香精與香料(30)—薄荷腦

薄荷醇又稱薄荷腦、六氫百里香酚、六氫麝香草酚、5-甲基-2-異丙基環(huán)己醇，為薄荷和歐薄荷精油中的主要成分，以游離和酯的狀態(tài)存在。由于薄荷醇分子中有三個不對稱碳原子，所以有4種順、反異構(gòu)體。每種順、反異構(gòu)體又有3種旋光異構(gòu)體，即L-體、D-體和DL-體。因此應(yīng)有12種異構(gòu)體。自然界中主要以L-體的形態(tài)存在于薄荷類植物的精油中。4種順、反異構(gòu)體為：薄荷醇、異薄荷醇、新薄荷醇及新異薄荷醇。此4種異構(gòu)體在物性方面略有差異。

此外，合成品與天然品的香氣也不相同。相對分子質(zhì)量156.27。它們均為無色針狀晶體，或結(jié)晶性顆粒。L-體有較強(qiáng)的薄荷氣味及清涼爽快味道，而D-體及DL-的薄荷氣味就弱得多，但有甜味。天然的L-體的薄荷氣味比合成品要強(qiáng)烈得多。

薄荷油是由一種唇形科植物薄荷的莖葉經(jīng)水氣蒸餾或萃取而得。中國各地都有栽培，生長于河溝邊或山野潮濕地。以江蘇太倉、海門、南通和上海嘉定、崇明等地的質(zhì)量為好。薄荷本身就具有濃郁香氣清涼味，是中國特產(chǎn)，產(chǎn)量占世界首位。薄荷油中除薄荷醇為主要成分外，尚有薄荷酮、薄荷醇的醋酸酯及其他萜烯化合物。薄荷油冷至0℃以下即析出結(jié)晶，用酒精重結(jié)晶，可得純L-薄荷醇。

L-薄荷醇/L-Menthol，是全球用量最大的香料之一，由于其具備薄荷香氣以及清涼作用，被應(yīng)用在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，其中食品級L-薄荷醇應(yīng)用最為廣泛，在2019年薄荷醇總銷量中占比85%以上。具體細(xì)分領(lǐng)域來看，L-薄荷醇可被應(yīng)用在口腔衛(wèi)生，藥品，化妝品，食品和飲料等領(lǐng)域，其中口腔衛(wèi)生應(yīng)用需求最高，在2019年需求占據(jù)全球總量的60%左右。

又名：左旋薄荷醇;L-薄荷醇,99%;L-孟醇/L-薄荷醇;5-甲基-2-異丙基環(huán)己醇;結(jié)晶薄荷腦;薄荷醇(標(biāo)準(zhǔn)品);薄荷腦(L-(-)-薄荷醇);薄荷冰;薄荷醇

CAS: 2216-51-5

分子式：C10H20O

分子量：156.27

基本情況

L-薄荷醇具較高商業(yè)價值，為世界銷量最大的香料單體之一。薄荷醇俗名薄荷腦，是薄荷和薄荷精油中的主要成份，以游離和酯的狀態(tài)存在。從分子結(jié)構(gòu)上看，薄荷醇的主體是環(huán)己烷，有船式和椅式兩種構(gòu)象,其中 椅式構(gòu)象比較穩(wěn)定，相較于船式構(gòu)象的內(nèi)能，椅式構(gòu)象的內(nèi)能低 (28.9-31.4 kJ/mol)。環(huán)己烷的三個取代基——甲基、羥基和異丙基都處于較穩(wěn)定的橫鍵時就是薄荷醇，又叫正薄荷醇。正薄荷醇的熱力學(xué)穩(wěn)定性使得其在合成薄荷醇以及后期異構(gòu)的立體轉(zhuǎn)位過程中薄荷醇的含量處于較優(yōu)狀態(tài)，薄荷醇可分為左旋薄荷醇（L-薄荷醇）和右旋薄荷醇（D薄荷醇）。從商業(yè)價值上看，左旋薄荷醇由于其含有薄荷香氣和清涼效果，商業(yè)價值較高，廣泛應(yīng)用于口腔產(chǎn)品、煙草、化妝品、口香糖、甜食和藥物涂擦劑中，其中在口腔護(hù)理產(chǎn)品中用量最大，占比超過 1/3；而右旋薄荷醇商業(yè)價值較低。

化學(xué)性質(zhì)

無色針狀結(jié)晶，具有清涼的薄荷香氣。相對密度d(15)15=0.890,熔點41～43℃，沸點216℃，111℃(2.67kPa)，比旋光度αD(20)=-49.3°，折射率nD(20)=1.4609。溶于乙醇、丙酮、乙醚、氯仿和苯等有機(jī)溶劑，微溶于水?；瘜W(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，能與蒸汽一同揮發(fā)。大白鼠經(jīng)口LD(50)：3.3g/kg，ADI：0～0.2mg/kg(FAO/WHO，1994)。

用途

薄荷腦是我國規(guī)定允許使用的食用香料，主要用于牙膏、糖果、飲料的加香。用量按正常生產(chǎn)需要，一般在口香糖中1100mg/kg；糖果中400mg/kg；烘烤食品中130mg/kg；冰淇淋中68mg/kg；軟飲料中35mg/kg。

GB2760-2014規(guī)定天然薄荷腦為允許使用的食用香料。供配制薄荷型香料(可占10%～18%)，亦可用于糖果(薄荷糖、膠姆糖)、飲料、冰淇淋等(用量0.054%～0.1%)。

薄荷腦和消旋薄荷腦均可用作牙膏、香水、飲料和糖果等的賦香劑。在醫(yī)藥上用作刺激藥，作用于皮膚或粘膜，有清涼止癢作用；內(nèi)服可作為驅(qū)風(fēng)藥，用于頭痛及鼻、咽、喉炎癥等。其酯用于香料和藥物。在世界上，我國和巴西是主要的天然薄荷生產(chǎn)國，薄荷油的年產(chǎn)量均達(dá)到2000-3000t。

薄荷油的主要成分。由于其特有的薄荷味和冷卻效果，廣泛應(yīng)用于糖果、化妝品和牙膏中。

生產(chǎn)方法

中國生產(chǎn)主要方法是從薄荷油中用冷卻和重結(jié)晶的方法單離出薄荷腦，每年出口數(shù)百噸。由百里香酚加氫還原的方法制得薄荷醇則為L-旋光體、D-旋光體和消旋體的混合物，質(zhì)量沒有單離產(chǎn)品好。薄荷腦主要用于牙膏、漱口水等日用香精中和薄荷糖、口香糖、煙酒等食用香精中。在醫(yī)藥上則用作醒腦、針灸、清毒劑等原料。

工業(yè)上從薄荷中提取薄荷油和薄荷腦采用水蒸汽蒸餾法和有機(jī)溶劑提取法，前者提取效率低，得油率為0.5-0.6%，后者存在有機(jī)溶劑殘留的毒性。

采用超臨界二氧化碳從薄荷中提取的薄荷腦（薄荷醇），則可消除上述兩種方法所產(chǎn)生的弊端。其得率比水蒸汽蒸餾法約高5倍，比有機(jī)溶劑法約高3倍，產(chǎn)品保持純天然特征，質(zhì)量好，純度高，無溶劑殘留毒性，易達(dá)到出口要求，具有更好的競爭力，可以占領(lǐng)市場。

近年來，L-薄荷醇主要由Takasago工藝和Symrise工藝合成，Takasago工藝使用Noyori不對稱催化劑合成L-薄荷醇(圖1)，Symrise工藝采用百里酚加氫合成消旋體薄荷醇，通過精餾分離出L，D-薄荷醇，再經(jīng)拆分制得L-薄荷醇(圖2)。德國Symrise公司為優(yōu)化生產(chǎn)路線尤其是拆分路線，在2002年開發(fā)了脂肪酶拆分技術(shù)，通過從假絲酵母中提取的脂肪酶進(jìn)行拆分，可得到大量左旋薄荷醇，但成本較高，不利于工業(yè)化。目前用于拆分薄荷醇異構(gòu)體的方法主要有生物法非對映體選擇性拆分、生物催化對映體拆分、脂肪酶催化拆分等。由于脂肪酶已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，價格便宜，無輔因子要求，因而利用脂肪酶拆分外消旋薄荷醇是制備L-薄荷醇的主要方法。L-薄荷醇的生物合成過程是在薄荷M. x piperita中進(jìn)行的，所有生物合成過程和相關(guān)酶均已鑒定。從萜烯檸檬烯開始合成，經(jīng)羥基化，然后數(shù)步反應(yīng)和異構(gòu)化（圖3）。

圖1 Takasago 工藝生產(chǎn)L-薄荷醇的流程圖

圖2 Symrise工藝生產(chǎn)薄荷醇的流程圖

圖3 生物合成L-薄荷醇路線圖

薄荷腦天然存在于薄荷油中，含量高達(dá)80％，工業(yè)上可以從薄荷油中單離出薄荷腦。將薄荷原油冷凍至-20℃，分離出結(jié)晶粗薄荷腦；將母液進(jìn)一步冷凍至-40℃，還可分離得到一部分粗薄荷腦。粗薄荷腦經(jīng)加熱熔化，減壓脫去水分，并趁熱過濾。冷卻至0℃左右，靜置7～9d，分離得結(jié)晶，42℃烘干24h，晾至室溫即為成品。

L-薄荷醇工藝路線及現(xiàn)狀

目前實現(xiàn)工業(yè)化的工藝主要有德國德之馨的間甲酚工藝、日本高砂的香茅油工藝、巴斯夫的檸檬醛工藝：

1） 德之馨采用間甲酚為原料；2） 巴斯夫以檸檬醛為原料；3） 高砂采用以月桂烯為原料

全球化學(xué)合成L-薄荷醇競爭格局

我國的薄荷醇產(chǎn)業(yè)模式主要是采用加工提純的天然工藝，產(chǎn)能規(guī)模小，而需求量較大 。自于天然提取法，天然薄荷醇主要來自于天然薄荷腦中，但是由于氣候、種植等不確定因素的影響，無法保證穩(wěn)定的天然薄荷醇產(chǎn)量，且天然薄荷醇總產(chǎn)量也無法滿足人們?nèi)粘Ｉ顚Ρ『纱嫉男枨蟆?/p>

長期以來，我國的薄荷醇進(jìn)口依賴程度較高，且國內(nèi)L-薄荷醇產(chǎn)業(yè)模式主要是對天然薄荷腦的加工提純。相比之下，人工合成L-薄荷醇產(chǎn)業(yè)規(guī)模大，附加值高但技術(shù)門檻也相對較高。

2021 年 5 月 8 日，由萬華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司和上海交通大學(xué)聯(lián)合完成的“高效綠色不對稱催化制備L-薄荷醇技術(shù)”項目通過中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會成果鑒定。

萬華化學(xué)通過與上海交通大學(xué)產(chǎn)學(xué)研合作，攻克了以檸檬醛為核心原料的L-薄荷醇生產(chǎn)成套工藝技術(shù)，建成投產(chǎn)了1000 噸/年的工業(yè)化示范裝置，開創(chuàng)中國人工合成薄荷醇產(chǎn)業(yè)化先河，成為世界上第四家掌握薄荷醇生產(chǎn)核心技術(shù)的企業(yè)。

我國L-薄荷醇市場需求依賴進(jìn)口 未來行業(yè)存在較大發(fā)展空間

根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2020年l-薄荷醇產(chǎn)業(yè)標(biāo)桿企業(yè)研究》顯示，L-薄荷醇作為一種應(yīng)用廣泛的香料單體，在全球消耗量較高，年需求量約為4萬噸。L-薄荷醇可以通過天然提取和化學(xué)合成兩種方式生產(chǎn)，從植物中提取是主要來源，其產(chǎn)量占據(jù)全球總產(chǎn)量的七成左右。當(dāng)前全球天然薄荷醇近七成是來源于印度、巴西，但由于天然薄荷醇產(chǎn)量容易受季節(jié)、種植等因素影響，產(chǎn)量不能夠滿足工業(yè)需求。而化學(xué)合成產(chǎn)量穩(wěn)定且價格便宜，將成為L-薄荷醇的重點發(fā)展方向。

