导读

嗅觉是人类最难以捉摸的感官之一，它通过影响我们的基本行为来维持我们的生存，如定位觅食、选择配偶、社会交往及规避危险的能力。此外，嗅觉系统还能引起我们情感、感知和记忆的波动从而对我们的生活造成影响。这些特质也推动了世界上最大的私人香味公司——芬美意探索嗅觉的奥秘，并在香气和风味开发方面不断创新。

尽管嗅觉起着至关重要的作用，但我们对其机制的理解有限。一旦我们在子宫中发育，复杂的生物化学就开始在我们的嗅觉反应中发挥作用。气味主要是释放到子宫或出生后释放到大气环境中的有机分子，由鼻腔中专门的嗅觉感受器细胞检测到，然后，气味被转化为嗅球和中枢神经系统中神经活动的时空模式，并被大脑解码后生成一个可感知的“气味对象”，使我们能够识别气味的特性、强度和价态。此外气味还会引起各种各样的反应，从发出简单的行为信号到产生复杂的认知情感变化。人类对气味的反应也是香水行业蓬勃发展的根源，气味能够唤起人们诸如快乐、放松和兴奋等情感，并唤起深刻的记忆。香水的这种乐趣在古代文明就已经被大众知晓，《圣经》中就曾提到香水和熏香会给人带来快乐。到了十九世纪末，香水业蓬勃发展，从手工活动转变成大规模的工业生产，同时，有机化学为生产稀有天然植物成分开辟了新道路。未来，科学将继续影响香水和香料的发展，推动人们深入理解气味并为创新创造更多机会。

    开创香气技术

1895年11月1日，瑞士化学家Philippe Chuit和商人Martin Naef在日内瓦建立了他们的实验室，试图在这场科技热潮中乘风破浪。Chuit开发了一种合成香兰素的新工艺，当时香兰素是一种最新发现的成分，备受香水制造商的青睐。在接下来的一个世纪里，分子和嗅觉科学的发展将进一步推动全球香水业的进步。

从早期专注于合成珍贵的香料成分，到20世纪中叶开发和供应香料成分，芬美意的科研范围不断扩大，同时，对成分的探索以及人类嗅觉机制的科学理解也有了重大进展。芬美意通过借助高效的自然提取技术以及绿色化学的原理，最大程度的提高了对自然资源的利用率。如今，芬美意致力于味觉感知途径的研究，从香味源头释放，再到在我们的舌头和鼻腔中检测到物质，以及最终在我们的大脑中感知这些物质，这些工作都是为了明确哪些感官特征驱动消费者的偏好和积极情绪。

    发现香味分子

不到三年，Chuit和Naef就重建了工业厂房，并雇佣了20多位员工。1900年，企业家Frédéric Firmenich加入了Chuit和Naef。1934年，Chuit和Naef退休后，该公司最终更名为Firmenich&Cie，至今仍为芬美意家族所有。

Chuit不仅仅是一位富有创造力的科学家，他还获得了“nez”（“nose”）的美誉，即嗅觉灵敏的香水师。最初，他专攻花卉香调，凭借对香味独特的识别能力制造出诱人的香水，再大量投产后销售给客户。此外他还着手开拓人类嗅觉的边界，不断开发出新的气味。1904年，Chuit设计了一种由康乃馨、玫瑰和鸢尾组成的辛辣组合——violettone和Dianthine，并引起了法国香水商François Coty的注意。十年后，法国时装公司也加入了香水行业，芬美意便聘用了巴黎著名的香水师Maurice Chevron。自那时起，芬美意的科研团队开始与内部香水制造商密切合作，并在香水的创意界中屡获殊荣。为了进一步提高公司的创新能力，Chuit在1921年发起了一个与学术机构合作的研究项目，瑞士联邦技术研究所的Leopold Ruíićk教授在萜烯和大环化合物的研究领域具有丰富的经验，并将此引入到芬美意的产品开发当中。当时来源于鹿或者果子狸的麝香十分珍贵，Ruíićk基于对天然麝香气味替代品的研究，成功阐明了麝香酮和灵猫酮这两个关键分子的结构。1925年，芬美意开始生产嗅觉领域的一种初始成分——环十五烷酮。

图1  Leopold Ruíićk在对两种麝香气味分子进行结构分析

1939年，Ruíićk和Adolf Friedrich Johann Butenandt因在聚亚甲基和高级萜烯研究中的突出贡献荣获诺贝尔化学奖。这一时代标志着芬美意与学术研究人员密切合作的开始，如今，芬美意在全球范围内的开放创新合作伙伴涵盖了从研究性科研机构到新生代企业的多元领域。

图2  研究人员使用气相色谱仪（GC）检测气味

    解开嗅觉之谜

1970年，为纪念芬美意公司成立75周年，当时的首席执行官Roger Firmenich组织了一次关于味觉和嗅觉的国际研讨会，这次研讨会的开展使大家开始着眼于化学感受和嗅觉味觉研究这一新兴领域。

Ruíićk的前实验助理兼继任者Max Stoll以及后来的芬美意研究负责人Edouard Demole和Gunther Ohloff，都是二十世纪在商业或学术界卓有成绩的科学家。他们的领先发现使香料行业不断完善，例如，能够象征茉莉花新鲜度的成分——二氢茉莉酮酸甲酯（Hedione）、龙涎香的替代品——降龙涎香醚（Ambrox）和玫瑰酮碱（rose ketone bases）的发现等。到2014年，芬美意推出了一系列利用工业生物技术从原材料中获得的可再生香料配料，包括让人联想到稀有广藿香油的Clearwood，以及灵感来源于保护植物迈索尔檀香木的Dreamwood。

