如今，香草已廣為人知，以至於它的名字本身就意味著“普通”。但幾個世紀以來，香草是一種稀有的、新大陸的風味，主要為歐洲精英所享用。這種情況在1841年發生了改變，這要歸功於一位揮舞著小棍子的12歲男孩。
埃德蒙·阿爾比烏斯是法屬留尼汪島的一名被奴役的工人，他在仔細觀察香草蘭Vanilla planifolia後，想出瞭如何用手給它的花朵授粉以生產香草豆。
阿爾比烏斯用棍子掀起蘭花花朵中稱為蕊柱蓋的瓣膜，並將覆蓋著花粉的花葯壓在雌性部分，即柱頭上。在阿爾比烏斯發現之前，香草僅在其原生地墨西哥東南部成功種植，那裡是其授粉者墨利波那蜂的家園。西班牙探險家埃爾南·科爾特斯正是在那裡親眼目睹了阿茲特克帝國皇帝蒙特祖瑪飲用一種用香草調味的巧克力飲料。
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在留尼汪島，由於阿爾比烏斯的方法，香草產量飆升，蘭花種植擴充套件到附近的馬達加斯加。如今，世界上約80%的天然香草來自馬達加斯加的小農場。在那裡，當地人繼續手工為蘭花授粉，並以傳統方式固化豆子。
香草的需求很快超過了馬達加斯加農場的供應。在19世紀和20世紀，化學家取代植物學家擴大了香草風味的供應。香草醛是固化香草豆的主要風味成分，它以各種方式從松樹皮、丁香油、米糠和木質素中合成。
羅納-普朗克公司（現在的索爾維公司）在20世紀70年代將純石油化工路線商業化。近年來，在每年生產的約18,000噸香草風味中，約85%是香草醛，由石油化工前體愈創木酚合成。其餘大部分來自木質素。
但是，由於消費者對全天然食品和飲料的需求，傳統香草豆開始復興。去年，包括通用磨坊、好時、家樂氏和雀巢在內的一系列食品巨頭發誓要從美國銷售的許多食品中消除人工香料和其他新增劑。
然而，存在一個問題：世界天然香草的產量很小，並且近年來一直在下降。不到1%的香草風味來自真正的香草蘭。隨著需求的上升，這種令人垂涎的風味貿易失去了平衡。
香料公司正在拼命尋找更多天然香草醛的來源，並啟動計劃以提高豆類香草的質量和數量。Symrise、國際香料香精公司 (IFF)、索爾維和博雷加德等供應商正在利用他們在天然香料到合成香料整個領域的專業知識，幫助食品製造商為每種產品找到最佳的香草風味。
與此同時，食品製造商正面臨著天然香草價格飛漲、配方調整挑戰、複雜的標籤法律以及關於什麼是“天然”的難題。
儘管消費者對人工成分的厭惡情緒已持續多年，但去年“全天然”公告浪潮的功勞——或指責——歸功於雀巢，該公司於2015年2月成為第一個宣佈計劃從美國銷售的巧克力糖果中消除人工新增劑的主要品牌。該公告顛覆了大眾市場巧克力行業新增合成香草醛以抵消可可苦味的慣例。
香料和香精市場研究公司萊芬韋爾與聯合公司負責人約翰·萊芬韋爾觀察到：“當雀巢宣佈將全面天然化時，這就像打開了洩洪閘。“在一家主要企業推動之前，其他品牌不會採取任何行動。由於雀巢是世界上最大的公司，每個人都不得不效仿。”
萊芬韋爾指出，食品和香料公司至少在十年前就開始悄悄地重新配製產品並採購可以聲稱天然的成分。事實上，雀巢早在2012年就從其英國糖果中去除了人工新增劑。當時，該公司將此歸功於“一項為期七年的研發計劃，該計劃已用替代品取代了80多種人工成分”。
然而，對於一家大型食品公司來說，改用天然香草就像把一頭大象塞進一輛大眾汽車。當那些全天然公告上的墨跡未乾時，馬達加斯加香草豆的產量已驟降至1,100噸，約為正常收穫量的一半。據原材料價格跟蹤公司Mintec稱，再加上需求的上升，導致價格在去年年中翻了一番多，達到每公斤約225美元。
固化的香草豆僅含有2%的可提取香草風味，這意味著純香草的價格達到了驚人的每公斤11,000美元。該行業正在密切關注今年的收成，希望看到香草成本最終恢復到2012年之前的水平，即豆類每公斤約25美元或香草每公斤1,250美元。
即使那樣，對於世界上最受歡迎的風味之一來說，價格仍然很高。根據市場趨勢跟蹤機構Mintel的資料，在美國，過去12個月推出的食品產品中有2%和飲料產品中有3%被宣傳為香草味。採購天然香草並供應合成香草醛的Symrise公司表示，全球有18,000種產品含有香草風味。
