Hnědé jídlo - Food browning
Browning je proces zhnědnutí potravin kvůli chemické reakce které se odehrávají uvnitř. Proces hnědnutí je jednou z chemických reakcí, které probíhají v chemii potravin, a představuje zajímavé výzkumné téma týkající se zdraví, výživy a technologie potravin. Ačkoli existuje mnoho různých způsobů, jak se potraviny chemicky mění v průběhu času, zejména hnědnutí spadá do 2 hlavních kategorií: enzymatický versus neenzymatické procesy hnědnutí.
Browning má mnoho důležitých dopadů na potravinářský průmysl v souvislosti s výživou, technologiemi a ekonomickými náklady.[1] Vědci se zvláště zajímají o studium kontroly (inhibice) hnědnutí a různých metod, které lze použít k maximalizaci této inhibice a v konečném důsledku k prodloužení trvanlivosti potravin.[2]
Enzymatické zhnědnutí

Enzymatické zhnědnutí je jednou z nejdůležitějších reakcí, které probíhají ve většině druhů ovoce a zeleniny i v mořských plodech.[3] Tyto procesy ovlivňují chuť, barvu a hodnotu těchto potravin.[3] Obecně jde o chemickou reakci zahrnující polyfenol oxidáza (PPO), katechol oxidáza, a další enzymy které vytvářejí melaniny a benzochinon z přírodní fenoly. Enzymatické hnědnutí (nazývané také oxidace potravin) vyžaduje expozici kyslík. Začíná to oxidací fenoly podle polyfenol oxidáza do chinony,[4] jejichž silný elektrofilní stav způsobuje vysokou náchylnost k nukleofilnímu útoku z jiných proteinů.[4] Tyto chinony jsou poté polymerizovány řadou reakcí, které nakonec vedou ke vzniku hnědých pigmentů (melanóza ) na povrchu jídla.[5] Rychlost enzymatického zhnědnutí se odráží na množství aktivních polyfenol oxidáz přítomných v potravinách.[1] Proto se většina výzkumných metod zabývajících se inhibicí enzymatického hnědnutí zaměřila na omezení aktivity polyfenol oxidázy.[1] Ne každé zhnědnutí potravin však má negativní účinky.[1]
Příklady prospěšného enzymatického hnědnutí:
- Rozvíjení barvy a chuti v káva, kakaové boby, a čaj.[6]
- Rozvíjení barvy a chuti v sušené ovoce jako fíky a rozinky.
Příklady nepříznivého enzymatického hnědnutí:
- Čerstvé ovoce a zelenina, včetně jablka, brambory, banány a avokádo.
- Polyfenolové oxidázy jsou hlavní reakcí při tvorbě melanózy u korýšů, jako jsou krevety.[7]
Kontrola enzymatického hnědnutí

Kontrola enzymatického hnědnutí byla pro potravinářský průmysl vždy výzvou. K prevenci nebo zpomalení enzymatického zhnědnutí potravin se používá celá řada přístupů, přičemž každá metoda je zaměřena na konkrétní kroky chemické reakce. Různé typy kontroly enzymatického hnědnutí lze rozdělit do dvou velkých skupin: fyzikální a chemická. Obvykle se používá více metod. Použití siřičitany (silné antiblokovací chemikálie) byly znovu zváženy kvůli možným rizikům, která spolu s jeho činností způsobuje.[8] Bylo provedeno mnoho výzkumů týkajících se přesných typů kontrolních mechanismů, které probíhají při konfrontaci s enzymatickým procesem. Kromě prevence zahrnuje kontrola nad zhnědnutím také opatření určená k obnovení barvy potravin po jejich zhnědnutí. Například, iontová výměna filtrace nebo ultrafiltrace lze použít v dělání vína k odstranění hnědých barevných sedimentů z roztoku.[9]
Fyzikální metody
- Tepelné zpracování - Ošetření jídla teplem, jako je např blanšírování nebo pražení, denaturuje enzymy a ničí reaktanty odpovědné za hnědnutí. Blanšírování se používá například v dělání vína,[10] zpracování čaje, ukládání ořechy a slanina, příprava zeleniny na konzervace proti mrazu.[11][12][13]
- Studené napětí − Chlazení a zmrazení jsou nejběžnější způsoby skladování potravin, které zabraňují jejich rozpadu. Aktivita hnědnutí enzymů, tj. rychlost reakce, poklesne při nízkých teplotách.[14] Chlazení tedy pomáhá zachovat původní vzhled, barvu a chuť čerstvé zeleniny a ovoce. Chlazení se také používá při distribuci ovoce a zeleniny a při opětovném opotřebení.
