超市买预包装食品的时候，如果你注意看配料表，「食用香精」通常稳坐在大部分食品的最后一项。
看到「食用香精」，大部分消费者可能都不太喜欢。大家首先想到的可能是「科技与狠活」，或是商家拿香精去「弄虚作假」。那么，食用香精到底是什么？它加到食品中安全吗？为什么有些加了香精的食物感觉味道很「假」？
作为食品添加剂中至关重要的一个大类，食品香精并没有那么简单，它是一门很深的学问，并且不像人们想象中的那么可怕。
01
给食品「加香」的历史
其实，人类给食物「加香」的历史，是贯穿在整个饮食史中的。
「食用香精」的前身是「天然香料」。人类从上古文明开始，就开始采集、应用各种香料植物了。早期的狩猎采集者发现，用一些植物的叶子包裹肉类，可以增强肉的味道。于是各种各样的香料植物开始出现在人类的视野中[1]。早在胡夫金字塔的时代，埃及人已经开始频繁食用洋葱和大蒜。而在黄帝神农时代，我国就有采集植物以「驱疫避秽」的记载[2]，神农在《本草经》中记载了100多种药用植物，包括桂皮。同样，在公元前 8 世纪，印度人开始种植小豆蔻和姜黄。
但是，在很长一段时间内，人们只会把香料植物直接加到食物中来提升香味。直到公元 9 世纪，阿拉伯人发明了「水蒸气蒸馏」法[3]，通过这个方法可以很方便地把植物中的香气成分提取出来，形成「精油」和「纯露」。至此，人们终于开始有目的地提取和利用「香味」本身。这些经过提取的精油和纯露，其实就可以看做是最初的「香精」了。从中世纪开始，西方大量的烹饪书籍中都出现了含有各种各样精油、纯露的烹饪配方[4]。
早期水蒸气蒸馏装置。来源：维基百科到了 18 世纪，现代有机化学开始发展起来，化学家终于开始好奇「各种香气到底是来源于哪些化学物质」这个问题。而这方面的探索，直接催生出了化学合成香料技术。
世界上第一种化学合成的香料是「香兰素」。香兰素是香荚兰（也就是香草）中最主要的香气物质。中美洲土著早在 15 世纪就开始把香荚兰作为调味料放到巧克力饮料中，16 世纪随着航海大发现，香荚兰传遍了整个欧洲。但直到今天，天然的香荚兰仍然相当稀少且昂贵。
1874 年，德国科学家费迪南德·蒂曼 (Ferdinand Tiemann) 和威廉·哈曼 (Wilhelm Haarmann) 首次推断出了香兰素的化学结构，并开发出了化学合成香兰素的方法[5]。他们随即创立了Haarmann and Reimer 公司[6]，开始工业化量产香兰素。到了 19 世纪末，化学合成的香兰素已经进入各种食品中，成为了大家日常生活的一部分。我们今天吃到的大部分「香草味」的食物，其「香草味」都来源于人工合成的香兰素类物质。
当时香兰素的合成路线，来源：维基百科与此同时，各种各样的合成香料也像雨后春笋一般冒出来。比如丁香中的丁香酚；肉桂中的肉桂醛；杏仁、樱桃中的苯甲醛等等，都逐渐可以批量制造出来。合成香料比天然香料更加便宜，也更加稳定，很快就占据了食用香精的「半壁江山」。
随着科学的发展，现在的香精香料已经不仅仅局限于「天然提取」和「化学合成」了。越来越多的新技术被发明出来，包括热反应技术、发酵技术、合成生物技术等等。科学家也发明出了各种各样的检测手段，来明确一样食物中的香气物质组成。
02
香精包括哪些种类？
在搞清楚香精的种类之前，我们先需要明确香精的定义。
在国家标准中，「食用香精」和「食用香料」的意义不同。我们之前讨论的各种香气物质，无论是天然提取的精油，还是化学合成的香兰素、丁香酚等物质，在法规中都算是「食用香料」。它们是制作香精的「原料」。
从来源上，「食用香料」可以分为以下几种[7]：
• 天然提取的食用香料：直接采用一些提取技术，从天然动植物中提取出香气物质。传统的水蒸气蒸馏技术可以提取「精油」和「纯露」，现代通过「溶剂萃取技术」和「超临界二氧化碳萃取技术」可以提取出「油树脂（Oleoresin）」，它包含植物中更完整的香气成分。这些都是天然提取的食用香料。
