Cynamon (Cinnamomum verum)

Cynamon jest najczęściej rozpoznawany jako przyprawa, używana w kuchni do dodawania smaku zarówno słodkim, jak i pikantnym potrawom. W tym świątecznym czasie roku, można dodać laskę cynamonu do garnka duszenia grzanego wina, aby nadać mu ten rozpoznawalny aromat, który wielu z nas kojarzy się z czasem Bożego Narodzenia. W tym poście przyjrzymy się cząsteczkom znajdującym się w cynamonie, które są odpowiedzialne za ten zapach i niektóre z ich innych zastosowań.

1. Na zdjęciu głównym widać laski cynamonu i mielony cynamon wewnątrz kolb okrągłodennych, które zostały zakorkowane i opierają się na korkowym pierścieniu. Kolby okrągłodenne są często używane w laboratorium do podgrzewania płynów i przeprowadzania reakcji. Posiadają one szlifowane złącza na górze, które ułatwiają podłączenie innych szklanych naczyń, np. chłodnic, lub bezpieczne ich zakorkowanie. Ich kształt zwiększa powierzchnię, dzięki czemu ogrzewanie i mieszanie jest bardzo wydajne, ale, jak można sobie wyobrazić, mają one również tendencję do staczania się (i łamania, jeśli zostaną upuszczone!), więc muszą być zamocowane w zacisku lub oparte na korkowym pierścieniu, którego kształt odzwierciedla ich kształt. Tutaj są one oparte na bokach, aby jak najlepiej wyeksponować ich stałą zawartość; nie jest to coś, co bylibyśmy szczęśliwi (lub bezpieczni) robić, gdyby zawierały gorącą ciecz. Obraz pokazuje również strukturę molekularną aldehydu trans-cynamonowego, źródła znanego zapachu cynamonu.

Cynamon pochodzi ze Sri Lanki, gdzie występuje w wewnętrznej korze kilku drzew z rodzaju Cinnamomum, należących do rodziny Lauraceae. Jak sama nazwa wskazuje, rodzina ta zawiera również laury, Laurus nobilis, źródło liści laurowych używanych w kuchni. Cynamonowce są drzewami średnimi lub wysokimi, osiągającymi wysokość 6-15 metrów w pełnym rozroście. Dobrze rosną na wysokości około 1000 m n.p.m. na obszarach, gdzie roczna suma opadów wynosi 200-250 cm. Cynamon zbiera się między wrześniem a listopadem; pędy o grubości palca i jednolitym brązowym kolorze są idealne do pozyskiwania kory. Pędy ścina się blisko ziemi w wieku około 2 lat, jak najprostsze, o długości 1,0-1,25 m i grubości 1,25 cm. Następnie zeskrobuje się wewnętrzną korę, obiera i pozostawia do wyschnięcia. Wtedy właśnie przybiera ona kształt dutki spotykany w laskach cynamonu (jak na kolbie po prawej stronie na zdjęciu głównym powyżej). Dłuta są następnie sortowane, przy czym „00000” oznacza najwyższą jakość, a „0” – najgrubszą. Można je również zmielić na proszek (jak pokazano w lewej kolbie) i obie formy są zazwyczaj wywożone.

Cynamon był stosowany jako przyprawa w całej historii, do wielu celów. Uważa się, że jego pierwsze zastosowanie miało miejsce już 2000 lat p.n.e., ponieważ został on przedstawiony na malowidłach znalezionych wewnątrz piramid egipskich. Egipcjanie stosowali tę przyprawę w celach leczniczych, ponieważ byli świadomi jej właściwości antybakteryjnych i przeciwgrzybicznych, ale także jako aromat do napojów oraz jako perfumy w procesie balsamowania, w którym wypełniali jamy ciała przyprawionymi środkami konserwującymi. Cynamon jest również wielokrotnie wymieniany w Biblii w księgach Wyjścia i Przysłów, głównie jako jeden ze składników olejku do namaszczania Mojżesza, wraz z czystą mirrą, kasją i oliwą z oliwek. W średniowieczu cynamon stał się symbolem bogactwa, ponieważ w Europie i Afryce nie było odpowiedniego klimatu do uprawy tej przyprawy, więc trzeba było ją importować ze Wschodu. Cynamon transportowano długimi i uciążliwymi szlakami lądowymi, co ograniczało podaż i czyniło go drogim, w związku z czym jego stosowanie stało się prawdziwym symbolem statusu.

2. Smak cynamonu zawdzięcza się aromatycznemu olejkowi eterycznemu, który stanowi 0,5-1 % jego składu. Ten olejek eteryczny otrzymuje się poprzez rozdrobnienie kory cynamonowca, macerację w wodzie morskiej, a następnie destylację. W ten sposób powstaje olejek o złotożółtej barwie i zapachu oraz smaku cynamonu. Główne składniki chemiczne tego olejku eterycznego są przedstawione na schemacie 1 i obejmują eugenol, punkt wyjścia do syntezy waniliny, linalol (patrz nasz post o lawendzie), estragol, cynamonian etylu, kariofilen i aldehyd cynamonowy (więcej o tym później). Związki te można rozdzielić i zidentyfikować za pomocą ekstrakcji do fazy stałej, a następnie chromatografii gazowej ze spektrometrią mas (GC-MS).

