Kanel (Cinnamomum verum)

Kanel är mest känd som en krydda, som används i matlagning för att ge smak åt både söta och salta livsmedel. Under den här festliga tiden på året kanske du lägger till en kanelstång i din glögggkruka för att ge den den där igenkännbara aromen som många av oss förknippar med juletid. I det här inlägget kommer vi att titta på de molekyler som finns i kanel och som är ansvariga för denna doft och några av deras andra användningsområden.

1. På huvudbilden kan du se kanelstänger och malen kanel inuti rundbottnade flaskor som har försetts med proppar och vilar på en korkring. Rundbottnade kolvar används ofta i laboratoriet för att värma upp vätskor och genomföra reaktioner. De har slipade glasfogar i toppen, vilket gör det lätt att ansluta andra glasprylar, t.ex. kondensatorer, eller att stoppa dem ordentligt. Deras form ökar ytan och gör uppvärmning och omrörning mycket effektiv, men som du kan föreställa dig har de också en tendens att rulla iväg (och gå sönder om de tappas!), så de måste fästas i en klämma eller vila ovanpå en korkring vars form speglar deras form. Här vilar de på sina sidor för att bäst visa upp sitt fasta innehåll, något som vi inte skulle vara glada (eller säkra) att göra om de innehöll en varm vätska. Bilden visar också molekylstrukturen hos trans-cinnamaldehyd, källan till den välkända kaneldoften.

Kanel härstammar från Sri Lanka, där den finns i den inre barken på flera träd av släktet Cinnamomum, som hör till familjen Lauraceae. Som namnet antyder innehåller denna familj även lagerblad, Laurus nobilis, som är källan till de lagerblad som används i matlagning. Kanelträd är medelhöga till höga träd som kan bli 6-15 meter höga när de är fullt utvecklade. De växer bra på en höjd av cirka 1 000 meter i områden med en årlig nederbörd på 200-250 cm. Kanel skördas mellan september och november. Skott med fingertjocklek och enhetlig brun färg är idealiska för barkutvinning. De skärs av nära marken när de är ungefär två år gamla, så raka som möjligt, med en längd på 1,0-1,25 m och en tjocklek på 1,25 cm. Den inre barken skrapas, skalas och torkas. Det är då som den får formen av den fjäderpenna som kanelstänger har (som visas i flaskan till höger i huvudbilden ovan). Pinnarna sorteras sedan, där ”00000” står för den finaste kvaliteten och ”0” för den grövsta. De kan också malas till ett pulver (som visas i kolven till vänster) och båda formerna exporteras vanligen.

Kanel har använts som krydda genom hela historien, för en mängd olika ändamål. Dess första användning tros ha skett så tidigt som 2000 f.Kr. då den avbildades i målningar som hittades inuti egyptiska pyramider. Egyptierna använde kryddan medicinskt eftersom de var medvetna om dess antibakteriella och svampdödande egenskaper, men också som smaksättare i drycker och som parfym vid balsameringen, där de fyllde kroppshåligheter med kryddade konserveringsmedel. Kanel nämns också flera gånger i bibelns böcker Exodus och Ordspråksboken, främst som en av ingredienserna i Moses smörjolja, tillsammans med ren myrra, cassia och olivolja. Under medeltiden blev kanel en symbol för rikedom eftersom Europa och Afrika saknade ett lämpligt klimat för att möjliggöra odling av kryddan, så den var tvungen att importeras från öst. Kanelen transporterades via långa och besvärliga landvägar, vilket begränsade tillgången och gjorde den dyr, vilket därför gjorde användningen av den till en verklig statussymbol.

2. Kanelens smak beror på en aromatisk eterisk olja som utgör 0,5-1 % av dess sammansättning. Denna eteriska olja framställs genom att man stampar kanelbarken, macererar den i havsvatten och sedan destillerar den. Detta ger en guldgul olja som har både lukt och smak av kanel. De viktigaste kemiska komponenterna i denna eteriska olja visas i schema 1 och omfattar eugenol, en utgångspunkt för syntesen av vanillin, linalool (se vårt inlägg om lavendel), estragol, etylkanelamat, karyofyllen och cinnamaldehyd (mer om detta senare). Dessa föreningar kan separeras och identifieras genom extraktion i fast fas följt av gaskromatografi-masspektrometri (GC-MS).

