香精與香料(65)—橙花醇

中文名：橙花醇，順-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醇。

英文名：cis-3,7-Dimethyl-2,6-octadienol ，Nerol，Vernol，Lorena。

化學名：(Z)-3,7-dimethylocta-2,6-dien-1-ol

Bp: 225~226

UV: λ 195nm

純度：92%

其中Nerol，Vernol，Lorena為一些香料公司的商品名稱。香料工業(yè)中通過合成法獲得的橙花醇都會伴隨有香葉醇的存在，可以通過高效的塔板精餾獲得較純的橙花醇。

橙花醇的分子結構式

概況

橙花醇（英文：Nerol）又稱β-檸檬醇，是系香葉醇的同分異構體(反式，香葉醇為順式)，是一種單萜醇。無色漬狀液體，有玫瑰和橙花的香氣。無旋光性。幾乎不溶于水，與乙醇、乙醚、氯仿混溶。容易失水生成苧烯。

天然橙花醇及其酯類存在于橙葉油、玫瑰油、薰衣草油、斯里蘭卡香茅油、苦橙花油和香檸檬、檸檬、白檸檬、柚子、甜橙等中。

理化指標

外觀：無色液體。

香氣：有令人愉快的玫瑰和橙花的香氣，香氣較平和，微帶檸檬樣的果香，橙花醇是香葉醇的異構體，其香氣比香葉醇柔和優(yōu)美，相對偏清，并帶有新鮮的清香和柑橘香調。

比重（25/25℃）：0.873～0.891 。

熔點（℃）：低于～1.5 。

沸點（℃）：225～227 。

折光率（20/20℃）：1.462--1.478 。

化學性質

橙花醇含有雙鍵和醇羥基，能發(fā)生取代反應和加成反應；

在濃硫酸催化下加熱脫水，發(fā)生消去反應，能生成2種四烯烴；

1mo1橙花醇在氧氣中充分燃燒，需消耗470.4ML氧氣（標準狀況）；

1mo1橙花醇在室溫下與溴四氯化碳溶液反應，最多消耗3mol溴，480g溴。

用途

橙花醇是一種貴重的香料。用于配制玫瑰型和橙花型等花香香精。類別：存在于橙花油、玫瑰油等中。橙花醇是一種具有玫瑰花香的香精原料，在飲食、食品、日化高檔香精的調配中被廣泛使用。同時也是合成另一些重要香料的中間品，且是合成這些重要香料的關鍵原料。目前全球年需求量在5000噸左右，其中我國的需求量也不低于500噸，而全世界的生產能力只有3000噸左右。

GB2760-1996規(guī)定為允許使用的食用香料。主要用以配制覆盆子、樹莓、草莓和柑橘類等水果型香精，是配制橙花、玫瑰、玉蘭香精的主要香料。是茉莉、白花、紫丁香、鈴蘭、水仙、香石竹、含羞花、紫羅蘭花、香羅蘭、草蘭、晚香玉以及柑橘古龍型中常用的香料。也常用于風信子、梔子桂花、金合歡等香精配方中。

毒性

GRAS(FEMA)：LD504500mg/kg(大鼠，經口)。

使用限量

FEMA(mg/kg)：軟飲料1.4；冷飲3.9；糖果16；焙烤食品19；布丁類1.0～1.3；膠姆糖0.80。適度為限(FDA§172．515，2000)。

橙花醇的制備及合成

1、碳基負載的檸檬醛選擇性加氫催化劑研究

這個過程如圖1所示，涉及到β-蒎烯的熱解，將其在550-600℃下通過一個管子，接觸時間很短，就可以得到90%的月桂烯。然后，在第二步（月桂烯氫氯化）中，在少量氯化亞銅催化劑和有機季銨鹽的存在下，將氯化氫加入到月桂烯中，在烯丙基雙鍵處進行優(yōu)先加成，從而形成較高比例的香葉基或橙花基氯化物、芳樟基氯化物和少量的月桂烯基氯化物。去除催化劑后，通過加入帶有相轉移催化劑（PTC）的乙酸鈉或甲酸鈉，或在氮氣的存在下，將氯化物的粗混合物轉化為乙酸鹽（或甲酸鹽）的混合物，主要得到乙酸香葉酯（50%-55%）、乙酸橙花酯（40%-50%）和少量乙酸芳樟酯。醋酸鹽或甲酸鹽的皂化可以得到相應的醇和醋酸鹽或甲酸鈉，后者被回收利用。對粗制的醇混合物進行分餾可以得到香葉醇和橙花醇產品，通常是混合物。進一步分餾可得到約98%的香葉醇。工業(yè)制造過程的缺點是需要許多階段，包括熱解，它的困難是需要大量的試劑，并相應的在每個階段會產生損失。因此，檸檬醛的選擇性加氫是一種較為可行的單步合成方法。此外，最近石油化學方法已經大量生產了檸檬醛，因此，檸檬醛的部分氫化已經成為一種非常經濟的生產香葉醇和橙花醇的方法。因此，檸檬醛的氫化反應引起了世界各國科學家的廣泛關注。檸檬醛(3,7-二甲基-2,6-八烯醛)是植物和柑橘類水果中發(fā)現(xiàn)的一種單萜。它是無環(huán)醛類香葉醛(檸檬醛E)和橙花醛(檸檬醛Z)的異構體混合物。

