如今，香草已广为人知，以至于它的名字本身就意味着“普通”。但几个世纪以来，香草是一种稀有的、新大陆的风味，主要为欧洲精英所享用。这种情况在1841年发生了改变，这要归功于一位挥舞着小棍子的12岁男孩。
埃德蒙·阿尔比乌斯是法属留尼汪岛的一名被奴役的工人，他在仔细观察香草兰Vanilla planifolia后，想出了如何用手给它的花朵授粉以生产香草豆。
阿尔比乌斯用棍子掀起兰花花朵中称为蕊柱盖的瓣膜，并将覆盖着花粉的花药压在雌性部分，即柱头上。在阿尔比乌斯发现之前，香草仅在其原生地墨西哥东南部成功种植，那里是其授粉者墨利波那蜂的家园。西班牙探险家埃尔南·科尔特斯正是在那里亲眼目睹了阿兹特克帝国皇帝蒙特祖玛饮用一种用香草调味的巧克力饮料。
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在留尼汪岛，由于阿尔比乌斯的方法，香草产量飙升，兰花种植扩展到附近的马达加斯加。如今，世界上约80%的天然香草来自马达加斯加的小农场。在那里，当地人继续手工为兰花授粉，并以传统方式固化豆子。
香草的需求很快超过了马达加斯加农场的供应。在19世纪和20世纪，化学家取代植物学家扩大了香草风味的供应。香草醛是固化香草豆的主要风味成分，它以各种方式从松树皮、丁香油、米糠和木质素中合成。
罗纳-普朗克公司（现在的索尔维公司）在20世纪70年代将纯石油化工路线商业化。近年来，在每年生产的约18,000吨香草风味中，约85%是香草醛，由石油化工前体愈创木酚合成。其余大部分来自木质素。
但是，由于消费者对全天然食品和饮料的需求，传统香草豆开始复兴。去年，包括通用磨坊、好时、家乐氏和雀巢在内的一系列食品巨头发誓要从美国销售的许多食品中消除人工香料和其他添加剂。
然而，存在一个问题：世界天然香草的产量很小，并且近年来一直在下降。不到1%的香草风味来自真正的香草兰。随着需求的上升，这种令人垂涎的风味贸易失去了平衡。
香料公司正在拼命寻找更多天然香草醛的来源，并启动计划以提高豆类香草的质量和数量。Symrise、国际香料香精公司 (IFF)、索尔维和博雷加德等供应商正在利用他们在天然香料到合成香料整个领域的专业知识，帮助食品制造商为每种产品找到最佳的香草风味。
与此同时，食品制造商正面临着天然香草价格飞涨、配方调整挑战、复杂的标签法律以及关于什么是“天然”的难题。
尽管消费者对人工成分的厌恶情绪已持续多年，但去年“全天然”公告浪潮的功劳——或指责——归功于雀巢，该公司于2015年2月成为第一个宣布计划从美国销售的巧克力糖果中消除人工添加剂的主要品牌。该公告颠覆了大众市场巧克力行业添加合成香草醛以抵消可可苦味的惯例。
香料和香精市场研究公司莱芬韦尔与联合公司负责人约翰·莱芬韦尔观察到：“当雀巢宣布将全面天然化时，这就像打开了泄洪闸。“在一家主要企业推动之前，其他品牌不会采取任何行动。由于雀巢是世界上最大的公司，每个人都不得不效仿。”
莱芬韦尔指出，食品和香料公司至少在十年前就开始悄悄地重新配制产品并采购可以声称天然的成分。事实上，雀巢早在2012年就从其英国糖果中去除了人工添加剂。当时，该公司将此归功于“一项为期七年的研发计划，该计划已用替代品取代了80多种人工成分”。
然而，对于一家大型食品公司来说，改用天然香草就像把一头大象塞进一辆大众汽车。当那些全天然公告上的墨迹未干时，马达加斯加香草豆的产量已骤降至1,100吨，约为正常收获量的一半。据原材料价格跟踪公司Mintec称，再加上需求的上升，导致价格在去年年中翻了一番多，达到每公斤约225美元。
固化的香草豆仅含有2%的可提取香草风味，这意味着纯香草的价格达到了惊人的每公斤11,000美元。该行业正在密切关注今年的收成，希望看到香草成本最终恢复到2012年之前的水平，即豆类每公斤约25美元或香草每公斤1,250美元。
即使那样，对于世界上最受欢迎的风味之一来说，价格仍然很高。根据市场趋势跟踪机构Mintel的数据，在美国，过去12个月推出的食品产品中有2%和饮料产品中有3%被宣传为香草味。采购天然香草并供应合成香草醛的Symrise公司表示，全球有18,000种产品含有香草风味。
