肉桂醛的調味、保鮮及穩態化研究進展

陳帥，高彥祥

(中國農業大學 食品科學與營養工程學院，北京 100083)

肉桂醛(C9H8O)是一種含有醛基的芳香類化合物(見圖1)，具有較強的桂皮油和肉桂油的香氣且香氣持久，可用于香辛料和調味品，外觀呈黃色黏稠狀液體，主要來源于肉桂、風信子、玫瑰和藿香等天然植物，是植物精油的主要成分之一。據報道，全世界每年在食品工業中使用的肉桂醛總量大約為18×104kg，其中95%用于調味品中，并且使用量有逐年遞增的趨勢[1]。肉桂醛不僅可以作為調味品原料，還能起到保鮮和抑菌作用，并且對人體安全、無毒無害[2,3]，對食品中的大腸桿菌、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，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定性，例如與抗氧化劑復配使用；通過化學衍生或取代肉桂醛分子中的活性基團；構建肉桂醛的傳遞載體進行保護，實現肉桂醛的穩態化。

圖1 肉桂醛的化學結構式Fig.1 Chemical structure of cinnamaldehyde

目前關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、制備方法及化學合成等[7，8]。對于肉桂醛的調味作用、抑菌保鮮作用以及肉桂醛的穩態化措施還缺乏相應的總結和探討。因此，本文結合國內外的文獻報道，綜述了肉桂醛在食品調味和保鮮方面的相關研究，探討了提高肉桂醛穩定性的不同方法及其利與弊，旨在為肉桂醛在食品和調味品中的開發、應用提供參考。

1 肉桂醛的調味作用

肉桂香氣濃烈，入口先甜后辣，在復合調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是肉桂醛，肉桂醛具有較好的持香作用，沸點為250～252 ℃,相比于其他香料成分的沸點較高，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-質譜分析結果顯示，添加肉桂粉可使雞肉新增7種風味成分，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生成的呈味物質[11]。利用含有肉桂醛的調料腌制烤雞翅，不僅能夠提供獨特的風味，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味，改善品質，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、蛋糕點心和冰激凌獨特的口感和風味，在食品中應用前景廣闊。

除了在食品中調味之外，肉桂醛還可以應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渣，產生易揮發的成分，從而產生口臭。將肉桂醛添加于膠基口香糖中，可使口腔中的細菌減少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重要因素，水果和蔬菜等容易受細菌等微生物感染發生腐敗變質。果蔬產業具有季節性、地域性和易腐性的特點，解決果蔬保鮮問題，不僅能夠增加果蔬產業的經濟效益，而且也能保障人們日常生活必需食物的供應。

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

研究表明，通過肉桂醛精油熏蒸的西紅柿可以在4 ℃貯藏10天保持品質不變[21]。利用肉桂醛熏蒸獼猴桃，能夠將獼猴桃的保鮮期延長12天，而且能使獼猴桃內的酚類和黃酮含量比對照組高50%左右[22]。除了熏蒸，還可以將肉桂醛配成一定的溶液進行噴灑，能夠抑制包心菜和萵苣上大多數微生物的生長，在4 ℃下貯藏15天仍然不變質，并且對蔬菜的顏色和質構無明顯影響[23]。不同劑量的肉桂醛對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；200 μL/mL肉桂醛能夠破壞灰葡萄孢菌菌絲細胞膜的選擇滲透性，從而致使細胞內營養物質的滲漏，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，但是使用過程中應當注意劑量-效應關系，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生褐變，產生異味[25]。因此，對于不同種類的果蔬，因其易感染的微生物類型不同，果皮、菜葉的細胞組織結構不同，需要根據實際情況，選用適宜的肉桂醛劑量。

