Επίδραση της επεξεργασίας υψηλής πίεσης (ΗΡΡ) στις πρωτεΐνες, στους πολυσακχαρίτες και στα λιπίδια των τροφίμων
Η εφαρμογή της επεξεργασίας
υψηλής πίεσης επηρεάζει σημαντικά τις ιδιότητες των πρωτεϊνών σε διάφορα τρόφιμα
και ζωοτροφές. Πιο συγκεκριμένα, στο γάλα οι 2 σημαντικότερες πρωτεΐνες του ορού,
δηλ. η β – λακτογλοβουλίνη και η α – λακταλβουμίνη, υφίστανται σοβαρή
μετουσίωση της τεταρτοταγούς δομής, η οποία είναι αντιστρεπτή, όταν η πίεση
κυμαίνεται μεταξύ 100 και 300 MPa
σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, με την τελευταία να αποτελεί και την πλέον
ανθεκτική στην επίδραση της πίεσης. Η καταστροφή της τεταρτοταγούς δομής
οφείλεται σε αντιδράσεις αλληλεπίδρασης δισουλφιδικών και σουλφυδριλικών ομάδων
μεταξύ τους ή και με την κ – καζεΐνη. Ειδικότερα στην περίπτωση της β –
λακτογλοβουλίνης, η υψηλή πίεση επιδρά στην ισορροπία μονομερούς – διμερούς,
προκαλεί τη διάσπαση των διμερών, και σε πίεση περίπου 1300 MPa λαμβάνει
χώρα σημαντική μείωση στην ποσότητα του μορίου που βρίσκεται είτε υπό τη μορφή
της πτυχωτής υφής είτε υπό τη μορφή της α – έλικας, κάτι που αποδεικνύει το
(μερικό) ξεδίπλωμα του μορίου της πρωτεΐνης, με αποτέλεσμα την κατακρήμνισή
της. Η μεταβολή στη δομή του μορίου οδηγεί σε ευκολότερη υδρόλυσή του, η οποία
αυξάνει με τη σειρά της την πεπτικότητα της πρωτεΐνης in vitro. Η ομογενοποίηση του γάλακτος
σε συνθήκες υψηλής πίεσης προκαλεί, επίσης, μείωση στη δραστικότητα της
αλκαλικής φωσφατάσης και της λακτοϋπεροξειδάσης, η οποία είναι περισσότερο
εμφανής, καθώς η θερμοκρασία του γάλακτος αυξάνει λόγω της εφαρμογής ψηλής
πίεσης. Από την άλλη πλευρά, η δράση της λιπάσης της λιποπρωτεΐνης – ενός
ενζύμου που προκαλεί αποδόμηση των λιπιδίων – αυξάνει στο ομογενοποιημένο με
υψηλή πίεση γάλα, προκαλώντας την εμφάνιση τάγγισης. Στο βουβαλίσιο γάλα η
εφαρμογή υψηλής πίεσης μεταξύ 250 και 600 MPa οδηγεί σε ελαφρά μείωση των μικκυλίων καζεΐνης, ενώ υψηλή
πίεση της τάξης των 100 MPa
δεν παρουσιάζει καμία επίδραση. Περαιτέρω, η επεξεργασία του αγελαδινού
γάλακτος υπό υψηλή πίεση αυξάνει σημαντικά το μέγεθος των μικκυλίων καζεΐνης. Ο
χρόνος πήξεως στο βουβαλίσιο γάλα αυξάνει λόγω της μερικής καταστροφής της
ρενίνης, σε αντίθεση με το γάλα άλλων ειδών όπου μειώνεται. Αυτό μπορεί να
οφείλεται στη μερική καταστροφή των μικκυλίων καζεΐνης στο γάλα της αγελάδας
και άλλων ειδών, τη στιγμή που στο βουβαλίσιο γάλα τα μικκύλια καζεΐνης
ενώνονται με τις πρωτεΐνες του ορού. Τα μικκύλια καζεΐνης σε πιέσεις
μεγαλύτερες των 300 MPa
σχηματίζουν τεράστια συσσωματώματα που καθιζάνουν. Επιπλέον, τα μικκύλια
καζεΐνης υφίστανται διάσπαση και ανασύνθεση λόγω του σχηματισμού υδρόφοβων
διαμοριακών δεσμών. Τέλος, έχει βρεθεί στο τυρί Cheddar ότι η
πρωτεΐνη χυμοσίνη είναι ανθεκτική στην άσκηση υψηλής πίεσης, σε αντίθεση με την
πλασμίνη, η οποία είναι ευαίσθητη σε πιέσεις μεγαλύτερες των 400 MPa.
