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。經過長期的演繹發展，人們賦予了香水更多的禮儀、文化內涵。

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告卻認為香奈兒等著名香水品牌中有些化學成分具有致過敏性，所以從2015年起，歐盟正式禁用這些成分。

這樣一來，關于香水的話題也不免變得慎重起來。其實，香水自從誕生之日起，就與化學有著千絲萬縷的聯系，我們就來聊一聊香水的化學背景。

香氣的強度與結構

什么是香氣強度？

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

一名優秀的調香師，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，大量實驗證明，嗅聞者所感覺到的某種的香氣強度與濃度的關系可以總結為Steven公式：I=kCg0.6。其中，I表示人體嗅覺所感受到的香氣強度，Cg是聞到的香氣濃度，k為人體對該種香氣的敏感強度。

什么是香氣結構？

香氣之所以能給人以各種美妙的感受，歸根結底還在于其化學結構不同。一般來說，無機鹽是沒有氣味的，香料工業是有機化學的“勢力范圍”。不管是天然香料還是人造香料，總能歸結到有機化合物的分子構造上來。一些教科書將香氣分子區分為醇類，酯類，醛類、酮類等十幾種結構類型。

圖片來源：黃曉東

很多文獻也都指出，香氣分子的分子量不是很大（多數在300以下），分子結構中，碳原子的數量會對香氣產生明顯的影響，兩個碳的乙醇具有酒的氣息，6～9個碳的醇帶有清香、果香、橘香和油脂氣息，10～14個碳的醇香氣逐漸減弱直至消失。

除了分子結構中的碳原子會影響香氣以外，分子本身的空間立體構造、帶有的官能團、取代基等因素，都會制約有機分子的氣味屬性。

如何科學鑒定香水？

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

氣相色譜法

氣相色譜法依靠有機分子各自不同的特性，把它們分離出來，將分子的濃度轉變為電信號，記錄下不同組分的出峰時間。用這個方法，可以檢測出香水中成分的含量。

氣相色譜法測定香水成分圖譜 圖片來源：黃曉東

氣相色譜+質譜法

把氣相色譜與質譜的方法結合起來，不僅能將各個有機化合物分離出來，而且通過離子化，把化合物分解成離子碎片，從而可以根據分子量與出峰時間對香水產品中的成分進行定量與定性分析。

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

既然人們非常重視香水的質量控制，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雜，但卻相當耗時。陳化過程非常重要，將混合好的香水密封放置于恒溫環境中，經過數月（甚至一年）的時間，香水體系內部發生了微妙的變化，組分之間悄然進行著酯化、分解、聚合、縮醛、氧化等各種反應，而一些不溶解的微小顆粒就會被沉淀出來。有時候，人們也會采用諸如超聲等輔助手段來縮短陳化時間。

怎樣獲得香精、香料？

香精并不是單一的純物質，在《香精香料學》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號女式香水就使用了如下香精：

香奈兒5號女用香水的香精配方 圖片來源：《香精香料學》

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能力來分類以外，按功能來劃分，一個香精配方中的香料又可以被區分為主香劑、修飾劑、定香劑等幾個部分。

調配香精的過程被稱為調香，調香是科學與藝術的融匯技藝，調香師除了要掌握香料的物化性能，了解現代調香儀器以外，還必須要有敏銳的香味辨識力和記憶力，用調配出的香精來創造持久溫馨的效果。一個新的香精配方，可以按照傳統的調香“三步法”來設計出小樣。

但小試階段的調香工作，最終還是服務于香精的工業化生產。在香精與香水的工業化生產過程中，都需要經過一個陳化（熟化）的過程，以便香料在特殊的環境中反應融合。

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、糖類、纖維素等）為膠囊壁，將香精包裹在里面，以形成一個由香精做成的微膠囊，各種香料分子會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

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

動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，這些香料的價格昂貴，均可被用作定香劑。

圖片來源：黃曉東

相比寥寥可數的動物性香料，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。

工業上，需要先對植物性原材料進行破碎、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破壞對熱不穩定的香料成分。最近幾十年中，研究人員創造了很多新的提取技術。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，萃取天然產物的方法。二氧化碳在特定的溫度和壓力狀態下，兼具液體和氣體的特征，具有較高的流動性和溶解性，提取過程少有活性物質被破壞；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，微波法具有時間短、提取率高等特點。

超聲萃取法

超聲萃取法 圖片來源：黃曉東

利用超聲波輻射產生的強烈的多級效應，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、分離的技術，分子蒸餾法可以在遠低于液體沸點的溫度下分離出香料分子，所得產品的純度較高，適合于對熱敏感的物質的分離提取。

酶提取法

用酶先對植物細胞壁等組織進行降解，使香料分子更暢通的被提取出來。酶提取法并不能單獨應用，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合使用。酶法提取條件溫和、效率高、安全環保。

一種纖維素酶的結構 分子蒸餾法 圖片來源：黃曉東

蓬勃發展的人工合成技術

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

新催化劑

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

一種錫催化劑的結構 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稱性，猶如我們的雙手，兩個分子左右對稱。研究表明，這樣的兩個相互對稱的香料分子，香氣的性質與程度卻是不同的。

手性合成技術通過化學手段，可以獲得更具有愉悅氣味的那個分子。這就需要調用有機化學中的系統知識來完成手性分子的合成。

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

香水的背后，確實蘊含著深刻的科學原理呢！