GC-MS to technika analityczna, która łączy chromatografię gazową i spektrometrię mas. Chromatografia gazowa rozdziela mieszaninę związków; rozpoczyna się po rozpuszczeniu próbki w rozpuszczalniku i wstrzyknięciu jej do kolumny. Niereaktywny gaz przenosi próbkę przez kolumnę, gdzie różne związki poruszają się z różną prędkością, w zależności od tego, jak dobrze wiążą się z powłoką kolumny, zwaną fazą stacjonarną; dlatego też eluują one w różnym czasie. Takie podejście jest podobne do znanej większości ludzi chromatografii papierowej, w której, w najprostszej formie, kolory flamastrów zostają rozdzielone i tak widoczne, gdy woda powoli przesącza się przez oznakowaną bibułę filtracyjną.

Związki wymywane z chromatografu gazowego są następnie zamieniane na jony, a spektrometr masowy jest używany do identyfikacji każdej z tych substancji. Każdy jon można zidentyfikować na podstawie jego masy, lokalizując pik jonu molekularnego w widmie, ale także na podstawie mniejszych i lżejszych związków, na które rozpada się podczas procedury. Aby uzyskać więcej szczegółów na temat GC-MS, spójrz na tę stronę stworzoną przez jednego z naszych kolegów z Bristolu.

3. 90 % cynamonowego olejku eterycznego składa się ze związku organicznego zwanego trans-cynamaldehydem lub 3-fenyloprop-2-enalem (pokazanego na głównym obrazku i na schemacie 1). Był on w przeszłości Molekułą Miesiąca wybraną przez naszych kolegów z Bristolu i jest odpowiedzialny za charakterystyczny zapach i smak cynamonu.

Znanych jest kilka metod syntezy chemicznej, chociaż Wikipedia sugeruje, że najtańsze pozostaje wyodrębnienie aldehydu cynamonowego poprzez destylację z parą wodną olejku z kory cynamonowca. W laboratorium można go otrzymać ze związków pokrewnych, takich jak alkohol cynamylowy (schemat 2), ale także ze związków strukturalnie niepowiązanych, na przykład przez kondensację aldolową benzaldehydu i acetonu. Kinetyka i mechanizm tej i pokrewnych reakcji zostały szczegółowo zbadane przez Guthrie i Wang w 1991 r. (Can. J. Chem. 1991, 69, 339-344).

Ta droga syntezy początkowo wykorzystuje silną zasadę do generowania jonu enolanowego acetonu (przedstawionego poniżej, Schemat 3).

Ten enolan jest bardzo nukleofilowy, co pozwala mu atakować karbonyl w benzaldehydzie (Schemat 4). To następnie tworzy jon alkoksydowy, który może przyjąć proton z wody, tworząc beta-hydroksyketon. Para elektronowa na węglu jest następnie używana do eliminacji jonu wodorotlenkowego, tworząc alfa,beta-nienasycony keton, pożądany produkt, trans-cynamaldehyd. Związek ten jest również materiałem wyjściowym do syntezy bardziej złożonych cząsteczek, a szereg dróg jego otrzymywania jest nadal opisywanych (J. Org. Chem. 2011, 76, 8986-8998).

Najbardziej znanym zastosowaniem aldehydu cynamonowego jest stosowanie go jako środka aromatyzującego w żywności i napojach, ale ma on również właściwości antybakteryjne, będące przedmiotem zainteresowania wielu gałęzi przemysłu (zob. np. Int. J. Food Microbiol. 2004, 94, 223-253, Progr. Org. Coatings 2007, 60, 33-38, Environ. Chem. Lett. 2012, 10,325-347), gdzie może być stosowany do hamowania wzrostu różnych mikroorganizmów (Nutrients 2015, 7, 7729-7748), takich jak bakterie, grzyby, pleśnie i dermatofity. Ta zdolność, wraz z niską toksycznością, czynią również cynamaldehyd użytecznym fungicydem, którego skuteczność została udowodniona na ponad 40 różnych uprawach. GC-MS zostało wykorzystane do określenia zawartości aldehydu cynamonowego w różnych produktach spożywczych w celu ustalenia, czy jego właściwości przeciwdrobnoustrojowe są zachowane podczas przetwarzania (J. Agric. Food Chem. 2000, 48, 5702-5700). Aldehyd cynamonowy może mieć również korzystne działanie w leczeniu cukrzycy, choć wydaje się, że potrzebne są dalsze badania w tym zakresie (Diabetic Medicine 2012, 29, 1480-1492).

Wreszcie, innym ciekawym zastosowaniem aldehydu cynamonowego jest możliwość wykorzystania go jako inhibitora korozji stali i innych stopów żelaza w cieczach korozyjnych. W warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury sprzyja polimeryzacji trans-cynamaldehydu, co prowadzi do tworzenia się cienkiej warstwy na powierzchni metalu, działającej jako bariera dla korozji (Electrochimica Acta, 2013, 97, 1-9.)

Chociaż to podejście jest obecnie stosowane głównie na polach naftowych, bardzo chcielibyśmy wiedzieć, czy nasze samochody mogą kiedyś w przyszłości pachnieć świętami Bożego Narodzenia…

(Contributors: Olivia Levy (badania, pisanie, zdjęcia, obrazy), Natalie Fey (edycja).

.