香精與香料(62)—菠蘿醛

食品添加劑己酸烯丙酯（菠蘿醛；十九醛）的基本信息

菠蘿醛（己酸烯丙酯）的結(jié)構(gòu)式

烯丙酯(己酸烯丙酯、庚酸烯丙酯、異戊酸烯丙酯)的代謝與安全性評價(jià)

己酸丙烯酯(己酸丙烯酯，2-己酸丙烯酯)是一種人造香料；據(jù)報(bào)道，它也在菠蘿中自然存在。糧農(nóng)組織/世衛(wèi)組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)第二十四次會(huì)議發(fā)布了該物質(zhì)的臨時(shí)規(guī)范，但該委員會(huì)此前從未對其進(jìn)行過ADI評估。庚酸烯丙酯和異戊酸烯丙酯在自然界中還沒有被鑒定出來；委員會(huì)以前從未審議過這些風(fēng)味。鑒于這些化合物在代謝方面的相似性，以及它們都在水解時(shí)產(chǎn)生烯丙醇的事實(shí)，我們將在下面的專論中對某一組ADI進(jìn)行評價(jià)。

人工胃液(t′=1120 min)能使己酸烯丙酯水解緩慢，而模擬胰液(t′=1.98 min)能使己酸烯丙酯水解更快。體外大鼠小腸黏膜制劑(t′=0.096 秒)和肝臟勻漿(t′=3.96秒)也能非常迅速地水解該化合物。類似地，據(jù)報(bào)道，在孵育液中濃度為60μL/L時(shí)，己酸烯丙酯可以在2小時(shí)內(nèi)被胰酶完全水解。肝勻漿在體外水解異戊酸烯丙基酯的速度比直鏈酸烯丙基酯慢，許多烯丙基酯的肝毒性與水解成烯丙醇的速度有關(guān)(另見短期研究)。水解后，釋放出來的烯丙醇通過兩種不同的氧化途徑進(jìn)行代謝，生成丙烯醛或環(huán)氧化合物甘油醇，如圖1所示。環(huán)氧化物然后可由環(huán)氧化物水解酶轉(zhuǎn)化為甘油。烯丙醇轉(zhuǎn)化為丙烯醛是由乙醇脫氫酶(ADH)介導(dǎo)的，這一步驟在ADH缺乏的大鼠肺、基因缺陷的鹿鼠肝臟或ADH抑制劑中被阻斷。然后，丙烯醛可以被肝胞漿或微粒體中依賴NAD或NADP的酶進(jìn)一步氧化成丙烯酸，或被微粒體酶進(jìn)一步氧化成甘油醛，然后再被環(huán)氧化物水解酶轉(zhuǎn)化成甘油醛?；蛘?，丙烯醛可以直接與谷胱甘肽或其他低分子量硫醇化合物發(fā)生酶和非酶反應(yīng)，形成穩(wěn)定的加合物。甘油醇和甘油醛都是肺和肝胞質(zhì)谷胱甘肽- s -轉(zhuǎn)移酶的底物。當(dāng)大鼠服用弱酸烯丙酯時(shí)，在尿液和膽汁中檢測到3-羥丙基巰基酸是谷胱甘肽衍生的代謝物。相同的代謝物被確認(rèn)與烯丙醇或丙烯醛和劑量后,相比之下的比例轉(zhuǎn)換后口服這些化合物或烯丙酯弱酸,可能得出的結(jié)論是,烯丙醇的酯完全水解,大部分烯丙醇轉(zhuǎn)化為丙烯醛。[1]

圖1 烯丙酯在體內(nèi)的代謝路徑 [1]

