Privacy & Cookies
Deze site maakt gebruik van cookies. Door verder te gaan, gaat u akkoord met het gebruik ervan. Meer informatie, waaronder hoe u cookies kunt beheren.
Kaneel in poedervorm en kaneelstokjes in een rondbodemkolf, samen met kaneelamaldehyde, het molecuul dat kaneel zijn aroma en smaak geeft.
Kaneel is vooral bekend als specerij, die in de keuken wordt gebruikt om zowel zoete als hartige gerechten op smaak te brengen. In deze feestelijke tijd van het jaar voeg je misschien een stokje kaneel toe aan je stoofpot glühwein om het dat herkenbare aroma te geven dat velen van ons associëren met de kersttijd. In dit artikel bekijken we de moleculen in kaneel die verantwoordelijk zijn voor deze geur en enkele van hun andere toepassingen.
1. Op de hoofdafbeelding ziet u kaneelstokjes en gemalen kaneel in kolven met ronde bodem, die zijn afgesloten en op een kurken ring leunen. Rondbodemkolven worden vaak in het laboratorium gebruikt om vloeistoffen te verwarmen en reacties uit te voeren. Zij hebben aan de bovenkant geslepen glasvoegen, die het gemakkelijk maken ander glaswerk, bijvoorbeeld condensatoren, aan te sluiten of stevig af te sluiten. Hun vorm vergroot het oppervlak en maakt verhitten en roeren dus zeer efficiënt, maar zoals u zich kunt voorstellen, hebben zij ook de neiging weg te rollen (en te breken als zij vallen!), zodat zij moeten worden vastgezet in een klem of moeten rusten op een kurkring waarvan de vorm hun vorm weerspiegelt. Hier liggen ze op hun zij om hun vaste inhoud het best tot zijn recht te laten komen; niet iets wat we graag zouden doen (of veilig) als ze een hete vloeistof zouden bevatten. De afbeelding toont ook de moleculaire structuur van trans-cinnamaldehyde, de bron van de bekende kaneelgeur.
Flessen met ronde bodem, stevig vastgeklemd.
Kaneel is afkomstig uit Sri Lanka, waar het wordt aangetroffen in de binnenbast van verschillende bomen van het geslacht Cinnamomum, die tot de familie Lauraceae behoren. Zoals de naam al doet vermoeden, bevat deze familie ook laurierbomen, Laurus nobilis, de bron van laurierbladeren die in de keuken worden gebruikt. Kaneelbomen zijn middelhoge tot hoge bomen, die in volle groei een hoogte van 6-15 meter bereiken. Ze groeien goed op een hoogte van ongeveer 1.000 m in gebieden met een jaarlijkse neerslag van 200-250 cm. Kaneel wordt tussen september en november geoogst; scheuten met vingerdikte en uniforme bruine kleur zijn ideaal voor de schorswinning. Deze worden dicht bij de grond afgeknipt wanneer ze ongeveer 2 jaar oud zijn, zo recht mogelijk, met een lengte van 1,0-1,25 m en een dikte van 1,25 cm. Vervolgens wordt de binnenste schors afgeschraapt, geschild en te drogen gelegd. Dan neemt de bast de vorm aan van de ganzenveer van kaneelstokjes (zoals te zien is in de kolf rechts op de hoofdfoto hierboven). De penen worden vervolgens gesorteerd, waarbij “00000” de fijnste kwaliteit is, en “0” de grofste. Ze kunnen ook tot poeder worden vermalen (zoals in de linker kolf) en beide vormen worden gewoonlijk geëxporteerd.
Kaneel is door de geschiedenis heen gebruikt als specerij, voor een breed scala van doeleinden. Het eerste gebruik zou al in 2000 v. Chr. hebben plaatsgevonden, toen het werd afgebeeld op schilderijen die in Egyptische piramiden zijn gevonden. De Egyptenaren gebruikten de specerij medicinaal, omdat zij zich bewust waren van de antibacteriële en schimmelwerende eigenschappen, maar ook als smaakstof in dranken, en als parfum bij het balsemen, waarbij zij lichaamsholten vulden met gekruide conserveringsmiddelen. Kaneel wordt ook meerdere malen genoemd in de bijbelboeken Exodus en Spreuken, vooral als een van de ingrediënten van Mozes’ zalfolie, samen met zuivere mirre, kassia en olijfolie. In de Middeleeuwen werd kaneel een symbool van rijkdom, omdat Europa en Afrika niet beschikten over een geschikt klimaat voor de teelt van de specerij, zodat deze uit het Oosten moest worden geïmporteerd. De kaneel werd over lange en moeizame landwegen vervoerd, waardoor het aanbod beperkt was en het duur werd, zodat het gebruik ervan een echt statussymbool werd.
2. De smaak van kaneel is te danken aan een aromatische etherische olie die 0,5-1 % van de samenstelling uitmaakt. Deze etherische olie wordt bereid door de kaneelschors fijn te stampen, in zeewater te macereren en vervolgens te destilleren. Er blijft een olie over die goudgeel van kleur is en zowel de geur als de smaak van kaneel heeft. De belangrijkste chemische bestanddelen van deze etherische olie staan in schema 1 en omvatten eugenol, een startpunt voor de synthese van vanilline, linalool (zie ons bericht over lavendel), estragol, ethylcinnamaat, caryofylleen en cinnamaldehyde (hierover later meer). Deze verbindingen kunnen worden gescheiden en geïdentificeerd door vastefase-extractie gevolgd door gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS).
