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植物除臭是化學反應,還是香味遮蔽?

日本試管實驗:黑種草籽精油對甲硫醇的除臭力約為綠茶萃取的14倍、銅葉綠素鈉的200倍,研究者並分離出甲硫醇被接到植物分子上的反應產物;但檸檬烯等常見萜烯完全無效

植物除臭劑最常被問的問題是:它真的把臭味分子消滅了,還是只是用香味蓋過去?2017年,日本近畿大學與稻畑香料的研究團隊在《Journal of Oleo Science》發表了一項試管實驗,用儀器直接量測氣體中剩下多少甲硫醇(爛高麗菜、腐敗味的主要硫化物之一)。結果顯示,黑種草籽精油的除臭力約為綠茶萃取的14倍、銅葉綠素鈉的200倍;研究人員更把甲硫醇「接」在植物分子上形成的反應產物分離出來、確認了結構。但同一篇研究也發現,檸檬烯等常見的植物萜烯對甲硫醇完全沒有作用。

同樣來自植物,除臭力差很多 依 Nakasugi et al. (2017) 圖7:50 μM 下對甲硫醇的除臭率 0% 20% 40% 60% 80% 100% 約80% 約61% 約10% 約13% 0 0 0 0 0 未測到除臭活性 百里醌 百里氫醌 百里香酚 香芹酚 對傘花烴 萜品烯 -4-醇 檸檬烯 左旋 香芹酮 胡椒酮 醌類:有效 酚類:微弱 其他萜烯類:無活性 80%、61%為論文內文數值;百里香酚、香芹酚為本文由圖7讀取的約略值
圖:九種植物成分在相同濃度(50 μM)下對甲硫醇的除臭率(依 Nakasugi et al., 2017 圖7整理)。醌類結構的百里醌與百里氫醌有效,酚類的百里香酚與香芹酚僅有微弱活性,其他五種萜烯類成分未測到除臭活性。80%舧61%為論文內文數值;百里香酚約10%、香芹酚約13%為本文由論文長條圖讀取的約略值。試管實驗,只測甲硫醇。本圖為本文整理,非原始論文圖表。

一、實驗怎麼做:用儀器量,而不是用鼻子聞

這項研究原本是為了尋找天然的口臭抑制成分。甲硫醇是口臭的主要成因之一,也是污水處理廠、堆肥場、紙漿廠常見的惡臭硫化物。研究團隊把1 mL待測成分與1.5 mL磷酸緩衝液(pH 7)放進23 mL密封試管,加入0.5 mL甲硫醇乙醇溶液(1 μg/mL),在37°C下靜置6分鐘後,以氣相層析儀(火焰光度偵測器)量測試管上方氣體中的甲硫醇。除臭率是和不加除臭成分的對照組比較,每組三重複取平均。

這個設計的關鍵在於:儀器量的是甲硫醇分子本身。單純用香味蓋過去的產品,或許能讓人暫時聞不到,卻不會讓氣體中的甲硫醇變少;儀器數值下降,代表分子確實從氣體中減少了。研究人員拿來比較的兩個對照品——綠茶萃取與銅葉綠素鈉——都是市售口腔除臭產品常用的成分。

研究發現(Nakasugi et al. 2017):
  • 黑種草籽精油的半數除臭濃度(EC50)為7.3 μg/mL,綠茶萃取為0.104 mg/mL,銅葉綠素鈉為1.4 mg/mL:黑種草籽精油的除臭力約為綠茶萃取的14倍、銅葉綠素鈉的200倍。
  • 以除臭活性為指標逐步分離後,確認主要活性成分是百里醌(thymoquinone),EC50為17.6 μM(2.9 μg/mL),約為銅葉綠素鈉(1,932 μM)的110倍。
  • 百里醌與甲硫醇反應後,研究者分離出兩種產物,分別在百里醌分子上接了一個與兩個甲硫基,結構以核磁共振確認。

