肉桂醛的調(diào)味、保鮮及穩(wěn)態(tài)化研究進(jìn)展

陳帥，高彥祥

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083)

肉桂醛(C9H8O)是一種含有醛基的芳香類化合物(見圖1)，具有較強(qiáng)的桂皮油和肉桂油的香氣且香氣持久，可用于香辛料和調(diào)味品，外觀呈黃色黏稠狀液體，主要來源于肉桂、風(fēng)信子、玫瑰和藿香等天然植物，是植物精油的主要成分之一。據(jù)報(bào)道，全世界每年在食品工業(yè)中使用的肉桂醛總量大約為18×104kg，其中95%用于調(diào)味品中，并且使用量有逐年遞增的趨勢(shì)[1]。肉桂醛不僅可以作為調(diào)味品原料，還能起到保鮮和抑菌作用，并且對(duì)人體安全、無毒無害[2,3]，對(duì)食品中的大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌等均有很好的抑制作用[4-6]。然而肉桂醛也存在一定的缺點(diǎn)，在食品加工過程中，肉桂醛在光、熱和氧的條件下容易分解，因此需要采取一定的措施來提高肉桂醛的穩(wěn)定性，例如與抗氧化劑復(fù)配使用；通過化學(xué)衍生或取代肉桂醛分子中的活性基團(tuán)；構(gòu)建肉桂醛的傳遞載體進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)肉桂醛的穩(wěn)態(tài)化。

圖1 肉桂醛的化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.1 Chemical structure of cinnamaldehyde

目前關(guān)于肉桂醛的研究成果較多，也有一些綜述性論文，但是主要論述肉桂醛的理化性質(zhì)、制備方法及化學(xué)合成等[7，8]。對(duì)于肉桂醛的調(diào)味作用、抑菌保鮮作用以及肉桂醛的穩(wěn)態(tài)化措施還缺乏相應(yīng)的總結(jié)和探討。因此，本文結(jié)合國內(nèi)外的文獻(xiàn)報(bào)道，綜述了肉桂醛在食品調(diào)味和保鮮方面的相關(guān)研究，探討了提高肉桂醛穩(wěn)定性的不同方法及其利與弊，旨在為肉桂醛在食品和調(diào)味品中的開發(fā)、應(yīng)用提供參考。

1 肉桂醛的調(diào)味作用

肉桂香氣濃烈，入口先甜后辣，在復(fù)合調(diào)味品中常用作配香原料，是五香粉、十三香及鹵肉料的主要香辛料成分之一。肉桂的主要呈味貢獻(xiàn)是肉桂醛，肉桂醛具有較好的持香作用，沸點(diǎn)為250～252 ℃,相比于其他香料成分的沸點(diǎn)較高，香味更持久。在制作鹵味食品過程中，肉桂醛可起到增香去腥的作用，并且是改善鹵制品風(fēng)味的一種重要香辛料成分之一[9]。例如，在制作道口燒雞的過程中，常需要加入肉桂、陳皮、豆蔻、良姜、丁香、砂仁、草果和白芷8種香辛料[10]，氣相-質(zhì)譜分析結(jié)果顯示，添加肉桂粉可使雞肉新增7種風(fēng)味成分，其中主要是肉桂醛以及肉桂醛與雞肉中的蛋白水解物和脂肪氧化物反應(yīng)生成的呈味物質(zhì)[11]。利用含有肉桂醛的調(diào)料腌制烤雞翅，不僅能夠提供獨(dú)特的風(fēng)味，還能有效避免腌制過程中受到微生物的污染[12]。此外，肉桂醛還可以用于休閑食品中，例如在薯片、糖果以及面筋制品中，適量添加肉桂醛不僅可以提高風(fēng)味，改善品質(zhì)，還可以替代山梨酸鉀、丙酸鈣等防腐劑。肉桂醛也能賦予果汁飲料、蛋糕點(diǎn)心和冰激凌獨(dú)特的口感和風(fēng)味，在食品中應(yīng)用前景廣闊。