奧斯本-孟德爾大鼠雌雄各10只，分別灌胃0、15、65、100 mg/kg b.w玉米油，連續(xù)18周。每周記錄體重增加、食物攝入量和一般狀況。終止時(shí)，動(dòng)物放血，并進(jìn)行血液學(xué)和大體病理檢查。對照組和高劑量組僅8只大鼠進(jìn)行詳細(xì)的組織學(xué)檢查;根據(jù)高劑量組的觀察，15和65 mg/kg b.w劑量組的8只動(dòng)物的肝臟也被顯微鏡檢查。高劑量組肝臟外觀結(jié)節(jié)狀、皺褶，表面呈顆粒狀或粗糙。鏡下高劑量組可見輕度至中度膽管增生，部分“小葉架構(gòu)紊亂”，巨噬細(xì)胞輕度纖維化及色素沉積;8只動(dòng)物中有2只出現(xiàn)壞死灶。在65 mg/kg b.w劑量組，8只動(dòng)物中有2只觀察到非常輕微的膽管增生。15 mg/kg b.w劑量組肝臟無明顯變化。在前文的一項(xiàng)伴生研究中，每性別各5只大鼠接受濃度為1000mg/kg的飲食(相當(dāng)于50mg/kg b.w.)的己酸烯丙酯28周。未觀察到不良反應(yīng)。雄性Wistar大鼠15只，雌性Wistar大鼠15只，每日口服0、35或100 mg /kg玉米油己酸烯丙酯溶液;另一組每性別10只動(dòng)物，以相似的劑量12 mg/kg b.w./天，持續(xù)13周。每周記錄食物和水的攝入量和體重，治療第2周、第5周、第6周和最后一周進(jìn)行尿分析，并進(jìn)行腎功能檢查。終止時(shí)進(jìn)行解剖，記錄器官重量，并進(jìn)行詳細(xì)的組織病理學(xué)檢查。治療組和對照組動(dòng)物的體重、飲水量、血液學(xué)參數(shù)、血清化學(xué)、尿液成分或腎濃度試驗(yàn)均無差異。最高劑量組的攝食量略有增加。35和100 mg/kg b.w劑量組肝臟重量增加，所有治療動(dòng)物均出現(xiàn)了與發(fā)生率和嚴(yán)重程度有關(guān)的門脈周空泡化現(xiàn)象，100 mg/kg b.w劑量組肝細(xì)胞增大，門脈周灶性壞死和膽管增生。最大劑量組雌雄小鼠脾臟、腎臟、胃和小腸重量均有增加，35 mg/kg b.w組雌性小鼠小腸重量也有增加。在這項(xiàng)研究中，不可能確定沒有觀察到的不良反應(yīng)水平的己酸烯丙酯。以每天15 mg/kg b.w的劑量灌胃給大鼠18周，未觀察到不良反應(yīng)(本研究僅作總結(jié)報(bào)道)。[1]

