Izotiocyjanian allilu – chemia korzenia chrzanu

Dzisiejszy wpis nie pojawia się zupełnie przypadkowo. Opowiem o związku chemicznym, którego skomplikowana nazwa może zniechęcić do dalszego czytania, ale zapewniam ze wiele osób właśnie w okresie wielkanocnym ma z tą cząsteczka (zapewne nieświadomie) do czynienia. Mowa o izotiocyjanianie allilu, który dla ułatwienia będę oznaczał w dalszej części tekstu jako AITC (ang. Allyl isothiocyanate).

Izotiocyjanian allilu (Wikipedia)

Jest to związek chemiczny, który jest odpowiedzialny za charakterystyczny ostry i piekący smak oraz zapach chrzanu, a więc jest niemal pewne, że przygotowując tarty chrzan, ćwikłę, czy sos chrzanowy mamy kontakt z AITC. Chemicznie izotiocyjaniany (ITC – ang. Isothiocyanates) to cząsteczki, w których atom tlenu grupy izocyjanowej (-N=C=O) został zastąpiony atomem siarki, tworząc grupę izotiocyjanową –N=C=S. To właśnie ta grupa związków nadaje specyficzny smak i zapach warzywom kapustowatym, do których chrzan (tak właśnie!) należy. W tej samej rodzinie znajdują się oprócz różnych rodzajów kapust także: brokuł, jarmuż, rzodkiew, brukselka, kalafior i wasabi (chrzan japoński).

Korzeń chrzanu (fot. Wikipedia)

Ale jak to się dzieje, że korzenie chrzanu, czy rzodkiewki nie mają zapachu, dopiero ich starcie (pogryzienie/żucie) powodują, że czujemy ich ostrość i intensywny smak? Dzieje się tak dlatego, że ITC są produktem hydrolizy innych związków – glukozynolanów. Rozpad katalityczny występuje, kiedy komórki roślinne zostają mechanicznie uszkodzone (tarcie, krojenie).

Glukozynolany

Glukozynolany to drugorzędowe związki siarki (chemicznie są  to glikozydy siarkowe), obecne niemal w każdym fragmencie rośliny (liście, łodyga, korzenie). Jedna z ich funkcji to ochrona rośliny przed insektami i patogenami. Produkty rozpadu glukozynolanów mogą być toksyczne i odstraszać szkodniki, a także niszczyć bakterie oraz wirusy. Istnieje wiele różnych glukozynolanów i produktów ich rozpadu i jest to grupa związków będąca ciągle pod lupą naukowców i badaczy. Wróćmy jednak do chrzanu i izotiocyjanianu allilu.

Skąd AITC w chrzanie?

Korzeń chrzanu zawiera glukozynolan – synigrinę, która znajduje się w wakuolach komórkowych. Enzym, który powoduje rozpad synigriny, to mirozynaza; zlokalizowany jest w cytoplazmie komórkowej, a część badaczy wymienia również ścianę komórkową jako miejsce, gdzie obecna jest mirozynaza.

Synigrina (Wikipedia)

W normalnych warunkach enzym i glukozynolan są od siebie oddzielone, ale gdy komórka ulega uszkodzeniu, następuje katalityczna hydroliza synigriny i powstają różne produkty degradacji, m.in. AITC. Profil i właściwości produktów hydrolizy zależą od struktury glukozynolanu (łańcuchów bocznych), gatunku rośliny i warunków reakcji. Schemat poniżej pokazuje rozkład enzymatyczny glukozynolanów, z pośrednim związkiem – aglikonem.

Schemat rozpadu glukozynolanow [1].

Powstały przy tarciu chrzanu AITC jest produktem dość nietrwałym i po jakimś czasie się rozkłada – starty chrzan ciemnieje i traci ostry smak. Dodatek octu lub soku z cytryny (ogólnie kwasu) przedłuża trwałość AITC i pozwala dłużej cieszyć się ostrym smakiem. Również dodatek tłuszczu (oleju) zapobiega szybkiemu rozkładowi AITC, stąd w sprzedaży dużo chrzanowych produktów typu majonezy czy sosy.

Skład tartego chrzanu (zdjęcie autora)

Inne zastosowania AITC

AITC to nie tylko naturalne źródła jak chrzan, czy istne kapustowate. Syntetyczny izotiocyjanian allilu otrzymuje się w reakcji chlorku allilu z tiocyjankami potasu lub amonu (rodanki). Używa się go w przemyśle spożywczym jako wzmacniacza smaku do przetworzonych produktów typu smakowe majonezy i sosy. Często jedząc jakieś dodatki „chrzanowe” nie zdajemy sobie sprawy, że prawdziwego chrzanu nie ma w nich ani grama.

AITC jest używany także jako „aromat negatywny” do nadawania nieprzyjemnego zapachu klejom, farbom czy korektorom.  Pod tym względem ma analogiczne zastosowanie w świecie zapachów, jak Bitrex w świecie smaku (o Bitrexie możecie więcej przeczytać tutaj).

Leczyć chrzanem

Chrzan ma mnóstwo leczniczych właściwości – m.in. antybakteryjne, antywirusowe czy przeciwgrzybiczne. Glukozynolany (oraz różne produkty ich rozpadu) od lat są badane przez naukowców jako potencjalne struktury leków na nowotwory. Związki izolowane z chrzanu są analizowane pod katem raka piersi, jelita czy prostaty.

Do zapamiętania

Na koniec kilka punktów, które uważam za warte zapamiętania po lekturze tego wpisu:

  • Chrzan należy do rodziny warzyw kapustowatych
  • Za ostry smak i zapach chrzanu odpowiada izotiocyjanian allilu (AITC)
  • AITC powstaje kiedy komórki ulegają uszkodzeniu (tarcie chrzanu)
  • AITC tworzy się w wyniku rozpadu glukozynolanu – synigriny, a enzym który to katalizuje to mirozynaza.
  • Trwałość AITC w tartym chrzanie można przedłużyć dodając kwas (ocet lub sok z cytryny) lub tłuszcz (majonez).
  • Związki występujące  w chrzanie maja właściwości antybakteryjne i  antywirusowe

Literatura wykorzystana w pracy:

  1. Ali Redha A, Torquati L, Langston F, Nash GR, Gidley MJ, Cozzolino D. Determination of glucosinolates and isothiocyanates in glucosinolate-rich vegetables and oilseeds using infrared spectroscopy: A systematic review. Crit Rev Food Sci Nutr. 2023 Apr 10:1-17. doi: 10.1080/10408398.2023.2198015. Epub ahead of print. PMID: 37035931.
  2. Walters, S.A. Horseradish: A Neglected and Underutilized Plant Species for Improving Human Health. Horticulturae 2021, 7, 167. https://doi.org/10.3390/horticulturae7070167
  3. Blaževic I. Glucosinolates: Novel Sources and Biological Potential. Austin J Bioorg & Org Chem. 2014;1(1): 4.
  4. Proc. Latv. Univ. Agr., 2013, 29(324)