二、把反應產物抓出來:這是化學反應,不是遮蔽

這篇研究最有價值的地方,不只是「甲硫醇變少了」,而是研究者找出了甲硫醇去了哪裡。他們把百里醌溶液與甲硫醇鈉混合後,分離出兩種反應產物:百里醌分子上分別接了一個、兩個甲硫基。也就是說,甲硫醇並不是被香味蓋住,而是透過加成反應被「接」到了植物分子上,不再以氣體形式存在。作者也指出,綠茶兒茶素(EGCG)與蘑菇中的醌類物質,過去也被報告過以類似機制捕捉甲硫醇。

這正是我們在六大工業脫臭技術比較一文中區分「化學反應型」與「遮蔽型」除臭劑的依據:前者讓臭味分子轉變成別的物質,後者只是改變鼻子的感受。這項研究為「植物成分可以進行化學反應型除臭」提供了分子層級的直接證據。

三、不是所有植物成分都有效:檸檬烯完全沒有作用

研究團隊接著在相同濃度(50 μM)下比較了九種結構相近的植物成分。百里醌的除臭率約80%,其還原形式百里氫醌約61%;百里香酚與香芹酚只有微弱活性(由論文圖7讀取約10%與13%);對傘花烴、萜品烯-4-醇、檸檬烯、左旋香芹酮與胡椒酮則完全沒有測到活性。作者的解釋是:要能捕捉甲硫醇,分子需要醌類結構,或是能被氧化成醌類的酚類結構;沒有這類結構的萜烯,就算同樣來自植物、同樣有香味,也不會與甲硫醇反應。

這一點值得說清楚,因為「植物萃取」「天然萜烯」常被當成同一件事。檸檬烯是柑橘類精油的主成分,常見於天然除臭產品,但在這項試驗中對甲硫醇的除臭率是零。另外,百里香酚與香芹酚在畜牧場源頭抑臭一文中,是以抑制糞尿中細菌產生臭味的方式發揮作用;在這項試驗中,它們直接捕捉甲硫醇的能力則很弱。同一個分子可能透過不同機制作用,對不同臭味的效果也不同,這是選擇植物除臭配方時必須逐項確認的原因。

科學提醒:這是一項試管實驗,目的是開發口臭抑制成分:條件是pH 7緩衝液、37°C、6分鐘,甲硫醇總量僅0.5 μg,與工廠排氣的風量、濃度、溫濕度與接觸時間完全不同,因此只能作為「植物成分可以透過化學反應捕捉甲硫醇」的機制證據,不能直接推論工業現場的除臭效率。研究只測試了甲硫醇一種臭味物質,沒有測氨、硫化氫或其他硫化物,也沒有用嗅覺測定法評估人實際聞到的臭味。除臭率是以試管上方氣體的甲硫醇量計算,反映的是溶液中的反應,並非氣流中的處理效果。百里香酚與香芹酚約10%與13%的數值是本文從論文長條圖讀取的約略值,論文內文只描述為「微弱活性」。四位作者中有三位任職於稻畑香料株式會社(香料公司),屬於產學合作研究,論文未另行聲明利益衝突。黑種草籽精油與百里醌並非SH200的成分,這項研究也沒有測試SH200或任何NXT產品,因此不能作為SH200效果的直接證據;它支持的是「化學反應型植物除臭」這個原理,以及「效果取決於分子結構」這個提醒;SH200以120種植物萃取涵蓋多種臭味的配方設計,也不是這項研究驗證的內容。
📚 資料來源:Nakasugi, T., Murakawa, T., Shibuya, K., & Morimoto, M. (2017). Deodorizing Substance in Black Cumin (Nigella sativa L.) Seed Oil. Journal of Oleo Science, 66(8), 877–882. doi:10.5650/jos.ess17001(J-STAGE開放取用,已閱讀全文)

選植物除臭配方,要問「它和哪種臭味反應」

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