植物氣味的研究進(jìn)展

植物氣味的研究進(jìn)展

綠色植物是自然界最寶貴的財(cái)富之一。除了生態(tài)功能,綠色植物保健功能的經(jīng)濟(jì)效益也不可低估。發(fā)達(dá)國(guó)家很早就倡導(dǎo)“森林浴”等健康生活方式,并從中探尋到一定依據(jù)。森林與人類密切相關(guān),除直接和間接影響外,精神生理的影響也極為重要,不可忽視。綠色植物散發(fā)的氣息自古以來(lái)就與人類結(jié)下了不解之緣,而人類對(duì)植物氣味的研究、開發(fā)和利用至今仍有許多不解之謎,這都有賴于物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)和“氣味學(xué)”等科學(xué)的相互促進(jìn)。1植物的味道檢測(cè)1.1園林綠化樹種選擇應(yīng)注意的原則人類了解植物氣味并對(duì)其加以利用的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。例如各文明古國(guó)的史料中都有香料植物的記載。不過(guò),由于古代科技發(fā)展水平的局限,當(dāng)時(shí)尚無(wú)法對(duì)植物氣味的化學(xué)成分進(jìn)行結(jié)構(gòu)確定和類型分析,就這些物質(zhì)對(duì)人體的作用也缺乏系統(tǒng)、全面的研究。人類對(duì)植物氣味知識(shí)的了解涉及多學(xué)科的發(fā)展。從植物生理學(xué)及生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)看,植物揮發(fā)物與營(yíng)養(yǎng)、物理和行為等信息流一起促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物間的相互聯(lián)系以及物質(zhì)和能量的流動(dòng),從而保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一。從“綠色化學(xué)”和心理化學(xué)的方向看,綠色植物的氣味能起到改善空氣質(zhì)量、愉悅?cè)梭w身心的效應(yīng),對(duì)其加強(qiáng)研究開發(fā)與利用,不但符合化學(xué)產(chǎn)品“綠色化”的要求,而且為人類的環(huán)境與健康問(wèn)題研究拓展了新的視野。從人居環(huán)境學(xué)和人類工效學(xué)的角度看,與人類共存的植物不但反映人居環(huán)境的好壞,同時(shí)又對(duì)人居環(huán)境產(chǎn)生影響;人的生活和工作環(huán)境無(wú)時(shí)無(wú)刻不對(duì)身心健康和工作效率產(chǎn)生影響,其中氣味等化學(xué)環(huán)境因素經(jīng)由呼吸、皮膚、眼睛接觸或通過(guò)消化系統(tǒng)起作用,其作用機(jī)制正隨著生理、心理等科學(xué)的發(fā)展而逐漸明了。目前,人們已開始認(rèn)識(shí)到綠化植物選擇與配置的合理與否,不但關(guān)系到城市景觀的完美,而且直接影響人的身心健康,因此,提出了園林綠化樹種的選擇應(yīng)注意若干原則,包括考慮植物的生物學(xué)特性與生態(tài)學(xué)規(guī)律、與園林綠地的功能相適應(yīng)等,如行道樹的選擇應(yīng)注重“落果少,不飛絮,無(wú)異香惡臭,不妨礙街道環(huán)境衛(wèi)生”。然而大多數(shù)的城市綠化和生態(tài)建設(shè)實(shí)際上并未對(duì)植物氣味及其影響引起足夠的重視,要真正做到“以人為本”、落實(shí)植物“氣味學(xué)”的原則,可以說(shuō)還是任重道遠(yuǎn)。1.2具有對(duì)環(huán)境的功能植物氣味主要為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VolatileOrganicCompounds,VOCs),其中不少具有獨(dú)特香味,或具有藥用價(jià)值,對(duì)人體有益。因此,研究植物揮發(fā)性組分不僅對(duì)香料、食品工業(yè)、日用化妝品工業(yè)的生產(chǎn)有實(shí)用價(jià)值,而且對(duì)人類的天然保健研究也有重要意義。長(zhǎng)期以來(lái),人類借助對(duì)植物精油的研究,積累了有關(guān)植物揮發(fā)物近似成分的知識(shí)。研究表明,精油具有殺菌、刺激、放松等效應(yīng),能使人適度興奮、減緩疲勞及產(chǎn)生松弛感等。近20年來(lái),歐、美、日的科學(xué)家們采用各種方法,試圖量化這些情緒效應(yīng)。