与诺奖科学家同行，伊比西发现新的天然凉感增强方案

嚼一片薄荷叶，并不会降低口腔温度，却能像吃冰块一样感到凉爽，为什么？秋冬将至，身体如何感受阵阵寒凉？生物体不断进化以适应不断变化的环境条件，其中对冷、热和触觉的感知能力对人类的生存至关重要，也是人类与周围世界互动的基础。当我们在感知周围世界所发生的一切，并觉得“习以为常”的时候，在戴维·朱利叶斯(David Julius)和阿德姆·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)这两位科学家看来，却曾是一片崭新的研究领域。

今天（北京时间12月10日），2021年诺贝尔生物学或医学奖颁予了戴维·朱利叶斯(David Julius)和阿德姆·帕塔普蒂安(ArdemPatapoutian)，以表彰两位科学家在“发现温度和触觉感受器”方面作出的突破性贡献，他们揭开了热、冷和机械力如何触发神经冲动的秘密，让我们更加了解了人体是如何感知和适应周围世界的。 

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探秘诺奖背后神奇的凉感  

去年，一款充满活力的时尚饮品—莫吉托(Mojito)伴随着周杰伦的同名新歌风靡了整个夏季。莫吉托，是一种起源于古巴的鸡尾酒，由五种缺一不可的原材料调制而成，这五种原材料分别是淡朗姆酒、甘蔗汁、苏打水、青柠和薄荷。其中起到画龙点睛作用的，便是那味道清爽的新鲜薄荷叶，它不仅被加入酒中用以调和朗姆酒的烈性，而且被专门点缀在杯口当作装饰。这种散发着清凉芬芳、令人赏心悦目的翠绿叶片——薄荷，便成为了时尚饮品莫吉托的“灵魂之叶”。

薄荷清凉的灵魂之叶 

关于“薄荷”名字的来源，还有一个有趣的传说。传说冥王哈迪斯一次偶遇了美丽动人的精灵曼茜(Menthe)，对她一见钟情，深深迷住，并且对曼茜展开了热烈追求。冥王的妻子佩瑟芬妮得知此事极为震怒，满腔的嫉妒使她决心要报复曼茜。于是，她便利用自己的法术将曼茜变成了小河边一株任人践踏的小草，想借此使冥王忘记自己的小情人。内心坚强的曼茜虽然变成了不起眼的小草，却拥有了一种清凉怡人的独特芬芳，而且越是被摧残践踏，这种芳香就越发浓烈袭人。于是，人们就把这种水边的芳草称为薄荷的拉丁名为Mentha。和其他许多花卉一样，这个名字的由来与希腊神话有关，记述的是一段离奇的爱情悲剧。薄荷(Mentha)，便被视为水泽精灵曼茜的化身。因此，薄荷在人们的心目中是一种充满希望的植物。 

薄荷最早盛产于地中海地区及西亚一带。它的香气清新怡人，历来受到人们的普遍青睐。就像其他的草药一样，古代埃及人、希腊人、罗马人都已懂得利用它。据说，古代罗马人、希腊人都很推崇薄荷的清凉味道，古希腊的男人们会使用薄荷香水喷在身上，提升自己的魅力；古罗马人常常会把薄荷叶放到洗澡水中，不仅能够清凉提神，还能够滋养肌肤；人们还会在节日和庆典的时候佩戴薄荷织成的花环。古罗马人还会在宴席上顶着薄荷叶编成的头冠，显然是要借助它解毒的功能。当然，他们也不反对用薄荷来制酒。希伯来人则用它做香水。 