圖1 橙葉醇、香葉醇的工業(yè)化生產工藝。由國際香精香料(IFF)、Pinova和Dérivés Tecnal Résiniques et Terpéniques (DRT)提供。[1]

檸檬醛選擇性氫化成橙花醇和香葉醇并不容易，因為檸檬醛是α，β不飽和醛，具有三個可以氫化的雙鍵:除了共軛鍵C=O和C=C外，還有一個孤立的C=C鍵。一個完整的反應方案如圖2所示。熱力學傾向于C=C鍵的氫化反應，而由于動力學原因，C=C鍵比C=O基團更活潑。因此，在大多數(shù)基于VIII族元素的單金屬催化劑存在的情況下，可以得到飽和醛或醇。因此，挑戰(zhàn)在于有選擇性地增強C=O鍵的氫化反應生成香茅醇和香葉醇，同時減少相應共軛C=C鍵的氫化反應，從而減少香茅醛的形成，而更困難的是，避免連續(xù)加氫生成單一不飽和或飽和醇(分別為香茅醇和3,7二甲基辛醇)，以及避免產生異丙酚及其飽和醇薄荷醇的環(huán)化路線。最后，使用某些反應介質也會發(fā)生其他不希望發(fā)生的反應，如醇類，它可以產生香茅醛縮醛。因此，只有對催化劑進行優(yōu)化設計，才能實現(xiàn)對香葉醇和橙花醇的高選擇性加氫反應。目前，針對這一目標更廣泛的提議轉向激活C=O基團的吸附模式和/或阻止C=C基團的吸附模式。這樣，圖3顯示了檸檬醛分子的不同吸附模式。[1]

圖2 檸檬醛加氫反應方案 [1]

圖3 α、β不飽和醛分子的吸附模式[1]

2、代謝工程大腸桿菌從葡萄糖中合成橙花醇的研究 [2]

本研究首次在代謝工程的大腸桿菌中從葡萄糖中生物合成了橙花醇。首先表達截短的橙花基二磷酸合酶基因tNDPS1，催化異戊烯基二磷酸(IPP)和二甲基烯丙基二磷酸(DMAPP)生成橙花基二磷酸(NPP)，然后共表達橙花基二磷酸合酶基因GmNES，由NPP合成最終產物橙花基二磷酸。工程菌LZ001累積橙花醇濃度為0.053?±?0.015?mg/L。其次，通過共同表達IDI1、MVD1、ERG8、ERG12、tHMG1和ERG13來增加IPP和DMAPP的供應。通過過表達外源ERG10基因，重組菌株LZ005搖瓶培養(yǎng)產生的橙花醇濃度為1.564?±?0.102?mg/L，比LZ001提高了29.51倍。本研究為橙花醇的生物合成提供了新的方法，為萜類化合物的生產提供了新的代謝工程策略。[2]

圖4 代謝工程大腸桿菌從葡萄糖中合成橙花醇的路線圖 [2]

