香精与香料(62)—菠萝醛

食品添加剂己酸烯丙酯（菠萝醛；十九醛）的基本信息

菠萝醛（己酸烯丙酯）的结构式

烯丙酯(己酸烯丙酯、庚酸烯丙酯、异戊酸烯丙酯)的代谢与安全性评价

己酸丙烯酯(己酸丙烯酯，2-己酸丙烯酯)是一种人造香料；据报道，它也在菠萝中自然存在。粮农组织/世卫组织食品添加剂联合专家委员会第二十四次会议发布了该物质的临时规范，但该委员会此前从未对其进行过ADI评估。庚酸烯丙酯和异戊酸烯丙酯在自然界中还没有被鉴定出来；委员会以前从未审议过这些风味。鉴于这些化合物在代谢方面的相似性，以及它们都在水解时产生烯丙醇的事实，我们将在下面的专论中对某一组ADI进行评价。

人工胃液(t´=1120 min)能使己酸烯丙酯水解缓慢，而模拟胰液(t´=1.98 min)能使己酸烯丙酯水解更快。体外大鼠小肠黏膜制剂(t´=0.096 秒)和肝脏匀浆(t´=3.96秒)也能非常迅速地水解该化合物。类似地，据报道，在孵育液中浓度为60µL/L时，己酸烯丙酯可以在2小时内被胰酶完全水解。肝匀浆在体外水解异戊酸烯丙基酯的速度比直链酸烯丙基酯慢，许多烯丙基酯的肝毒性与水解成烯丙醇的速度有关(另见短期研究)。水解后，释放出来的烯丙醇通过两种不同的氧化途径进行代谢，生成丙烯醛或环氧化合物甘油醇，如图1所示。环氧化物然后可由环氧化物水解酶转化为甘油。烯丙醇转化为丙烯醛是由乙醇脱氢酶(ADH)介导的，这一步骤在ADH缺乏的大鼠肺、基因缺陷的鹿鼠肝脏或ADH抑制剂中被阻断。然后，丙烯醛可以被肝胞浆或微粒体中依赖NAD或NADP的酶进一步氧化成丙烯酸，或被微粒体酶进一步氧化成甘油醛，然后再被环氧化物水解酶转化成甘油醛。或者，丙烯醛可以直接与谷胱甘肽或其他低分子量硫醇化合物发生酶和非酶反应，形成稳定的加合物。甘油醇和甘油醛都是肺和肝胞质谷胱甘肽- s -转移酶的底物。当大鼠服用弱酸烯丙酯时，在尿液和胆汁中检测到3-羟丙基巯基酸是谷胱甘肽衍生的代谢物。相同的代谢物被确认与烯丙醇或丙烯醛和剂量后,相比之下的比例转换后口服这些化合物或烯丙酯弱酸,可能得出的结论是,烯丙醇的酯完全水解,大部分烯丙醇转化为丙烯醛。[1]

图1 烯丙酯在体内的代谢路径 [1]

奥斯本-孟德尔大鼠雌雄各10只，分别灌胃0、15、65、100 mg/kg b.w玉米油，连续18周。每周记录体重增加、食物摄入量和一般状况。终止时，动物放血，并进行血液学和大体病理检查。对照组和高剂量组仅8只大鼠进行详细的组织学检查;根据高剂量组的观察，15和65 mg/kg b.w剂量组的8只动物的肝脏也被显微镜检查。高剂量组肝脏外观结节状、皱褶，表面呈颗粒状或粗糙。镜下高剂量组可见轻度至中度胆管增生，部分“小叶架构紊乱”，巨噬细胞轻度纤维化及色素沉积;8只动物中有2只出现坏死灶。在65 mg/kg b.w剂量组，8只动物中有2只观察到非常轻微的胆管增生。15 mg/kg b.w剂量组肝脏无明显变化。在前文的一项伴生研究中，每性别各5只大鼠接受浓度为1000mg/kg的饮食(相当于50mg/kg b.w.)的己酸烯丙酯28周。未观察到不良反应。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;另一组每性别10只动物，以相似的剂量12 mg/kg b.w./天，持续13周。每周记录食物和水的摄入量和体重，治疗第2周、第5周、第6周和最后一周进行尿分析，并进行肾功能检查。终止时进行解剖，记录器官重量，并进行详细的组织病理学检查。治疗组和对照组动物的体重、饮水量、血液学参数、血清化学、尿液成分或肾浓度试验均无差异。最高剂量组的摄食量略有增加。35和100 mg/kg b.w剂量组肝脏重量增加，所有治疗动物均出现了与发生率和严重程度有关的门脉周空泡化现象，100 mg/kg b.w剂量组肝细胞增大，门脉周灶性坏死和胆管增生。最大剂量组雌雄小鼠脾脏、肾脏、胃和小肠重量均有增加，35 mg/kg b.w组雌性小鼠小肠重量也有增加。在这项研究中，不可能确定没有观察到的不良反应水平的己酸烯丙酯。以每天15 mg/kg b.w的剂量灌胃给大鼠18周，未观察到不良反应(本研究仅作总结报道)。[1]