后来，薄荷从欧洲经西伯利亚、新疆和喜马拉雅三路传入我国，经过400多年的适生栽培，逐渐融入华夏大地，成为各地房前屋后广泛栽种并深受大家喜爱的邻家草本。 

薄荷为什么“凉凉”？ 

几千年来，薄荷能够始终受到人们喜爱的原因，不外乎薄荷所独特的香味给人的一种沁入心扉的清凉感。薄荷的这些特性，正是薄荷茎叶中含量最高的特殊挥发油物质—薄荷醇在发挥作用。在薄荷新鲜叶片的数十种挥发油物质中，薄荷醇的含量高达 77%。这种特殊的挥发油物质具有三个手性中心，共有 8 种立体异构体，其中的左旋薄荷醇带有轻快微甜的气味，且具有强烈的清凉作用。薄荷之所以会让人产生清凉的感受，是因为薄荷醇能激活口腔和皮肤神经末梢上专门感受寒冷的受体蛋白的离子通道，使其迅速运转起来，进而接收到一种类似寒冷的刺激。因此，当人们在揉碎薄荷的叶片，受到挥发出来的薄荷醇的刺激时，人体皮肤或口腔神经末梢上的受体蛋白就会向大脑传输信号，使人们产生一种凉飕飕的错觉。正因为有着如此丰富的芳香挥发油成分，薄荷由此成为一种用途极其广泛的赋香剂，被应用于食品饮料及其他生活用品的生产之中。 

凉，是味道、风味还是体觉？ 

不同于我们日常经常会把灼热的“辣”错误地归属于所谓味觉的“酸、甜、苦、辣、咸”组合，实际上，不论是薄荷还是冰块的“凉”，究其本质都是一种化学物理觉（Chemesthesis）。而在五种感觉（视觉、听觉、味觉、嗅觉和化学物理觉）中，由化学刺激物质引发的皮肤或粘膜的化学感受性的体觉（也就是化学物理觉）可能是最多样的，也是最难以理解的。它描述了感知机械力（触觉）、化学刺激（痛觉）和温度（温度觉）的能力。

图片来自网络：《化学物理觉——饮食中味觉和嗅觉之外的感觉》，中国轻工业出版社，2020年8月 

在二位科学家发现温度和触觉感受器之前，温度感觉已经被研究了一个多世纪。在十九世纪末，著名神经学家Charles-ÉdouardBrown-Séquard发现脊髓的半切面可能影响温度觉。但人类对神经系统如何感知和解释环境的理解仍然包含一个基本的未解之谜：温度和机械刺激如何在神经系统中转化为电脉冲。 

1990年末，戴维·朱利叶斯通过分析辣椒素如何引起人体接触时的燃烧感觉，确定了人体拥有辣椒素可以激活的、可以引起疼痛感觉的神经细胞，但这种化学物质究竟如何发挥这种作用仍待解决。 

基于上述发现，阿代姆·帕塔博蒂安及其同事创建了一个包含数百万DNA片段的文库，这些DNA片段对应于感觉神经元所表达的基因，这些神经元可以对疼痛、热量和触摸做出反应。阿代姆和同事们假设，该文库将包含一个能够与辣椒素反应的蛋白质的DNA片段编码，随后经过探索研究，阿代姆·帕塔博蒂发现了能够使细胞对辣椒素敏感的基因，这种新发现的辣椒素受体后来被命名为TRPV1。 

图片来源：果壳网（戴维·朱利叶斯利用辣椒中的辣椒素找到了TRPV1，当温度达到令人疼痛的程度时，这种离子通道会被激活） 

此外，戴维·朱利叶斯在美国国家科学院的官网上介绍到，其小组的研究方向是了解神经系统如何接受和传输信号，并其利用天然产物的力量来阐明疼痛感觉的分子机制，例如，辣椒素如何引起灼痛，薄荷叶中的冷剂薄荷醇如何引起冰冷的感觉。 

两位科学家对人类感知疼痛和温度机制的突破性发现，使得人类对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的理解迅速增加，更为设计针对性慢性痛症的药物开启了新篇章。 

凉感剂市场面面观

凉感剂（清凉香料）是具有清凉效果的一种香料，包括天然清凉香料和合成清凉香料两大类。天然清凉香料是指取自自然界并保持原有植物香气特征的香料，通常采用粉碎、蒸馏、萃取等物理或化学方法加工制作而成；合成清凉香料是利用化学原料，经过化学合成方法制备出的单体香料。 

