Ograniczenie brązowienia enzymatycznego poprzez aplikację naturalnych roztworów funkcjonalnych

Czy wiesz, ile ton jedzenia wyrzuca się każdego roku w Polsce? Czym to jest spowodowane? Czy można temu zaradzić? Czy naturalne ekstrakty mogą być bardziej skuteczne w przedłużaniu trwałości żywności niskoprzetworzonej niż powszechnie stosowane konserwanty? Na te i inne pytania znajdziesz odpowiedzi w kolejnym artykule z cyklu “Poznaj świat nauk o żywności”.

W ostatnich latach rynek produktów owocowo-warzywnych jest jednym z najprężniej rozwijających się gałęzi przemysłu spożywczego. Konsumenci są coraz bardziej świadomi korzyści wynikających z obecności dużej ilości warzyw i owoców w diecie, wiedzą także jakie są skutki nadmiernej podaży żywności wysoko przetworzonej. Stale rosnące tempo życia sprawia, że mają coraz mniej czasu na przygotowanie prawidłowo zbilansowanych posiłków.

Rys. 1. Próba kontrolna – sałata lodowa namaczana w wodzie destylowanej, osuszona, przechowywana 7 dni  warunkach chłodniczych.

Z uwagi na powyższe, coraz większą popularnością cieszą się produkty pochodzenia roślinnego typu ready-to-eat. Producenci żywności wychodząc naprzeciw oczekiwaniom konsumentów prześcigają się w tworzeniu nowych niskoprzetworzonych produktów spożywczych. Na rynek trafiają różnego rodzaju mieszanki sałat, kompozycje umytych i rozdrobnionych owoców i warzyw, czy też skiełkowane nasiona roślin. Produkty minimalnie przetworzone oprócz właściwości prozdrowotnych wynikających z obecności błonnika pokarmowego, witamin, składników mineralnych, związków wykazujących biologiczną aktywność tj. związki polifenolowe, cechują się także pożądanymi walorami sensorycznymi. Niestety wadą tego typu żywności jest krótki termin przydatności do spożycia wynikający z ograniczonej obróbki technologicznej. Na skutek uszkodzeń mechanicznych pogorszeniu ulega przede wszystkim barwa oraz tekstura. Produkty z widocznymi oznakami brązowienia enzymatycznego są często dyskwalifikowane przez potencjalnych konsumentów, którzy podczas zakupów zwracają uwagę przede wszystkim na wygląd żywności. Generuje to ogromne straty ekonomiczne. Każdego roku w Polsce wyrzuca się około 5 milionów ton jedzenia. Dużą część tego stanowią owoce i warzywa.

W związku z tym podejmuje się liczne próby modyfikacji procesów technologicznych mających na celu uzyskanie produktów o przedłużonej trwałości, charakteryzujących się wysoką wartością odżywczą
i właściwościami prozdrowotnymi.

Biorąc pod uwagę fakt, iż jakość konsumencka jest w głównej mierze determinowana wyglądem produktu, kluczowym staje się rozwiązanie problemu brązowienia enzymatycznego generowanego zwiększoną aktywnością oksydazy polifenolowej (PPO) oraz peroksydazy (POD).

Rys. 2. Próba badawcza – sałata lodowa traktowana 1% ekstraktem z otrębów pszennych, osuszona, przechowywana 7 dni w warunkach chłodniczych.

Obecnie w celu obniżenia wartości indeksu brązowienia enzymatycznego w produktach spożywczych niskoprzetworzonych wykorzystuje się zabiegi fizyczne oraz chemiczne. W technologii minimalnego przetwarzania żywności istotne jest zastosowanie metod, które nie powodują straty składników odżywczych i prozdrowotnych w produkcie oraz nie wpływają negatywnie na jego jakość organoleptyczną. Dotychczas stosowane technologie pomimo licznych zalet cechuje również szereg wad (np. energochłonność, wysokie koszty, niekorzystny wpływ na środowisko naturalne, brak uniwersalności). Strategię chroniącą żywność niskoprzetworzoną przed niepożądanymi zmianami generowanymi przez oksydazy polifenolowe
i peroksydazy może stanowić aplikacja roztworów funkcjonalnych efektywnie hamujących brązowienie enzymatyczne. Zabiegi tego typu są niedrogie, bezpieczne i akceptowalne przez wszystkie grupy konsumenckie.