3、耐多脅迫的季也蒙畢赤酵母(Meyerozyma guilliermondii GXDK6)合成橙花醇

如圖5所示，糖酵解或檸檬酸循環(huán)的上游來源1-脫氧-d-木酮糖- 5-磷酸、香葉基二磷酸或芳樟醇橙花醇，首先轉化為最終的香葉酸或8-氧香葉醛。在這一過程中，參與橙花醇合成的蛋白質有香葉基二磷酸酶、單三苯二磷酸酶和香葉醇異構酶。參與橙花醇代謝轉化的蛋白有香葉醇8-羥化酶、醇脫氫酶和香葉醇脫氫酶。Zong等報道，代謝工程大腸桿菌從積累量為0.053±0.015 mg/L的葡萄糖中生物合成了橙花醇，并揭示了其生物合成機理。將剪短的橙花基二磷酸合酶基因tNDPS1經IPP和DMAPP催化形成橙花基二磷酸(NPP)，再將橙花基二磷酸合酶基因GmNES共表達，以NPP為原料合成橙花基二磷酸。以葡萄糖為底物發(fā)酵GXDK6時，橙花醇的積累量為~2.740 mg/L (p<0.05)，高于大腸桿菌發(fā)酵時的積累量，而在本地季也蒙畢赤酵母中，橙花醇的生物合成機理尚未見報道。進一步研究了這6個蛋白的結構和功能(圖5)，結果表明香葉?；姿崦甘且粋€約65 kDa的二聚體蛋白，其配體為Mn2+(圖5b)，說明香葉?；姿崦缚梢耘cMn2+結合并相互作用。并促進了催化反應產生更多的橙花醇。單萜烯基二磷酸酶也是一種二聚體蛋白，分子量約為68 kDa，但尚未找到相應的配體(圖5c)，說明它應該是一種具有輔助催化作用的非變構酶。香葉醇異構酶是一種約44 kDa的五聚體蛋白(圖5d)，其對應的配體為香葉醇(非金屬離子配體未顯示)，說明香葉醇的存在有利于催化反應。綜上所述，這些蛋白質是不可缺少的，直接參與了橙花醇的調控和生物合成。香葉醇8-羥化酶、醇脫氫酶和香葉醇脫氫酶催化橙花醇的后續(xù)代謝或轉化。其中，香葉醇8-羥化酶是一個分子量約為55 kDa的單體蛋白，其配體尚未發(fā)現(xiàn)(圖5e)。醇脫氫酶也是一種分子量為~39 kDa的單體蛋白，其配體為Zn2+(圖5f)，說明醇脫氫酶可以與Zn2+結合并相互作用，有助于橙花醇的形成。香葉醇脫氫酶是一種約41 kDa的二聚體蛋白，尚未找到相應的配體(圖5g)，說明它可能是一種具有輔助催化作用的非變構酶。這些證據(jù)表明，橙花醇的產生主要是由于GXDK6中存在相應的酶系統(tǒng)和代謝途徑。此外，橙花醇被歸類為GXDK6中芳香代謝物的典型例子，GXDK6能夠長期保持香氣產生，應該是各種芳香代謝物的貢獻。因此，橙花醇的生物合成機制將有助于更好地理解GXDK6的產香機制。[3]

圖5 橙花醇在GXDK6中的代謝途徑及其相關調控蛋白。a.橙花醇的代謝途徑;b.香葉基二磷酸酶;c.單萜烯基二磷酸酶;d.香葉醇異構酶;e.香葉醇8-羥化酶;.f.乙醇脫氫酶;g.香葉醇脫氫酶 [3]

橙花醇的藥理及生物學活性

1、橙花醇可減弱奧巴因誘導的心律失常

橙花醇（C10H18O）是一種單萜類化合物，存在于許多精油中，如檸檬香脂和啤酒花。在這項研究中，我們探討了橙花醇的收縮性和電生理特性，并證明了它在豚鼠心臟治療中的抗心律失常作用。橙花醇對心房和心室組織收縮力、心電圖（ECG）、電壓依賴性L型Ca2+電流（ICa,L）和奧巴因觸發(fā)的心律失常的影響進行了評估?？偟膩碚f，我們的結果顯示，通過增加橙花醇的濃度（從0.001到30mM），左心房的收縮力明顯下降。這種影響在沖洗后（2分鐘）完全并迅速可逆。腎上腺素（3mM濃度）減少了通過在細胞外介質中加入CaCl2而誘發(fā)的左心房正性肌力反應。有趣的是，當使用較低濃度的橙花醇（30 /span>M）時，不可能清楚地觀察到任何明顯的心電圖信號改變，但觀察到心室收縮力的小幅下降。此外，300/span>M的橙花醇促進了心率和收縮力的明顯下降。值得注意的是，在分離的心肌細胞中，灌注300 /span>M橙花醇后，ICa,L峰值降低了58.9 ± 6.31%（n=7，p<0.05）。30和300 /span>M的橙花醇延遲了奧巴因觸發(fā)的心律失常的發(fā)生時間，并促使奧巴因（50 /span>M）的存在所引起的舒張期張力下降。此外，腎上腺素預孵化明顯減弱了心律失常的嚴重程度指數(shù)，而由奧巴因暴露引起的正性肌力卻沒有變化。綜上所述，我們可以得出結論，橙花醇主要是通過L型Ca2+通道阻斷減少Ca2+的流入，減輕了奧巴因觸發(fā)的哺乳動物心臟心律失常的嚴重程度。