在評估這些風(fēng)味時(shí)，委員會(huì)注意到它們被腸粘膜、胰腺和肝臟酯酶迅速水解為烯丙醇和相應(yīng)的酸。對這三種酯的毒性研究結(jié)果表明，在高劑量下觀察到的肝毒性是由于烯丙醇及其代謝物。因此，委員會(huì)審議了關(guān)于烯丙醇的補(bǔ)充毒理學(xué)數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論認(rèn)為，應(yīng)根據(jù)烯丙醇部分來評價(jià)這三種酯是否屬于一組ADI。在其評價(jià)中，委員會(huì)還考慮到《食品添加劑和食品中污染物安全評估原則》中概述的與食品風(fēng)味有關(guān)的原則。盡管獲得性耐受性的機(jī)制尚未完全闡明，但重復(fù)給藥短期研究中酯類和烯丙醇的肝毒性不如單劑量急性研究中明顯。對己酸烯丙酯和異戊酸烯丙酯的致突變性研究結(jié)果均為陰性，而對烯丙醇的大多數(shù)試驗(yàn)結(jié)果均為陰性。委員會(huì)審查了兩項(xiàng)對大鼠和小鼠的長期致癌性研究，在這些研究中，異戊酸烯丙酯以玉米油灌胃給藥，劑量分別為最大耐受劑量和該劑量的50%。小鼠前胃最高劑量時(shí)出現(xiàn)上皮增生和鱗狀細(xì)胞乳頭狀瘤，大鼠除外。在小鼠中沒有肝腫瘤的證據(jù)(肝臟是短期毒性的靶器官)。委員會(huì)的結(jié)論是，這些結(jié)果與膳食中作為食品風(fēng)味的異戊酸烯丙酯的低劑量暴露無關(guān)，但可能是與使用了大劑量的影響有關(guān)。委員會(huì)還注意到經(jīng)治療的大鼠白血病發(fā)病率略有增加；但其發(fā)生率均在歷史控制范圍內(nèi)，大鼠肝腫瘤發(fā)生率未見增加。由于食物中異戊酸烯丙酯的膳食暴露水平遠(yuǎn)低于這些研究中使用的劑量，委員會(huì)得出結(jié)論認(rèn)為，可以確定每日攝入量。該評價(jià)基于烯丙醇短期研究中未觀察到的效應(yīng)水平，特別是肝毒性；這比基于未觀測到的酯效應(yīng)水平的估計(jì)更為保守。委員會(huì)注意到，使用中的一些其他風(fēng)味食品是烯丙基酯，應(yīng)考慮將它們水解成烯丙醇，納入ADI組。此外，鑒于有證據(jù)表明乙酸、丙酸、異丁酸和2-己酸乙酯等脂肪酸的烯丙基酯也能迅速水解，委員會(huì)認(rèn)為，應(yīng)考慮到它們的食用量，因?yàn)樗鼈兛赡軐Ρ┐嫉目偵攀池?fù)荷作出貢獻(xiàn)。[1]

委員會(huì)將庚酸烯丙酯、己酸烯丙酯和異戊酸烯丙酯的ADI定為0-0.05 mg/kg b.w.的烯丙醇當(dāng)量，相當(dāng)于0-0.15 mg/kg b.w.庚酸烯丙酯、0-0.13 mg/kg b.w.己酸烯丙酯、0-0.12 mg/kg b.w.異戊酸烯丙酯，或按比例組合。[1]

毛霉固定化脂肪酶合成菠蘿醛的研究

在35℃的有機(jī)介質(zhì)(環(huán)己烷)中，Abbas等人研究了Amberlite IRC 50固定化毛霉菌脂肪酶催化香料酯合成的能力。以丙酸、丁酸、己酸、甲醇、乙醇、烯丙基、丁醇、異戊醇、香葉醇、香茅醇、金合醇等摩爾比為底物。大部分酯的合成收率較高(>90%)。根據(jù)脂肪酶對酸(短或長)的親和力，或?qū)Υ?線性或分支，短或長)的親和力，可以觀察到不同的轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)4 h后，己酸甲酯和己酸乙酯的轉(zhuǎn)化率分別為92和98%，24 h后，丁酸丁酯、己酸丁酯和己酸烯丙酯(菠蘿醛)的產(chǎn)率分別為95、100和93%。[2]

基于香韻分路的菠蘿香精的調(diào)配方法

菠蘿是一種芳香的熱帶水果，有誘人的甜味。菠蘿香精是一種很受歡迎的香精，具有很好的應(yīng)用前景。通常，香精配方是商業(yè)秘密。本文介紹了如何構(gòu)建菠蘿香精配方，以及如何用天然和合成的香味成分模擬菠蘿香精。通過聞菠蘿果味，將菠蘿味分為果味、酒味、香草味、植物味、豆味、甜味和酸味。針對菠蘿風(fēng)味的特點(diǎn)，選擇具有相同風(fēng)味的天然香料和合成香料，構(gòu)建菠蘿風(fēng)味配方。在嗅覺識(shí)別的基礎(chǔ)上，對菠蘿香精配方進(jìn)行了多次修改和調(diào)整，最終得到了理想的菠蘿香精配方。以該配方配制的混合風(fēng)味香精具有典型的菠蘿果實(shí)天然香氣特征，香味協(xié)調(diào)。[3]

