Hexanal

Antimikrobielle flygtige stoffer

De antimikrobielle egenskaber af hexanal er veldokumenteret i litteraturen, hvilket hovedsageligt skyldes dets interaktion med mikrobielle cytoplasmiske membraner, hvilket forårsager øget membranpermeabilitet og celledød (Corbo et al., 2000; Gardini et al., 1997; Kubo et al., 2004; Kubo et al., 1999; Lanciotti et al., 2004; Lanciotti et al., 1999; Simons et al., 2000). Andre aldehyder, hvoraf mange er naturligt forekommende i krydderier og deres æteriske olier, er også kendt for at fremkalde antimikrobielle aktiviteter, der er nyttige for fødevarekonservering. For eksempel er benzaldehyd (4), en aromatisk aldehyd bestående af en formylsubstitueret phenylring med en karakteristisk mandelduft, en vigtig bestanddel af den essentielle olie fra mandelkerner (Prunus amygdalus) og andre frø (f.eks. ferskner, kirsebær, blommer og abrikoser) (Butzenlechner et al., 1989; Remaud et al., 1997; Sanchez-Perez et al., 2008). Dets antimikrobielle egenskaber er blevet tilskrevet kovalent binding af aldehydets carbonylgruppe til sulfhydrylgrupperne i cystein i mikrobielle celler, hvilket forstyrrer aktiv transport og oxidativ fosforylering i mikrobielle celler (Hugo, 1967; Morris et al., 1984; Ramos-Nino et al., 1996; Ramos-Nino et al., 1998). Benzaldehyd er potent mod patogener, der er ansvarlige for frugtforringelse, som f.eks. Bacillus subtilis, Serratia marcescens, Acinetobacter calcoacetica, Erwinia carotovora, Escherichia coli, Flavobacterium suaveolens, Monilinia fructicola, Botrytis cinerea og Tyrophagus putrescentiae (Wilson et al, 1987; Deans og Ritchie, 1987; Sung et al., 2006).

Cinnamaldehyd (5) udvindes fra barken af Cinnamonum zeylanicum med en unik aroma af kanelkrydderi (Burt, 2004). Aldehyddampen udviser bredspektret antimikrobielle egenskaber mod skimmelsvampe, svampe, Gram-positive og -negative bakterier (López et al., 2005, 2007a,b; Rodríguez et al., 2008), herunder fødevarebårne patogener, såsom Bacillus cereus, B. subtilis, E. coli, Listeria monocytogenes og Campylobacter jejuni (Tajkarimi et al., 2010). Det interagerer med mikrobielle cellemembraner for at sprede den protonmotive kraft, hvilket forårsager lækage af små ioner og hæmning af glukosetransport og glykolyse (Gill og Holley, 2004; Helander et al., 1998). Forskere har undersøgt de antimikrobielle virkninger af cinnamaldehyd i forskellige fødevareprodukter, såsom Salmonella tennessee på jordnøddepasta (Chen et al., 2015a), E. coli O157:H7 og Salmonella typhi i hakket oksekød (Turgis et al, 2008), mikroflora i karper (Mahmoud et al., 2004), Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus og Yersinia enterocolitica i æblesaft (Yuste og Fung, 2003) og fordærvsmikrober i melonsaft (Mosqueda-Melgar et al., 2008). Faste matricer, der er undersøgt som bærere for cinnamaldehyd, omfatter papir imprægneret med paraffin (Echegoyen og Nerín, 2015), støbte plastfilm (Lopes et al., 2014; Qin et al, 2015) og spiselige film (Balaguer et al., 2013; Zhu et al., 2014).

Thymol (2-isopropyl-5-methylphenol) (6) er en vigtig bestanddel i den æteriske olie af timian (Thymus capitatus). Det flygtige stof kan forstyrre cellemembranernes fosfolipidbilag, hvilket forårsager lækage af celleindhold, samt interagere med hydrofobiske proteiner ved at ændre deres strukturer (Chavan og Tupe, 2014; Nedorostova et al., 2009; Zheng et al., 2013). Forskere har vist, at anvendelse af thymol i MAP af sødkirsebær og spisedruer kan reducere væksten af mesofile aerobier, gær og svampe under kold opbevaring, ud over at mindske vægttab, farveændringer, tab af fasthed (Serrano et al., 2005; Valverde et al., 2005). I MAP af rå rejer har thymoldamp vist sig at hæmme væksten af Salmonella spp. ved at sænke den maksimale væksthastighed med op til 71 % og forsinkelsestiden med 100 % (Zhou et al., 2013). En isomer af thymol, carvacrol (5-isopropyl-2-methylphenol) (7), der findes i den æteriske olie fra oreganokrudt (Origanum vulgare), er en anden antimikrobiel flygtig substans, der er potent mod Pseudomonas fluorescens, Erwinia amylovora og Candida albicans (Zheng et al., 2013). Carvacrol kan forsinke fordærvelsen af spisedruer, kiwier og honningmeloner uden at påvirke deres sensoriske egenskaber væsentligt (Martínez-Romero et al., 2007; Roller og Seedhar, 2002). Det antages, at dets virkemåde er dets interaktion med cellulære membranproteiner og periplasmiske enzymer, hvilket forstyrrer membranens protonmotivationskraft (Hyldgaard et al., 2012). Synergistiske antimikrobielle egenskaber af thymol og carvacrol er blevet rapporteret mod en række mikroorganismer. Eksempelvis er minimum inhibitorisk koncentration (MIC) af thymol og carvacrol mod P. fluorescens inokuleret i tryptisk sojabouillon (inkuberet ved 37 °C i 24 timer) rapporteret til at være henholdsvis 648 og 167 μg/mL, mens minimum baktericid koncentration (MBC) er henholdsvis 1932 og 555 μg/mL. Ved at kombinere både thymol og carvacrol faldt MIC- og MBC-værdierne betydeligt til henholdsvis 78 og 156 μg/mL (Zheng et al., 2013). Tilsvarende har andre forskere rapporteret om synergistisk antimikrobiel effekt af thymol og carvacrol mod Salmonella typhimurium (Zhou et al., 2013) og Listeria innocua (Garcia-Garcia et al., 2011). I betragtning af deres stærke smagsegenskaber kan synergistiske antimikrobielle egenskaber ved thymol og carvacrol samt andre potentielle flygtige stoffer fra æteriske olier være gavnlige for at minimere de mulige uønskede sensoriske egenskaber ved at sænke den dosis, der kræves for at udøve de antimikrobielle virkninger.