植物的氣味及其作用因物種而異,如丁香花散發(fā)的丁香酚比碳酸殺菌能力強(qiáng)5倍以上,能芳香健腦、預(yù)防某些傳染病,桂花的香常喚起美好的記憶和聯(lián)想,沁人心脾,使疲勞頓消……,“綠色香氣”帶給人的則是強(qiáng)烈的新鮮感,其化學(xué)成分、構(gòu)造特征自20世紀(jì)30年代起已被逐步探明。由于氣味組分復(fù)雜,難以完全掌握,因此,至今尚未形成統(tǒng)一的類型劃分標(biāo)準(zhǔn),而只有一些適于特定研究與應(yīng)用的習(xí)慣分類。常見(jiàn)的香氣類型劃分法包括Rimmel分類法和Roberts分類法等,其中Rimmel分類法的18種類型幾乎都有對(duì)應(yīng)的植物香氣,比較接近客觀現(xiàn)實(shí),但也并非絕對(duì)的依據(jù)。2植物中vocs和vocs分析當(dāng)揮發(fā)性組分中的各化合物成分均處于氣相中時(shí),它們之間幾乎不存在相互干擾作用,彼此相對(duì)獨(dú)立,這為植物氣味分析提供了較理想的基礎(chǔ),因?yàn)橹参餁馕抖酁閂OCs。如植物性天然香料,其香氣中所含的有機(jī)化合物主要為4大類:萜類化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物和含氮含硫化合物,作為“綠色香氣”主要成分的葉醇(順式-3-己烯醇)和葉醛(2-己烯醛)可歸屬其中的脂肪族化合物。2.1儀器分析檢測(cè)氣味分析可采用便攜式取樣檢測(cè)或高效取樣后再進(jìn)行儀器分析檢測(cè),實(shí)驗(yàn)室常用后者。取樣技術(shù)包括樣品的捕集(capture)與濃縮(condensation)技術(shù)。2.1.1多環(huán)芳烴檢測(cè)限吸附捕集能大量取樣并多次分析,可避免或減少因操作失誤引起的缺憾。但它也有兩大缺點(diǎn),一是富集的揮發(fā)性組分與取樣器之間可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),故所采氣樣必須穩(wěn)定性好;二是此法不能使氣體濃度增大,因而要求被分析組分具有足夠的濃度(高于最低檢測(cè)限)。中國(guó)在20世紀(jì)90年代初以前尚無(wú)商品化的氣相采樣裝置,當(dāng)時(shí)有關(guān)城市空氣中的多環(huán)芳烴氣相采集分析是借助可吸入顆粒自動(dòng)采樣器的改進(jìn)裝置完成。到20世紀(jì)90年代后期,已能用密閉式氣味吸附裝置對(duì)多種剪切自植物體的枝葉或花朵等新鮮(非活體)材料的釋放物進(jìn)行樣品捕集。近10年來(lái),國(guó)際上還相繼出現(xiàn)了固相微萃取、液空法、毛細(xì)管吸附劑法等日益先進(jìn)的氣味捕集法。2001年以來(lái),針對(duì)活體植物揮發(fā)物的無(wú)損傷動(dòng)態(tài)吸附取樣技術(shù)也開始在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)。2.1.2縮gc由于各種氣味具有不同的檢測(cè)限(閾值),故僅憑嗅覺(jué)感官無(wú)法在任何情況下都能辨別某種氣味,而將氣體濃縮則完全可以滿足最低檢測(cè)限。濃縮可使容器內(nèi)的氣體分子數(shù)增加而不影響氣體中各組分的相對(duì)濃度,經(jīng)濃縮的氣體有利于GC等分析工作。常用濃縮材料及技術(shù)主要包括:多孔性聚合物、活性炭、聚氨酯泡沫、低溫冷凍技術(shù)、氣體碰撞器、經(jīng)處理的介質(zhì)(如對(duì)某種特定基團(tuán)或分子具有親合性并經(jīng)溶液浸泡的光纖、纖維濾膜、多孔性聚合物等介質(zhì))。2.2系統(tǒng)的香香味評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)目前,國(guó)際上有關(guān)芳香氣味的評(píng)價(jià)研究已從香味與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系、香氣的分析辨別技術(shù)到香氣的應(yīng)用及氣味評(píng)價(jià)的術(shù)語(yǔ)等方面逐漸規(guī)范化、系統(tǒng)化。氣味的分析檢測(cè)技術(shù)主要涉及化學(xué)法、儀器法、電子鼻法等。2.2.1化學(xué)試驗(yàn)氣味物質(zhì)經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理,可采用滴定法、有機(jī)蒸汽分析計(jì)、監(jiān)控法和吸收管法等進(jìn)行基本的物質(zhì)結(jié)構(gòu)確定。2.2.2植物精油擴(kuò)展方法因植物氣味多為VOCs,故非常適于GC或GC-MS分析等檢測(cè)。