- Odstranění kyslíku - Přítomnost kyslíku je zásadní pro enzymatické hnědnutí, takže vylučování kyslíku z prostředí pomáhá zpomalit hnědnoucí reakci. Odtahování vzduchu nebo jeho nahrazení jinými plyny (např. N2 nebo CO2 ) během konzervace, například ve vakuovém balení nebo balení s upravenou atmosférou,[14] stáčení vína nebo džusu,[15] pomocí nepropustných filmů nebo jedlých nátěry ponořením do solných nebo cukrových roztoků udržuje jídlo mimo přímý kontakt s kyslíkem.[16] Nepropustné fólie z plastu nebo jiných materiálů zabraňují vystavení potravin kyslíku ve vzduchu a ztrátě vlhkosti. Při vývoji obalových materiálů impregnovaných se zvyšuje aktivita antioxidanty, antimikrobiální a protiplísňový látky, jako např butylovaný hydroxytoluen (BHT) a butylovaný hydroxyanisol (BHA), tokoferoly, hinokitiol, lysozym, nisin, natamycin, chitosan, a ε-polylysin.[17][18] Jedlé povlaky mohou být vyrobeny z polysacharidy, bílkoviny, lipidy, zelenina kůže, rostliny nebo jiné přírodní produkty.[19]
- Ozáření − Ozařování potravin použitím UV-C, gama paprsky, rentgenové záření a elektronové paprsky je další metoda k rozšíření jídla skladovatelnost. Ionizující radiace inhibuje vitalitu mikroorganismů odpovědných za kažení potravin a zpožďuje zrání a klíčení konzervování zeleniny a ovoce.[16][20]
Chemické metody
- Okyselení - Browningovy enzymy jsou stejně jako jiné enzymy aktivní v určitém rozmezí pH. Například, PPO vykazuje optimální aktivitu při pH 5-7 a je inhibován pod pH 3.[16] Okyselující látky a regulátory kyselosti jsou široce používány jako přísady do jídla k udržení požadovaného pH v potravinářských výrobcích. Acidulanty, jako kyselina citronová, kyselina askorbová, a glutathion, se používají jako činidla zabraňující zhnědnutí. Mnoho z těchto činidel také vykazuje další účinky proti zhnědnutí, jako jsou chelatační a antioxidační aktivity.

- Antioxidanty - Mnoho antioxidanty se používají v potravinářském průmyslu jako přísady do potravin. Tyto sloučeniny reagují s kyslíkem a potlačují zahájení procesu prohlížení.[16] Rovněž interferují s meziprodukty následujících reakcí a inhibují melanin formace. Kyselina askorbová, N-acetylcystein, L-cystein, 4-hexylresorcinol, kyselina erythorbová, cystein hydrochlorid, glutathion jsou příklady antioxidantů, které byly studovány pro své vlastnosti proti zhnědnutí.
- Chelatační činidla - Polyfenol oxidáza vyžaduje měď jako kofaktor pro svou funkčnost, tedy měďchelatační činidla inhibují aktivitu tohoto enzymu. Mnoho látek majících chelatační aktivitu bylo studováno a použito v různých oblastech potravinářského průmyslu, jako je například kyselina citronová, kyselina sorbová, polyfosfáty, hinokitiol, kyselina kojová, EDTA, porfyriny, polykarboxylové kyseliny, různé proteiny.[16][18] Některé z těchto sloučenin mají také jiné účinky proti hnědnutí, jako jsou okyselující nebo antioxidační. Hinokitiol se používá v nátěrových hmotách pro balení potravin.
Jiné metody
- Přírodní látky - Různé přírodní produkty a jejich výtažky, jako např cibule, ananas, citrón, a bílé víno Je známo, že inhibují nebo zpomalují hnědnutí některých produktů.[16] Cibule a její extrakt vykazují silné vlastnosti proti zhnědnutí inhibicí aktivity PPO. Ukázalo se, že ananasový džus má proti hnědnutí účinek na jablka a banány. Citronová šťáva se používá k výrobě těst pečivo výrobky vypadají jasněji. Tento účinek je možná vysvětlen vlastnostmi proti zhnědnutí citronový a kyseliny askorbové v citronové šťávě.