Diacetyl (2,3-butandion) (8) er et metabolisk biprodukt fra mælkesyrebakterier, såsom arterne fra Lactococcus, Leuconostoc, Lactobacillus og Pediococcus (Šušković et al, 2010) Det er naturligt til stede i frugt, mælk, mejeriprodukter, øl, vin, kaffe og andre fermenterede fødevarer (Papagianni, 2012; Shibamoto, 2014). Det bruges almindeligvis som et fødevaretilsætningsstof til at give smøragtig smag (Lanciotti et al., 2003). Dionet har et bredt antimikrobielt spektrum mod gær samt Gram-positive og -negative bakterier på grund af reaktionen af dets dicarbonylgruppe (COCOCO) med arginin i enzymer, hvilket svækker de mikrobielle celler (Papagianni, 2012; Ray og Bhunia, 2014). Det er mere potent i sure end i neutrale pH-betingelser (Jay, 1982; Jay og Rivers, 1984). Jay (1982) rapporterede antagonistiske virkninger af flere tilsætningsstoffer på den antimikrobielle virkning af diacetyl, at 1 % (w/v) acetat udviste den stærkeste hæmmende virkning på diacetyl, efterfulgt af 5 % glukose og 1 % Tween 80. På den anden side rapporterede Lanciotti et al. (2003), at NaCl forbedrer diacetyls effektivitet ved at øge dets damptryk gennem “saltningseffekten”. Disse faktorer bør tages i betragtning ved anvendelse af diacetyl i komplekse fødevaresystemer.

Allylisothiocyanat (AITC) (9) er en flygtig forbindelse, der produceres af planter fra Cruciferae-familien (f.eks. peberrod, sennep, kål), når deres væv bliver opløst. I sin naturlige tilstand er AITC glykosinoleret som sinigrin. Når plantevævet ødelægges, hydrolyseres glucosinolat af den cellevægsbundne myrosinase, hvorved AITC frigives sammen med D-glukose og sulfationer (Mari et al., 1993). AITC’s antimikrobielle egenskaber er blevet veldokumenteret i litteraturen (Delaquis og Mazza, 1995; Delaquis og Sholberg, 1997; Kim et al., 2002; Lin et al., 2000a,b; Nadarajah et al., 2005; Nielsen og Rios, 2000; Park et al., 2000). I dampfase er dets MIC-værdier mod bakterier, gær og skimmelsvampe rapporteret til at være henholdsvis 34-110, 13-37 og 16-62 ng/mL (Isshiki et al., 1992). Tsunoda rapporterede, at de toksiske grænser for AITC mod fem svampe på træ varierede fra 3,8 til 118 ppm (Tsunoda, 2000). På grund af dets bredspektrede antimikrobielle potens er AITC fortsat genstand for forsknings- og udviklingsinteresse (Mari et al., 1993; Kim et al., 2002; Shofran et al., 2006; Winther og Nielsen, 2006; Shin et al., 2010; Wang et al., 2010; Ko et al., 2012; Ugolini et al., 2014; Dai og Lim, 2015; Chen et al., 2015b). Både syntetisk og naturligt afledt AITC anvendes til konservering af fødevarer. I sidstnævnte tilgang er tørret sennepsfrømelspulver blevet anvendt som en naturlig kilde til AITC, hvis frigivelse aktiveres af vand via den myrosinase-medierede hydrolyse af sinigrin (Dai og Lim, 2014, 2015).

Chlordioxid (ClO2) (10) damp er et bredspektret oxiderende/antimikrobielt middel, der er potent mod bakterielle, virale og protozoiske patogener. Dets effektivitet anses generelt for at være tilsvarende eller stærkere end klor, men mindre end ozon på massedosisbasis (Erickson og Ortega, 2006; Gómez-López et al., 2009). Den vigtigste desinfektionsvirkning kan tilskrives interaktionen med nukleinsyre og/eller perifere cellestrukturer, hvilket fører til en forstyrrelse af proteinsyntesen. Ødelæggelse af ydre membranproteiner, der ændrer cellemembranens permeabilitet, menes også at være en mulig virkningsmekanisme (Aieta og Berg, 1986; Benarde et al., 1967; US EPA, 1999). ClO2 er blevet anvendt til behandling af friske produkter (Garcia et al., 2003; Gil et al., 2009; Gómez-López et al., 2009; Sapers et al., 2003; Sy et al., 2005). Det anvendes ofte som et desinficeringsmiddel til emballage, fødevareforarbejdningsudstyr, fabriksværktøj, drikkevandsbehandling osv.