• 化学合成的食用香料：通过化工手段合成香气物质。比如香兰素、丁香酚等。这里还有一个「天然等同」概念：有一些国家的法规认为，如果某种物质本身是自然界中存在的，只不过用化学手段批量制造出来了，那它可以属于「天然等同食用香料」。大部分化学合成的食用香料都是「天然等同」，仅有小部分是自然界中完全不存在的物质。
• 微生物发酵的食用香料：一些香气物质来源于发酵。比如奶酪、腐乳、酱油的特征性气味。在工业生产上往往会直接用微生物发酵法来批量生产出这些香气物质。
腐乳在发酵时会产生多种香气物质。© 蒋光明
• 热加工香味料：很多香气其实跟食物在受热时发生的反应（如美拉德反应、焦糖化反应等）密切相关。工业上会直接用一些热反应底物，比如糖类、氨基酸等，经过热反应之后模拟出这些食物「加工后」的味道。各种焦糖香精、锅气香精、烤肉香精、面包烘焙香精等，其实里面都大量使用了热加工香味料。
• 其他食用香料：包括经过酶处理的食用香料、经过氧化的食用香料等。
而香精是什么意思呢？在法规中，「食用香精」指的是利用这些「食用香料」调制、组合而成的产品[8]。如果食用香料是「食材」，那食用香精就是调香师通过各种食材做成的「菜肴」。香精中不只含有各种食用香料，有的时候，还需要加入分散剂、包埋剂、乳化剂、抗氧化剂等辅料成分，这样可以确保香精能更容易地加到食品中，应用起来更方便，同时也能保证香精本身的品质。
说到这里，大家可能会发现，我们讨论香精是「天然」的还是「合成」的其实意义可能并不大。因为香精本身就是一个复杂的混合产品，调香师完全可以在里面同时加入天然提取的、化学合成的、发酵的甚至热反应的香料，再加上各种辅料，共同组成一款香精。
目前在一些国家（比如美国），只要香精里所有的食用香料都不是「化学合成」的，就可以宣称属于「天然香精」。但目前中国暂时没有「天然香精」的国家标准定义。无论是什么样的香精，在配料表中都归类为「食用香精」。
调香师选取需要的香料后会精确称重，再将几种不同的香料混合调配，做出想要的香味。© symrise.com
但在应用上看，人工合成香精往往「头香」比较重，但中段、余味不是很饱满。而天然香精往往「头香」比较弱，中段和余味饱满且自然。在食品研发工程师研发一款产品的时候，往往会将不同类型的香精组合在一起使用，这样可以发挥它们各自的优势[9]。
03
香精安全吗？会不会对身体有害？
我们在讨论「香精的安全性」的时候，一个常见的误区就是觉得「天然的东西是安全的，人工合成出来的东西是危险的」。实际上，自然界中天然的有毒植物一抓一大把，人工合成出来安全无毒的东西也一抓一大把。唯一靠谱的方法，就是把所有的「食用香料」类物质一个一个地拿去做毒理实验，挨个去验证它们的安全性。
这种事情目前各个国家都在持续进行。在国际上认可度比较高的有两个机构。第一个是食品添加剂联合专家委员会（JECFA），它是世界卫生组织和联合国粮农组织旗下机构，专门负责对各种食品添加剂进行安全性评价，并设立安全限值。目前，这个组织已经完成了超过 2000 种「食用香料」的毒理学评价。相关的数据在 JECFA 官网上可以查阅。
另一个是美国香料与提取物生产者协会（FEMA）。这是一个美国的行业自律性组织，它们负责对各个食用香料进行安全性评价，如果认为「按照当前使用水平下能保证安全」，则会给它一个「FEMA GRAS」认证。其中「GRAS」是「一般认为安全」的英文缩写。目前，FEMA 已经评价了 4000 多种不同的香料物质，其中2600多种最终获得了「FEMA GRAS」认证。由于这个组织比较高的靠谱程度，不仅美国 FDA 充分认可 FEMA 提供的评价，世界各个国家，包括中国，在制定标准时也会重点参考 FEMA 的数据。