- Genetická úprava − Arktická jablka byly geneticky modifikovány tak, aby umlčely výraz z PPO, čímž se oddálí účinek zhnědnutí a zlepší se kvalita jídla z jablek.[21][22]
Neenzymatické zhnědnutí

Druhý typ zhnědnutí, neenzymatické zhnědnutí, je proces, který také produkuje hnědou pigmentaci v potravinách, ale bez aktivity enzymů. Dvě hlavní formy neenzymatického hnědnutí jsou karamelizace a Maillardova reakce. Oba se mění v reakční rychlosti jako funkce vodní aktivita (v chemii potravin je standardní stav vodní aktivity nejčastěji definován jako parciální tlak par čisté vody při stejné teplotě).
Karamelizace je proces zahrnující pyrolýza z cukr. Používá se ve velké míře při vaření pro požadovanou ořechovou chuť a hnědou barvu. Jak proces probíhá, nestálý uvolňují se chemikálie, které vytvářejí charakteristiku karamel příchuť.


Druhou neenzymatickou reakcí je Maillardova reakce. Tato reakce je zodpovědná za produkci aroma, když se vaří jídlo. Mezi příklady potravin, které podléhají Maillardově reakci, patří chleby, steaky a brambory. Jedná se o chemickou reakci, která probíhá mezi aminová skupina zdarma aminokyselina a karbonylová skupina a redukující cukr,[1] obvykle s přídavkem tepla. Cukr interaguje s aminokyselinou a vytváří různé pachy a příchutě. Maillardova reakce je základem pro výrobu umělých aromat pro zpracované potraviny v aromatickém průmyslu,[23] protože výsledná příchuť určuje typ použité aminokyseliny.
Melanoidiny jsou hnědé heterogenní polymery s vysokou molekulovou hmotností, které se tvoří, když se cukry a aminokyseliny spojí Maillardovou reakcí při vysokých teplotách a nízké aktivitě vody. Melanoidiny jsou běžně přítomné v potravinách, které prošly nějakou formou neenzymatického hnědnutí, jako jsou slady z ječmene (Vídeň a Mnichov), krupice, pekárenské výrobky a káva. Jsou také přítomny v odpadních vodách cukrovarů, které vyžadují úpravu, aby se zabránilo kontaminaci kolem odtoku z těchto rafinerií.
Hnědé hrozny během výroby vína
Stejně jako většina druhů ovoce se i hrozny liší počtem fenolických sloučenin, které mají. Tato vlastnost se používá jako parametr při posuzování kvality vína.[4] Obecný proces výroby vína je zahájen enzymatickou oxidací fenolických sloučenin polyfenol oxidázami.[4] Kontakt mezi fenolovými sloučeninami v vakuola hroznové buňky a polyfenol oxidáza enzym (nachází se v cytoplazmě) spouští oxidaci hroznů. K počátečnímu zhnědnutí hroznů tedy dochází v důsledku „kompartmentační úpravy“ v buňkách hroznu.[4]
Důsledky v potravinářském průmyslu a technologiích
Enzymatické hnědnutí ovlivňuje barvu, chuť a výživovou hodnotu potravin, což vede k obrovským ekonomickým ztrátám, pokud nebudou prodány spotřebitelům včas.[1] Odhaduje se, že více než 50% produktů je ztraceno v důsledku enzymatického hnědnutí.[2] Nárůst lidské populace a následné vyčerpání našich přírodních zdrojů podnítilo mnoho biochemiků a potravinářští inženýři podobně najdou nové a vylepšené techniky pro delší konzervaci potravin, a to pomocí metod, které zabrání reakci hnědnutí a účinně prodlouží trvanlivost potravin. Lepší porozumění mechanismům enzymatického hnědnutí, konkrétně porozumění vlastnostem enzymů a substrátů, které se podílejí na reakci, může potravinářským technologům pomoci kontrolovat určité fáze mechanismu a zabraňovat hnědnutí.