Symrise公司美国香草品类经理卡罗尔·麦克布赖德说：“世界上所有香草豆的数量不足以给每个人都想用香草调味的所有东西调味。”
麦克布赖德指出，冰淇淋和酸奶等乳制品多年来一直依赖天然香草。在美国，食品和药物管理局的规定规定，香草冰淇淋的风味必须来自天然香草。如果风味部分或全部来自其他来源，公司必须在包装正面盖上“香草味”或“人造香草”的印章，这很可能会让消费者望而却步。
其他食品没有受到这种程度的政府监管。麦克布赖德认为，对于糖果、烘焙食品和早餐谷物的制造商来说，现在对全天然成分的消费者渴望正在产生影响。对于非乳制品，“产品的标签和品牌信息通常决定了使用的香草类型，”她说。
例如，纳贝斯克的Nilla Wafers饼干绝不是一种全天然产品，不需要在包装正面做出声明。正如背面成分表所示，“Nilla”风味来自“天然和人造香料”。相比之下，杂货零售商Trader Joe's的Ultimate Vanilla Wafers在标签上自豪地标榜“马达加斯加香草豆屑”。
香草也是巧克力、草莓、焦糖和椰子等风味的重要组成部分。它通过增加奶油味、平衡甜味以及调和或掩盖苦味和酸味来完善口感。
当香草风味用于巧克力时，它成为专有配方的一部分，使雀巢巧克力棒的味道与好时巧克力棒的味道不同。雀巢公司企业传播经理利兹·卡塞利-梅克尔说：“将现有产品转换为天然成分比用天然成分创造新产品更具挑战性。“香草是最难匹配的风味之一，因为香草轮盘有数十种风味。”
风味轮盘是食品界跟踪成分、食品或饮料特定属性的方式。香料公司Fona International使用的香草轮盘完全测量了29种不同的风味特征。它们分为10个主要类别：烟熏味、辛辣味、植物味、硫磺味、甜味、奶油味、药味、烹饪味、脂肪味和花香味。
像葡萄酒一样，在不同地方（马达加斯加、墨西哥或塔希提岛）种植的天然香草具有不同的味道和效力特征。马达加斯加香草，通常称为波旁香草，因其朗姆酒般的味道和甜美的香气而备受追捧。
食品和香料公司依靠训练有素的品尝师来帮助过渡到天然香料。“我们将进行多次测试，以尽可能接近现有产品的感官匹配。这包括味道、香气和质地，”卡塞利-梅克尔说。然后，潜在的匹配项将与消费者一起进行测试。这个过程可能需要数月甚至数年。
放弃合成香草醛的食品公司可以转向来自香草豆以外来源的天然香草醛。例如，索尔维公司通过使用专有的酵母菌株发酵阿魏酸（米糠油的副产品）来生产罗瓦尼尔天然香草醛。法国香料公司Mane使用不同的原材料，即丁香油中的丁香酚，来生产天然香草醛。
在对香草醛生物转化过程的回顾中，哥本哈根大学的植物科学家内塔吉·加拉格和比耶格·莫勒发现，阿魏酸和丁香酚都是昂贵的原材料 (Mol. Plant 2015, DOI: 10.1016/j.molp.2014.11.008)。
研究人员表示，丁香酚的生产已经工业化，因为该分子用于生产各种香料和香精，但其价格仍然在每公斤50美元左右。天然提取的阿魏酸价格更高，约为每公斤180美元。
加拉格和莫勒指出，与从石油中合成香草醛或从香草豆中提取香草醛相比，通过酵母和细菌进行生物转化存在局限性。高浓度的阿魏酸和丁香酚对大多数微生物都有毒性，香草醛也是如此。事实上，这三种化合物都是植物作为抗菌剂制造的。
更重要的是，产量通常很低，因为微生物还会产生不良的香草醇和香草酸。要获得每升发酵液几克以上的香草醛产量，需要专门的或突变的菌株，并且通常需要较长的孵育时间。
生物技术公司Evolva开发了一种工艺，通过向转基因微生物喂食葡萄糖来生产香草醛葡萄糖苷，从而绕过高昂的原料成本和毒性问题。糖基使香草醛对生产生物体的毒性大大降低，但必须去除糖基才能获得香草醛。
尚不清楚是否会采用或销售由转基因生物制成的香草醛。由于表达Evolva香草醛的微生物被认为是加工助剂，因此用该香料制成的产品将不属于美国GMO标签要求，并且可以用于无人工成分声明。另一方面，“非转基因项目”表示，含有用合成生物学制成的成分的食品将不允许带有其自愿标签。
Evolva于2014年将其技术授权给IFF用于商业化和分销，但香料行业内部人士此后就很少听到关于它的消息。莱芬韦尔指出，IFF可能担心消费者对使用转基因生物的强烈反对。IFF和Evolva没有回应C&EN的采访请求。