目前，我们能非常方便地从 FEMA 的官网[10]上查到各种食用香料的毒理学数据。比如，你只要在网站上输入某种食用香料，比如「乙酸正丁酯」的英文名称，就可以同时查到来自 FEMA 和 JECFA 的毒理学报告。
打开 FEMA 的报告，可以看到详细的分析过程，包括各种急慢性毒理测试、致癌性测试、遗传毒性测试等等[11]。综合各种测试结果，最终形成「一般认为安全」的结论。
虽然 FEMA 和 JECFA 的数据参考价值很大，但我国法规也不会全盘采信上面两个机构的数据，所有的食用香料都会按照我国的使用状况进行重新评估，只有认为没问题，才会获批。在最新的国标 GB 2760-2024《食品添加剂使用标准》中，规定了 388 种天然香料和 1504 种人工合成香料，总共 1892 种。这 1892 种食用香料是已经经过了我国法规部门评估，认为可以安全使用的。
你可能会问，这里是关于「食用香料」的安全性，「辅料」的安全性如何保证呢？实际上，这一点可以放心。香精里可以使用的辅料，也都做了同样的安全性测试，安全性没问题了才给用。
那都说「离开剂量谈毒性是耍流氓」，不法商家故意多加香精，加超量了怎么办？这其实也不用担心，因为香精的使用有「自限性」，只能适量添加。如果加超量，香气太浓就成了臭味，不仅成本上升了，整个食物风味都会被过重的香气毁掉，得不偿失。目前在各种食品配方中，香精的添加量通常在百分之零点零几到零点几，很少有超过百分之一的。
我们需要警惕的，其实是三方面：
1）不法商家用香精来「以次充好」，或者掩盖食品本身变质的问题。比如路边摊拿鸡肉+鸭油香精来冒充鸭肉，通过各种肉味香精来掩盖肉制品腐败问题。
2）本身明令禁止加香精的食物，故意加香精来进行商业欺诈。比如之前麦趣尔宣称自己产品是「纯牛奶」，但偷偷加香精提香；本地产的大米+泰国香米香精，冒充泰国香米。
3）有些小厂本身没有资质，生产的香精没有安全保证。比如「香精大米」事件涉及的香精公司，本身就不具备香精生产资质，生产出来的香精当然毫无保障。
但这些更多是「使用香精的人的问题」，而不是「食用香精」这样东西本身的问题。
灭菌乳（即常说的纯牛奶）禁止添加任何食品添加剂。麦趣尔纯牛奶之前查出违规添加香精，属于超范围使用食品添加剂。
04
为什么香精会让人觉得「很假」？
「品尝美食」是非常少有的，能够动用我们几乎全部感官（包括视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉等）的活动。「嗅觉」在其中的占比是最大的，也是最为复杂的。而食用香精主要就是作用在「嗅觉」上，这使得食用香精想做到充分的「拟真」，难度非常大。
我先来举一个例子：我们是怎样闻到一颗苹果的「苹果味」的呢？
当你咬开苹果时，各种苹果果肉里面的香气分子，包括丁酸异戊酯、丁酸酯、己酸酯、1-己醇、1-辛醇、各种其他醛类、酮类、酸类等，同时进入你的鼻腔。不同的香气分子以不同的浓度分别刺激鼻腔中对应的嗅觉感受器，于是，每种嗅觉感受器形成了各自不同强度的电信号，这些电信号沿着神经传递到大脑。经过大脑嗅觉中枢汇总分析以后，形成了整体感觉。至此，我们终于「闻到了苹果香气」。
那我们把这些气味分子按照苹果的比例，配成香精，是不是就能精准还原苹果的香味了呢？
这看着很简单，实际很难。首先，苹果中含有几百种气味分子，它们都参与气味的形成。如果一个香精中需要含有几百种原料，那工厂称量、调配工作量太大了，不太现实。另外，这几百种香气成分中，也不是所有的都让用啊。有一些成分可能落在了法规允许的范围之外。怎么办？退一步说，即使这些问题都解决了，不同气味分子的溶解性、挥发性以及稳定性也各不相同，有的香气成分可能非常容易分解。按照原始比例做成香精后，可能跟苹果的味道也大相径庭。