Ένα άλλο τρόφιμο πλούσιο σε πρωτεΐνες είναι το αβοκάντο. Η πολυφαινολοξειδάση παρουσιάζει μεγάλη σταθερότητα έναντι της υψηλής πίεσης (μονό μετά από την εφαρμογή πίεσης 900 MPa αδρανοποιείται). Αυτό χαρακτηρίζει όλε τις πολυφαινολοξειδάσες που υπάρχουν στα φρούτα και λαχανικά. Η βικιλίνη, μία πρωτεΐνη που βρίσκεται στα μπαρμπουνοφάσουλα καθίσταται περισσότερο υδρόφοβη σε συνθήκες υψηλής πίεσης, παρουσιάζει καλύτερη γαλακτωματοποιητική ικανότητα και είναι περισσότερο διαλυτή λόγω του μετασχηματισμού των αδιάλυτων συσσωματωμάτων σε διαλυτά με χαμηλότερο μοριακό βάρος. Την ίδια στιγμή παρατηρείται, επίσης, ξεδίπλωμα του μορίου της πρωτεΐνης. Στην περίπτωση των πρωτεϊνών της σόγιας, η γαλακτωματοποιητική ικανότητα αυξάνει λόγω του ξεδιπλώματος του μορίου. Τα γαλακτώματα που προκύπτουν από τέτοιου είδους πρωτεΐνες χαρακτηρίζονται από μικρότερο μέγεθος σταγονιδίων, μεγαλύτερο ποσοστό προσροφημένων πρωτεϊνών και μεγαλύτερη ευαισθησία στο διαχωρισμό λόγω κροκύδωσης. Η διαλυτότητα αυξάνει, όταν η πίεση αυξάνει από τα 200 στα 600 MPa, η σχετική επιφανειακή υδροφοβικότητα αυξάνει σημαντικά και προοδευτικά, η συγκέντρωση των ελεύθερων σουλφυδρυλικών ομάδων αυξάνει λόγω της διάσπασης των δισουλφιδικών δεσμών, και η ικανότητα ζελατινοποίησης μειώνεται λόγω της σοβαρής μετουσίωσης. Στο σιτάρι η επεξεργασία υπό υψηλή πίεση μειώνει τη διαλυτότητα της κυστεΐνης που περιέχεται στις γλοιαδίνες λόγω της αναδιάταξης των δισουλφιδικών δεσμών μεταξύ των αλυσίδων σε δισουλφιδικούς δεσμούς εντός αυτών, τη διαλυτότητα της γλουτενίνης και την ισχύ της γλουτένης. Στις ντομάτες, η πηκτινομεθυλεστεράση παρουσιάζεται σταθερή έναντι της υψηλής πίεσης, σε αντίθεση με την πολυγαλακτουρονάση.
Στην περίπτωση των βοδινών πλευρών, βρέθηκε ότι η εφαρμογή υψηλής πίεσης μειώνει τη διαλυτότητα των πρωτεϊνών, ενώ η τρυφερότητα δεν επηρεάζεται.