图3  芬美意开发香气成分的发展史

近几十年来，科学界逐渐破解了嗅觉的秘密。研究人员在表征人脑对气味的反应，以及阐明与接收和转导有关的分子和遗传成分方面取得了突出进展。特别是，在脊椎动物中存在着一个庞大的气味受体家族，这些受体不仅能够感知并区分各种各样的有机分子，还能够以组合方式编码气味。2004年，诺贝尔医学和生理学奖获得者Linda Buck 和 Richard Axel在啮齿动物中识别了约1000个受体基因，他们在气味受体和嗅觉系统组织方面的发现，开启了21世纪气味研究的新纪元。从关注每种气味的单一受体开始，进而引发了对气味受体解码气味复杂性机制、类型或组合以及受体检测方式等方面的研究。

受体生物学为气味感知背后的机制提供了新的线索，但仍有许多问题需要研究。借助认知科学，我们可以明确嗅觉和味觉刺激是如何进一步转化为生理、认知和情感反应，从而加深对人类感官的理解。

    探索嗅觉的新见解

最近的观察表明，大多数气味物质可能作为一种特定受体的引发剂或拮抗剂，从而产生大量的编码后转化成无限多种气味。这些拮抗剂的发现为恶臭控制提供了高效的新方法。此外通过将组合模型应用到拮抗作用，可以使人们进一步了解如何确定最有效的拮抗剂组合，以及如何为每种类型的产品提供有效水平的拮抗剂。目前，对于气味剂和陆生生物嗅觉受体间的分子作用的理解还不够深入。究其原因可能是因为防御机制、竞争性拮抗作用和变构调节机制的存在从而难以依据混合物的成分推测其气味。这也使得香水行业对调香师的工艺经验和嗅觉灵敏度提出了更高的要求。未来，数据科学和人工智能也将进一步引领香水行业不断摸索出新的解决方案。

气味与其受体之间的相互作用为气味如何在外围被编码提供了新的探索视角，他们揭示了一个由来已久的悖论：即化学结构完全不同的气味可以产生相同的气味感知。这个矛盾现象可以用浓度不变性来解释，即虽然嗅觉受体随着气味剂量的增加而增加，但是大多数气味在较大浓度范围内被感知的气味量仍保持不变。最近的研究表明，嗅球中的电信号传递时间在不同的气味受体间存在层级关系，高亲和力气味受体的潜伏期相对较短，使得它们在向大脑输出嗅觉信息的过程中发挥更为重要的作用。此外，气味受体的基因构成在个体间存在较大差异，从而影响了个体对气味感知的敏感度。这也使得在解释脊椎动物的大脑是如何编码外围分子受体代码方面变得更为困难。

为了进一步探究感觉是如何转化成电信号传递给大脑这个过程，嗅觉研究人员借助心理生理学来检测心率或皮肤传导性等问题，但该学科的应用尚未能够深入解释气味感知的问题，因此，我们需要利用先进、动态和高分辨率的大脑成像来关联这些研究途径，帮助我们更好地了解我们对气味的生理反应。

依托这些新的研究方法，结合跨物种行为观察，我们发现哺乳动物的嗅觉系统与呼吸和口腔活动密切相关，如直接嗅闻空气而吸入的气味和咀嚼后呼出的气味即使味道相同，但是会带来不同的感官体验。此外，信息素交流、亲属识别、恐惧传播和食物追踪等因素也已证明会对嗅觉系统产生影响。如今，科学家们正在探索这些因素对人类的影响程度。古老的观点认为人类嗅觉比其他物种的嗅觉要差，但这种观点已经被推翻，因为目前已有研究表明：在母亲和新生儿之间的互动中或在恐惧的传递过程中，信息素交流也是存在的。

目前，芬美意更多的是研究香味的间接影响作用，因为香味主要依靠联想和记忆来唤醒过去的情感。此外芬美意还参与了人类对香水和芳香的情感反应研究，这些反应可以一致地映射到几个维度，但主要情感维度是与功能磁共振成像(FMRI)大脑反应模式相关。

图4  感受评估：ScentMove工具可提供情感的言语表达模板，并用于评估气味和芳香引发的情感

     提高幸福感的新应用

古老的感官科学研究在人类健康、新生儿成长和个人-社会融合等方面给我们带来了很多福音。在过去的20年间，感官科学发展迅猛，但就近几年来对新冠肺炎病毒患者的嗅觉缺失观察及其身心健康的研究而言，我们对于人类嗅觉和味觉生物学还有很多亟需探索的未知领域。随着人们对嗅觉科学的关注度不断提高，嗅觉系统、气味受体及鼻腔微生物群将有可能作为人类疾病的诊断指标或治疗靶点。

芬美意在考虑感官愉悦度同时，还结合了可持续利用和环境卫生的理念，如通过减糖减盐以增强清凉感或调节苦味、了解如何通过对抗气味习惯来改善香水配方以及提供有针对性的恶臭控制方法等。目前，芬美意正在研究气味如何影响我们的情绪和心理健康，并进一步探索为何相同的气味在不同的背景和文化中会引起不同的反应，以便能够针对特定市场设计解决方案。

从分子延伸到感知，芬美意一直秉承着严谨的多学科协作态度，不断探寻新型、安全的芳香气味成分。作为科学家，芬美意致力于将芳香分子诱导信号、受体激活及个体生理和情感反应联系起来，不断加深对人类体验感的理解。

图5  芬美意在研究气味对个体情绪和精神状态的影响