所以，食品调香师的工作经常是「抓大放小」。在所有气味分子中，只选择一些对于气味影响最大的几种「关键成分」。比如苹果中，对于气味影响最大的是各种酯类，那就适当地多加点，配合其他的一些香料一起。这样，虽然没有那么「拟真」了，但人们还是一闻就知道是「苹果」。
比如，下图中就是一个典型的苹果香精的配方：
来源：《食用调香术》第三版，孙宝国、陈海涛编著在所有的香精中，有一些香精是比较「好调」的，比如各种香草香精、柑橘类香精等。因为这些味道中，「关键成分」占比很大。比如，香草中的「关键成分」就是香兰素，想配制一款香草香精，直接用香兰素和乙基香兰素，再加一点其他的次要成分来增香，就很容易调得「很像」。但不是所有的香味都能如此幸运，比如蓝莓味就相对「难调」，因为并没有特别明显的「关键成分」，每一种成分都发挥一点作用，但占比又都不高，它们之前还会互相影响。这种香精想要调好，就非常看调香师的功力了[4]。
有些香味甚至只能靠调香师的想象。比如「樱花香精」。樱花本身的香气非常淡，几乎没有气味。但市场上各种樱花味产品卖的非常好，其中的「樱花香精」都来源于调香师想象中的气味。通常是一些花香加果香的组合。
有的时候，香精觉得「假」可能不是「调得不好」，而是「用得不好」。香精公司生产的香精，往往在特定的应用领域效果比较好，换一种应用领域效果就会比较差。比如，专门给饮料研发的番茄香精，如果把它放到调味酱里面，有可能效果就比较「假」；再比如锅气香精用在预制菜里，只能对原有的锅气味起到「增强」效果。如果原来的锅气味就没有，完全「香精来凑」的话，也容易变得很假。所以香精公司不仅仅有调香师，还有「应用工程师」。他们专门教各个食品企业，怎么把香精给「用好」。
各种各样的香精 © Google
另外，有些香精大家觉得「假」，还有一个不可忽视的原因，是「食物的口味一直在变」。
虽然大家一直在说「香精参与塑造了大众的口味」，但有时香精还真的赶不上食物风味的变化。比较经典的例子是「香蕉香精」，1860 年代，市场上的香蕉还是以「大麦克（Gros Michele）」这个品种为主，当时的香精为了模仿这种香蕉的气味，加了比较多的「乙酸异戊酯」这种香料。但后来到了 20 世纪 50 年代，由于香蕉真菌病，「大麦克」这个品种几乎消失了，取而代之的是「卡文迪什（Carvendish）」这个品种（也叫香芽蕉、华蕉），而这个品种中乙酸异戊酯含量显著更低。也就是说，香精模仿的是以前的香蕉的味道，不是香精「假」，而是香蕉本身的味道变了[12]。
05
未来的香精怎么发展？
香精香料已经是一个庞大的产业，在产业的各个节点，都有一群科学家在不断努力。
香精产业的最前端是「对于各种食物的香气物质进行分析」。很多食品专业的高校都在进行这类研究。从传统的电子鼻、电子舌，到现在比较尖端的 GC-O-MS（气相色谱-嗅闻-质谱联用探测仪）等设备，这些设备不仅能够明确「每种香气物质含量有多少」，还能测出「每种香气物质对于总的香味的贡献程度有多少」。由于嗅觉对不同物质的敏感程度不一样，后者才能给香精的调香师提供更明确的参考。
现在，科学家还发现，不同的香气物质彼此之间还存在相互作用，有的会彼此促进，有的会彼此抵消。因此传统的「把单个物质的风味研究透彻，再加以组合」的方法并不总是靠谱。现在有一种新的研究方法叫「风味组学（Flavoromics）」，通过高通量的数据收集和分析，明确不同风味组成之间的相互关系，建立整体风味模型，这样可以更加准确地预测香精的风味轮廓。
香草香精调配简单，味道臻于成熟，和天然香草籽的味道差距很小。© Chelsie Craig