GC-MS är en analysteknik som kopplar samman gaskromatografi och masspektrometri. Gaskromatografi separerar en blandning av föreningar; man börjar efter att ha löst ett prov i ett lösningsmedel och injicerat det i en kolonn. En oreaktiv gas transporterar sedan provet genom kolonnen, där de olika föreningarna rör sig med olika hastighet beroende på hur väl de binder sig till kolonnens beläggning, som kallas den stationära fasen; de elueras därför vid olika tidpunkter. Detta tillvägagångssätt liknar den papperskromatografi som de flesta känner till, där man i sin enklaste form skiljer färgerna på filtpennor åt, och så syns det när vatten långsamt tränger igenom ett markerat filterpapper.

De föreningar som eluerar från gaskromatografen omvandlas sedan till joner, och en masspektrometer används för att identifiera var och en av dessa substanser. Varje jon kan identifieras utifrån sin vikt, genom att lokalisera den molekylära jontoppen i spektrumet, men också utifrån de mindre och lättare föreningar som den bryts ner i under förfarandet. För mer information om GC-MS, ta en titt på den här sidan som producerats av en av våra kollegor i Bristol.

3. 90 % av kanelens eteriska olja består av en organisk förening som kallas trans-cinnamaldehyd eller 3-fenylprop-2-enal (visas i huvudbilden och i schema 1). Det var en tidigare månadens molekyl som valdes ut av våra kolleger i Bristol och är ansvarig för den distinkta lukten och smaken av kanel.

Det finns flera kända metoder för kemisk syntes, även om Wikipedia anger att det fortfarande är billigast att extrahera cinnamaldehyd genom ångdestillation av oljan från kanelbark. I laboratoriet kan den framställas från besläktade föreningar som cinnamylalkohol (schema 2), men också från strukturellt obesläktade föreningar, t.ex. genom aldolkondensation av bensaldehyd och aceton. Kinetiken och mekanismen för denna och relaterade reaktioner undersöktes i detalj av Guthrie och Wang 1991 (Can. J. Chem. 1991, 69, 339-344).

Denna syntetiska väg använder inledningsvis stark bas för att generera acetonensolatjonen (visas nedan, schema 3).

Denna enolat är mycket nukleofil, vilket gör att den kan angripa karbonylet i bensaldehyden (schema 4). Detta bildar sedan en alkoxidjon som kan ta en proton från vatten för att bilda en beta-hydroxiketon. Elektronparet på kolet används sedan för att eliminera hydroxidjonen och bilda en alfa,beta-omättad keton, den önskade produkten, trans-cinnamaldehyd. Denna förening är också utgångsmaterial för syntesen av mer komplexa molekyler och en rad vägar för dess framställning fortsätter att beskrivas (J. Org. Chem. 2011, 76, 8986-8998).

Den mest välkända tillämpningen av cinnamaldehyd är som aromämne i livsmedel och drycker, men den har också antimikrobiella egenskaper, som är av intresse för en rad olika industrier (se t.ex. Int. J. Food Microbiol. 2004, 94, 223-253, Progr. Org. Coatings 2007, 60, 33-38, Environ. Chem. Lett. 2012, 10,325-347), där den kan användas för att hämma tillväxten av olika mikrober (Nutrients 2015, 7, 7729-7748), t.ex. bakterier, svampar, mögel och dermatofyter. Denna förmåga, tillsammans med dess låga toxicitet, gör också cinnamaldehyd till en användbar fungicid som har visat sig vara effektiv på över 40 olika grödor. GC-MS har använts för att bestämma innehållet av cinnamaldehyd i olika livsmedel i syfte att fastställa om dess antimikrobiella egenskaper bibehålls under bearbetningen (J. Agric. Food Chem. 2000, 48, 5702-5700). Kanelamaldehyd kan också ha positiva effekter vid behandling av diabetes, även om ytterligare studier tycks behövas på detta område (Diabetic Medicine 2012, 29, 1480-1492).

Enligt en annan intressant tillämpning av kanelamaldehyd är att den kan användas som korrosionsinhibitor för stål och andra järnlegeringar i korrosiva vätskor. Under höga tryck- och temperaturförhållanden gynnas polymeriseringen av trans-cinnamaldehyd, vilket leder till att en tunn film bildas på metallytan och fungerar som en barriär mot korrosion (Electrochimica Acta, 2013, 97, 1-9.)

Och även om detta tillvägagångssätt för tillfället främst används på oljefält skulle vi gärna vilja veta om våra bilar kan lukta av jul en dag i framtiden…

(Medverkande: Olivia Levy (forskning, skrivande, foton, bilder), Natalie Fey (redigering).