Η λευκωματίνη του αυγού – η πιο σημαντική εκ των πρωτεϊνών του – σχηματίζει αδιάλυτα συσσωματώματα και καθιζάνει, μόνο υπό την επίδραση πολύ υψηλών πιέσεων. Την ίδια στιγμή, η άσκηση πίεσης επιταχύνει την υδρόλυση των πρωτεϊνών του αυγού – σε πίεση 300 – 400 MPa – παρουσία θρυψίνης και χυμοθρυψίνης. Η εφαρμογή υψηλής πίεσης οδηγεί στην απώλεια της δευτεροταγούς δομής των πρωτεϊνών του λευκώματος των αυγών, η οποία συνοδεύεται από μείωση των σουλφυδρυλικών ομάδων λόγω οξείδωσης, με αποτέλεσμα τη μικρότερη (σε σχέση με τη θερμική επεξεργασία) απώλεια της διαλυτότητας και την αύξηση στην επιφανειακή υδροφοβικότητα. Αυτό με τη σειρά του οδηγεί σε μικρότερου μεγέθους συσσωματώματα, τα οποία καθιστούν τα εναιωρήματα λιγότερο θολά. Την ίδια στιγμή, οι αφροί που δημιουργούνται από πρωτεΐνες που έχουν υποστεί την επίδραση της επεξεργασίας υψηλής πίεσης, εμφανίζονται να είναι περισσότερο υγροί και κρεμώδεις, να περιέχουν φυσαλίδες μικρότερου μεγέθους και να παρουσιάζουν μικρότερη ευαισθησία στη συσσωμάτωση των φυσαλίδων.
Στην περίπτωση της τιλάπια (είδους ψαριού), έχει διαπιστωθεί ότι η ακτινομυοσίνη – μία από τις σημαντικότερες πρωτεΐνες – παρουσιάζει σημαντική μείωση του αριθμού των σουλφυδρυλικών ομάδων, το οποίο καταδεικνύει τη δημιουργία ενδο – ή εξωμοριακών δισουλφιδικών δεσμών από αυτές. Αυτό με τη σειρά του προκαλεί την καταστροφή της δομής της ακτινομυοσίνης, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό συσσωματωμάτων. Η μετουσίωση της μυοσίνης είναι αποτέλεσμα της εφαρμογής υψηλής πίεσης. Σε άλλα είδη ψαριών, η εφαρμογή υψηλής πίεσης διασπά το μόριο της καλπαΐνης, η οποία μετουσιώνεται και αδρανοποιείται. Από την άλλη, μία άλλη πρωτεΐνη των ψαριών, η καλπαστατίνη, δεν επηρεάζεται.
β.Επίδραση της επεξεργασίας υψηλής πίεσης στους πολυσακχαρίτες:
Οι υδατάνθρακες και δη οι
πολυσακχαρίτες αποτελούν μία ακόμη σημαντική ομάδα ενώσεων στα τρόφιμα φυτικής
και ζωικής προέλευσης, που επηρεάζονται από την υψηλή πίεση.
Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η δομή και οι ιδιότητες του Ανθεκτικού Αμύλου (RS) που περιέχεται στο άμυλο του σιταριού. Ως RS χαρακτηρίζεται το σύνολο του αμύλου και των προϊόντων διάσπασης αυτού, τα οποία δεν απορροφώνται από το λεπτό έντερο των υγειών ατόμων. Το RS αποτελείται από κρυσταλλικά, γραμμικά, μη διακλαδιζόμενα μόρια α – γλυκάνης βραχείας αλύσου. Η επίδραση της υψηλής πίεσης στο άμυλο του σιταριού είναι αμελητέα, αναφορικά με την παραγωγή RS ˙ παρόλα αυτά οι φυσικοχημικές ιδιότητες των εναιωρημάτων αμύλου που παράγονται με αυτόν τον τρόπο παρέχουν την ευκαιρία παραγωγής καινοτόμων προϊόντων τροφίμων με μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε RS. Περαιτέρω, η επεξεργασία υπό υψηλή πίεση εναιωρημάτων αμύλου οδηγεί σε μειωμένη αποικοδόμηση και περιορισμένη διόγκωση των λιωμένων υπό πίεση κόκκων, καθώς και σε διαφοροποίηση των ιδιοτήτων πάστας/ γέλης με παραγωγή προϊόντων με χαμηλό ιξώδες και υψηλότερη ικανότητα αποθήκευσης, η οποία οδηγεί στην παραγωγή προϊόντων πλούσιων σε άμυλο με παρεμφερές ιξώδες. Επιπρόσθετα, η επεξεργασία υπό υψηλή πίεση επιτρέπει τον έλεγχο σε ικανοποιητικό του βαθμού κρυστάλλωσης του αμύλου, τροποποιώντας τις παραμέτρους, όπως η πίεση, η θερμοκρασία, η περιεκτικότητα σε υγρασία και ο χρόνος επεξεργασίας. Στην περίπτωση του αμύλου ρυζιού, η επεξεργασία υπό υψηλή πίεση της τάξεως των 500 MPa προκαλεί μη αντιστρεπτές μεταβολές σε εναιωρήματα αυτού, οι δε κόκκοι του αμύλου φαίνεται να διατηρούν τη μορφή τους. Από την άλλη πλευρά, η ζελατινοποίηση του αμύλου υπό πίεση προκαλεί τη μείωση του ολικού όγκου του εναιωρήματος. Παραπέρα, το άμυλο των δημητριακών καρπών χαρακτηρίζεται από μικρότερη ισχύ οφειλόμενη στη μικρότερη απελευθέρωση αμυλάσης από τους κόκκους του αμύλου, κάτι που παρατηρείται, κυρίως, σε εναιωρήματα με χαμηλή συγκέντρωση αμύλου. Πιέσεις της τάξεως των 600 MPa προκαλεί αύξηση της πυκνότητας των γελών.