Jablka jsou ovoce, které výzkumníci běžně studují kvůli vysokému obsahu fenolu, díky němuž jsou vysoce náchylní k enzymatickému hnědnutí.[3] V souladu s dalšími nálezy týkajícími se jablek a hnědé aktivity byla nalezena korelace mezi vysokým fenolickým množstvím a enzymatickou aktivitou jablek.[3] To poskytuje naději pro potravinářský průmysl ve snaze geneticky modifikovat potraviny tak, aby snižovaly aktivitu polyfenol oxidázy a tím snižovaly hnědnutí. Příkladem takových úspěchů v potravinářském inženýrství je výroba Arktická jablka. Tato jablka, vytvořená Okanagan Specialty Fruits Inc, jsou výsledkem genové sestřih, technika, která umožnila redukci polyfenol oxidázy.
Dalším typem problému, který je podrobně zkoumán, je hnědnutí mořských plodů.[7] Plody moře, zejména krevety, je pochoutka konzumovaná lidmi po celém světě. Hnědnutí krevet, které se ve skutečnosti označuje jako melanóza, vytváří velké obavy pro zpracovatele potravin a spotřebitele. Melanóza se vyskytuje hlavně během posmrtné manipulace a skladování v chladu.[7] Nedávné studie zjistily, že rostlinný extrakt působí jako inhibitor melatoninu polyfenol oxidázy a slouží stejné funkci jako siřičitany, ale bez zdravotních rizik.[7]
Viz také
Reference
- ^ A b C d E F Corzo-Martínez, Marta; Corzo, Nieves; Villamiel, Mar; del Castillo, M Dolores (01.01.2012). Ph.D, Benjamin K. Simpson (ed.). Potravinářská biochemie a zpracování potravin. Wiley-Blackwell. 56–83. doi:10.1002 / 9781118308035.ch4. ISBN 9781118308035.
- ^ A b Kaanane, A .; Labuza, T. P. (01.01.1989). „Maillardova reakce v potravinách“. Pokrok v klinickém a biologickém výzkumu. 304: 301–327. ISSN 0361-7742. PMID 2675033.
- ^ A b C d Holderbaum, Daniel (2010). „Enzymatické hnědnutí, aktivita polyfenol oxidázy a polyfenoly ve čtyřech kultivarech jablek: dynamika během vývoje ovoce“. HortScience.
- ^ A b C d E Macheix, J. J .; Sapis, J. C .; Fleuriet, A. (01.01.1991). "Fenolové sloučeniny a polyfenoloxidáza ve vztahu k hnědnutí hroznů a vín". Kritické recenze v potravinářské vědě a výživě. 30 (4): 441–486. doi:10.1080/10408399109527552. ISSN 1040-8398. PMID 1910524.
- ^ Nicolas, J. J .; Richard-Forget, F. C .; Goupy, P. M .; Amiot, M. J .; Aubert, S. Y. (01.01.1994). "Enzymatické reakce hnědnutí v jablku a výrobcích z jablek". Kritické recenze v potravinářské vědě a výživě. 34 (2): 109–157. doi:10.1080/10408399409527653. ISSN 1040-8398. PMID 8011143.
- ^ On, Quiang (2008). „Objasnění mechanismu inhibice enzymatického hnědnutí chloritanem sodným“. Chemie potravin. El Sevier. 110 (4): 847–51. doi:10.1016 / j.foodchem.2008.02.070. PMID 26047269.
- ^ A b C d Nirmal, Nilesh Prakash; Benjakul, Soottawat; Ahmad, Mehraj; Arfat, Yasir Ali; Panichayupakaranant, Pharkphoom (01.01.2015). „Nežádoucí enzymatické hnědnutí u korýšů: příčinné účinky a jeho inhibice fenolovými sloučeninami“. Kritické recenze v potravinářské vědě a výživě. 55 (14): 1992–2003. doi:10.1080/10408398.2012.755148. ISSN 1549-7852. PMID 25584522. S2CID 22348619.
- ^ Taylor, Steve L .; Higley, Nancy A .; Bush, Robert K. (1986). „Siřičitany v potravinách: použití, analytické metody, rezidua, osud, hodnocení expozice, metabolismus, toxicita a přecitlivělost“. Pokroky ve výzkumu potravin. 30: 1–76. doi:10.1016 / s0065-2628 (08) 60347-x.