非石油化工香草醛的吸引力在于它可以用于声称“不含人工成分”的食品中。就目前而言，替代品的巨大缺点是其高昂的价格——通常为每公斤数百美元。这比香草便宜，但比每公斤约10美元的合成香草醛贵得多。
那些已经否认石油衍生成分但又不想寻求全天然标签的食品制造商可以转向挪威的博雷加德，该公司提供一种源自植物的香草醛，但价格远低于真正的香草或其他替代品。
博雷加德经营着一家大型“生物精炼厂”，主要将云杉树转化为特种化学品和纤维素。但它发现自己拥有大量的针叶木木质素，这是一种由接近90%的松柏醇组成的大型生物聚合物。精炼厂中的热量和压力将木质素转化为香草醛。
早在20世纪90年代，世界上大部分香草醛都来自纸浆和造纸公司的废物流中的木质素。但随着造纸商改变其方法以减少浪费，该工艺逐渐失宠。这使得博雷加德成为唯一一家从木材中生产香草醛的主要公司。
博雷加德的香草醛被监管机构认为是人造的，但该公司美国销售和营销总监艾米·拜霍尔特表示，许多食品制造商更喜欢它，而不是用石油化工原料制成的香草醛，因为它被认为是可持续的。它是由可再生原材料在一个设施中制成的，该设施将其90%的生物质用于产品，其余用于能源。
拜霍尔特说，味道也有所不同，这要归功于来自木质素的少量其他芳香成分。“它们增加了香气轮廓的强度和圆润度，实际上使其与等量的石油衍生香草醛相比，具有更浓郁和更奶油的味道。”
Symrise公司的麦克布赖德说，对于那些想要使用天然或非石油香料但又无法承受香草豆高价位的公司来说，来自替代来源的香草醛可能是一个实际的选择。但为了真正参与天然趋势、贴上有机标签或在特色零售商处销售，食品制造商必须致力于天然香草的过山车之旅。
麦克布赖德观察到：“人们正试图度过当前的危机，以便他们能够提供消费者喜爱的味道，而不必总是重新配制。”
为了帮助防止未来再次发生香草危机，Symrise、奇华顿、Mane和IFF在马达加斯加建立了种植者计划。该国东北部或萨瓦地区拥有世界上最适合香草生产的气候和农业劳动力经济的结合。麦克布赖德说，这些计划旨在帮助小农户保持稳定的质量和可持续的供应。
例如，现金短缺的农民经常提前采摘豆子。“但他们可能没有意识到，未成熟的豆子质量和香草醛含量较低，”麦克布赖德说。“Symrise团队努力提高农民的安全感，让他们知道我们会支付公平的价格，以减少导致提前采摘的担忧。”
Symrise于2006年在马达加斯加开展业务，现在覆盖了7,000名农民。可持续发展计划帮助农民在他们的土地上种植可可、丁香和肉桂等作物以及香草藤。这些计划培训农民保持土壤肥力，并赞助教育、医疗保健和食品计划。
香草是一种非常劳动密集型的作物。生产1公斤固化豆需要600朵手工授粉的花朵。豆子在仍然是绿色时被采摘，并出售给发酵厂，工人在那里对豆子进行分类、漂烫、蒸煮和在阳光下晒干。然后对它们进行再次分类，在阴凉处干燥和发酵，同时工人不断评估其香气并检查每颗豆子的质量。
农民通过获得有价值的认证（如有机认证、公平贸易认证和雨林联盟认证）来增加香草收入。但他们很难种植更多的兰花，因为他们的农场通常很小。在最好的情况下，“每个人都只多种植五株藤蔓，”麦克布赖德说。即便如此，这些藤蔓也需要四年才能成熟。
为了满足不断增长的需求，香草行业可能需要类似于阿尔比乌斯的手工授粉技术的创新。同样，秘密可能在于香草植物本身。
2014年，莫勒发现，绿色香草豆蜡状内部的特定植物细胞可将游离阿魏酸酶促转化为香草醛葡萄糖苷 (Nat. Commun., DOI: 10.1038/ncomms5037)。这些细胞表达一种基因，该基因编码活性酶——香草醛合酶。莫勒能够使用该基因的变体在体外以及在体内的修饰酵母菌株以及修饰的烟草和大麦植物中产生香草醛。
植物遗传学家可以利用这一见解来寻找有助于选择生产更多香草醛的香草兰品种的标记，或者开发具有高香草醛合酶活性的转基因植物。莫勒建议，另一种选择是改造酵母以使用糖蜜等原材料生产香草醛，糖蜜中含有阿魏酸。
麦克布赖德说，无论可能出现什么技术来生产更多天然香草醛，核心挑战仍然存在。“我们需要种植更多的香草豆。我们需要保障香草的可持续性，以便我们能够世代享用香草。”