrated Pest Management || Use of Pheromones in Insect Pest Management, with Special Attention to Weevil Pheromones. , chapter 9, 141–168. doi:10.1016/B978-0-12-398529-3.00010-5.