薄荷醇类 

有报告显示，L-薄荷醇是目前世界上销量最大的香料单体之一，全世界目前的薄荷醇消耗量每年约4万吨。L- 薄荷醇目前主要于植物中提取，其产量占全球总产量的70%左右，剩下的30%是通过有机合成制备而得。当前国际合成薄荷醇市场主要被三大巨头垄断，即日本高砂香料公司、德国巴斯夫公司和德国德之馨公司。后两者的合成薄荷醇产量约占国际合成薄荷醇总销量的 86%，日本产合成薄荷醇仅占14%。根据市场研究公司Grandview Research的数据，到2023年，全球薄荷精油市场需求预计将达到10亿美元。 

薄荷醇一般有两种异构体（D型和L型），天然的薄荷醇主要为左旋异构体（L-薄荷醇）。薄荷醇具有凉感爆发快、香气清新、绿色天然等特性，近年来越来越受到人们的欢迎，因此在终端产品的需求量有逐渐上升的趋势。薄荷脑可用作牙膏、香水、饮料和糖果等的赋香剂。在医药上用作刺激药，作用于皮肤或粘膜，有清凉止痒作用。内服可作为驱风药，用于头痛及鼻、咽、喉炎症等。其酯也可用于香料和药物。 

薄荷 并不十分完美的“香饽饽”

但是薄荷醇也有自身的应用缺陷，例如当从薄荷植物中提取时，薄荷醇在供应、价格和作物质量方面会有所不同。此外，薄荷醇容易挥发；耐高温效果差，一些需要高温处理的产品不能达到所需要的要求；薄荷醇会刺激眼睛。在较高的浓度下，它会引起灼烧感、味道苦涩；在人的皮肤口腔中凉感持续时间短，达不到长效清凉的效果；薄荷醇还具有并不总是需要的特征气味；调味料的薄荷味和相关的清凉感不会持续很长时间。

因此，个人护理公司和香精香料制造商被激励去寻找非挥发性替代品，这些替代品可以消除薄荷醇的不需要的特性，但仍然会引起凉感，消费者将其与清洁度和新鲜度联系在一起。针对薄荷醇的苦味，大多数公司都使用甜味剂来掩盖薄荷醇的苦味。此外，还通过在产品中加入精油、香料成分，用来降低薄荷醇在口腔中产生的灼烧感。 

人工合成凉感剂WS系列产品大家族及特性

在物质匮乏的时代，人们的目光首先集中在价格低廉的化学合成上。1970 年以来，WilkinsonSword公司对合成清凉剂进行了广泛的研究，期间他们研发出约1200个有凉感的化合物，即WS系列产品。其中包括后来在商业上取得成功的WS-23、WS-3、WS-5等产品。 

其中，WS-23与薄荷醇相比，凉感持续时间长，入口无苦味；但WS-23 缺少了薄荷醇入口爆发性的凉感以及特殊的薄荷香气。WS-3 为长效清凉剂，凉感强度为薄荷醇的 1.5 倍，凉感持续时间为 20~30min，凉感作用部位主要为喉部，口腔内也有凉感，因此WS-3 常被用于润喉糖类产品。但需要注意的是，WS-3 同薄荷醇一样具有苦感，在具体使用时需要对使用量进行优化，当用量较大时也可以加入少量甜味剂来遮掩苦味。此外，WS-3 很难溶于水，如需用于饮料、漱口水等产品时，需要先将WS-3溶解，再加入吐温或司盘类增溶剂方能使用。 

凉感剂WS-5又叫N(- 乙氧羰基甲基)-对烷-3-甲酰胺，凉感主要集中在口腔和喉部，凉感强度约为薄荷醇的 3~4 倍，是WS系列中凉感强度最高的品种。 

随着社会经济的发展，人们对食品添加剂的“天然化”诉求日趋强烈，市面常见的人工合成凉感剂，不仅在产品性能表现上尚差强人意，并且无法满足消费者的“天然健康”需求，也不符合企业的可持续发展战略。 

探寻凉感的本质

温度感知是动物和人体感官体验的主要组成部分。哺乳动物进化出具有保护机制的神经系统，有助于在寒冷和炎热的温度下生存。神经系统对温度变化的敏感反应对于恒温动物保持稳定的身体核心温度至关重要。生物体不断进化以适应不断变化的环境条件。其中最主要的是每日和季节性的温度波动。就实际物理值而言，温度波动相对较小，几度的温度波动就会对机体功能产生深远的影响。在脊椎动物中，温度由表达热门控离子通道的体感神经元的初级传入神经检测。 