風(fēng)味在推動(dòng)消費(fèi)方面很重要。由于氣味的特征對消費(fèi)者的偏好和接受度起著至關(guān)重要的作用，因此風(fēng)味在食品工業(yè)中具有非常重要的作用。一般來說，香精是由合成原料和天然原料混合而成的香味成分的混合物。在食物中添加香精、調(diào)味料和風(fēng)味改良劑是為了使食物有香味或味道。技術(shù)、藝術(shù)及其結(jié)合是風(fēng)味科學(xué)的體現(xiàn)。調(diào)香師的鼻子是主要的“工具”或“設(shè)備”。調(diào)香師在調(diào)和香韻和感知香味方面都要有很高的經(jīng)驗(yàn)。香精配方中的確切分子和比例通常是商業(yè)秘密。從一個(gè)有創(chuàng)造力的調(diào)香師的角度來看，關(guān)于調(diào)配香精的書很少。

通常，水果香味是大多數(shù)人最喜歡的香味。在香精配方領(lǐng)域，仿果味香精的生產(chǎn)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。在眾多水果中，菠蘿是一種芳香的熱帶水果。由于菠蘿誘人的甜味，它被廣泛用于加工果汁、新鮮水果和罐裝水果。在異國風(fēng)味的食物中，菠蘿也經(jīng)常被用作配料。此外，菠蘿香精還被廣泛應(yīng)用于食品、飲料、冰淇淋、香煙等。因此，菠蘿風(fēng)味的模仿具有重要的意義。氣味被定義為具有特征的氣味或獨(dú)特的味道。研究了用香韻法模擬菠蘿風(fēng)味的方法。鑒定了菠蘿香精的香味，得到了一種典型的菠蘿香精配方。根據(jù)該配方配制的復(fù)合香精具有菠蘿果香的特點(diǎn)，香味協(xié)調(diào)。

實(shí)驗(yàn)中采用香韻法模擬菠蘿的香味。對味道的感知涉及到人類嗅覺和味覺的綜合。通過人類的感官，可以識(shí)別出多種口味。首先對菠蘿果實(shí)進(jìn)行聞、嘗，識(shí)別菠蘿的氣味特征和香味，如圖2所示。

圖2 菠蘿香韻的確定

其次，對各種合成和天然原料進(jìn)行嗅覺，熟悉這些原料的氣味特征。在對香精成分進(jìn)行嗅聞時(shí)，用聞香條來識(shí)別香精成分的氣味特征。將聞香條浸入每一種原料中，然后仔細(xì)地聞氣味紙片，以識(shí)別這些成分的味道，如圖3所示。

圖3 采用聞香條對香原料的香韻進(jìn)行確認(rèn)示意圖

再次，根據(jù)鑒定出的菠蘿香精的香韻，選擇具有相同香韻的天然香料化合物和合成香料化合物，構(gòu)建菠蘿香精的初始配方。在此基礎(chǔ)上，對原料和菠蘿進(jìn)行篩選，確定配料配比，模擬菠蘿風(fēng)味。根據(jù)最初設(shè)計(jì)的菠蘿風(fēng)味配方，將所有原料放入一個(gè)瓶子中，用天平仔細(xì)稱重，如圖4所示。

圖4 在天平上稱重調(diào)配菠蘿香精的過程

當(dāng)所有原料完全加入瓶子后，搖動(dòng)瓶子，以確保所有原料都能充分混合。采用聞香條對調(diào)配菠蘿香精進(jìn)行了評價(jià)。根據(jù)評價(jià)結(jié)果，對菠蘿配方進(jìn)行了多次修改和調(diào)整。最后，對菠蘿風(fēng)味進(jìn)行了模擬，得到了理想的菠蘿風(fēng)味配方。