在评估这些风味时，委员会注意到它们被肠粘膜、胰腺和肝脏酯酶迅速水解为烯丙醇和相应的酸。对这三种酯的毒性研究结果表明，在高剂量下观察到的肝毒性是由于烯丙醇及其代谢物。因此，委员会审议了关于烯丙醇的补充毒理学数据，并得出结论认为，应根据烯丙醇部分来评价这三种酯是否属于一组ADI。在其评价中，委员会还考虑到《食品添加剂和食品中污染物安全评估原则》中概述的与食品风味有关的原则。尽管获得性耐受性的机制尚未完全阐明，但重复给药短期研究中酯类和烯丙醇的肝毒性不如单剂量急性研究中明显。对己酸烯丙酯和异戊酸烯丙酯的致突变性研究结果均为阴性，而对烯丙醇的大多数试验结果均为阴性。委员会审查了两项对大鼠和小鼠的长期致癌性研究，在这些研究中，异戊酸烯丙酯以玉米油灌胃给药，剂量分别为最大耐受剂量和该剂量的50%。小鼠前胃最高剂量时出现上皮增生和鳞状细胞乳头状瘤，大鼠除外。在小鼠中没有肝肿瘤的证据(肝脏是短期毒性的靶器官)。委员会的结论是，这些结果与膳食中作为食品风味的异戊酸烯丙酯的低剂量暴露无关，但可能是与使用了大剂量的影响有关。委员会还注意到经治疗的大鼠白血病发病率略有增加；但其发生率均在历史控制范围内，大鼠肝肿瘤发生率未见增加。由于食物中异戊酸烯丙酯的膳食暴露水平远低于这些研究中使用的剂量，委员会得出结论认为，可以确定每日摄入量。该评价基于烯丙醇短期研究中未观察到的效应水平，特别是肝毒性；这比基于未观测到的酯效应水平的估计更为保守。委员会注意到，使用中的一些其他风味食品是烯丙基酯，应考虑将它们水解成烯丙醇，纳入ADI组。此外，鉴于有证据表明乙酸、丙酸、异丁酸和2-己酸乙酯等脂肪酸的烯丙基酯也能迅速水解，委员会认为，应考虑到它们的食用量，因为它们可能对丙烯醇的总膳食负荷作出贡献。[1]

委员会将庚酸烯丙酯、己酸烯丙酯和异戊酸烯丙酯的ADI定为0-0.05 mg/kg b.w.的烯丙醇当量，相当于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.异戊酸烯丙酯，或按比例组合。[1]

毛霉固定化脂肪酶合成菠萝醛的研究

在35℃的有机介质(环己烷)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、异戊醇、香叶醇、香茅醇、金合醇等摩尔比为底物。大部分酯的合成收率较高(>90%)。根据脂肪酶对酸(短或长)的亲和力，或对醇(线性或分支，短或长)的亲和力，可以观察到不同的转化率。反应4 h后，己酸甲酯和己酸乙酯的转化率分别为92和98%，24 h后，丁酸丁酯、己酸丁酯和己酸烯丙酯(菠萝醛)的产率分别为95、100和93%。[2]

基于香韵分路的菠萝香精的调配方法

菠萝是一种芳香的热带水果，有诱人的甜味。菠萝香精是一种很受欢迎的香精，具有很好的应用前景。通常，香精配方是商业秘密。本文介绍了如何构建菠萝香精配方，以及如何用天然和合成的香味成分模拟菠萝香精。通过闻菠萝果味，将菠萝味分为果味、酒味、香草味、植物味、豆味、甜味和酸味。针对菠萝风味的特点，选择具有相同风味的天然香料和合成香料，构建菠萝风味配方。在嗅觉识别的基础上，对菠萝香精配方进行了多次修改和调整，最终得到了理想的菠萝香精配方。以该配方配制的混合风味香精具有典型的菠萝果实天然香气特征，香味协调。[3]