许多古代文化都认为热（火）是自然的经典元素。为了量化物体中存在的热量，现代科学使用温度（由热力学第三定律定义）作为物体粒子成分运动和振动的量度。所有生化反应都有一个温度系数，它是指生化反应随温度升高而发生的变化率。因此，环境和内部体温几乎影响动物生理的所有方面，包括摄食和交配行为、昼夜节律和季节性节律。温度波动会在多个层面影响整个生物体的功能，导致出现对突然和长期环境温度变化的复杂进化适应。无论是短时间暴露在极冷或极热环境中，还是长时间处于寒冷或温暖环境中，生物体都会通过细胞代谢的快速调整做出反应，最终影响所有器官和系统。例如，许多必需酶对其酶活性具有最佳温度范围。此外，温度调节许多物种的发育、繁殖、衰老和性别比例。因此，温度对许多动物的行为都有深远的影响，从急性避热到冬眠和动物迁徙。 

有趣的是，尽管鱼能忍受寒冷，但它们对温暖和炎热的温度仍然非常敏感。与其他脊椎动物相比，它们对温暖温度范围的耐受性要差得多。高于 32℃温度超出了许多鱼类的舒适区。大多数哺乳动物的体温设定在 36℃到 38℃的狭窄范围内。然而，尽管是恒温动物，一些哺乳动物有能力根据环境变化以及行为和喂养需要调整其核心体温以及初级传入神经的温度敏感性。沙漠物种是这种适应性的一个很好的例子。圆尾地松鼠 (Spremophilus tereticaudus) 生活在极其炎热的沙漠气候中，可以忍受高达 46℃ 的高温。一些不能长距离迁徙的哺乳动物已经进化出冬眠的能力——这是一种适应恶劣温度和缺乏食物的独特形式。几乎所有的哺乳动物目都有冬眠物种。例如，在灵长类动物中，它是肥尾侏儒狐猴 (Cheirogaleus medius)，来自两个亚目鼠形目动物（大鼠、小鼠、仓鼠）和 Sciuromorpha（松鼠、土拨鼠、花栗鼠）是冬眠哺乳动物最突出的例子。 

以上例子表明，温度觉的本质是哺乳动物进化而来的“保护觉”, 与“甜、鲜”作为高质量能量识别特征引起人体多多益善的“渴望”不同，“凉”是物质生活有充分保障后冒险的奢侈风味享受。 

伊比西重大发现！凉感可以被多个离子通道蛋白感知 

全球科学家寻找天然引发生理凉感化合物的努力一直在艰难而不懈地持续着。2001年11月，德国的Hoffmann在天然麦芽中找到比薄荷强很多倍的化合物，然而在实际使用中的效果与期望相差甚远。2017年花王公司的Tomohiro Shirai从肉豆蔻中分离出一种TRPM8凉感增强剂，但因为其在植物中的含量低，很难被商业化。 

消费者对天然、可持续发展产品选择的诉求，促使伊比西的科学家寻找能够提供比当前成分更强烈、更持久的天然凉感化合物。比如这些成分可用于牙膏，整个早晨都能给人清新的呼吸感觉；或者口香糖，凉感持续到你的下巴太累以至于无法咀嚼。对这一目标的孜孜追求，推动伊比西通过使用最先进的技术补充市面上的传统方法达到改善其风味的创新方式。 

离子通道的发现可用于评估化合物体外的凉感活性。最新的凉感感知背后的生理原理信息，使伊比西能够将膜片钳、离子通道等生物测定技术与定量感官方法相结合，从而产生一种高效的筛选方法来评价新发现的天然凉感成分，并持续优化其新型天然成分的结构和性能。虽然凉感剂的起凉速度、强度和持续性的时间特征主要由其物理化学性质比如溶解性、挥发性等决定，但效力更多地取决于化学结构。伊比西科学家们通过将分子结构划分为不同的基团，确定活性所需的分子和结构特征及其相对空间分布，并提出一个关于核心有效基团组合对于有效凉感剂结构的假设。伊比西跨学科的思维和所有这些辛勤工作，最终都通过发现持久和有效的新天然化合物得到最佳回报。 

