Hexanal

Antimikrobiset haihtuvat aineet

Kirjallisuudessa on hyvin dokumentoitu heksanaalin antimikrobisia ominaisuuksia, jotka johtuvat pääasiassa sen vuorovaikutuksesta mikrobien sytoplasmamembraanin kanssa aiheuttaen lisääntynyttä membraanin läpäisevyyttä ja solukuolemaa (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). Muiden aldehydien, joista monet esiintyvät luonnostaan mausteissa ja niiden eteerisissä öljyissä, tiedetään myös aiheuttavan antimikrobisia vaikutuksia, joista on hyötyä elintarvikkeiden säilyttämisessä. Esimerkiksi bentsaldehydi (4), aromaattinen aldehydi, joka koostuu formyylisubstituoidusta fenyylirenkaasta ja jolla on tyypillinen mantelin tuoksu, on mantelin (Prunus amygdalus) ja muiden siementen (esim. persikoiden, kirsikoiden, luumujen ja aprikoosien) ytimien eteerisen öljyn pääkomponentti (Butzenlechner et al., 1989; Remaud et al., 1997; Sanchez-Perez et al., 2008). Sen antimikrobisten ominaisuuksien on katsottu johtuvan aldehydin karbonyyliryhmän kovalenttisesta kiinnittymisestä mikrobisolun kysteiinin sulfhydryyliryhmiin, mikä häiritsee aktiivista kuljetusta ja hapettavaa fosforylaatiota mikrobisoluissa (Hugo, 1967; Morris ym., 1984; Ramos-Nino ym., 1996; Ramos-Nino ym., 1998). Bentsaldehydi tehoaa tehokkaasti hedelmien pilaantumisesta vastuussa oleviin patogeeneihin, kuten Bacillus subtilis, Serratia marcescens, Acinetobacter calcoacetica, Erwinia carotovora, Escherichia coli, Flavobacterium suaveolens, Monilinia fructicola, Botrytis cinerea ja Tyrophagus putrescentiae (Wilson et al., 1987; Deans ja Ritchie, 1987; Sung et al., 2006).

Kanelimaldehydi (5) uutetaan Cinnamonum zeylanicum -kasvin kuoresta, jolla on ainutlaatuinen kanelimausteen aromi (Burt, 2004). Aldehydihöyryllä on laajakirjoisia antimikrobisia ominaisuuksia homeita, sieniä, grampositiivisia ja -negatiivisia bakteereja vastaan (López et al., 2005, 2007a,b; Rodríguez et al., 2008), mukaan lukien elintarvikkeiden välityksellä tarttuvat patogeenit, kuten Bacillus cereus, B. subtilis, E. coli, Listeria monocytogenes ja Campylobacter jejuni (Tajkarimi et al., 2010). Se on vuorovaikutuksessa mikrobien solukalvon kanssa hajottaen protonien liikkeellepanevaa voimaa, mikä aiheuttaa pienten ionien vuotoa ja estää glukoosin kuljetuksen ja glykolyysin (Gill ja Holley, 2004; Helander et al., 1998). Tutkijat ovat tutkineet kanelimaldehydin antimikrobisia vaikutuksia erilaisissa elintarvikkeissa, kuten Salmonella tennessee maapähkinätahnassa (Chen et al., 2015a), E. coli O157:H7 ja Salmonella typhi jauhelihassa (Turgis et al., 2008), mikrobisto karpissa (Mahmoud ym., 2004), Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus ja Yersinia enterocolitica omenamehussa (Yuste ja Fung, 2003) sekä pilaantumismikrobit melonimehussa (Mosqueda-Melgar ym., 2008). Kiinteitä matriiseja, joita on tutkittu kanelimaldehydin kantajina, ovat muun muassa parafiinilla kyllästetty paperi (Echegoyen ja Nerín, 2015), valetut muovikalvot (Lopes et al., 2014; Qin et al.., 2015) ja syötävät kalvot (Balaguer et al., 2013; Zhu et al., 2014).