除了在食品中調(diào)味之外，肉桂醛還可以應(yīng)用于牙膏和口香糖中，用于改善口腔異味，口腔中的微生物分解食物殘?jiān)?，產(chǎn)生易揮發(fā)的成分，從而產(chǎn)生口臭。將肉桂醛添加于膠基口香糖中，可使口腔中的細(xì)菌減少50%，并且具有持久的香味。此外，也可以將肉桂醛制備成噴霧制劑，起到清除異味的作用。

2 肉桂醛的保鮮作用

微生物是破壞食物新鮮度的一個(gè)重要因素，水果和蔬菜等容易受細(xì)菌等微生物感染發(fā)生腐敗變質(zhì)。果蔬產(chǎn)業(yè)具有季節(jié)性、地域性和易腐性的特點(diǎn)，解決果蔬保鮮問題，不僅能夠增加果蔬產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且也能保障人們?nèi)粘Ｉ畋匦枋澄锏墓?yīng)。

肉桂醛具有很好的抑菌保鮮效果，對(duì)細(xì)菌和真菌等微生物都有較強(qiáng)的抑制能力[13-15]。肉桂醛能夠使細(xì)菌的細(xì)胞膜破裂，使細(xì)菌在細(xì)胞分裂時(shí)產(chǎn)生畸變和異常分裂，從而對(duì)細(xì)菌的正常生長和繁殖產(chǎn)生直接抑制作用，導(dǎo)致其外觀形態(tài)發(fā)生明顯變化[16]。此外，肉桂醛還對(duì)細(xì)菌的內(nèi)部細(xì)胞質(zhì)產(chǎn)生一定的作用，使細(xì)菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的分離,細(xì)胞溶解，細(xì)胞質(zhì)濃縮和泄露，肉桂醛能夠與DNA發(fā)生相互作用影響細(xì)菌DNA的正常合成[17]，并且能夠改變細(xì)菌內(nèi)部的離子(Ca+, K+和 H+等)的平衡[18-20]，最終使細(xì)菌發(fā)生解體和死亡。

研究表明，通過肉桂醛精油熏蒸的西紅柿可以在4 ℃貯藏10天保持品質(zhì)不變[21]。利用肉桂醛熏蒸獼猴桃，能夠?qū)J猴桃的保鮮期延長12天，而且能使獼猴桃內(nèi)的酚類和黃酮含量比對(duì)照組高50%左右[22]。除了熏蒸，還可以將肉桂醛配成一定的溶液進(jìn)行噴灑，能夠抑制包心菜和萵苣上大多數(shù)微生物的生長，在4 ℃下貯藏15天仍然不變質(zhì)，并且對(duì)蔬菜的顏色和質(zhì)構(gòu)無明顯影響[23]。不同劑量的肉桂醛對(duì)微生物的抑制程度是不同的，60 μL/mL肉桂醛可以抑制灰葡萄孢菌的孢子萌發(fā)；200 μL/mL肉桂醛能夠破壞灰葡萄孢菌菌絲細(xì)胞膜的選擇滲透性，從而致使細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的滲漏，起到滅菌效果；4000 μL/mL肉桂醛能夠在西紅柿貯藏過程中起到持久的保鮮和抑菌作用[24]。雖然肉桂醛在果蔬保鮮方面取得良好的效果，但是使用過程中應(yīng)當(dāng)注意劑量-效應(yīng)關(guān)系，低劑量的肉桂醛難以起到保鮮效果，而高劑量的肉桂醛容易使果蔬表面發(fā)生褐變，產(chǎn)生異味[25]。因此，對(duì)于不同種類的果蔬，因其易感染的微生物類型不同，果皮、菜葉的細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)不同，需要根據(jù)實(shí)際情況，選用適宜的肉桂醛劑量。