传统科学认为，薄荷醇的独特凉感，来自于它能激活一种特殊蛋白质——主要表达温度神经元细胞膜上的TRPM8（瞬时受体电位通道M8型），市面上现有的诸多凉感剂，也都是通过刺激TRPM8离子通道起作用。实际上，TRMP8并不是人体冷觉形成的唯一离子通道，负责感应冷热的TRP通道大家族之间，能够相互作用。掌握调控TRP通道家族相互影响的奥秘，才是伊比西能够开发出凉感释放更快、凉感更强、持续更持久、且没有苦味等异味的新型凉感剂的最有利武器。 

事实上，除了熟知的薄荷及WS系列作用的TRPM8通道外，所有的神经元和离子通道都会受到温度变化的影响，尤其是因为通道门控通常是一个温度依赖过程。然而，只有一些神经元可以被调用。温度传感器和很少的离子通道类型可以被指定为温度传感器。一般来说，只有温度系数(Q10)≥2–5的通道才被视为与温度相关。迄今，被发现与温度相关的通道至少有TRPA1, TRPV1，TRPV2，TRPV3, TRPM2，TRPM3, TRPM4和TRPM5。根据加热或冷却时放电频率是否增加，这些受体分为两组(图1)。根据这一分类，通常会提到四种与温度相关的感觉(冷-10到15℃，冷-16到30℃，暖-31到42℃，热-43到60℃)。值得一提的是，外界刺激不仅仅是对单一通道刺激，且通道之间信号共同作用调节机体响应。对TRPM8强作用的薄荷醇也能小幅度地激活TRPV3，对TRPV3响应信号明显的百里酚和樟脑，也能小幅度激活TRPM8。 

图片来源：网络

以先进科技为产品创新基石：

膜片钳、离子通道/G-偶联蛋白技术

细胞是动物和人体的基本组成单元。自19世纪40年代末细胞膜和离子学说建立以来，细胞电活动的研究逐渐深入。在1976-1981年期间，两位德国细胞生物学家Erwin Neher和Bert Sakmann所开创的膜片钳技术为细胞生理学的研究带来了一场革命性的变化，并因此于1991年荣获诺奖生理学或医学奖。膜片钳技术就像一把钥匙，打开了细胞电生理研究的大门。 

膜片钳技术被称为研究离子通道的“金标准”，采用钳制电压或电流的方法对生物膜上离子通道的电活动进行记录的微电极技术。对神经细胞研究结果表明，细胞膜的动作电位与Na+通道的开放有关。动作电位的产生来源于外来刺激信号，先后激活Na+、K+通道和膜的静息状态。动作电位的幅度主要取决与Na+的平衡电位。膜片钳技术实现的关键是使玻璃微电极尖端的边缘与细胞膜之间形成高阻抗封接。膜片钳是借助高增益运放形成的“虚短”概念，使细胞膜钳位于外加命令电压，以保证被测细胞不受外界的影响。 

图片来源：细胞膜电位时程图，ResearchGate,2019 Sep

膜片钳技术有着非常广泛的应用，包括离子通道研究、与药物作用有关的心肌离子通道、对离子通道生理与病理情况下作用机制的研究、对单细胞形态与功能关系的研究、对药物作用机制的研究、在心血管药理研究中的应用、创新药物研究与高通量筛选，以及在神经科学中的研究。 

德悦凉™凉感剂让天然薄荷“更快更凉更愉悦”

伊比西的研究人员首先研究了市面上现有的凉感剂，以评估结构对活性的影响。伊比西利用天然提取物能激活与温度相关的多种TRP通道，且通道之间信号共同作用的机理，开发了“更快更凉更愉悦”的天然凉感剂。同时，伊比西凉感分子能够激活神经元中的冷敏感离子通道，有助于延长薄荷醇的冷却效果。伊比西德悦凉™天然凉感剂助力薄荷风味实现凉感释放更快、凉感爆发更强烈、薄荷凉感和风味持续时间更持久，实现“直窜脑门儿”和“直入肺部”的激爽愉悦效果。能够广泛适用于食品和日化产品，包括薄荷压片糖、口香糖、薄荷风味饮品和零食、牙膏、漱口水、牙线、鼻息产品、薄荷涂抹产品等。 