Tymoli (2-isopropyyli-5-metyylifenoli) (6) on timjamin (Thymus capitatus) eteerisen öljyn pääkomponentti. Haihtuva voi häiritä solukalvojen fosfolipidikaksoiskerroksia aiheuttaen solun sisällön vuotoa sekä olla vuorovaikutuksessa hydrofobisten proteiinien kanssa muuttaen niiden rakenteita (Chavan ja Tupe, 2014; Nedorostova et al., 2009; Zheng et al., 2013). Tutkijat ovat osoittaneet, että tymolin käyttö makeiden kirsikoiden ja syötäväksi tarkoitettujen viinirypäleiden MAP:ssä voi vähentää mesofiilisten aerobisten organismien, hiivojen ja sienten kasvua kylmävarastoinnin aikana sen lisäksi, että se vähentää painonhäviötä, värimuutoksia ja kiinteyden heikkenemistä (Serrano et al., 2005; Valverde et al., 2005). Raakakatkarapujen MAP:ssa tymolihöyryn on osoitettu estävän Salmonella spp. kasvua alentamalla maksimikasvunopeutta jopa 71 % ja viiveaikaa 100 % (Zhou et al., 2013). Tymolin isomeeri, karvaakroli (5-isopropyyli-2-metyylifenoli) (7), jota esiintyy oregano-yrtin (Origanum vulgare) eteerisessä öljyssä, on toinen antimikrobinen haihtuva aine, joka tehoaa voimakkaasti Pseudomonas fluorescensiin, Erwinia amylovora -kasvintuhoojiin ja Candida albicans -kasvintuhoojiin (Zheng ym. 2013). Karvaakrolilla voidaan viivästyttää pöytäviinirypäleiden, kiivien ja hunajamelonin pilaantumista vaikuttamatta merkittävästi niiden aistinvaraisiin ominaisuuksiin (Martínez-Romero et al., 2007; Roller ja Seedhar, 2002). Sen vaikutustavan uskotaan olevan sen vuorovaikutus solukalvoproteiinien ja periplasmisten entsyymien kanssa, mikä häiritsee kalvon protonien liikkeellepanevaa voimaa (Hyldgaard et al., 2012). Timolin ja karvaakrolin synergistisiä antimikrobisia ominaisuuksia on raportoitu useita mikro-organismeja vastaan. Esimerkiksi tymolin ja karvaakrolin pienimmän estävän pitoisuuden (MIC) arvot tryptiseen soijaliemeen inokuloitua P. fluorescens -bakteeria vastaan (inkuboitu 37 °C:ssa 24 tuntia) ovat 648 ja 167 μg/ml, kun taas pienimmän bakterisidisen pitoisuuden (MBC) arvot ovat 1932 ja 555 μg/ml. Yhdistämällä sekä tymolia että karvaakrolia MIC- ja MBC-arvot laskivat huomattavasti 78 ja 156 μg/ml:aan (Zheng ym., 2013). Vastaavasti muut tutkijat raportoivat tymolin ja karvaakrolin synergistisestä antimikrobisesta vaikutuksesta Salmonella typhimuriumia (Zhou et al., 2013) ja Listeria innocua (Garcia-Garcia et al., 2011) vastaan. Kun otetaan huomioon niiden voimakkaat makuominaisuudet, tymolin ja karvaakrolin sekä muiden mahdollisten haihtuvien eteeristen öljyjen synergistisistä antimikrobisista ominaisuuksista voi olla hyötyä mahdollisten ei-toivottujen aistittavien ominaisuuksien minimoimiseksi pienentämällä antimikrobisten vaikutusten aikaansaamiseksi tarvittavaa annosta.

Diasetyyli(2,3-butaanidioni) (8) on maitohappobakteerien, kuten Lactococcus-, Leuconostoc-, Lactobacillus- ja Pediococcus-lajien, aineenvaihdunnan sivutuote (Šušković et al, 2010) Sitä esiintyy luonnostaan hedelmissä, maidossa, maitotuotteissa, oluessa, viineissä, kahvissa ja muissa käyneissä elintarvikkeissa (Papagianni, 2012; Shibamoto, 2014). Sitä käytetään yleisesti elintarvikelisäaineena antamaan voin makua (Lanciotti et al., 2003). Dionilla on laaja antimikrobinen spektri hiivaa sekä grampositiivisia ja -negatiivisia bakteereja vastaan, mikä johtuu sen dikarbonyyliryhmän (COCOCO) reaktiosta entsyymien arginiinin kanssa, mikä heikentää mikrobisoluja (Papagianni, 2012; Ray ja Bhunia, 2014). Se on voimakkaampi happamissa kuin neutraaleissa pH-olosuhteissa (Jay, 1982; Jay ja Rivers, 1984). Jay (1982) raportoi useiden lisäaineiden antagonistisista vaikutuksista diasetyylin antimikrobiseen tehoon, että 1 %:n (w/v) asetaatilla oli voimakkain diasetyyliä estävä vaikutus, jota seurasivat 5 %:n glukoosi ja 1 % Tween 80. Toisaalta Lanciotti et al. (2003) raportoivat, että NaCl parantaa diasetyylin tehoa lisäämällä sen höyrynpainetta ”suolaavan” vaikutuksen kautta. Nämä tekijät olisi otettava huomioon, kun diasetyyliä käytetään monimutkaisissa elintarvikejärjestelmissä.

