面对超市货架上的预包装食品，如果你稍加注意，便会看到在配料表中，「食用香精」通常稳坐最后一项。对于食用香精，多数消费者闻之色变，首先想到的是「科技与狠活」，或是商家用香精「弄虚作假」。
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。
人类给食物「加香」，贯穿了整个饮食史，食用香精的前身是天然香料。自上古文明起，人类就开始采集、应用各种香料植物。早期狩猎采集者会用植物叶片包裹肉类，为食物增添风味。各种各样的香料植物出现在人类生活中。早在胡夫金字塔时代，埃及人已经频繁食用洋葱和大蒜。而在黄帝神农时代，我国就有采集植物驱疫避秽的记载，神农在《本草经》中记载了包括桂皮在内的 100 多种药用植物，在公元前 8 世纪，印度人走上种植小豆蔻和姜黄的道路。
在很长一段时间内，人们只会把香料植物直接添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，可以便捷的将植物中的香气成分提取出来，得到精油和纯露。至此，人们终于开始有目的地提取和利用香味本身。这些提取出的精油和纯露，可以被视为最初的香精。从中世纪开始，西方大量的烹饪书籍中出现了含有精油、纯露的烹饪配方。
早期水蒸气蒸馏装置。© Wikipedia
18 世纪，随着现代有机化学的发展，对于香气来源的化学物质的好奇，促进了化学家的研究，催生出化学合成香料技术。世界上第一种化学合成香料是香兰素。香兰素是香荚兰（又称香草）中最主要的香气物质。中美洲土著早在 15 世纪就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，香荚兰传遍整个欧洲。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 Ferdinand Tiemann 和 Wilhelm Haarmann 首次推断出香兰素的化学结构，并研究出化学合成香兰素的方法，创立了 Haarmann and Reimer 公司，对香兰素进行工业化量产。19 世纪末，化学合成的香兰素进入食品中，成为日常生活的一部分。我们吃到的大部分香草口味食品，其中的香草味都来自于人工合成的香兰素类物质。
Ferdinand Tiemann 和 Wilhelm Haarmann 研究出的香兰素的合成路线。© Wikipedia
与此同时，各种各样的合成香料也像雨后春笋般冒出来。丁香中的丁香酚，肉桂中的肉桂醛，杏仁、樱桃中的苯甲醛等，都逐渐可以批量制造。合成香料比天然香料便宜、稳定，很快占据了食用香精的半壁江山。
随着科学发展，现在的香精香料不再局限于天然提取和化学合成。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。科学家也发明出了多种检测手段，来明确食物中的香气物质组成。
在认识香精种类前，我们需要先明确香精的定义。在法规中，食用香精指的是利用食用香料调制、组合而成的产品。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，确保香精能更容易地添加到食品中，应用起来更方便，同时也能保证香精本身的品质。
在中国国家标准中，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，在法规中都属于食用香料。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 ——
· 天然提取的食用香料
直接采用提取技术，从天然动植物中提取香气物质。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。
腐乳在发酵时会产生多种香气物质。© 蒋光明
· 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」的概念。有些国家的法规认为，如果某种物质本身在自然界中存在，但通过化学手段批量制造出来，就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批量生产出这些香气物质。
为了营造出面包刚出炉时的香味，一些面包店会在空气中喷洒面包烘焙香精。© Pinterest
· 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，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。
说到这大家可能会发现，讨论香精是「天然」的还是「合成」的意义不大。香精本身是一个复杂的混合产品，调香师完全可以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，再搭配各种辅料，共同组成一款香精。目前在美国等一些国家，只要香精里所有的食用香料不是化学合成的，就可以宣称是天然香精。目前，中国暂时没有天然香精的国家标准定义。无论什么样的香精，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
回归到应用层面，人工合成香精往往头香比较重，中段和余味不够饱满。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时，通常会将不同类型的香精组合使用，发挥各自的优势。
我们讨论香精安全性时，难免陷入一个常见的误区 —— 天然的就是安全的，人工合成的就是危险的。实际上，自然界中天然的有毒植物一抓一大把，人工合成出的安全无毒的东西也有很多。唯一靠谱的方法，就是将所有食用香料类物质进行毒理实验，挨个验证安全性。目前各个国家都在持续进行这一工作，在国际上认可度比较高的有两个机构 —— 食品添加剂联合专家委员会（JECFA）和美国香料与提取物生产者协会（FEMA）。
JECFA 是世界卫生组织（WHO）和联合国粮农组织（FAO）旗下机构，专门负责各种食品添加剂的安全性评价，并设立安全限值。目前，该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。FEMA 则是美国的一个行业自律性组织。目前，FEMA 已经评价了 4000 多种不同的香料物质，其中 2600 多种获得了 FEMA GRAS 认证（按照当前使用水平下能保证安全）。FEMA 的评价不仅得到美国食品药品监督管理局（FDA）认可，世界上各个国家，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 的官网上查到各种食用香料的毒理学数据。
只要在 FEMA 官网上输入「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。© FEMA
在中国，所有的食用香料都会按照使用状况评估安全性。最新的《食品添加剂使用标准》（国标 GB 2760-2024）中，规定了 388 种天然香料和 1504 种人工合成香料，总计 1892 种食用香料经过我国法规部门评估，可以安全使用。食用香料之外，辅料同样经过安全性测试。
都说「离开剂量谈毒性是耍流氓」，但万一不法商家超量添加香精呢？其实不用担心，香精的使用有自限性，只能适量添加。添加过量，香气太浓就成了臭味，不仅成本上升，食物风味也会受影响，得不偿失。目前的食品配方中，香精添加量通常在百分之零点零几到百分之零点几，很少有超过百分之一的。
根据《中国食品安全国家标准 - 灭菌乳》，灭菌乳（即常说的纯牛奶）禁止添加丙二醇。© 麦趣尔
