Kanel (Cinnamomum verum)

Kanel er mest almindeligt kendt som et krydderi, der anvendes i madlavning til at give smag til både søde og salte retter. I denne festlige tid af året kan du måske tilsætte en kanelstang til din gryde med gløgg for at give den den genkendelige aroma, som mange af os forbinder med juletiden. I dette indlæg vil vi se på de molekyler, der findes i kanel, og som er ansvarlige for denne duft, samt nogle af deres andre anvendelsesmuligheder.

1. På hovedbilledet kan du se kanelstænger og malet kanel i rundbundede kolber, som er blevet proppet og hviler på en korkring. Rundbundede kolber bruges ofte i laboratoriet til at opvarme væsker og gennemføre reaktioner. De har en glasskrue i toppen, som gør det let at tilslutte andre glasvarer, f.eks. kondensatorer, eller at lukke dem sikkert til. Deres form øger overfladen og gør opvarmning og omrøring meget effektiv, men som du kan forestille dig, har de også en tendens til at rulle væk (og gå i stykker, hvis de tabes!), så de skal fastgøres i en klemme eller hvile oven på en korkring, hvis form afspejler deres form. Her hviler de på siden for at vise deres faste indhold bedst muligt; ikke noget, vi ville være glade (eller sikre) for at gøre, hvis de indeholdt en varm væske. Billedet viser også molekylestrukturen af trans-cinnamaldehyd, kilden til den velkendte kanelduft.

Kanel stammer fra Sri Lanka, hvor den findes i den indre bark af flere træer af slægten Cinnamomum, der tilhører familien Lauraceae. Som navnet antyder, indeholder denne familie også laurbærblade, Laurus nobilis, der er kilden til de laurbærblade, der bruges i madlavningen. Kaneltræer er mellemstore til høje træer, der når en højde på 6-15 meter i fuld vækst. De vokser godt i en højde på ca. 1 000 m i områder med en årlig nedbørsmængde på 200-250 cm. Kanel høstes mellem september og november; skud med fingertykkelse og ensartet brun farve er ideelle til barkudvinding. De skæres tæt på jorden, når de er ca. 2 år gamle, så lige som muligt, med en længde på 1,0-1,25 m og en tykkelse på 1,25 cm. Derefter skrabes den indre bark af, skrælles og tørres. Det er på dette tidspunkt, at den får den form som den fjer, der ses på kanelstænger (som vist i kolben til højre på hovedbilledet ovenfor). Derefter sorteres fjerpindene med “00000” som den fineste kvalitet og “0” som den groveste. De kan også males til pulver (som vist i kolben til venstre), og begge former eksporteres normalt.

Kanel er blevet brugt som krydderi gennem historien til en lang række forskellige formål. Dens første anvendelse menes at have været så tidligt som 2000 f.Kr., da den blev afbildet på malerier, der blev fundet inde i egyptiske pyramider. Egypterne brugte krydderiet medicinsk, da de var klar over dets antibakterielle og svampedræbende egenskaber, men også som smagsgiver i drikkevarer og som parfume i balsameringsprocessen, hvor de fyldte kroppens hulrum med krydderikonserveringsmidler. Kanel nævnes også flere gange i bibelbøgerne Anden Mosebog og Ordsprogenes Bog i Bibelen, hovedsagelig som en af ingredienserne i Moses’ salveolie sammen med ren myrra, cassia og olivenolie. I middelalderen blev kanel et symbol på rigdom, da Europa og Afrika ikke havde et klima, der var egnet til at dyrke krydderiet, så det måtte importeres fra Østen. Kanelen blev transporteret ad lange og besværlige landveje, hvilket begrænsede udbuddet og gjorde den dyr, hvilket derfor gjorde brugen af den til et ægte statussymbol.

2. Kanelens smag skyldes en aromatisk æterisk olie, der udgør 0,5-1 % af dens sammensætning. Denne æteriske olie fremstilles ved at knuse kanelbarken, udbløde den i havvand og derefter destillere den. Herved fremkommer en olie, der er gyldengul i farven og har både kanelduft og -smag. De vigtigste kemiske komponenter i denne æteriske olie er vist i skema 1 og omfatter eugenol, som er udgangspunktet for syntesen af vanillin, linalool (se vores indlæg om lavendel), estragol, ethylcinnamat, caryophyllen og cinnamaldehyd (mere om dette senere). Disse forbindelser kan adskilles og identificeres ved ekstraktion i fast fase efterfulgt af gaskromatografi-massespektrometri (GC-MS).