Symrise公司美國香草品類經理卡羅爾·麥克布賴德說：“世界上所有香草豆的數量不足以給每個人都想用香草調味的所有東西調味。”
麥克布賴德指出，冰淇淋和酸奶等乳製品多年來一直依賴天然香草。在美國，食品和藥物管理局的規定規定，香草冰淇淋的風味必須來自天然香草。如果風味部分或全部來自其他來源，公司必須在包裝正面蓋上“香草味”或“人造香草”的印章，這很可能會讓消費者望而卻步。
其他食品沒有受到這種程度的政府監管。麥克布賴德認為，對於糖果、烘焙食品和早餐穀物的製造商來說，現在對全天然成分的消費者渴望正在產生影響。對於非乳製品，“產品的標籤和品牌資訊通常決定了使用的香草型別，”她說。
例如，納貝斯克的Nilla Wafers餅乾絕不是一種全天然產品，不需要在包裝正面做出宣告。正如背面成分表所示，“Nilla”風味來自“天然和人造香料”。相比之下，雜貨零售商Trader Joe's的Ultimate Vanilla Wafers在標籤上自豪地標榜“馬達加斯加香草豆屑”。
香草也是巧克力、草莓、焦糖和椰子等風味的重要組成部分。它透過增加奶油味、平衡甜味以及調和或掩蓋苦味和酸味來完善口感。
當香草風味用於巧克力時，它成為專有配方的一部分，使雀巢巧克力棒的味道與好時巧克力棒的味道不同。雀巢公司企業傳播經理利茲·卡塞利-梅克爾說：“將現有產品轉換為天然成分比用天然成分創造新產品更具挑戰性。“香草是最難匹配的風味之一，因為香草輪盤有數十種風味。”
風味輪盤是食品界跟蹤成分、食品或飲料特定屬性的方式。香料公司Fona International使用的香草輪盤完全測量了29種不同的風味特徵。它們分為10個主要類別：煙燻味、辛辣味、植物味、硫磺味、甜味、奶油味、藥味、烹飪味、脂肪味和花香味。
像葡萄酒一樣，在不同地方（馬達加斯加、墨西哥或塔希提島）種植的天然香草具有不同的味道和效力特徵。馬達加斯加香草，通常稱為波旁香草，因其朗姆酒般的味道和甜美的香氣而備受追捧。
食品和香料公司依靠訓練有素的品嚐師來幫助過渡到天然香料。“我們將進行多次測試，以儘可能接近現有產品的感官匹配。這包括味道、香氣和質地，”卡塞利-梅克爾說。然後，潛在的匹配項將與消費者一起進行測試。這個過程可能需要數月甚至數年。
放棄合成香草醛的食品公司可以轉向來自香草豆以外來源的天然香草醛。例如，索爾維公司透過使用專有的酵母菌株發酵阿魏酸（米糠油的副產品）來生產羅瓦尼爾天然香草醛。法國香料公司Mane使用不同的原材料，即丁香油中的丁香酚，來生產天然香草醛。
在對香草醛生物轉化過程的回顧中，哥本哈根大學的植物科學家內塔吉·加拉格和比耶格·莫勒發現，阿魏酸和丁香酚都是昂貴的原材料 (Mol. Plant 2015, DOI: 10.1016/j.molp.2014.11.008)。
研究人員表示，丁香酚的生產已經工業化，因為該分子用於生產各種香料和香精，但其價格仍然在每公斤50美元左右。天然提取的阿魏酸價格更高，約為每公斤180美元。
加拉格和莫勒指出，與從石油中合成香草醛或從香草豆中提取香草醛相比，透過酵母和細菌進行生物轉化存在侷限性。高濃度的阿魏酸和丁香酚對大多數微生物都有毒性，香草醛也是如此。事實上，這三種化合物都是植物作為抗菌劑製造的。
更重要的是，產量通常很低，因為微生物還會產生不良的香草醇和香草酸。要獲得每升發酵液幾克以上的香草醛產量，需要專門的或突變的菌株，並且通常需要較長的孵育時間。
生物技術公司Evolva開發了一種工藝，透過向轉基因微生物餵食葡萄糖來生產香草醛葡萄糖苷，從而繞過高昂的原料成本和毒性問題。糖基使香草醛對生產生物體的毒性大大降低，但必須去除糖基才能獲得香草醛。
尚不清楚是否會採用或銷售由轉基因生物製成的香草醛。由於表達Evolva香草醛的微生物被認為是加工助劑，因此用該香料製成的產品將不屬於美國GMO標籤要求，並且可以用於無人工成分宣告。另一方面，“非轉基因專案”表示，含有用合成生物學制成的成分的食品將不允許帶有其自願標籤。
Evolva於2014年將其技術授權給IFF用於商業化和分銷，但香料行業內部人士此後就很少聽到關於它的訊息。萊芬韋爾指出，IFF可能擔心消費者對使用轉基因生物的強烈反對。IFF和Evolva沒有回應C&EN的採訪請求。