- ^ Macheix, J. J .; Sapis, J. C .; Fleuriet, A. (01.01.1991). "Fenolové sloučeniny a polyfenoloxidáza ve vztahu k hnědnutí hroznů a vín". Kritické recenze v potravinářské vědě a výživě. 30 (4): 441–486. doi:10.1080/10408399109527552. ISSN 1040-8398. PMID 1910524.
- ^ Macheix, Jean-Jacques; Sapis, Jean-Claude; Fleuriet, Annie; Lee, C. Y. (leden 1991). "Fenolové sloučeniny a polyfenoloxidáza ve vztahu k hnědnutí hroznů a vín". Kritické recenze v potravinářské vědě a výživě. 30 (4): 441–486. doi:10.1080/10408399109527552.
- ^ Xiao, Hong-Wei; Pan, Zhongli; Deng, Li-Zhen; El-Mashad, Hamed M .; Yang, Xu-Hai; Mujumdar, Arun S .; Gao, Zhen-Jiang; Zhang, Qian (červen 2017). „Nejnovější vývoj a trendy v oblasti tepelného blanšírování - komplexní přehled“. Zpracování informací v zemědělství. 4 (2): 101–127. doi:10.1016 / j.inpa.2017.02.001.
- ^ Grundy, Myriam Marie-Louise; Lapsley, Karen; Ellis, Peter Rory (2016). "Přehled dopadu zpracování na biologickou dostupnost živin a trávení mandlí". International Journal of Food Science & Technology. 51 (9): 1937–1946. doi:10.1111 / ijfs.13192.
- ^ „Národní centrum pro konzervaci domácích potravin | Jak mohu? Zmrazit“. nchfp.uga.edu.
- ^ A b On, Qiang; Luo, Yaguang (1. prosince 2007). "Enzymatické hnědnutí a jeho kontrola u čerstvých produktů". Stewart Postharvest Review. 3 (6): 1–7. doi:10.2212 / spr.2007.6.3.
- ^ Martinez, M. Victoria; Whitaker, John R. (1. června 1995). "Biochemie a kontrola enzymatického hnědnutí". Trendy v potravinářské vědě a technologii. 6 (6): 195–200. doi:10.1016 / S0924-2244 (00) 89054-8.
- ^ A b C d E F Měsíc, Kyoung Mi; Kwon, Eun-Bin; Lee, Bonggi; Kim, Choon Young (15. června 2020). „Poslední trendy v řízení enzymatického pálení ovoce a zeleniny“. Molekuly. 25 (12): 2754. doi:10,3390 / molekuly25122754.
- ^ Yildirim, Selçuk; Röcker, Bettina; Pettersen, Marit Kvalvåg; Nilsen-Nygaard, Julie; Ayhan, Zehra; Rutkaite, Ramune; Radušin, Tanja; Suminska, Patrycja; Marcos, Begonya; Coma, Véronique (leden 2018). „Aktivní aplikace obalů pro potraviny: Aplikace aktivních obalů pro potraviny…“. Komplexní recenze v potravinářské vědě a bezpečnosti potravin. 17 (1): 165–199. doi:10.1111/1541-4337.12322.
- ^ A b L. Brody, Aaron; Strupinsky, E. P .; Kline, Lauri R. (2001). Aktivní obaly pro potravinářské aplikace (1. vyd.). CRC Press. ISBN 9780367397289.
- ^ Yousuf, Basharat; Qadri, Ovais Shafiq; Srivastava, Abhaya Kumar (březen 2018). „Poslední vývoj v oblasti prodloužení trvanlivosti čerstvého ovoce a zeleniny pomocí různých jedlých obalů: přehled“. LWT. 89: 198–209. doi:10.1016 / j.lwt.2017.10.051.
- ^ "Inhibice a kontrola Browning". Výroba ovoce: 183–215. 2006. doi:10.1007/978-0-387-30616-2_8.
- ^ „PPO umlčování“. Okanagan Specialty Fruits, Inc. 2019. Citováno 14. listopadu 2019.
- ^ „USA: GM nezhnědlé arktické jablko expanduje do jídelníčku“. Portál čerstvého ovoce. 13. srpna 2019. Citováno 14. listopadu 2019.
- ^ Tamanna, Nahid (2015). „Zpracování potravin a reakce na Maillard: Vliv na lidské zdraví a výživu“. International Journal of Food Science. 2015: 526762. doi:10.1155/2015/526762. PMC 4745522. PMID 26904661.