3 肉桂醛的穩態化研究

3.1 肉桂醛與抗氧化劑復配

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

將肉桂醛與其他抗氧化劑復配使用是一種最直接的保護方式。酚類物質的抗氧化作用一般強于醛類物質，將肉桂醛與天然多酚復配使用，可以保護肉桂醛，降低氧化。例如肉桂醛和香芹酚二者復配后，肉桂醛的穩定性得到提高，而且表現出更加高效的抑菌作用[26]。肉桂醛與百里香酚、丁香酚和黃連素進行復配，研究發現肉桂醛和百里香酚復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配的保護方式具有一定的局限性，一方面抗氧化劑的引入可能會干擾肉桂醛的呈味效果，另一方面也增加了經濟成本，并且保護作用也無法持久，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 肉桂醛的化學改性

對肉桂醛分子進行化學改性，可以在肉桂醛的苯環基團上鄰位、間位和對位，以及丙烯醛基團上的活性位點引入取代基，取代或屏蔽肉桂醛分子中的活性位點，是提高肉桂醛化學穩定性的一種有效辦法，并且能夠延長肉桂醛的抗菌時間，甚至增強其抗菌效果[28]。例如在肉桂醛苯環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結構式Fig.2 Chemical structure of cinnamaldehyde derivatives

雖然通過化學改性能夠實現提高肉桂醛穩定性的目的，但是化學改性仍有一些弊端，例如肉桂醛分子上發生取代反應生成的產物是否對肉桂醛的呈味效果產生影響，改性后的肉桂醛衍生物是否對人體安全無毒等問題需要進行更深入的研究。據報道，2-溴-肉桂醛對人體具有較大的刺激性，可導致皮膚產生水腫、紅斑等現象[29]。因此，將新型肉桂醛衍生物應用于食品和調味品，仍需要進行毒理學試驗和安全性評價。

3.3 肉桂醛的包埋與保護

通過設計和制備傳遞載體來提高肉桂醛的穩定性是一種新思路。近年來，以蛋白質、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，例如微膠囊、環糊精包合物和脂質體等[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定性。肉桂醛的傳遞載體可以廣泛地應用于飲料調味，肉類、果蔬保鮮，以及抑菌型食品包裝材料等[35,36]，在食品和調味品中的應用前景非常好。

微膠囊是一種利用物理和化學方法將易揮發、不穩定的物質包封在具有一定成膜性的材料里，形成粒徑在微米級的膠囊[37,38]。微膠囊能夠顯著提高肉桂醛的耐熱穩定性和貯藏穩定性，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%肉桂醛沒有發生降解，在4,25,37 ℃條件下貯藏6個月，仍有95%的肉桂醛未發生降解[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定性，光照1個月，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200 nm, 這種微膠囊的特點是具有緩釋效果，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則的圓球形，表面因失水而皺縮，但是復溶于水溶液后，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定性，而且能夠延長肉桂醛對蔬菜的保鮮時間[43]。

通過構建肉桂醛的微膠囊，可以有效提高肉桂醛的對光、熱、氧的穩定性，以及貯藏穩定性具有很多優點，但是也存在一些缺點，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，需要對肉桂醛微膠囊的制備工藝實現精準控制，調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計成智能響應型微膠囊，達到在貯藏和運輸時能夠保護肉桂醛，而在需要使用時能夠成功釋放肉桂醛的效果。

4 結論與展望

肉桂醛作為一種天然香辛料成分，在食品調味、抑菌保鮮方面具有非常好的應用前景。近年來，肉桂醛在調配香料、抑菌作用及食品中的應用等研究都取得了很多成果和進展，但是也存在一些問題，一方面，肉桂醛易降解，理化性質不穩定；另一方面，肉桂醛產量低，價格較貴；這2個方面限制了肉桂醛在食品和調味品中的應用。因此，未來的研究可以從2個方面考慮：一方面，構建肉桂醛傳遞載體，提高肉桂醛的穩定性，擴大肉桂醛的應用范圍；另一方面，開發新的生產技術，提高肉桂醛的產量，例如培育肉桂樹新品種，借助基因工程和發酵工程生產肉桂醛。