GC-MS is een analysetechniek die gaschromatografie en massaspectrometrie aan elkaar koppelt. Gaschromatografie scheidt een mengsel van verbindingen; het begint met het oplossen van een monster in een oplosmiddel en het injecteren in een kolom. Een niet-reactief gas voert het monster vervolgens door de kolom, waar de verschillende verbindingen met verschillende snelheden bewegen, afhankelijk van hoe goed zij zich binden aan de coating van de kolom, de stationaire fase genoemd; zij elueren dus op verschillende tijdstippen. Deze aanpak is vergelijkbaar met de papierchromatografie die de meeste mensen kennen, waarbij in de eenvoudigste vorm de kleuren van viltstiften worden gescheiden, en zo zichtbaar worden, wanneer water langzaam door een of ander gemerkt filterpapier sijpelt.
De verbindingen die door de gaschromatograaf worden geëlueerd, worden vervolgens omgezet in ionen en een massaspectrometer wordt gebruikt om elk van deze stoffen te identificeren. Elk ion kan worden geïdentificeerd aan de hand van zijn gewicht, waarbij de piek van het moleculaire ion in het spectrum wordt gelokaliseerd, maar ook aan de hand van de kleinere en lichtere verbindingen waarin het tijdens de procedure uiteenvalt. Voor meer details over GC-MS, zie deze pagina van een van onze Bristol-collega’s.
3. 90% van de etherische olie van kaneel bestaat uit een organische verbinding die trans-cinnamaldehyde of 3-fenylprop-2-enal wordt genoemd (te zien in de hoofdafbeelding en in schema 1). Het was in het verleden een door onze Bristol-collega’s geselecteerde molecule van de maand en is verantwoordelijk voor de kenmerkende geur en smaak van kaneel.
Schema 2: Moleculaire structuur van cinnamylalcohol
Er zijn verschillende methoden van chemische synthese bekend, hoewel Wikipedia suggereert dat het het goedkoopst blijft om cinnamaldehyde te extraheren door stoomdestillatie van de olie van kaneelschors. In het laboratorium kan het worden bereid uit verwante verbindingen zoals cinnamylalcohol (Schema 2), maar ook uit structureel niet-verwante verbindingen, bijvoorbeeld door aldolcondensatie van benzaldehyde en aceton. De kinetiek en het mechanisme van deze en verwante reacties werden in detail onderzocht door Guthrie en Wang in 1991 (Can. J. Chem. 1991, 69, 339-344).
Bij deze synthetische route wordt aanvankelijk een sterke base gebruikt om het aceton-enolaat-ion te genereren (hieronder weergegeven, Schema 3).
Schema 3: Mechanisme voor de vorming van het enolaation.
Dit enolaat is zeer nucleofiel, waardoor het het carbonyl in het benzaldehyde kan aanvallen (Schema 4). Dit vormt dan een alkoxide-ion dat een proton uit water kan opnemen om een bèta-hydroxyketon te vormen. Het elektronenpaar op de koolstof wordt vervolgens gebruikt om het hydroxide-ion te elimineren, waarbij een alfa,bèta-onverzadigd keton wordt gevormd, het gewenste product, trans-cinnamaldehyde. Deze verbinding is ook het uitgangsmateriaal voor de synthese van complexere moleculen en een reeks routes voor de bereiding ervan wordt nog steeds beschreven (J. Org. Chem. 2011, 76, 8986-8998).
Schema 4: Reactiemechanisme voor de vorming van cinnamaldehyde uit benzaldehyde en aceton.
De meest bekende toepassing van cinnamaldehyde is als smaakstof in voedingsmiddelen en dranken, maar het heeft ook anti-microbiële eigenschappen, van belang voor een reeks industrieën (zie bijvoorbeeld Int. J. Food Microbiol. 2004, 94, 223-253, Progr. Org. Coatings 2007, 60, 33-38, Environ. Chem. Lett. 2012, 10,325-347), waar het kan worden gebruikt om de groei van verschillende microben te remmen (Nutrients 2015, 7, 7729-7748), zoals bacteriën, schimmels en dermatofyten. Dit vermogen, samen met zijn lage toxiciteit, maakt van cinnamaldehyde ook een nuttig fungicide waarvan de doeltreffendheid op meer dan 40 verschillende gewassen is bewezen. GC-MS is gebruikt om het cinnamaldehydegehalte van verschillende levensmiddelen te bepalen, teneinde na te gaan of de antimicrobiële eigenschappen van cinnamaldehyde tijdens de verwerking behouden blijven (J. Agric. Food Chem. 2000, 48, 5702-5700). Cinnamaldehyde kan ook gunstige effecten hebben bij de behandeling van diabetes, hoewel verdere studie op dit gebied nodig lijkt (Diabetic Medicine 2012, 29, 1480-1492).
Ten slotte is een andere interessante toepassing van cinnamaldehyde dat het kan worden gebruikt als corrosieremmer voor staal en andere ijzerhoudende legeringen in corrosieve vloeistoffen. Onder hoge druk en temperatuur wordt de polymerisatie van trans-cinnamaldehyde bevorderd, wat leidt tot de vorming van een dunne film op het metaaloppervlak, die fungeert als een barrière tegen corrosie (Electrochimica Acta, 2013, 97, 1-9.)
Hoewel deze benadering momenteel vooral wordt gebruikt op olievelden, zouden we heel graag willen weten of onze auto’s op een dag in de toekomst naar kerstmis kunnen ruiken…
(Medewerkers: Olivia Levy (onderzoek, schrijven, foto’s, beelden), Natalie Fey (redactie).