生物香氛设计

文摘   2025-01-22 07:01   上海  

如今,新的科学成果再次通过香氛艺术将生物学和化学紧密地结合起来。

气味处于化学、生物学、创造力和情感的交汇点。每一次呼吸,我们都会吸入挥发性分子,这些分子与鼻腔内的嗅觉受体相互作用,将化学信息转化为传递给大脑的生物信号。这种化学到生物的转化使我们能够感知一万亿种不同的气味组合,从而唤醒一万亿种情感记忆。
香水制作因此是一种融合了化学与生物学的技艺;实际上,这些科学的历史与香氛的历史是相互交织的。最早有记载的化学家是女性调香师。在四千年前的美索不达米亚楔形文字泥板上,出现了塔普提 - 贝拉特卡利姆(Tapputi-Belatekallim)和( )尼努(名字部分难以辨认)的名字。3 这些女性的化学专长在于她们能够从生物来源中提取和蒸馏出不同的芳香成分,即水果、花朵、草本植物、种子、树胶或动物麝香。
几个世纪以来,用于提取、提纯和分析这类复杂生物混合物的新技术将生物世界、香水艺术与化学科学联系了起来。19 世纪初,化学家弗里德里希·维勒找到了一种合成有机分子尿素的方法,而在此之前尿素只能从生物来源中提取。这一发现开启了化学创造力和合成的新纪元。重要的是,所创造的分子既包括传统上从生物材料中提取的分子,如香兰素——最早合成的香精香料分子之一,也包括此前从未存在过的化合物
合成化学领域的这场变革使香水创作得以蓬勃发展。调香师不再受制于从植物中提取的分子的产量、感官特性或价格。1889 年,娇兰推出的“吉琪”(Jicky)是首款将天然成分与合成成分相结合的香水,其中特别融合了蒸汽蒸馏薰衣草与化学合成的香草香调合成香兰素带来了浓郁的香草气息,与清新草本的薰衣草香调形成鲜明对比,这种反差使这款香水成为现代香水创作令人振奋的开端
培育一种“香氛”文化
如今,新的科学再次通过香氛艺术将生物学和化学结合起来。生物工程师们不再通过混合化学物质来制造香氛,而是通过混合基因来实现。就像塔普提 - 贝拉特卡利姆和( )尼努一样,这些新型培养香氛成分的生产者也是从那些以气味著称的生物材料开始的。然而,生物工程师们不是提取香氛化合物,而是提取 DNA 并利用其序列来了解其酶如何产生挥发性香氛
这些 DNA 序列编码产生气味的酶,然后可以被改造到微生物(如酵母)中。随着酵母的生长和发酵,它们将糖类转化为所需的分子,这些分子随后可以从培养基中提取出来(见 F-1)。

F-1. 酿制培养香料成分 

Footnotes a Firmenich b Evolva c Ginkgo Bioworks and Robertet

微生物发酵用于制造食品、饮料和大量风味分子(例如乙酸)已有数千年历史。直到 20 世纪初,化学家和微生物学家才得以研究发酵的生物化学过程。1923 年发表了第一篇关于微生物挥发性香气的全面综述,概述了不同类别的微生物如何为啤酒、葡萄酒和奶酪等珍贵发酵食品的丰富风味做出贡献到了 20 世纪下半叶,微生物被用作生物催化剂来生产风味化合物,包括从丁香酚或阿魏酸合成香兰素到了 20 世纪 90 年代,通过基因工程微生物从头合成香料分子逐渐成为现实
近年来,DNA 测序和合成技术的进步降低了开发新型生物合成工艺的成本和技术风险,使得培养成分的生产蓬勃发展。如今,已有少数此类成分在香精香料市场上市或处于开发的最后阶段。这些成分包括 Clearwood 和 Ambroxa 这两个品牌;香兰素、瓦伦烯和诺卡酮;以及内酯。有关通过发酵生产的成分更全面的清单,请参阅 Shetty 2013 年的研究。
这些经过培养的成分给行业带来了诸多益处,从改善经济效益和降低原材料采购对环境的影响,到具有新颖的感官特性和性能。例如,Clearwood 成分在 2015 年获得了德国日用化学、化妆品和香料协会(SEPAWA)颁发的创新奖,因其“可持续性、作为香料成分的多功能性以及独特的气味特征”。
更稳定和可持续的原料供应所带来的好处不仅限于经济方面,它还会影响调香师和调味师可用的原料种类,进而激发新的创意。对于那些珍贵稀有、价格高昂且不可持续的原料来说,这一点尤为明显,目前人们正在开发培养替代品,比如藏红花、檀香、沉香等等。11-14
艺术与科学的交汇