在國際中，當(dāng)前能夠合成L-薄荷醇的生產(chǎn)企業(yè)主要有日本Takasago(高砂)、德國Symrise(德之馨)，以及BASF，其中Symrise是目前全球L-薄荷醇最大的供應(yīng)商，而BASF當(dāng)前產(chǎn)能較低。當(dāng)前國內(nèi)尚未出現(xiàn)L-薄荷醇生產(chǎn)企業(yè)，國內(nèi)L-薄荷醇市場需求依賴進(jìn)口，年進(jìn)口量約為1萬噸。我國L-薄荷醇基本依賴進(jìn)口，國內(nèi)市場空白，行業(yè)擁有較大發(fā)展空間。目前海華科技在建3000噸薄荷醇產(chǎn)能，遠(yuǎn)期規(guī)劃總產(chǎn)能1萬噸。

從生產(chǎn)方面來看，當(dāng)前L-薄荷醇主要生產(chǎn)方式有三種，德之馨主要采用間甲酚為原料進(jìn)行加工，是全球最大的L-薄荷醇生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)能在1萬噸左右。Takasago(高砂)公司采用月桂烯為原料，制備L-薄荷醇，該方法生產(chǎn)成本較高，且對環(huán)境會產(chǎn)生危害。除卻以上方式以外，L-薄荷醇還可以以亞洲薄荷油為原料，通過分離制備L-薄荷醇。

薄荷醇下游需求構(gòu)成

薄荷腦產(chǎn)生涼味的作用原理

1.當(dāng)薄荷醇吸入，食用或施用于皮膚上時，它能夠觸發(fā)皮膚對冷敏感的TRPM8受體，使人感到清涼，這一點與辣椒素類似，不過感應(yīng)辣椒素的是熱受體。

2.薄荷醇的鎮(zhèn)痛性質(zhì)通過κ-類鴉片受體介導(dǎo)的選擇性活化。可以阻斷鈉通道降低電壓敏感性，從而降低了刺激肌肉的神經(jīng)活動。有研究表明，薄荷醇不會增加異丁苯丙酸（布洛芬，鎮(zhèn)痛藥）的局部吸收，因為薄荷醇本身和止痛藥就具有互補(bǔ)作用。

鑒別方法

1．取本品1g，加硫酸20ml使溶解，即顯橙紅色，24小時后析出無薄荷腦香氣的無色油層（與麝香草酚的區(qū)別）。

2．取本品50mg，加冰醋酸1ml 使溶解，加硫酸6滴與硝酸1滴的冷混合液，僅顯淡黃色（與麝香草酚的區(qū)別）。

藥用價值

薄荷醇有重要藥用價值，因此薄荷和薄荷油成為重要中草藥。1600多年前中國就用薄荷治病。明代著名醫(yī)書《本草綱目》對薄荷的性能和醫(yī)療作用有詳細(xì)記載，說它“味辛、苦，性涼”。近代醫(yī)學(xué)證明它有興奮作用，使皮膚毛細(xì)管擴(kuò)張，促進(jìn)汗腺分泌，發(fā)汗解熱，疏散風(fēng)熱，可用于治療感冒風(fēng)熱。還有利喉作用，可用于治療風(fēng)熱咽痛、咳嗽。有透發(fā)作用，能助麻疹透發(fā)。它還能作用于感覺神經(jīng)末梢，能使感覺麻痹，所以外用有止痛止癢作用。還有較強(qiáng)的殺菌殺蟲作用。因有以上各種藥效，市售清涼油、風(fēng)油精、仁丹等成藥中，薄荷都是重要成分之一。清涼油是由薄荷油、薄荷水加丁香油、樟腦、白蠟、白凡士林配制而成，俗稱萬金油，外用可治感冒頭痛、蟲咬發(fā)癢。將鮮薄荷葉揉搓后貼在太陽穴上，可治血管擴(kuò)張性頭痛。能治鼻炎、抗膿毒、治皮膚病等，還廣泛用作牙膏、口香糖、酒、飲料、化妝品中的香料。