3 肉桂醛的穩(wěn)態(tài)化研究

3.1 肉桂醛與抗氧化劑復(fù)配

雖然肉桂醛在食品調(diào)味和保鮮等方面具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是肉桂醛自身也存在著一定的問題，肉桂醛分子對(duì)光、熱、氧的穩(wěn)定性較差，容易受到自由基的攻擊而發(fā)生降解，降解產(chǎn)物為苯甲醛和乙二醛，這2種物質(zhì)都具有一定的刺激性，而且使肉桂醛喪失了調(diào)味功能和保鮮作用。因此，需要探究提高肉桂醛穩(wěn)定性的方法，以避免肉桂醛的降解。

將肉桂醛與其他抗氧化劑復(fù)配使用是一種最直接的保護(hù)方式。酚類物質(zhì)的抗氧化作用一般強(qiáng)于醛類物質(zhì)，將肉桂醛與天然多酚復(fù)配使用，可以保護(hù)肉桂醛，降低氧化。例如肉桂醛和香芹酚二者復(fù)配后，肉桂醛的穩(wěn)定性得到提高，而且表現(xiàn)出更加高效的抑菌作用[26]。肉桂醛與百里香酚、丁香酚和黃連素進(jìn)行復(fù)配，研究發(fā)現(xiàn)肉桂醛和百里香酚復(fù)配后的抗氧化作用和抑菌作用最好[27]。通過肉桂醛與抗氧化劑復(fù)配的保護(hù)方式具有一定的局限性，一方面抗氧化劑的引入可能會(huì)干擾肉桂醛的呈味效果，另一方面也增加了經(jīng)濟(jì)成本，并且保護(hù)作用也無法持久，隨著抗氧化劑的消耗，肉桂醛最終也不可避免地降解。因此這種方法并不能從根本上解決問題。

3.2 肉桂醛的化學(xué)改性

對(duì)肉桂醛分子進(jìn)行化學(xué)改性，可以在肉桂醛的苯環(huán)基團(tuán)上鄰位、間位和對(duì)位，以及丙烯醛基團(tuán)上的活性位點(diǎn)引入取代基，取代或屏蔽肉桂醛分子中的活性位點(diǎn)，是提高肉桂醛化學(xué)穩(wěn)定性的一種有效辦法，并且能夠延長肉桂醛的抗菌時(shí)間，甚至增強(qiáng)其抗菌效果[28]。例如在肉桂醛苯環(huán)鄰位上通過甲基或甲氧基取代氫原子可以制備2-甲基肉桂醛和鄰甲氧基肉桂醛，在丙烯醛基團(tuán)的α碳原子上連接甲基或溴原子生成α-甲基肉桂醛和2-溴-肉桂醛，或者將丙烯醛基團(tuán)的雙鍵加氫生成氫化肉桂醛等，見圖2。

圖2 肉桂醛衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.2 Chemical structure of cinnamaldehyde derivatives

雖然通過化學(xué)改性能夠?qū)崿F(xiàn)提高肉桂醛穩(wěn)定性的目的，但是化學(xué)改性仍有一些弊端，例如肉桂醛分子上發(fā)生取代反應(yīng)生成的產(chǎn)物是否對(duì)肉桂醛的呈味效果產(chǎn)生影響，改性后的肉桂醛衍生物是否對(duì)人體安全無毒等問題需要進(jìn)行更深入的研究。據(jù)報(bào)道，2-溴-肉桂醛對(duì)人體具有較大的刺激性，可導(dǎo)致皮膚產(chǎn)生水腫、紅斑等現(xiàn)象[29]。因此，將新型肉桂醛衍生物應(yīng)用于食品和調(diào)味品，仍需要進(jìn)行毒理學(xué)試驗(yàn)和安全性評(píng)價(jià)。

3.3 肉桂醛的包埋與保護(hù)