风味在推动消费方面很重要。由于气味的特征对消费者的偏好和接受度起着至关重要的作用，因此风味在食品工业中具有非常重要的作用。一般来说，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、调味料和风味改良剂是为了使食物有香味或味道。技术、艺术及其结合是风味科学的体现。调香师的鼻子是主要的“工具”或“设备”。调香师在调和香韵和感知香味方面都要有很高的经验。香精配方中的确切分子和比例通常是商业秘密。从一个有创造力的调香师的角度来看，关于调配香精的书很少。

通常，水果香味是大多数人最喜欢的香味。在香精配方领域，仿果味香精的生产是一个非常重要的环节。在众多水果中，菠萝是一种芳香的热带水果。由于菠萝诱人的甜味，它被广泛用于加工果汁、新鲜水果和罐装水果。在异国风味的食物中，菠萝也经常被用作配料。此外，菠萝香精还被广泛应用于食品、饮料、冰淇淋、香烟等。因此，菠萝风味的模仿具有重要的意义。气味被定义为具有特征的气味或独特的味道。研究了用香韵法模拟菠萝风味的方法。鉴定了菠萝香精的香味，得到了一种典型的菠萝香精配方。根据该配方配制的复合香精具有菠萝果香的特点，香味协调。

实验中采用香韵法模拟菠萝的香味。对味道的感知涉及到人类嗅觉和味觉的综合。通过人类的感官，可以识别出多种口味。首先对菠萝果实进行闻、尝，识别菠萝的气味特征和香味，如图2所示。

图2 菠萝香韵的确定

其次，对各种合成和天然原料进行嗅觉，熟悉这些原料的气味特征。在对香精成分进行嗅闻时，用闻香条来识别香精成分的气味特征。将闻香条浸入每一种原料中，然后仔细地闻气味纸片，以识别这些成分的味道，如图3所示。

图3 采用闻香条对香原料的香韵进行确认示意图

再次，根据鉴定出的菠萝香精的香韵，选择具有相同香韵的天然香料化合物和合成香料化合物，构建菠萝香精的初始配方。在此基础上，对原料和菠萝进行筛选，确定配料配比，模拟菠萝风味。根据最初设计的菠萝风味配方，将所有原料放入一个瓶子中，用天平仔细称重，如图4所示。

图4 在天平上称重调配菠萝香精的过程

当所有原料完全加入瓶子后，摇动瓶子，以确保所有原料都能充分混合。采用闻香条对调配菠萝香精进行了评价。根据评价结果，对菠萝配方进行了多次修改和调整。最后，对菠萝风味进行了模拟，得到了理想的菠萝风味配方。

根据对菠萝果实的风味研究的文献，识别出的菠萝风味香韵如图5所示。

图5 通过嗅闻和品尝确定的菠萝风味的香韵分路为：果香，酒香，香草，蔬菜香，豆香，烤甜香，酸香。

菠萝味分为果味、酒味、香草味、植物味、豆味、甜味和酸味。因此，将天然和合成的原料混合在一起，配上相应的香韵，就可以仿制出菠萝的香味。菠萝醛在制作菠萝香精的过程中起着至关重要的作用。

在菠萝果实挥发物中发现了一些芳香化合物。这些化合物包括酯类、醛类、醇类、酸类、内酯类等。这些香味化合物可用于菠萝香精配方。当然，虽然菠萝果实中没有一些香味成分，但这些原料也可以用来模仿菠萝的味道。原料的选择主要是根据这些成分的香韵。