GC-MS er en analyseteknik, der sammenkæder gaskromatografi og massespektrometri. Ved gaskromatografi adskilles en blanding af forbindelser; det starter efter opløsning af en prøve i et opløsningsmiddel og indsprøjtning i en kolonne. En ureaktiv gas fører derefter prøven gennem søjlen, hvor de forskellige forbindelser bevæger sig med forskellig hastighed, alt efter hvor godt de binder sig til belægningen på søjlen, den såkaldte stationære fase, og derfor elueres de på forskellige tidspunkter. Denne fremgangsmåde svarer til den papirkromatografi, som de fleste mennesker kender, hvor man i sin enkleste form kan se, hvordan farverne på filtpenne adskilles, når vand langsomt trænger igennem et mærket filterpapir.

De forbindelser, der elueres fra gaskromatografen, bliver derefter omdannet til ioner, og et massespektrometer bruges til at identificere hvert af disse stoffer. Hver ion kan identificeres ud fra sin vægt ved at lokalisere molekylærion-toppen i spektret, men også ud fra de mindre og lettere forbindelser, som den spaltes til under proceduren. For flere oplysninger om GC-MS kan du se denne side, som er udarbejdet af en af vores kolleger fra Bristol.

3. 90 % af æterisk kanelolie består af en organisk forbindelse kaldet trans-cinnamaldehyd eller 3-phenylprop-2-enal (vist i hovedbilledet og i skema 1). Det var tidligere månedens molekyle udvalgt af vores kolleger fra Bristol og er ansvarlig for den karakteristiske duft og smag af kanel.

Der er flere kendte metoder til kemisk syntese, selv om Wikipedia antyder, at det fortsat er billigst at udvinde cinnamaldehyd ved dampdestillation af olien fra kanelbarken. I laboratoriet kan det fremstilles fra beslægtede forbindelser såsom cinnamylalkohol (skema 2), men også fra strukturelt ubeslægtede forbindelser, f.eks. ved aldolkondensation af benzaldehyd og acetone. Kinetikken og mekanismen for denne og beslægtede reaktioner blev udforsket i detaljer af Guthrie og Wang i 1991 (Can. J. Chem. 1991, 69, 339-344).

Denne syntetiske rute anvender i første omgang stærk base til at generere acetonenolat-ionen (vist nedenfor, skema 3).

Denne enolat er meget nukleofil, hvilket gør det muligt for den at angribe carbonylet i benzaldehydet (skema 4). Dette danner derefter en alkoxidion, som kan tage en proton fra vand for at danne en beta-hydroxyketon. Elektronparret på kulstoffet bruges derefter til at fjerne hydroxidionen, hvorved der dannes en alfa,beta-umættet keton, det ønskede produkt, trans-cinnamaldehyd. Denne forbindelse er også udgangsmaterialet til syntese af mere komplekse molekyler, og en række ruter til dets fremstilling beskrives fortsat (J. Org. Chem. 2011, 76, 8986-8998).

Den mest kendte anvendelse af cinnamaldehyd er som smagsstof i fødevarer og drikkevarer, men det har også antimikrobielle egenskaber, som er af interesse for en række industrier (se f.eks. Int. J. Food Microbiol. 2004, 94, 223-253, Progr. Org. Coatings 2007, 60, 33-38, Environ. Chem. Lett. 2012, 10,325-347), hvor det kan bruges til at hæmme væksten af forskellige mikrober (Nutrients 2015, 7, 7729-7748) som f.eks. bakterier, svampe, skimmelsvampe og dermatofytter. Denne evne, sammen med dens lave toksicitet, gør også cinnamaldehyd til et nyttigt fungicid, som har vist sig at være effektivt på over 40 forskellige afgrøder. GC-MS er blevet anvendt til at bestemme indholdet af cinnamaldehyd i forskellige fødevarer med henblik på at fastslå, om dets antimikrobielle egenskaber bevares under forarbejdningen (J. Agric. Food Chem. 2000, 48, 5702-5700). Cinnamaldehyd kan også have gavnlige virkninger i behandlingen af diabetes, selv om der synes at være behov for yderligere undersøgelser på dette område (Diabetic Medicine 2012, 29, 1480-1492).

Endeligt er en anden interessant anvendelse af cinnamaldehyd, at det kan bruges som korrosionsinhibitor for stål og andre jernlegeringer i korrosive væsker. Under høje tryk- og temperaturforhold fremmes polymeriseringen af trans-cinnamaldehyd, hvilket fører til, at der dannes en tynd film på metaloverfladen, der fungerer som en barriere mod korrosion (Electrochimica Acta, 2013, 97, 1-9.)

Men selv om denne fremgangsmåde primært anvendes på oliefelter i øjeblikket, vil vi meget gerne vide, om vores biler måske lugter af jul en dag i fremtiden…

(Bidragsydere: Olivia Levy (research, skrivning, fotos, billeder), Natalie Fey (redaktion).