根據(jù)對菠蘿果實(shí)的風(fēng)味研究的文獻(xiàn)，識(shí)別出的菠蘿風(fēng)味香韻如圖5所示。

圖5 通過嗅聞和品嘗確定的菠蘿風(fēng)味的香韻分路為：果香，酒香，香草，蔬菜香，豆香，烤甜香，酸香。

菠蘿味分為果味、酒味、香草味、植物味、豆味、甜味和酸味。因此，將天然和合成的原料混合在一起，配上相應(yīng)的香韻，就可以仿制出菠蘿的香味。菠蘿醛在制作菠蘿香精的過程中起著至關(guān)重要的作用。

在菠蘿果實(shí)揮發(fā)物中發(fā)現(xiàn)了一些芳香化合物。這些化合物包括酯類、醛類、醇類、酸類、內(nèi)酯類等。這些香味化合物可用于菠蘿香精配方。當(dāng)然，雖然菠蘿果實(shí)中沒有一些香味成分，但這些原料也可以用來模仿菠蘿的味道。原料的選擇主要是根據(jù)這些成分的香韻。

根據(jù)菠蘿香精的香味和原料的香味，選取多種原料仿制菠蘿香精。水果味是菠蘿香味的主要成分。這對菠蘿風(fēng)味的模擬具有重要意義。脂肪族酯通常有水果味。他們貢獻(xiàn)了幾乎所有的水果香味。一些脂肪族酯有一種特殊的水果香味。然而，它們大多數(shù)都有一種非特異性的水果氣味。在風(fēng)味創(chuàng)造中，通常采用脂肪酸酯來提供果味。所選的脂肪酸酯為：己酸烯丙酯、庚酸烯丙酯、環(huán)己丙酸烯丙酯、3-甲基硫代丙酸乙酯、3-甲基硫代丙酸甲酯、丁酸乙酯、乙酸異戊酯、丁酸異戊酯和乙酸乙酯。己酸烯丙酯具有菠蘿狀的果香味和口感。當(dāng)濃度為10ppm時(shí)，烯丙基庚酸鹽的口感特征也像菠蘿，果味濃郁。烯丙基環(huán)己丙酸酯是一種無色液體，帶有菠蘿香味。烯丙基環(huán)己丙酸酯在濃度為30ppm時(shí)具有菠蘿果味特征。己酸烯丙酯、庚酸烯丙酯和環(huán)己丙酸烯丙酯是賦予菠蘿氣味特征的主要成分。3-甲基硫代丙酸乙酯的氣味特征類似菠蘿和柑橘。低濃度時(shí)，甲基-3-甲基硫代丙酸酯具有香甜的菠蘿香氣。添加少量的3-甲基硫代丙酸甲酯和3-甲基硫代丙酸乙酯可以改善天然菠蘿的特性。丁酸乙酯的氣味特征是果味，有點(diǎn)像菠蘿。香蕉的典型香氣是乙酸異戊酯的氣味特征。丁酸異戊酯的氣味特征是水果味，讓人想起香蕉、杏子和菠蘿。乙酸乙酯的特征是飄逸的果味，也有白蘭地和菠蘿的味道。這三種酯類物質(zhì)能豐富菠蘿的果香。

除酯類外，部分內(nèi)酯還具有果味，呈現(xiàn)各種果味。果味，桃子的香氣是γ-十一內(nèi)酯的氣味特征。γ-壬內(nèi)酯帶有椰子香味。選用這兩種原料來豐富菠蘿的果味。

檸檬醛聞起來像檸檬水果，被廣泛用于柑橘類香料中。在菠蘿風(fēng)味中，選擇了檸檬醛來豐富菠蘿的果香。

甜橙油是從甜橙皮中提取的天然原料。它有新鮮、香甜、水果的氣味，聞起來像橙子。檸檬油聞起來像新鮮的檸檬水果，也是一種從檸檬皮中提取的天然原料。這兩種精油均以菠蘿香味為主。一方面，添加這兩種天然原料可以增強(qiáng)菠蘿風(fēng)味的天然感覺。另一方面，天然產(chǎn)品可以抑制合成材料的粗糙性，使香韻更加圓潤，產(chǎn)生同質(zhì)性。