Ένα ακόμα πολύ σημαντικός πολυσακχαρίτης – και πιο συγκεκριμένα δισακχαρίτης – στα τρόφιμα είναι η λακτόζη ή γαλακτοσάκχαρο, όπως είναι γνωστό αλλιώς. Η λακτόζη αποτελείται από ένα μόριο γλυκόζης ενωμένο με ένα μόριο γαλακτόζης. Η επεξεργασία υπό υψηλή πίεση οδηγεί σε σημαντική μείωση της ισομερίωσης και διάσπασης της λακτόζης. Αυτό παίζει σημαντικό ρόλο στην ποιότητα των προϊόντων που έχουν υποστεί θερμική επεξεργασία, από τη στιγμή που στις θεμελιώδεις αντιδράσεις που οδηγούν σε καραμελοποίηση και κατ’ επέκταση σε μείωση της ποιότητας του γάλακτος και των γαλακτοκομικών προϊόντων περιλαμβάνονται η ισομερίωση των αλδοζών προς κετόζες, οι αντιδράσεις κλασματοποίησης και το μαύρισμα. Από την άλλη πλευρά, η επεξεργασία υπό υψηλή πίεση επιταχύνει την αντίδραση Maillard μεταξύ της λακτόζης και της λυσίνης σε αλκαλικό pH, ενώ το αντίθετο συμβαίνει σε τιμές pH κάτω του 8.0.
β.Επίδραση της επεξεργασίας υψηλής πίεσης στα λιπίδια:
Η ομογενοποίηση του γάλακτος είναι μία διεργασία υψηλής πίεσης που προηγείται ή ακολουθεί τη θερμική επεξεργασία (παστερίωση ή αποστείρωση) του γάλακτος. Ο κύριος στόχος της ομογενοποίησης είναι η μείωση του μεγέθους των λιποσφαιρίων, ώστε να επιτευχθεί η καλύτερη κατανομή του λίπους στο γάλα και να παρεμποδιστεί η συσσώρευση του λίπους στην επιφάνεια της υγρής φάσης του γάλακτος, η οποία είναι μη αποδεκτή ειδικά στην περίπτωση της παραγωγής σοκολατούχου γάλακτος, οπότε και επηρεάζει δυσμενώς τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του τελευταίου. Στην περίπτωση αυτή, τα λιποσφαίρια διασπώνται σε μικρότερου μεγέθους τεμάχια. Την ίδια στιγμή, ο αριθμός των λιποσφαιρίων του γάλακτος αυξάνει έως και 10000 φορές, με αποτέλεσμα την αύξηση της επιφάνειας αυτών κατά 10 φορές. Αυτό σημαίνει ότι τα νέα λιποσφαίρια δεν περιβάλλονται μόνο από υπολείμματα της αρχικής μεμβράνης τους, αλλά και από νέα που έχε σχηματιστεί, κυρίως, από πρωτεΐνες του ορού.