經(jīng)典GC、GC-MS及其擴(kuò)展方法不勝枚舉,如GC-FID、GC-FTIR、GC-FTIR-MS等均可用于植物提取物及精油的分析。環(huán)境中的各種氣味對(duì)人來(lái)說(shuō)雖然“薰蕕不同器”,但從儀器分析的角度看并無(wú)技術(shù)上的根本差別,因此,惡臭的儀器分析法也在相當(dāng)程度上適用于植物氣味分析檢測(cè)。2.2.3化學(xué)氣調(diào)包裝電子鼻及其衍生裝置生物電子鼻等屬于便攜式仿生嗅覺(jué)感應(yīng)器,能將不同氣味物質(zhì)的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào),現(xiàn)已用于香料、食品、日化、環(huán)保等領(lǐng)域的已知?dú)馕冻煞謾z測(cè)。此外,金屬氧化物半導(dǎo)體、半導(dǎo)體聚合物、水晶振動(dòng)子、感應(yīng)膜等對(duì)特定揮發(fā)物具有優(yōu)良吸附性及感應(yīng)性的器具已用于各行業(yè)的氣味分析檢測(cè)。3對(duì)人的行為影響的研究人置身于綠色植物的氛圍中,視、聽、嗅、味、觸等五感的反應(yīng)就成為調(diào)節(jié)身心和諧的主要因素,這在日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)非常受重視。而以森林為主的綠色環(huán)境與人們的嗅、味、觸覺(jué)相關(guān)可能比視、聽覺(jué)相關(guān)更加豐富。要評(píng)價(jià)植物氣味對(duì)人的影響絕非易事,但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不懈的努力,人類對(duì)自己的生理結(jié)構(gòu)和心理狀態(tài)業(yè)已取得一個(gè)又一個(gè)突破性的認(rèn)識(shí),對(duì)于五大感覺(jué)中的視、聽、觸覺(jué)研究都取得了極大成效。所以,研究步伐相對(duì)滯后的味覺(jué)、嗅覺(jué)就成為焦點(diǎn),尤其嗅覺(jué)受心理影響的程度比味覺(jué)更加復(fù)雜,并且是唯一直接觸及腦部的知覺(jué),因而其機(jī)理研究倍受關(guān)注。在這方面,日本已從生物學(xué)、溫泉?dú)庀筢t(yī)學(xué)、嗅覺(jué)味覺(jué)科學(xué)、精神與神經(jīng)科學(xué)、香料科學(xué)、化妝品科學(xué)和地球環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域出發(fā),有針對(duì)性地探討了植物芳香使人身心愉悅的奧秘,其代表性研究如下。谷田貝光克(東京大學(xué))的研究:20世紀(jì)80年代研究了植物精油揮發(fā)程度對(duì)試驗(yàn)動(dòng)物生活狀況的影響,發(fā)現(xiàn)葉油氣味濃度與自然狀態(tài)下森林中的萜類揮發(fā)物濃度相當(dāng)時(shí),鼠的運(yùn)動(dòng)量最大,并同攝食量、攝水量和體重之間形成最佳協(xié)調(diào)關(guān)系,濃度過(guò)高或過(guò)低對(duì)運(yùn)動(dòng)量的作用都會(huì)影響攝食量、攝水量和體重。在與人相關(guān)的植物氣味研究領(lǐng)域,探討了松樹純林地內(nèi)的揮發(fā)性物質(zhì)使人產(chǎn)生舒適感的類型,了解到不同性別、年齡的都市人和山村人對(duì)樹木氣味的喜好有差異,且隨濃度增大產(chǎn)生更為顯著的變化趨勢(shì)差異。90年代還研究了木質(zhì)環(huán)境及植物精油等氣味對(duì)人的血壓、脈搏、心率、R-R間隔、腦波、副交感神經(jīng)等的影響效應(yīng)。宮崎良文(森林綜合研究所)的研究:強(qiáng)調(diào)人體“官能評(píng)價(jià)”,從生理和心理兩方面綜合評(píng)價(jià)香氣對(duì)人的影響,生理評(píng)價(jià)指標(biāo)涉及自律神經(jīng)系統(tǒng)(副交感神經(jīng)和交感神經(jīng)系統(tǒng),如瞳孔光反射、指尖脈波、末梢皮膚溫、血壓、R—R間隔等)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、腦波與腦血流量變化、疲勞與作業(yè)效績(jī)關(guān)系等,心理評(píng)價(jià)手段有語(yǔ)義區(qū)分法(semanticdifferentialmethod,SD法)、心境狀態(tài)剖圖法(profileofmoodstates,POMS法)等。