不过，我们仍然需要警惕以下 3 种情况 ——
① 不法商家用香精以次充好，或者掩盖食品变质的问题。比如路边摊用鸡肉和鸭油香精冒充鸭肉，或者通过肉味香精掩盖肉制品腐败问题。
② 本身明令禁止加香精的食物，故意添加香精进行商业欺诈。之前，麦趣尔在宣称为纯牛奶的产品中偷偷添加香精提香，本地产的大米添加泰国香米香精，冒充泰国香米。
③ 有些无资质小厂，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。
这些更多是人的问题，而不是食用香精本身的问题。
品尝美食是非常少有的，能够动用人体几乎全部感官（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：我们是如何闻到一颗苹果的「苹果味」的呢？
当你咬开苹果，苹果果肉里面的各种香气分子，包括丁酸异戊酯、丁酸酯、己酸酯、1 - 己醇、1 - 辛醇、以及其他醛类、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，沿着神经传递到大脑。经过大脑嗅觉中枢汇总分析后，形成了整体感觉。至此，我们终于闻到了苹果香气。
食品工业中常用的各种果味香精。© Google
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？
事情并非如此简单。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，工厂称量、调配的工作量就太大了。另外，这几百种香气成分中，有一些可能落在法规允许的范围之外。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，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，配合其他香料一起。虽然没有那么拟真，但人们还是一闻就知道是「苹果」。
一个典型的苹果香精的配方。© 《食用调香术》第三版
在所有的香精中，有一些是比较好调的，比如香草香精、柑橘类香精等。在这些味道中，关键成分占比很大，香草中的关键成分是香兰素，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增香，很容易做出逼真的味道。但不是所有的香味都能如此幸运，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，它们之间还会互相影响。想要调好这种香精，非常依赖调香师的功力。
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，市面上各种樱花味产品中添加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。
锅气是指食材在高温爆炒时的焦香。© bostonglobe
有的时候，香精味假可能不是调得不好，而是材料用得不好。香精公司生产的香精，往往在特定的应用领域效果较好，换一种应用领域就会大打折扣。如果把专门为饮料研发的番茄香精，放到调味酱里，味道就比较假；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，如果本来就没锅气味，完全香精来凑，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，怎么把香精用好。
有些香精大家觉得假，还有一个不可忽视的原因 —— 食物的口味一直在变。
虽然有些人认为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，最典型的就是香蕉香精。1860 年代，香蕉以大麦克（Gros Michele）品种为主，当时的香精为了模仿它的气味，添加较多的乙酸异戊酯。到了 1950 年代，香蕉真菌病让大麦克品种几乎消失，取而代之的是卡文迪什（Carvendish，也叫香芽蕉、华蕉），这个品种中乙酸异戊酯含量更低。也就是说，香蕉香精模仿的是以前香蕉的味道，不是香精假，而是香蕉本身的味道发生了改变。
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食物香气物质的分析，很多高校的食品专业都在进行这类研究。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，不仅能够明确每种香气物质含量的多少，还能测出每种香气物质对于总的香味的贡献程度是多少。由于嗅觉对不同物质的敏感程度不一样，后者能够给调香师提供更明确的参考。
科学家还发现不同的香气物质彼此之间还存在相互作用 —— 彼此促进或抵消。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。如今新的研究方法 —— 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，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，也有一些更前沿的技术。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生产食用香料。一些微生物，比如酵母菌、大肠杆菌等，经过基因改造后，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，也有越来越多的新技术出现，比如超声辅助萃取（Ultrasound-assisted extraction）、脉冲电场萃取（Pulsed Electric Field Extraction）等。
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，喷雾干燥等，可以确保想要的香气，只在最合适的时候才会释放。香精控释技术克服了传统香精风味容易散失，造成终产品保质期缩短的痛点，让食物可以长时间保持比较饱满的香气。
虽然现在的一些香精仍然模仿得不像，但相信在可预见的未来，食用香精肯定会往真实而持久的方向发展。
参考资料：
《Steam Distillationhttps》，Wikipedia
《Vanillin》，Wikipedia
《History of Spices》，Mccormick Science Institute
《A Brief (and Biased) History of Flavor》，Mandy Aftel、Daniel Patterson
《The Fascinating History of Food Flavoring in The Modern Era》，Food Science Babe
《The FEMA GRAS Assessment of Cinnamyl Derivatives Used as Flavor Ingredients》，Timothy B Adams、Samuel M Cohen、John Doull、Victor J Feron、Jay I Goodman、Lawrence J Marnett、Ian C Munro、Philip S Portoghese、Robert L Smith、William J Waddell、Bernard M Wagner
《食品安全国家标准食品用香料通则》
《食品安全国家标准食品用香精》
《食用调香术》第三版，孙宝国、陈海涛
《专家访谈 —— 解析中国香精香料进化发展历史》，杨志刚