安全性

薄荷醇收載于美國FEMA2665，美國FDA批準(zhǔn)用于食品。

儲存

閃點:93 ℃，可燃?；瘜W(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，能與蒸汽一同揮發(fā)具有刺激性。避免氧化物接觸，保持容器密封，放入緊密的出藏器內(nèi)，儲存在陰涼，干燥的地方。

國際市場薄荷油和薄荷醇各國產(chǎn)量占比

薄荷醇和薄荷油是一種天然香味化合物植物精油，國際市場需求量極大。薄荷油系從唇形科植物薄荷葉里蒸餾提取所得，薄荷醇則是從薄荷油中分離得到的一種結(jié)晶化合物。

印度低價傾銷

近幾年，全球薄荷醇年消耗量高達(dá)4萬噸，全球粗薄荷油年產(chǎn)量接近或超過10萬噸。目前，國際市場上的L-薄荷醇產(chǎn)品中有70%為天然產(chǎn)品，即從粗薄荷油里分離所得，僅30%為化學(xué)合成薄荷醇產(chǎn)品。天然薄荷醇主要用于醫(yī)藥業(yè)、食品飲料業(yè)和卷煙加工業(yè)，合成薄荷醇主要用于化妝品和日化工業(yè)。

上世紀(jì)70年代以前，我國一直是全球最大的薄荷種植國和薄荷油、薄荷醇出口國，中國產(chǎn)薄荷油香氣濃郁，深受海外用戶好評。我國商務(wù)部統(tǒng)計資料顯示，上世紀(jì)70年代我國年出口4000~5000噸純薄荷油和3500~3800噸薄荷醇產(chǎn)品。在國際市場，中國薄荷油和薄荷醇并無真正意義上的競爭對手。

但自上世紀(jì)80年代開始，印度農(nóng)業(yè)部看好國際薄荷油和薄荷醇的市場前景，鼓勵本國農(nóng)民大量種植薄荷，作為提取薄荷油和薄荷醇的原料，用于出口賺取外匯，提高農(nóng)民收入。在印度政府新經(jīng)濟(jì)政策激勵下，很多印度農(nóng)民開始試種薄荷。由于印度的氣候和土壤非常適合薄荷生長，幾年后印度薄荷油產(chǎn)量迅速趕上并超過中國，加上印度人力成本很低，印度國營企業(yè)以低價收購農(nóng)民手里的薄荷油和薄荷醇等原料，再加工后，向國際市場大量傾銷。

在廉價印度薄荷油和薄荷醇的挑戰(zhàn)下，我國傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)薄荷種植地區(qū)（主要集中在江蘇南通和鹽城東臺、大豐等縣市）的薄荷種植業(yè)和提取加工業(yè)開始萎縮，國內(nèi)出口薄荷油、薄荷醇數(shù)量銳減。上世紀(jì)80年代末，我國薄荷油、薄荷醇出口量一度萎縮至2000噸左右，不足高峰時期的一半。

新競爭者加入

上世紀(jì)90年代后，印度面臨與中國相同的局面，遭到了來自南美洲巴西薄荷油的挑戰(zhàn)。巴西地廣人稀，土壤和氣候很適合種植薄荷類農(nóng)作物，其薄荷油產(chǎn)量直線上升，對印度產(chǎn)品構(gòu)成主要威脅。目前，印度和巴西已成為國際薄荷油、薄荷醇市場兩大競爭對手。

西方市場分析師指出，目前國際薄荷油和薄荷醇市場，印度產(chǎn)量占34%，巴西32%，兩者勢均力敵，中國21%，其他國家和地區(qū)產(chǎn)量僅13%。但中國產(chǎn)薄荷油香味純正，西方國家客戶更喜歡使用中國產(chǎn)薄荷油和薄荷醇，中國產(chǎn)品的賣價也比印度和巴西同類產(chǎn)品高得多。