塔普提 - 贝拉泰卡利姆和( )尼努既是化学家也是调香师。在 19 世纪,这两个角色相互关联但已分化为不同的职业;化学家不再直接参与香水制作,但他们通过以低成本生产高影响力的分子来为调香师的创意提供支持。如今,生物技术专家延续了这一传统,为调香师的调香板增添了新培养的成分。

然而,生物技术的创新力量不仅在于提供原料,还在于与艺术家合作探索新的机遇。那些直接将视野带入实验室的艺术家,将会带着对科学更深刻的理解回到工作室,这种理解能够挑战、启发并丰富他们的艺术创作。正是在艺术与科学的交汇处,新的创造力喷涌而出。事实上,在 2016 年 6 月 13 日至 15 日于迈阿密举行的世界香水大会上,作者所在的公司重点展示了一些艺术项目,这些项目指向了生物技术和香水领域的新机遇。以下是三个例子。

复活灭绝花卉

过去几年间,提取和测序 DNA 的技术有了显著进步。如今,包括猛犸象和尼安德特人在内的几种已灭绝物种的基因组已被测序。研究植物进化的研究人员从冻土层中测序了植物的 DNA,还从植物标本馆中测序了现已灭绝的植物的 DNA。利用这些保存下来的植物 DNA 序列,可以揭示负责产生已灭绝花朵气味的基因,然后对其进行重新合成。当然,这种气味并非由花朵产生,而是由一种将花卉 DNA 融入其基因组的工程酵母制造出来的。
然而,要真正捕捉到这种气味,需要的不仅是科学,还有艺术。虽然 DNA 序列能够揭示挥发性分子的成分,但不太可能得出赋予花朵独特气味的分子的确切比例。调制出最终的气味需要调香师和生物学家通力合作。
此类合作还开启了其他新的机遇。同样的技术可以应用于其他稀有或难以获取的香料,比如只生长在偏远地区且无法人工培育的花朵;无法提取的精油;以及传统上以不可持续的方式种植或采集的提取物。
人类之水
正如微生物参与了发酵食品风味的形成,我们皮肤上的微生物也在很大程度上决定了人体的气味。2014 年,巴黎跨学科研究中心的一群生物学和设计专业的学生对常见的腋窝皮肤细菌进行了改造,使其不再产生导致体味的分子。这种原型“活体除臭剂”预示着一种新的范式——香水不仅是为了其在皮肤上的表现而设计,也是为了其与皮肤微生物群的相互作用而设计。也许未来皮肤上的细菌不仅会被改造以防止产生异味,还会被改造以主动产生香氛分子。
就像那已灭绝的花朵一样,这个项目由生物科学的新进展所推动——尤其是围绕人类微生物组的理解所引发的革命——但其根基在于富有创意的产品设计。艺术品和原型产品激发并补充了科学的进步,为催生新想法创造了空间。
解剖式雾化器
露西·麦克雷是一位科幻艺术家和“人体建筑师”,其作品探索了健康、美丽与科技之间的联系。她与研究原细胞(即具有某些活细胞行为的化学成分)的生物学家谢里夫·曼西合作,开发出了“可吞服香水”的概念。这种香水胶囊在被消化的过程中,芳香分子会通过皮肤排出。因此,皮肤“成为了一个平台、一个喷雾器、一种直接由人体自然过程合成的生物增强型第二层皮肤。”20 这一想法据说“标志着一个新的进化周期,使人类皮肤能够散发出一种独特的基因气味,反映出我们是谁以及我们如何表现自己的身份。”
这种可吞服的香水目前仍只是一个虚构的概念,最初由艺术驱动,随后科学介入。不过,尽管这种产品存在特定的挑战,但其他科学项目却受到了这一工作的启发。例如,利用不同的化学成分来影响汗液的气味。21 因此,艺术概念能够影响科学研究的新方向,而科学研究反过来又能激发新的创意潜能。

结论

生物学家、工程师、艺术家和设计师正在构想消费生物技术的许多新方向。培养成分已经对调香师和香料师可用的调色板产生了持久的影响,而由设计酵母生产的成分市场在未来几年将继续保持稳定增长。除了培养成分之外,艺术与科学之间的合作还为新的、受生物启发的香氛范式提供了创意愿景。

References

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21. http://mic.com/articles/114284/scientists-have-developed-a-perfume-to-make-your-sweat-smell-amazing#.GP7Pi7Ovl (Accessed Apr 19, 2016)






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