Allyyli-isotiosyanaatti (AITC) (9) on haihtuva yhdiste, jota ristikukkaisten (Cruciferae) heimoon kuuluvat kasvit (esim. piparjuuri, sinappi, kaali) tuottavat, kun niiden kudoksia hajotetaan. Luonnollisessa tilassaan AITC on glykosinoloitunut sinigriiniksi. Kun kasvin kudokset rikkoutuvat, soluseinään sitoutunut myrosinaasi hydrolysoi glukosinolaatin ja vapauttaa AITC:n yhdessä D-glukoosin ja sulfaatti-ionin kanssa (Mari et al., 1993). AITC:n antimikrobiset ominaisuudet on osoitettu hyvin kirjallisuudessa (Delaquis ja Mazza, 1995; Delaquis ja Sholberg, 1997; Kim ja muut, 2002; Lin ja muut, 2000a,b; Nadarajah ja muut, 2005; Nielsen ja Rios, 2000; Park ja muut, 2000). Höyryfaasissa sen MIC-arvojen bakteereja, hiivoja ja homeita vastaan on raportoitu olevan 34-110, 13-37 ja 16-62 ng/ml (Isshiki et al., 1992). Tsunoda raportoi, että AITC:n myrkyllisyysrajat viidelle puun sienelle vaihtelivat 3,8-118 ppm:n välillä (Tsunoda, 2000). Koska AITC:llä on laaja-alainen antimikrobinen teho, se herättää edelleen kiinnostusta tutkimus- ja kehitystoiminnassa (Mari et al., 1993; Kim et al., 2002; Shofran et al., 2006; Winther ja Nielsen, 2006; Shin et al., 2010; Wang et al., 2010; Ko et al., 2012; Ugolini et al., 2014; Dai ja Lim, 2015; Chen et al., 2015b). Sekä synteettistä että luonnosta peräisin olevaa AITC:tä käytetään elintarvikkeiden säilöntään. Jälkimmäisessä lähestymistavassa kuivattuja sinapinsiemenjauhoja on käytetty luonnollisena AITC:n lähteenä, jonka vapautuminen aktivoituu veden vaikutuksesta sinigriinin myrosinaasivälitteisen hydrolyysin kautta (Dai ja Lim, 2014, 2015).

Klooridioksidi (ClO2) (10) -höyry on laajakirjoinen hapettava/antimikrobinen aine, joka tehoaa vahvasti bakteeri-, virus- ja alkueläinpatogeeneihin. Sen tehoa pidetään yleisesti yhtä tehokkaana tai vahvempana kuin kloorin, mutta pienempänä kuin otsonin tehoa massa-annoksen perusteella (Erickson ja Ortega, 2006; Gómez-López et al., 2009). Pääasiallisena desinfiointitoimintatapana voidaan pitää sen vuorovaikutusta nukleiinihapon ja/tai perifeeristen solurakenteiden kanssa, mikä johtaa proteiinisynteesin häiriintymiseen. Solukalvon läpäisevyyttä muuttavien ulkokalvoproteiinien tuhoutumista pidetään myös mahdollisena vaikutustapana (Aieta ja Berg, 1986; Benarde et al., 1967; US EPA, 1999). ClO2:ta on käytetty tuoreiden tuotteiden käsittelyyn (Garcia et al., 2003; Gil et al., 2009; Gómez-López et al., 2009; Sapers et al., 2003; Sy et al., 2005). Sitä käytetään usein pakkausten, elintarvikkeiden jalostuslaitteiden, tehtaan työkalujen, juomaveden käsittelyn ja niin edelleen desinfiointiaineena.