圖6 橙花醇對豚鼠離體心臟的心電圖參數(shù)和左心室發(fā)育壓力（LVDP）的影響。(a) 對照組(A)、30 /span>M(B)和300 /span>M橙花醇(C)的心電圖的代表性痕跡。(b) 對照組（A）、30 /span>M（B）和300 /span>M（C）橙花醇灌注10分鐘后，LVDP的代表性記錄。(c) 橙花醇對PR間期、(d)QTc間期、(e)QRS波段持續(xù)時間、(f)LVDP和(g)心率（BPM）的影響。數(shù)據(jù)表示為平均值±SEM（n=4-9，?p<0.05與對照組相比，#p<0.05與30 /span>M橙皮醇相比）。單向方差分析，然后進行Tukey的事后檢驗。

2、評價橙花醇在小鼠體內的神經藥理特性

尋找能夠為人類提供基礎并改善其生活質量的治療劑是不間斷的。橙花醇（順式-2,6-二甲基-2,6-辛二烯-8-醇）是一種單萜類化合物，可以在各種藥用植物如Lippia spp和Melissa officinalis L.中找到。本研究的目的是通過對小鼠進行行為測試（開放場地、高架迷宮、光/暗和輪棒測試）來分析橙花醇對中樞神經系統(tǒng)的急性影響。我們使用了雄性白化病小鼠（Mus musculus），瑞士品種，成年和2個月大，每個實驗方案將動物分為五組（n = 8），分別腹腔注射Tween 80 0.05%溶于0.9%生理鹽水、橙花醇（30、60或90 mg/kg）或苯甲二氮?(一種安定片，diazepam（2 mg/kg）)。在開放場地測試中，與對照組相比，所有用橙花醇處理的組別都顯示出運動活動的明顯減少（越過、追趕和梳毛的次數(shù)）。在高架迷宮試驗中，與對照組相比，橙花醇組明顯增加了進入的次數(shù)和在開放臂中停留的時間。在明暗測試中，與對照組相比，橙花醇組顯示出在房間內的停留時間有明顯增加。在旋轉桿測試中，與對照組相比，使用橙花醇的組別在旋轉桿上花費的時間和跌倒的次數(shù)上沒有顯示出變化。這些結果表明，橙花醇對小鼠可能具有抗焦慮的作用。[5]

參考文獻

[1]. Bailón, Esther & Maldonado-Hódar, Francisco José & Perez-Cadenas, Agustin & Carrasco-Marín, Francisco. (2013). Catalysts Supported on Carbon Materials for the Selective Hydrogenation of Citral. Catalysts. 3. 853-877. 10.3390/catal3040853.

[2]. Zhen Zong, Qingsong Hua, Xinyu Tong, Dongsheng Li, Chao Wang, Daoyi Guo, Zhijie Liu,Biosynthesis of nerol from glucose in the metabolic engineered Escherichia coli,Bioresource Technology,2019, 287,121410,doi.10.1016/j.biortech.2019.121410.

[3]. Mo, X., Cai, X., Hui, Q. et al. Whole genome sequencing and metabolomics analyses reveal the biosynthesis of nerol in a multi-stress-tolerant Meyerozyma guilliermondii GXDK6. Microb Cell Fact 20, 4 (2021). https://doi.org/10.1186/s12934-020-01490-2

[4]. José Evaldo Rodrigues de Menezes-Filho,Diego Santos de Souza,ArturSantos-Miranda,Valeska Moraes Cabral,José Nilson Andrade Santos,Jader dosSantos Cruz,Andreza Melo de Araujo, and Carla Maria Lins de Vasconcelos. NerolAttenuates Ouabain-Induced Arrhythmias. Evidence-Based Complementary andAlternative Medicine, 2019, Article ID 5935921, 9 pages.

https://doi.org/10.1155/2019/5935921

[5]. Marques, Thiago & Marques, M.L.B.G.C.B & Lima, Douglas & Siqueira, Hálmisson & Neto, José & Branco, M.S.B.G.C. & Souza, Alexandre & Sousa, Dami?o & Freitas, Rivelilson. (2013). Evaluation of the neuropharmacological properties of nerol in mice. World Journal of Neuroscience. 03. 32-38. 10.4236/wjns.2013.31004.