Η εφαρμογή υψηλής πίεσης στο λίπος του γάλακτος οδηγεί σε έκθεση των τριγλυκεριδίων του γάλακτος στα ένζυμα (λιπάσες), τα οποία συνεχίζουν τα δράση τους ακόμα και μετά την εφαρμογή υψηλής πίεσης. Πιο συγκεκριμένα η λιποπρωτεϊνική λιπάση αυξάνει και παρουσιάζει ακόμα μεγαλύτερη δραστηριότητα αφού το γάλα έχει υποστεί επεξεργασία υπό υψηλή πίεση. Τα τριγλυκερίδια, υπό την επίδραση των λιπασών, διασπώνται σε λιπαρά οξέα (πλήρης υδρόλυση) ή σε μίγματα λιπαρών οξέων, μονογλυκεριδίων και διγλυκεριδίων (μερική υδρόλυση). Τα ελεύθερα λιπαρά οξέα οδηγούν σε τάγγιση, η οποία επιδεινώνει τη γεύση του γάλακτος (καθιστώντας το πικρό και όξινο). Η υδρόλυση είναι περισσότερο σημαντική στην περίπτωση των λιπαρών οξέων χαμηλού μοριακού βάρους (πτητικών λιπαρών οξέων), ειδικά του βουτυρικού οξέος, τα οποία προσδίδουν δυσάρεστη γεύση και οσμή στο γάλα και στο βούτυρο, με αποτέλεσμα την απόρριψη του τελικού προϊόντος.
Στην περίπτωση των ψαριών και των ιχθυηρών, καθώς και των προϊόντων από σόγια και άλλους φυτικούς και ζωικούς ιστούς, τα τριγλυκερίδια αποτελούνται κυρίως από πολυακόρεστα λιπαρά οξέα (PUFA). Αυτά τα τριγλυκερίδια παίζουν σημαντικό ρόλο στην υγεία του ανθρώπου γιατί αυξάνουν την λιποπρωτεΐνη υψηλής πυκνότητας HDL (“καλή” χοληστερίνη) στην κυκλοφορία του αίματος, προλαμβάνοντας την εκδήλωση καρδιοαγγειακών και άλλων παθήσεων που συνδέονται με το σύγχρονο τρόπο ζωής. Στην περίπτωση αυτή, η επεξεργασία των τροφίμων υπό υψηλή πίεση μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική αποικοδόμηση των λιπιδίων μέσω ενός μηχανισμού γνωστούς ως “οξείδωση με τη βοήθεια της λιποξειδάσης”. Η λιποξειδάση είναι στην πραγματικότητα μία ομάδα ενζύμων που προάγουν την οξείδωση των τριγλυκεριδίων των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων, των οποίων οι ακόρεστοι διπλοί δεσμοί χωρίζονται από μία μεθυλενομάδα. Ο μηχανισμός οξείδωσης περιλαμβάνει το σχηματισμό ενδιάμεσων ελεύθερων ριζών. Σε δεύτερο επίπεδο, οι ενδιάμεσες ελεύθερες ρίζες μετατρέπονται σε δευτέρου σταδίου προϊόντα, όπως λιπαρά οξέα, μονο – και διαλδεΰδες και αλδεϋδοξέα). Στην αρχή, η αντίδραση οδηγεί σε προϊόντα με γλυκίζουσα γεύση, η οποία με την πάροδο του χρόνου καθίσταται περισσότερο αηδής και απωθητική λόγω της παραγωγής των προϊόντων δευτέρου σταδίου.
Έτσι, με βάση τα προαναφερόμενα συνάγεται το συμπέρασμα ότι η τεχνολογία αυτή θα παίξει πολύ σημαντικό ρόλο στο μέλλον στην παραγωγή τροφίμων, καθώς παρέχει μία νέα μέθοδο επεξεργασίας, η οποία επιτρέπει την παραγωγή ασφαλών και υγιών τροφίμων, τα οποία, περαιτέρω, διατηρούν ανέπαφα όλα τα θρεπτικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των πρώτων υλών που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή τους, καθώς επίσης και γιατί δύναται να χρησιμοποιηθεί στην πρώτη γραμμή παραγωγής καινοτόμων τροφίμων.
Σχόλια
Δημοσίευση σχολίου