Cannella (Cinnamomum verum)

La cannella è più comunemente riconosciuta come una spezia, usata in cucina per aggiungere sapore a cibi dolci e salati. In questo periodo festivo dell’anno, potreste aggiungere una stecca di cannella alla vostra pentola di vin brulé per dargli quell’aroma riconoscibile che molti di noi associano al periodo natalizio. In questo post vedremo le molecole presenti nella cannella che sono responsabili di questo profumo e alcuni dei loro altri usi.

1. Nell’immagine principale, si possono vedere bastoncini di cannella e cannella macinata all’interno di fiaschi a fondo rotondo, che sono stati tappati e sono appoggiati su un anello di sughero. I matracci a fondo rotondo sono spesso usati in laboratorio per riscaldare i liquidi ed effettuare le reazioni. Hanno giunti di vetro smerigliato nella parte superiore, che rendono facile collegare altri oggetti di vetro, per esempio i condensatori, o tapparli in modo sicuro. La loro forma aumenta la superficie e quindi rende il riscaldamento e l’agitazione molto efficienti, ma, come puoi immaginare, tendono anche a rotolare via (e a rompersi se cadono!), quindi devono essere fissati in un morsetto o appoggiati su un anello di sughero la cui forma rispecchia la loro. Qui sono appoggiati sui loro lati per mostrare al meglio il loro contenuto solido; non qualcosa che saremmo felici (o sicuri) di fare se contenessero un liquido caldo. L’immagine mostra anche la struttura molecolare della trans-cinnamaldeide, fonte del familiare odore di cannella.

La cannella è originaria dello Sri Lanka dove si trova nella corteccia interna di diversi alberi del genere Cinnamomum, appartenenti alla famiglia delle Lauraceae. Come suggerisce il nome, questa famiglia contiene anche l’alloro, Laurus nobilis, la fonte delle foglie di alloro utilizzate in cucina. Gli alberi di cannella sono alberi medio-alti, che raggiungono un’altezza di 6-15 metri in piena crescita. Crescono bene ad un’altitudine di circa 1.000 m in zone con una piovosità annuale di 200-250 cm. La cannella viene raccolta tra settembre e novembre; i germogli con spessore delle dita e colore marrone uniforme sono ideali per l’estrazione della corteccia. Questi vengono tagliati vicino al terreno quando hanno circa 2 anni, il più dritto possibile, con una lunghezza di 1,0-1,25 m e uno spessore di 1,25 cm. La corteccia interna viene poi raschiata, pelata e lasciata asciugare. Questo è il momento in cui assume la forma dell’aculeo che si vede nelle stecche di cannella (come mostrato nel pallone a destra nella foto principale sopra). Gli aculei sono poi classificati, con ‘00000’ che è la qualità più fine, e ‘0’ la più grossolana. Possono anche essere macinati in polvere (come mostrato nella fiaschetta di sinistra) ed entrambe le forme sono solitamente esportate.

La cannella è stata usata come spezia nel corso della storia, per una vasta gamma di scopi. Si pensa che il suo primo utilizzo sia stato già nel 2000 a.C., poiché era raffigurata in dipinti trovati all’interno delle piramidi egiziane. Gli egiziani usavano la spezia a livello medico perché conoscevano le sue proprietà antibatteriche e antimicotiche, ma anche come aroma nelle bevande e come profumo nel processo di imbalsamazione, dove riempivano le cavità dei corpi con conservanti speziati. La cannella è anche menzionata più volte nei libri dell’Esodo e dei Proverbi nella Bibbia, principalmente come uno degli ingredienti dell’olio per l’unzione di Mosè, insieme a mirra pura, cassia e olio d’oliva. Nel Medioevo, la cannella divenne un simbolo di ricchezza poiché l’Europa e l’Africa non avevano un clima adatto alla coltivazione di questa spezia, per cui era necessario importarla dall’Oriente. La cannella veniva trasportata per vie terrestri lunghe e scomode, limitando l’offerta e rendendola costosa, il che rese il suo uso un vero e proprio status symbol.

2. Il sapore della cannella è dovuto a un olio essenziale aromatico che costituisce lo 0,5-1 % della sua composizione. Questo olio essenziale si prepara pestando la corteccia di cannella, macerandola in acqua di mare e poi distillandola. Questo lascia un olio che è di colore giallo dorato e ha sia l’odore che il sapore della cannella. I principali componenti chimici di questo olio essenziale sono mostrati nello schema 1 e comprendono l’eugenolo, un punto di partenza per la sintesi della vanillina, il linalolo (vedi il nostro post sulla lavanda), l’estragolo, il cinnamato di etile, il cariofillene e la cinnamaldeide (maggiori informazioni più avanti). Questi composti possono essere separati e identificati mediante estrazione in fase solida seguita da gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS).