伊比西感官评测团队买来市面热销的一款薄荷味漱口水，如下图所示，添加了德悦凉™天然凉感剂后，原本薄荷味漱口水的凉感感知提升45%，清爽感提升33%，薄荷苦味降低62%，综合喜好度提升45%。验证了产品在上述对于薄荷凉感的风味释放速度、持续时间和愉悦程度的性能优势。

图片来源：EPC 伊比西

麻木的生活来一下！被“冰爽”唤醒的滋味 

伊比西天然凉感增强剂“德悦凉™”能够为富有好奇心和冒险精神的Z时代年轻消费者创造“极度渴望”的新奇美食美饮感官体验。

“我在北京经营酒吧6年了，店里50%以上都是原创鸡尾酒，有一批忠实的消费者。每季度上新品都会引来同行借鉴和学习。鸡尾酒的独特之处，在于通过基酒、利口酒、辅料的搭配组合，调配出更丰富的口感、更多样化的口味选择。一位有经验的调酒师，就算面对很少喝酒的顾客，也能为ta推荐“一口就爱上”的鸡尾酒。”新锐鸡尾酒品牌企鹅走路创始人曹莅祥如是说。

 “疫情的大背景下，我重新思考了鸡尾酒的未来与形态。把手工的、酒吧出品的鸡尾酒通过工业化生产，让更多人能够享受到高质量的鸡尾酒，该有多棒啊！” 

“以莫吉托为例。莫吉托诞生于古巴，是全世界知名度最高的一款鸡尾酒，全球每卖出10杯鸡尾酒，就有7杯是莫吉托。我们以正宗的古巴莫吉托作为样板研发即饮莫吉托，经过上千次的盲测，定稿成为我们的绿企鹅莫吉托。中国人更喜欢有鲜明朗姆气息、绿薄荷与青柠加强后的莫吉托。我们也在过程中沉淀基础应用方案，比如企鹅走路的“0糖方案”。市面上一些0糖产品，你会发现它喝起来很假。我们虽然是0糖产品，但几乎喝不出与真糖的区别。其中一项成果是与北京伊比西植物药物有限公司合作的，与甜味的真实感知相关，并且让酒中的薄荷口感更凉、更清新。”

图片来源：企鹅走路

根据耶鲁大学的研究：人感受味道80%来自鼻后感知，吞咽的时候，气流会从咽喉部向鼻后区域输送，鼻后丰富的嗅觉神经接收信息传输到大脑，大脑告诉我们“你吃到了美食”、“你喝到了糖”、“感受到了凉”。

对于人类和动物，温度感觉提供了有关其环境的基本信息。发现新一代天然凉感增强分子的成功是伊比西采用神经感知系统开发方法来识别高影响力味觉、嗅觉和化学物理觉物质的一个例子。伊比西还有其他几个项目正在使用类似的技术平台来获取不同味觉的新风味成分，从而为减糖时代提供更多的新一代味觉、嗅觉和体觉天然物质。 

参考资料：

[1]果壳网，2021年诺奖揭秘人类如何感受冷暖

[2]香料情报局，全球薄荷油清凉剂市场最新动向

[3]为什么咀嚼薄荷味对东西会产生凉的感觉尤其是在吸进冷气时？王天祥，中国知网

[4]化学物理觉——饮食中味觉和嗅觉之外的感觉，[美]沙恩·T·麦克唐纳，[美]戴维·A·利特，[美]约翰·E·海斯，中国轻工业出版社，2020年8月

[5]北京科技报 2021年10月11日第007版，辣椒、薄荷揭开体感的秘密，赖天莹丁林

[6]中国医疗器械杂志，细胞电生理与膜片钳技术，康华光，华中理工大学生物物理与生物化学研究所，2000年24卷第3期

[7]Evolutionary adaptation tothermosensation, ELSEVIER, ScienceDirect, Elena O Gracheva and Sviatoslav NBagriantsev, 2015

作者：Rachel；来源：伊比西。‍‍