由于某些內(nèi)酯也能產(chǎn)生豆香，因此篩選出了菠蘿風(fēng)味中具有豆香的成分：γ-戊內(nèi)酯、γ-己內(nèi)酯、γ-庚內(nèi)酯。三種內(nèi)酯均具有大豆特有的甜味。

乙酸的氣味刺鼻而強(qiáng)烈。乙酸具有典型的醋味，已廣泛應(yīng)用于水果香精中。以菠蘿為原料，采用乙酸添加菠蘿風(fēng)味中的酸性物質(zhì)。在菠蘿味中，乙酸也可以用來突出水果味。

以麥芽酚和呋喃酮為主要原料，賦予了烘焙感的焦甜香韻。麥芽酚會(huì)散發(fā)出甜甜的焦糖奶油糖果味。麥芽酚作為風(fēng)味增強(qiáng)劑，在菠蘿味中具有甜味和焦糖味。有菠蘿焦味，呋喃酮也能給香精配方帶來焦甜味。

香草醛具有一種典型的、類似香草的香味。它可以產(chǎn)生一種奶甜香。因此，選擇香蘭素在菠蘿風(fēng)味中添加類似香草的氣味。

以己酸乙酯和庚酸乙酯為原料，使菠蘿風(fēng)味具有酒味。己酸乙酯有酒味和水果味。它也有菠蘿和香蕉的味道。庚酸乙酯具有葡萄酒-白蘭地和水果味。

采用甲硫基丙醛(Methional)使菠蘿的香味具有蔬菜香。它有一種強(qiáng)烈的洋蔥味，在低濃度時(shí)具有土豆、番茄、海鮮和植物的味道特征。

丙二醇和乙醇是食用香精中常用的溶劑。在菠蘿香精中，選擇這兩種原料作為溶劑。

為了模擬菠蘿風(fēng)味，確定了原料配比，設(shè)計(jì)了菠蘿風(fēng)味的初始配方。在原菠蘿香精配方的基礎(chǔ)上，調(diào)配出一種菠蘿香精，并用聞香條對其氣味特征進(jìn)行評價(jià)。根據(jù)氣味評價(jià)方法，對菠蘿香精配方進(jìn)行了多次修改和調(diào)整，最終得到了理想的菠蘿香精。表1展示了一個(gè)典型的菠蘿香精配方。

表1 菠蘿香精的配方

按表1調(diào)配出的香精，菠蘿的香味和諧而清新。天然菠蘿果實(shí)的特征氣味明顯。在實(shí)驗(yàn)中，利用香韻法成功地模仿了菠蘿的香味。

本文詳細(xì)介紹了一種菠蘿香精的調(diào)配過程。用香韻法成功地模擬了菠蘿風(fēng)味。通過對菠蘿果實(shí)的感知，識(shí)別出菠蘿的香韻分路主要由果味、酒味、香草味、蔬菜味、豆味、焦甜味、酸味構(gòu)成菠蘿味。根據(jù)菠蘿香精的香味，選擇相應(yīng)香味相同的天然香料和合成香料，構(gòu)建菠蘿香精配方。在嗅覺識(shí)別的基礎(chǔ)上，對菠蘿香精配方進(jìn)行了多次修改和調(diào)整，最終得到了理想的菠蘿香精配方。在上述配方的基礎(chǔ)上調(diào)配的菠蘿風(fēng)味香精協(xié)調(diào)，具有典型的菠蘿果實(shí)自然香氣特征。

參考文獻(xiàn)

[1] https://inchem.org/documents/jecfa/jecmono/v28je09.htm

[2] Houria Abbas; Louis Comeau (2003). Aroma synthesis by immobilized lipase from Mucor sp.. Enzyme and Microbial Technology, 32(5), 589–595. doi:10.1016/s0141-0229(03)00022-x .

[3] Guangyong ZHU, Genfa YU. A pineapple flavor imitation by the note method. Food Sci. Technol, Campinas, 2020, 40(4): 924-928. https://doi.org/10.1590/fst.26019