非石油化工香草醛的吸引力在於它可以用於聲稱“不含人工成分”的食品中。就目前而言，替代品的巨大缺點是其高昂的價格——通常為每公斤數百美元。這比香草便宜，但比每公斤約10美元的合成香草醛貴得多。
那些已經否認石油衍生成分但又不想尋求全天然標籤的食品製造商可以轉向挪威的博雷加德，該公司提供一種源自植物的香草醛，但價格遠低於真正的香草或其他替代品。
博雷加德經營著一家大型“生物精煉廠”，主要將雲杉樹轉化為特種化學品和纖維素。但它發現自己擁有大量的針葉木木質素，這是一種由接近90%的松柏醇組成的大型生物聚合物。精煉廠中的熱量和壓力將木質素轉化為香草醛。
早在20世紀90年代，世界上大部分香草醛都來自紙漿和造紙公司的廢物流中的木質素。但隨著造紙商改變其方法以減少浪費，該工藝逐漸失寵。這使得博雷加德成為唯一一家從木材中生產香草醛的主要公司。
博雷加德的香草醛被監管機構認為是人造的，但該公司美國銷售和營銷總監艾米·拜霍爾特表示，許多食品製造商更喜歡它，而不是用石油化工原料製成的香草醛，因為它被認為是可持續的。它是由可再生原材料在一個設施中製成的，該設施將其90%的生物質用於產品，其餘用於能源。
拜霍爾特說，味道也有所不同，這要歸功於來自木質素的少量其他芳香成分。“它們增加了香氣輪廓的強度和圓潤度，實際上使其與等量的石油衍生香草醛相比，具有更濃郁和更奶油的味道。”
Symrise公司的麥克布賴德說，對於那些想要使用天然或非石油香料但又無法承受香草豆高價位的公司來說，來自替代來源的香草醛可能是一個實際的選擇。但為了真正參與天然趨勢、貼上有機標籤或在特色零售商處銷售，食品製造商必須致力於天然香草的過山車之旅。
麥克布賴德觀察到：“人們正試圖度過當前的危機，以便他們能夠提供消費者喜愛的味道，而不必總是重新配製。”
為了幫助防止未來再次發生香草危機，Symrise、奇華頓、Mane和IFF在馬達加斯加建立了種植者計劃。該國東北部或薩瓦地區擁有世界上最適合香草生產的氣候和農業勞動力經濟的結合。麥克布賴德說，這些計劃旨在幫助小農戶保持穩定的質量和可持續的供應。
例如，現金短缺的農民經常提前採摘豆子。“但他們可能沒有意識到，未成熟的豆子質量和香草醛含量較低，”麥克布賴德說。“Symrise團隊努力提高農民的安全感，讓他們知道我們會支付公平的價格，以減少導致提前採摘的擔憂。”
Symrise於2006年在馬達加斯加開展業務，現在覆蓋了7,000名農民。可持續發展計劃幫助農民在他們的土地上種植可可、丁香和肉桂等作物以及香草藤。這些計劃培訓農民保持土壤肥力，並贊助教育、醫療保健和食品計劃。
香草是一種非常勞動密集型的作物。生產1公斤固化豆需要600朵手工授粉的花朵。豆子在仍然是綠色時被採摘，並出售給發酵廠，工人在那裡對豆子進行分類、漂燙、蒸煮和在陽光下曬乾。然後對它們進行再次分類，在陰涼處乾燥和發酵，同時工人不斷評估其香氣並檢查每顆豆子的質量。
農民透過獲得有價值的認證（如有機認證、公平貿易認證和雨林聯盟認證）來增加香草收入。但他們很難種植更多的蘭花，因為他們的農場通常很小。在最好的情況下，“每個人都只多種植五株藤蔓，”麥克布賴德說。即便如此，這些藤蔓也需要四年才能成熟。
為了滿足不斷增長的需求，香草行業可能需要類似於阿爾比烏斯的手工授粉技術的創新。同樣，秘密可能在於香草植物本身。
2014年，莫勒發現，綠色香草豆蠟狀內部的特定植物細胞可將遊離阿魏酸酶促轉化為香草醛葡萄糖苷 (Nat. Commun., DOI: 10.1038/ncomms5037)。這些細胞表達一種基因，該基因編碼活性酶——香草醛合酶。莫勒能夠使用該基因的變體在體外以及在體內的修飾酵母菌株以及修飾的菸草和大麥植物中產生香草醛。
植物遺傳學家可以利用這一見解來尋找有助於選擇生產更多香草醛的香草蘭品種的標記，或者開發具有高香草醛合酶活性的轉基因植物。莫勒建議，另一種選擇是改造酵母以使用糖蜜等原材料生產香草醛，糖蜜中含有阿魏酸。
麥克布賴德說，無論可能出現什麼技術來生產更多天然香草醛，核心挑戰仍然存在。“我們需要種植更多的香草豆。我們需要保障香草的可持續性，以便我們能夠世代享用香草。”