基于人對(duì)植物精油、木材香氣等產(chǎn)生不同程度舒適感的研究規(guī)律,進(jìn)行感覺(jué)指標(biāo)的客觀性量化,對(duì)香味確立了相關(guān)評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ),初探了不同性別被測(cè)者吸入精油后的多種心理感受變化,并研究了木材及自然空間給予人的五感舒適性,將生理人類學(xué)與森林科學(xué)緊密結(jié)合,是目前人與植物氣味關(guān)系研究領(lǐng)域中較全面的。畑中顯和(東亞大學(xué))的研究:20世紀(jì)70年代和80年代陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多種“綠色香氣”物質(zhì)。在研究“綠色氣味”對(duì)人的影響時(shí),主要探討了葉醇、葉醛等物質(zhì)對(duì)人體嗅覺(jué)神經(jīng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、自律神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的影響,發(fā)現(xiàn)“綠色香氣”感通過(guò)嗅覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)入視床下部和邊緣葉前底部,可對(duì)內(nèi)分泌、免疫、自律神經(jīng)等系統(tǒng)的生理調(diào)節(jié)作用和心理反應(yīng)產(chǎn)生影響,即:綠色植物香氣通過(guò)嗅覺(jué)系統(tǒng),對(duì)室傍核產(chǎn)生某種神經(jīng)性或液性的影響,抑制某些與負(fù)荷相關(guān)激素的生成和分泌,使內(nèi)分泌、自律神經(jīng)和免疫等系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)節(jié),減少負(fù)荷(環(huán)境的壓抑)對(duì)人體造成的影響,從而提高免疫系統(tǒng)的活性;關(guān)于葉醇和葉醛使人產(chǎn)生強(qiáng)烈的新鮮感,其原因是這兩種物質(zhì)均可降低人的α-腦波振幅值,而且兩物質(zhì)混合在一起時(shí)比它們分別單獨(dú)作用更為顯著,可使α-腦波幅值降低更多。α-腦波幅值的大小是與令人緊張的氣氛成正相關(guān)的,“綠色香氣”對(duì)這一幅值的降低作用,無(wú)疑減少了人的壓抑感,故而帶給人以恬靜、舒爽的意境。隨著當(dāng)代人體生理測(cè)量技術(shù)和腦科學(xué)研究的發(fā)展,用自然科學(xué)解釋植物氣味對(duì)人的影響逐漸現(xiàn)實(shí)。目前各國(guó)在此領(lǐng)域的研究仍有空白,特別是天然活體植物揮發(fā)物取樣分析及其人體生理心理指標(biāo)測(cè)定的綜合研究還未能有效全面開展。4植物氣氛與人體的相互作用人類對(duì)植物氣味的認(rèn)識(shí)和開發(fā)利用雖歷史悠久,卻永無(wú)止境。全面研究綠色植物對(duì)人的影響具有重要意義。在有關(guān)香料揮發(fā)性氣味等研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討綠色植物氣味對(duì)人的影響,不但十分必要,而且切實(shí)可行。目前,國(guó)內(nèi)雖有少數(shù)研究進(jìn)行了城市綠化樹種的揮發(fā)物檢測(cè),但其采樣技術(shù)存在局限,分析手段過(guò)于單一,檢出物質(zhì)數(shù)量偏少,且未探討氣味物質(zhì)對(duì)人體的作用,因此需要進(jìn)行更深入的研究?，F(xiàn)代儀器分析技術(shù)及各門科學(xué)的迅猛發(fā)展,為研究植物氣味與人的關(guān)系提供了日益堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。國(guó)際先進(jìn)水平的研究已初步探明“森林香氣”是多種物質(zhì)的復(fù)合香氣,由“綠色氣味”(葉醇、葉醛等)以及枝葉與樹干散發(fā)的混合香氣(雙萜烯類)在環(huán)境中協(xié)同釋放而產(chǎn)生,其化學(xué)結(jié)構(gòu)及形成過(guò)程已從生理學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)等方面得以闡述。其分析評(píng)價(jià)方法及對(duì)生物的影響等研究多見(jiàn)于昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)領(lǐng)域,在植物氣味與人的官能評(píng)價(jià)研究中可資借鑒。人類已逐漸認(rèn)識(shí)到加強(qiáng)運(yùn)用視