近年來，印尼的加里曼丹島和蘇門達(dá)臘島開始試種薄荷并獲成功，但印尼地處熱帶，所產(chǎn)薄荷油質(zhì)量不如中國產(chǎn)品好。近悉，巴西今年風(fēng)調(diào)雨順，預(yù)期薄荷油、薄荷醇產(chǎn)量將創(chuàng)紀(jì)錄。而世界最大的薄荷種植國印度的很多地區(qū)今年春天遭遇嚴(yán)重的蝗蟲災(zāi)害，薄荷葉產(chǎn)量下降，預(yù)計今年印度的薄荷油和薄荷醇出口量會減少。印度和巴西兩國薄荷產(chǎn)量一增一減，或有利于中國的薄荷油、薄荷醇出口。

中國提高合成能力

過去幾十年里，中國出口薄荷油因為濃郁香氣享譽國際，中國的薄荷油、薄荷醇產(chǎn)量和出口數(shù)量雖不如印度和巴西高，但一直是西方主要客戶眼里的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。中國醫(yī)藥保健品進(jìn)出口商會的統(tǒng)計數(shù)字顯示，2014年以來，我國薄荷醇出口一直保持增長態(tài)勢，2014年出口6280噸，2017年7420噸，2019年接近8000噸。據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，中國薄荷醇雖然在國際市場賣價高于廉價的印度或巴西同類產(chǎn)品，但仍供不應(yīng)求，原因是中國薄荷生長在暖溫帶，晝夜溫差大，容易積累有機(jī)物（香味物質(zhì)），而印度和巴西均屬于熱帶氣候，雖然薄荷植株單產(chǎn)高，但有機(jī)物質(zhì)（尤其香味物質(zhì)）不如中國薄荷含量高。

由于人口眾多，我國雖然是世界主要的優(yōu)質(zhì)薄荷油、薄荷醇出口國，但也是全球最大的薄荷油、薄荷醇消費國。國內(nèi)的L-薄荷醇因無法自給，每年都從海外進(jìn)口1.2萬噸左右的化學(xué)合成L-薄荷醇產(chǎn)品。

據(jù)悉，國際薄荷醇市場70%為天然產(chǎn)品（即從薄荷油里提?。溆?0%系人工合成產(chǎn)品。目前，國際合成薄荷醇市場主要被三大巨頭壟斷，即日本高砂香料公司、德國巴斯夫公司和德國德之馨公司。后兩者的合成薄荷醇產(chǎn)量約占國際合成薄荷醇總銷量的86%，日本產(chǎn)合成薄荷醇僅占14%。

由于看好薄荷醇的市場前景，我國已有多家醫(yī)藥化工企業(yè)開始籌建合成薄荷醇新生產(chǎn)線，以滿足國內(nèi)市場需求。其中，海華科技公司投入數(shù)千萬元建設(shè)一條年產(chǎn)3000噸L-薄荷醇的新生產(chǎn)線，遠(yuǎn)期規(guī)劃將擴(kuò)產(chǎn)至年產(chǎn)1萬噸合成薄荷醇。浙江新和成藥業(yè)公司和萬華化工公司也在籌建合成薄荷醇生產(chǎn)線，這2家企業(yè)的薄荷醇預(yù)期年產(chǎn)量均為2000~3000噸。其中，海華科技的合成薄荷醇生產(chǎn)線已在建設(shè)，后兩家公司的薄荷醇生產(chǎn)線尚在規(guī)劃階段。

綜上所述，我國生產(chǎn)的天然薄荷油和薄荷醇因質(zhì)量優(yōu)異在國外市場享有盛譽，出口前景看好，而我國合成薄荷醇尚處在起步階段，無法與西方合成薄荷醇巨頭競爭。今后幾年，隨著國內(nèi)合成薄荷醇新生產(chǎn)線竣工投產(chǎn)，我國有望重奪全球最大薄荷醇生產(chǎn)國和出口國的地位。