在「食用香料」的获取上，目前也有一些更前沿的技术。比如「合成生物学（Synthetic biology）」在最近几年发展迅猛，很多公司开始研究利用合成生物学技术来生产食用香料。一些微生物，比如酵母菌，大肠杆菌等，在经过基因改造之后，可以直接生产想要的各种香料成分。在天然香料的提取方面，也有越来越多的技术出现：除了水蒸气蒸馏、溶剂萃取、超临界二氧化碳萃取外，现在还出现了超声辅助萃取（Ultrasound-assisted extraction）、脉冲电场萃取（Pulsed Electric Field Extraction）等新的萃取方案。
在「食用香精」的研发上，除了各种新口味的香精陆续出现外，「香精控释技术」也得到了很大的发展。通过包埋技术、微胶囊化技术等方案，可以确保你想要的香气，只在最合适的时候才会释放。香精控释技术可以克服传统香精风味容易散失，造成终产品保质期缩短的痛点，让食物可以在长时间都保持比较饱满的香气。
总的来说，虽然现在有一些香精仍然模仿得不像，吃起来有些「假」，但我相信在可预见的未来，食用香精肯定是往「越来越真，越来越像，香味真实而持久」的方向发展的。
参考文献：
1.^1)HISTORY OF SPICES https://www.mccormickscienceinstitute.com/resources/history-of-spices
2.^专家访谈——解析中国香精香料进化发展历史 https://www.sohu.com/a/314132439_120106510
3.^Wikipedia - Steam distillation https://en.wikipedia.org/wiki/Steam_distillation
4.^abA Brief (and Biased) History of Flavor https://www.eater.com/2017/9/1/16202292/history-of-flavor-daniel-patterson-mindy-aftel
5.^Wikipedia - Vanillin https://en.wikipedia.org/wiki/Vanillin
6.^这是目前香精巨头「德之馨」的前身之一
7.^GB 29938-2020 食品安全国家标准 食品用香料通则 http://down.foodmate.net/standard/sort/3/87264.html
8.^GB 30616-2020 食品安全国家标准 食品用香精 http://down.foodmate.net/standard/sort/3/87265.html
9.^食用调香术》第三版，孙宝国、陈海涛编著，化学工业出版社
10.^http://www.femaflavor.org
11.^Adams, T. B., Cohen, S. M., Doull, J., Feron, V. J., Goodman, J. I., Marnett, L. J., … Wagner, B. M. (2004). The FEMA GRAS assessment of cinnamyl derivatives used as flavor ingredients. Food and Chemical Toxicology, 42(2), 157–185. doi:10.1016/j.fct.2003.08.021
12.^The fascinating history of food flavoring in the modern era
https://www.agdaily.com/insights/fascinating-history-of-food-flavoring/