通過設(shè)計(jì)和制備傳遞載體來提高肉桂醛的穩(wěn)定性是一種新思路。近年來，以蛋白質(zhì)、多糖和脂類等可食用材料制備傳遞載體來包埋天然活性成分逐漸成為研究熱點(diǎn)，例如微膠囊、環(huán)糊精包合物和脂質(zhì)體等[30-33]。這些傳遞載體不僅可消化降解，而且安全無毒[34]，通過包埋肉桂醛，隔離肉桂醛與光、熱、氧的接觸，從而能夠提高肉桂醛的理化穩(wěn)定性。肉桂醛的傳遞載體可以廣泛地應(yīng)用于飲料調(diào)味，肉類、果蔬保鮮，以及抑菌型食品包裝材料等[35,36]，在食品和調(diào)味品中的應(yīng)用前景非常好。

微膠囊是一種利用物理和化學(xué)方法將易揮發(fā)、不穩(wěn)定的物質(zhì)包封在具有一定成膜性的材料里，形成粒徑在微米級(jí)的膠囊[37,38]。微膠囊能夠顯著提高肉桂醛的耐熱穩(wěn)定性和貯藏穩(wěn)定性，以大豆分離蛋白和麥芽糊精為壁材制備的肉桂醛微膠囊在110 ℃下加熱50 min，仍有90%肉桂醛沒有發(fā)生降解，在4,25,37 ℃條件下貯藏6個(gè)月，仍有95%的肉桂醛未發(fā)生降解[39]。利用殼聚糖和明膠制備的微膠囊可以顯著提高肉桂醛光照穩(wěn)定性，光照1個(gè)月，微膠囊里的肉桂醛仍有70%左右沒有降解[40]。以乙基纖維素為壁材制備的肉桂醛微膠囊，粒徑最小可達(dá)200 nm, 這種微膠囊的特點(diǎn)是具有緩釋效果，可以將肉桂醛緩慢釋放到食品體系中[41]。以海藻酸鈉為壁材制備的肉桂醛微膠囊整體呈規(guī)則的圓球形，表面因失水而皺縮，但是復(fù)溶于水溶液后，微膠囊里的肉桂醛可以均勻地釋放出來[42]。利用環(huán)糊精為材料制備肉桂醛微膠囊，不僅能夠提高肉桂醛自身的穩(wěn)定性，而且能夠延長肉桂醛對(duì)蔬菜的保鮮時(shí)間[43]。

通過構(gòu)建肉桂醛的微膠囊，可以有效提高肉桂醛的對(duì)光、熱、氧的穩(wěn)定性，以及貯藏穩(wěn)定性具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在一些缺點(diǎn)，例如制備肉桂醛微膠囊在一定程度上掩蔽了肉桂醛的呈味效果。因此，需要對(duì)肉桂醛微膠囊的制備工藝實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，調(diào)控微膠囊的壁材厚薄、尺寸大小，以及在壁材中添加特殊成分設(shè)計(jì)成智能響應(yīng)型微膠囊，達(dá)到在貯藏和運(yùn)輸時(shí)能夠保護(hù)肉桂醛，而在需要使用時(shí)能夠成功釋放肉桂醛的效果。

4 結(jié)論與展望

肉桂醛作為一種天然香辛料成分，在食品調(diào)味、抑菌保鮮方面具有非常好的應(yīng)用前景。近年來，肉桂醛在調(diào)配香料、抑菌作用及食品中的應(yīng)用等研究都取得了很多成果和進(jìn)展，但是也存在一些問題，一方面，肉桂醛易降解，理化性質(zhì)不穩(wěn)定；另一方面，肉桂醛產(chǎn)量低，價(jià)格較貴；這2個(gè)方面限制了肉桂醛在食品和調(diào)味品中的應(yīng)用。因此，未來的研究可以從2個(gè)方面考慮：一方面，構(gòu)建肉桂醛傳遞載體，提高肉桂醛的穩(wěn)定性，擴(kuò)大肉桂醛的應(yīng)用范圍；另一方面，開發(fā)新的生產(chǎn)技術(shù)，提高肉桂醛的產(chǎn)量，例如培育肉桂樹新品種，借助基因工程和發(fā)酵工程生產(chǎn)肉桂醛。