Pracownicy Katedry Biochemii i Chemii Żywności podjęli badania dotyczące oceny możliwości zastosowania tego typu strategii oraz jej optymalizacji w układzie modelowym obejmującym nieprzetworzone produkty roślinne (kiełki fasoli mung oraz rozdrobniona sałata lodowa), które w czasie przechowywania charakteryzuje podatność na brązowienie enzymatyczne.

Przeprowadzone badania potwierdziły, że jakość żywności niskoprzetworzonej można efektywnie kształtować poprzez pozbiorczą aplikację naturalnych ekstraktów roślinnych. Dla zachowania pożądanej barwy kiełków fasoli mung kluczowe jest zahamowanie aktywności peroksydazy, gdyż wyniki badań przesiewowych potwierdziły, że aktywność POD w przechowywanych kiełkach jest ponad 23 razy większa niż PPO. Efektywnymi inhibitorami, wykazującymi aktywność porównywalną z kwasem askorbinowym, były wodne ekstrakty uzyskane z suszonych liści majeranku i oregano. Aplikacja wodnych ekstraktów z otrębów pszennych i suszonych liści bazylii ograniczyła brązowienie enzymatyczne podczas przechowywania rozdrobnionych liści sałaty lodowej, co wynikało głównie z zahamowania aktywności PPO.

Zaproponowana technologia istotnie poprawiła jakość mikrobiologiczną produktów modelowych. W przypadku kiełków aplikacja wszystkich badanych roztworów istotnie ograniczyła wzrost bakterii mezofilnych. Najwyższy potencjał do hamownia wzrostu bakterii z grupy coli wykazały wodne ekstrakty
z majeranku. W przypadku rozdrobnionej sałaty ekstrakty z otrębów pszennych oraz liści bazylii znacząco ograniczyły wzrost niepożądanej mikrobioty. Należy podkreślić, że wodne ekstrakty uzyskane z ziół były bardziej efektywne w ograniczaniu rozwoju niekorzystnej mikrobioty, niż powszechnie stosowane substancje chemiczne. Dodatkowo kwas askorbinowy stymulował wzrost drożdży i pleśni, co znacząco ogranicza możliwość jego zastosowania w konserwacji minimalnie przetworzonej żywności.

Niewykluczone, że w niedalekiej przyszłości wodne ekstrakty pochodzenia roślinnego pozwolą ograniczyć stosowanie syntetycznych konserwantów, w przedłużaniu trwałości żywności niskoprzetworzonej, jednak wymaga to dalszych badań.

Bibliografia:

1. A. Baselice, F. Colantuoni, D. A. Lass, G. Nardone, and A. Stasi, ‘Trends in EU consumers’ attitude towards freshcut fruit and vegetables’, Food Quality and Preference, vol. 59, pp. 87–96, Jul. 2017.
2. P. Nokthai, V. S. Lee, and L. Shank, ‘Molecular modeling of peroxidase and polyphenol Oxidase: Substrate specificity and active site comparison’, International Journal of Molecular Sciences, vol. 11, no. 9, pp. 3266–3276, 2010.
3. P. Nowicka, A. Wojdyło, and J. Oszmiański, ‘Zagrożenia powstające w żywności minimalnie przetworzonej i skuteczne metody ich eliminacji’, Żywnosc. Nauka. Technologia. Jakość/Food. Science Technology. Quality, vol. 21, no. 2, pp. 5–18, 2014.

4. M. Sikora, U. Złotek, M. Kordowska-Wiater, M. Świeca, ‘Spicy herb extracts as a potential improver of the antioxidant properties and inhibitor of enzymatic browning and endogenous microbiota growth in stored mung bean sprouts’, Antioxidants 10, 425, 2021.
5. M. Sikora, U. Złotek,, M. Świeca, ‘Effect of basil leaves and wheat bran water extracts on enzymatic browning of shredded storage iceberg lettuce’ International Journal of Food Science & Technology,, 55, 1318–1325, 2020.

Dr inż. Małgorzata Sierocka
Katedra Biochemii i Chemii Żywności
Wydział Nauk o Żywności i Biotechnologii

***

[Cykl „Poznaj świat nauki o żywności” to seria artykułów popularnonaukowych przygotowywanych przez naukowców z Wydziału Nauk o Żywności i Biotechnologii Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie].