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）的結構式

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

己酸丙烯酯(己酸丙烯酯，2-己酸丙烯酯)是一種人造香料；據報道，它也在菠蘿中自然存在。糧農組織/世衛組織食品添加劑聯合專家委員會第二十四次會議發布了該物質的臨時規范，但該委員會此前從未對其進行過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；委員會以前從未審議過這些風味。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產生烯丙醇的事實，我們將在下面的專論中對某一組ADI進行評價。

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，據報道，在孵育液中濃度為60μL/L時，己酸烯丙酯可以在2小時內被胰酶完全水解。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(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行代謝，生成丙烯醛或環氧化合物甘油醇，如圖1所示。環氧化物然后可由環氧化物水解酶轉化為甘油。烯丙醇轉化為丙烯醛是由乙醇脫氫酶(ADH)介導的，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的酶進一步氧化成丙烯酸，或被微粒體酶進一步氧化成甘油醛，然后再被環氧化物水解酶轉化成甘油醛。或者，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生酶和非酶反應，形成穩定的加合物。甘油醇和甘油醛都是肺和肝胞質谷胱甘肽- s -轉移酶的底物。當大鼠服用弱酸烯丙酯時，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與烯丙醇或丙烯醛和劑量后,相比之下的比例轉換后口服這些化合物或烯丙酯弱酸,可能得出的結論是,烯丙醇的酯完全水解,大部分烯丙醇轉化為丙烯醛。[1]

圖1 烯丙酯在體內的代謝路徑 [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18周。每周記錄體重增加、食物攝入量和一般狀況。終止時，動物放血，并進行血液學和大體病理檢查。對照組和高劑量組僅8只大鼠進行詳細的組織學檢查;根據高劑量組的觀察，15和65 mg/kg b.w劑量組的8只動物的肝臟也被顯微鏡檢查。高劑量組肝臟外觀結節狀、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“小葉架構紊亂”，巨噬細胞輕度纖維化及色素沉積;8只動物中有2只出現壞死灶。在65 mg/kg b.w劑量組，8只動物中有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(相當于50mg/kg b.w.)的己酸烯丙酯28周。未觀察到不良反應。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只動物，以相似的劑量12 mg/kg b.w./天，持續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周和最后一周進行尿分析，并進行腎功能檢查。終止時進行解剖，記錄器官重量，并進行詳細的組織病理學檢查。治療組和對照組動物的體重、飲水量、血液學參數、血清化學、尿液成分或腎濃度試驗均無差異。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，所有治療動物均出現了與發生率和嚴重程度有關的門脈周空泡化現象，100 mg/kg b.w劑量組肝細胞增大，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。在這項研究中，不可能確定沒有觀察到的不良反應水平的己酸烯丙酯。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(本研究僅作總結報道)。[1]

在評估這些風味時，委員會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的酸。對這三種酯的毒性研究結果表明，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，委員會審議了關于烯丙醇的補充毒理學數據，并得出結論認為，應根據烯丙醇部分來評價這三種酯是否屬于一組ADI。在其評價中，委員會還考慮到《食品添加劑和食品中污染物安全評估原則》中概述的與食品風味有關的原則。盡管獲得性耐受性的機制尚未完全闡明，但重復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果均為陰性，而對烯丙醇的大多數試驗結果均為陰性。委員會審查了兩項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出現上皮增生和鱗狀細胞乳頭狀瘤，大鼠除外。在小鼠中沒有肝腫瘤的證據(肝臟是短期毒性的靶器官)。委員會的結論是，這些結果與膳食中作為食品風味的異戊酸烯丙酯的低劑量暴露無關，但可能是與使用了大劑量的影響有關。委員會還注意到經治療的大鼠白血病發病率略有增加；但其發生率均在歷史控制范圍內，大鼠肝腫瘤發生率未見增加。由于食物中異戊酸烯丙酯的膳食暴露水平遠低于這些研究中使用的劑量，委員會得出結論認為，可以確定每日攝入量。該評價基于烯丙醇短期研究中未觀察到的效應水平，特別是肝毒性；這比基于未觀測到的酯效應水平的估計更為保守。委員會注意到，使用中的一些其他風味食品是烯丙基酯，應考慮將它們水解成烯丙醇，納入ADI組。此外，鑒于有證據表明乙酸、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，委員會認為，應考慮到它們的食用量，因為它們可能對丙烯醇的總膳食負荷作出貢獻。[1]

委員會將庚酸烯丙酯、己酸烯丙酯和異戊酸烯丙酯的ADI定為0-0.05 mg/kg b.w.的烯丙醇當量，相當于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℃的有機介質(環己烷)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%)。根據脂肪酶對酸(短或長)的親和力，或對醇(線性或分支，短或長)的親和力，可以觀察到不同的轉化率。反應4 h后，己酸甲酯和己酸乙酯的轉化率分別為92和98%，24 h后，丁酸丁酯、己酸丁酯和己酸烯丙酯(菠蘿醛)的產率分別為95、100和93%。[2]

基于香韻分路的菠蘿香精的調配方法

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，具有很好的應用前景。通常，香精配方是商業秘密。本文介紹了如何構建菠蘿香精配方，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。針對菠蘿風味的特點，選擇具有相同風味的天然香料和合成香料，構建菠蘿風味配方。在嗅覺識別的基礎上，對菠蘿香精配方進行了多次修改和調整，最終得到了理想的菠蘿香精配方。以該配方配制的混合風味香精具有典型的菠蘿果實天然香氣特征，香味協調。[3]

風味在推動消費方面很重要。由于氣味的特征對消費者的偏好和接受度起著至關重要的作用，因此風味在食品工業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、調味料和風味改良劑是為了使食物有香味或味道。技術、藝術及其結合是風味科學的體現。調香師的鼻子是主要的“工具”或“設備”。調香師在調和香韻和感知香味方面都要有很高的經驗。香精配方中的確切分子和比例通常是商業秘密。從一個有創造力的調香師的角度來看，關于調配香精的書很少。

通常，水果香味是大多數人最喜歡的香味。在香精配方領域，仿果味香精的生產是一個非常重要的環節。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。在異國風味的食物中，菠蘿也經常被用作配料。此外，菠蘿香精還被廣泛應用于食品、飲料、冰淇淋、香煙等。因此，菠蘿風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特的味道。研究了用香韻法模擬菠蘿風味的方法。鑒定了菠蘿香精的香味，得到了一種典型的菠蘿香精配方。根據該配方配制的復合香精具有菠蘿果香的特點，香味協調。

實驗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，可以識別出多種口味。首先對菠蘿果實進行聞、嘗，識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行嗅覺，熟悉這些原料的氣味特征。在對香精成分進行嗅聞時，用聞香條來識別香精成分的氣味特征。將聞香條浸入每一種原料中，然后仔細地聞氣味紙片，以識別這些成分的味道，如圖3所示。

圖3 采用聞香條對香原料的香韻進行確認示意圖

再次，根據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，構建菠蘿香精的初始配方。在此基礎上，對原料和菠蘿進行篩選，確定配料配比，模擬菠蘿風味。根據最初設計的菠蘿風味配方，將所有原料放入一個瓶子中，用天平仔細稱重，如圖4所示。

圖4 在天平上稱重調配菠蘿香精的過程

當所有原料完全加入瓶子后，搖動瓶子，以確保所有原料都能充分混合。采用聞香條對調配菠蘿香精進行了評價。根據評價結果，對菠蘿配方進行了多次修改和調整。最后，對菠蘿風味進行了模擬，得到了理想的菠蘿風味配方。

根據對菠蘿果實的風味研究的文獻，識別出的菠蘿風味香韻如圖5所示。

圖5 通過嗅聞和品嘗確定的菠蘿風味的香韻分路為：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重要的作用。

在菠蘿果實揮發物中發現了一些芳香化合物。這些化合物包括酯類、醛類、醇類、酸類、內酯類等。這些香味化合物可用于菠蘿香精配方。當然，雖然菠蘿果實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這些成分的香韻。

根據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。這對菠蘿風味的模擬具有重要意義。脂肪族酯通常有水果味。他們貢獻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，它們大多數都有一種非特異性的水果氣味。在風味創造中，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。當濃度為10ppm時，烯丙基庚酸鹽的口感特征也像菠蘿，果味濃郁。烯丙基環己丙酸酯是一種無色液體，帶有菠蘿香味。烯丙基環己丙酸酯在濃度為30ppm時具有菠蘿果味特征。己酸烯丙酯、庚酸烯丙酯和環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，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。這三種酯類物質能豐富菠蘿的果香。

除酯類外，部分內酯還具有果味，呈現各種果味。果味，桃子的香氣是γ-十一內酯的氣味特征。γ-壬內酯帶有椰子香味。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菠蘿風味的天然感覺。另一方面，天然產品可以抑制合成材料的粗糙性，使香韻更加圓潤，產生同質性。

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

乙酸的氣味刺鼻而強烈。乙酸具有典型的醋味，已廣泛應用于水果香精中。以菠蘿為原料，采用乙酸添加菠蘿風味中的酸性物質。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。麥芽酚會散發出甜甜的焦糖奶油糖果味。麥芽酚作為風味增強劑，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。它可以產生一種奶甜香。因此，選擇香蘭素在菠蘿風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。它有一種強烈的洋蔥味，在低濃度時具有土豆、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。

為了模擬菠蘿風味，確定了原料配比，設計了菠蘿風味的初始配方。在原菠蘿香精配方的基礎上，調配出一種菠蘿香精，并用聞香條對其氣味特征進行評價。根據氣味評價方法，對菠蘿香精配方進行了多次修改和調整，最終得到了理想的菠蘿香精。表1展示了一個典型的菠蘿香精配方。

表1 菠蘿香精的配方

按表1調配出的香精，菠蘿的香味和諧而清新。天然菠蘿果實的特征氣味明顯。在實驗中，利用香韻法成功地模仿了菠蘿的香味。

本文詳細介紹了一種菠蘿香精的調配過程。用香韻法成功地模擬了菠蘿風味。通過對菠蘿果實的感知，識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、酸味構成菠蘿味。根據菠蘿香精的香味，選擇相應香味相同的天然香料和合成香料，構建菠蘿香精配方。在嗅覺識別的基礎上，對菠蘿香精配方進行了多次修改和調整，最終得到了理想的菠蘿香精配方。在上述配方的基礎上調配的菠蘿風味香精協調，具有典型的菠蘿果實自然香氣特征。

參考文獻

[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