GC-MS è una tecnica analitica che collega la gascromatografia e la spettrometria di massa. La gascromatografia separa una miscela di composti; inizia dopo aver dissolto un campione in un solvente e iniettato in una colonna. Un gas non reattivo trasporta poi il campione attraverso la colonna, dove i diversi composti viaggiano a velocità diverse, a seconda di quanto bene si legano al rivestimento della colonna, chiamato fase stazionaria; quindi eluiscono in tempi diversi. Questo approccio è simile alla cromatografia su carta familiare alla maggior parte delle persone, dove, nella sua forma più semplice, i colori dei pennarelli diventano separati, e così evidenti, quando l’acqua si bagna lentamente attraverso della carta da filtro marcata.

I composti che eluiscono dal gascromatografo vengono poi trasformati in ioni e uno spettrometro di massa viene utilizzato per identificare ciascuna di queste sostanze. Ogni ione può essere identificato dal suo peso, localizzando il picco dello ione molecolare nello spettro, ma anche dai composti più piccoli e leggeri in cui si rompe durante la procedura. Per maggiori dettagli sulla GC-MS, date un’occhiata a questa pagina prodotta da uno dei nostri colleghi di Bristol.

3. Il 90% dell’olio essenziale di cannella è costituito da un composto organico chiamato trans-cinnamaldeide o 3-phenylprop-2-enal (mostrato nell’immagine principale e nello schema 1). È stata una Molecola del Mese selezionata in passato dai nostri colleghi di Bristol ed è responsabile dell’odore e del sapore caratteristico della cannella.

Ci sono diversi metodi noti di sintesi chimica, anche se Wikipedia suggerisce che rimane più economico estrarre la cinnamaldeide per distillazione a vapore dell’olio della corteccia di cannella. In laboratorio, può essere preparata da composti correlati come l’alcool cinnamilico (Schema 2), ma anche da composti strutturalmente non correlati, ad esempio per condensazione aldol di benzaldeide e acetone. La cinetica e il meccanismo di questa e delle reazioni correlate sono stati esplorati in dettaglio da Guthrie e Wang nel 1991 (Can. J. Chem. 1991, 69, 339-344).

Questa via sintetica usa inizialmente una base forte per generare lo ione enolato dell’acetone (mostrato sotto, schema 3).

Questo enolato è molto nucleofilo, permettendo di attaccare il carbonile nella benzaldeide (schema 4). Questo forma poi uno ione alcossido che può prendere un protone dall’acqua per formare un beta-idrossi chetone. La coppia di elettroni sul carbonio viene quindi utilizzata per eliminare lo ione idrossido, formando un chetone alfa, beta-insaturo, il prodotto desiderato, la trans-cinnamaldeide. Questo composto è anche il materiale di partenza per la sintesi di molecole più complesse e una serie di percorsi per la sua preparazione continuano ad essere descritti (J. Org. Chem. 2011, 76, 8986-8998).

L’applicazione più familiare della cinnamaldeide è come aroma in cibo e bevande, ma ha anche proprietà antimicrobiche, di interesse per una serie di industrie (vedi, per esempio, Int. J. Food Microbiol. 2004, 94, 223-253, Progr. Org. Coatings 2007, 60, 33-38, Environ. Chem. Lett. 2012, 10,325-347), dove può essere utilizzato per inibire la crescita di vari microbi (Nutrients 2015, 7, 7729-7748) come batteri, funghi, muffe e dermatofiti. Questa capacità, insieme alla sua bassa tossicità, rendono anche la cinnamaldeide un utile fungicida che si è dimostrato efficace su oltre 40 colture diverse. La GC-MS è stata utilizzata per determinare il contenuto di cinnamaldeide in diversi alimenti, al fine di determinare se le sue proprietà antimicrobiche vengono mantenute durante la lavorazione (J. Agric. Food Chem. 2000, 48, 5702-5700). La cinnamaldeide può anche avere effetti benefici nel trattamento del diabete, anche se sembrano necessari ulteriori studi in questo settore (Diabetic Medicine 2012, 29, 1480-1492).

Infine, un’altra interessante applicazione della cinnamaldeide è che può essere utilizzata come inibitore di corrosione per l’acciaio e altre leghe ferrose in fluidi corrosivi. In condizioni di alta pressione e temperatura, la polimerizzazione della trans-cinnamaldeide è favorita, il che porta alla formazione di un film sottile sulla superficie del metallo, che agisce come barriera alla corrosione (Electrochimica Acta, 2013, 97, 1-9.)

Anche se questo approccio è usato principalmente sui campi petroliferi al momento, ci piacerebbe molto sapere se le nostre auto potrebbero odorare di Natale un giorno in futuro…

(Collaboratori: Olivia Levy (ricerca, scrittura, foto, immagini), Natalie Fey (editing).