根据菠萝香精的香味和原料的香味，选取多种原料仿制菠萝香精。水果味是菠萝香味的主要成分。这对菠萝风味的模拟具有重要意义。脂肪族酯通常有水果味。他们贡献了几乎所有的水果香味。一些脂肪族酯有一种特殊的水果香味。然而，它们大多数都有一种非特异性的水果气味。在风味创造中，通常采用脂肪酸酯来提供果味。所选的脂肪酸酯为：己酸烯丙酯、庚酸烯丙酯、环己丙酸烯丙酯、3-甲基硫代丙酸乙酯、3-甲基硫代丙酸甲酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、丁酸异戊酯和乙酸乙酯。己酸烯丙酯具有菠萝状的果香味和口感。当浓度为10ppm时，烯丙基庚酸盐的口感特征也像菠萝，果味浓郁。烯丙基环己丙酸酯是一种无色液体，带有菠萝香味。烯丙基环己丙酸酯在浓度为30ppm时具有菠萝果味特征。己酸烯丙酯、庚酸烯丙酯和环己丙酸烯丙酯是赋予菠萝气味特征的主要成分。3-甲基硫代丙酸乙酯的气味特征类似菠萝和柑橘。低浓度时，甲基-3-甲基硫代丙酸酯具有香甜的菠萝香气。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萝的特性。丁酸乙酯的气味特征是果味，有点像菠萝。香蕉的典型香气是乙酸异戊酯的气味特征。丁酸异戊酯的气味特征是水果味，让人想起香蕉、杏子和菠萝。乙酸乙酯的特征是飘逸的果味，也有白兰地和菠萝的味道。这三种酯类物质能丰富菠萝的果香。

除酯类外，部分内酯还具有果味，呈现各种果味。果味，桃子的香气是γ-十一内酯的气味特征。γ-壬内酯带有椰子香味。选用这两种原料来丰富菠萝的果味。

柠檬醛闻起来像柠檬水果，被广泛用于柑橘类香料中。在菠萝风味中，选择了柠檬醛来丰富菠萝的果香。

甜橙油是从甜橙皮中提取的天然原料。它有新鲜、香甜、水果的气味，闻起来像橙子。柠檬油闻起来像新鲜的柠檬水果，也是一种从柠檬皮中提取的天然原料。这两种精油均以菠萝香味为主。一方面，添加这两种天然原料可以增强菠萝风味的天然感觉。另一方面，天然产品可以抑制合成材料的粗糙性，使香韵更加圆润，产生同质性。

由于某些内酯也能产生豆香，因此筛选出了菠萝风味中具有豆香的成分：γ-戊内酯、γ-己内酯、γ-庚内酯。三种内酯均具有大豆特有的甜味。

乙酸的气味刺鼻而强烈。乙酸具有典型的醋味，已广泛应用于水果香精中。以菠萝为原料，采用乙酸添加菠萝风味中的酸性物质。在菠萝味中，乙酸也可以用来突出水果味。

以麦芽酚和呋喃酮为主要原料，赋予了烘焙感的焦甜香韵。麦芽酚会散发出甜甜的焦糖奶油糖果味。麦芽酚作为风味增强剂，在菠萝味中具有甜味和焦糖味。有菠萝焦味，呋喃酮也能给香精配方带来焦甜味。

香草醛具有一种典型的、类似香草的香味。它可以产生一种奶甜香。因此，选择香兰素在菠萝风味中添加类似香草的气味。

以己酸乙酯和庚酸乙酯为原料，使菠萝风味具有酒味。己酸乙酯有酒味和水果味。它也有菠萝和香蕉的味道。庚酸乙酯具有葡萄酒-白兰地和水果味。

采用甲硫基丙醛(Methional)使菠萝的香味具有蔬菜香。它有一种强烈的洋葱味，在低浓度时具有土豆、番茄、海鲜和植物的味道特征。

丙二醇和乙醇是食用香精中常用的溶剂。在菠萝香精中，选择这两种原料作为溶剂。

为了模拟菠萝风味，确定了原料配比，设计了菠萝风味的初始配方。在原菠萝香精配方的基础上，调配出一种菠萝香精，并用闻香条对其气味特征进行评价。根据气味评价方法，对菠萝香精配方进行了多次修改和调整，最终得到了理想的菠萝香精。表1展示了一个典型的菠萝香精配方。

表1 菠萝香精的配方

按表1调配出的香精，菠萝的香味和谐而清新。天然菠萝果实的特征气味明显。在实验中，利用香韵法成功地模仿了菠萝的香味。

本文详细介绍了一种菠萝香精的调配过程。用香韵法成功地模拟了菠萝风味。通过对菠萝果实的感知，识别出菠萝的香韵分路主要由果味、酒味、香草味、蔬菜味、豆味、焦甜味、酸味构成菠萝味。根据菠萝香精的香味，选择相应香味相同的天然香料和合成香料，构建菠萝香精配方。在嗅觉识别的基础上，对菠萝香精配方进行了多次修改和调整，最终得到了理想的菠萝香精配方。在上述配方的基础上调配的菠萝风味香精协调，具有典型的菠萝果实自然香气特征。

参考文献

[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