Τι είναι το Enzymatic Browning και πώς μπορείτε να το αποτρέψετε;
Μόλις ξεφλουδίσετε την μπανάνα σας, καλύτερα να την φάτε. Αφήστε το χωρίς επίβλεψη για μερικές ώρες και θα επιστρέψετε σε μια άβολη καφέ μπανάνα. Το ίδιο για τα μήλα, τα αχλάδια, τα αβοκάντο και πολλά άλλα φρούτα (και μερικά ακόμη λαχανικά). Είναι εντάξει με τη φλούδα τους, αλλά ένα ξεφλουδισμένο/κομμένο σε φέτες, γίνονται καφέ σε λίγα λεπτά ή ώρες.
Όλα υποφέρουν από ενζυματικό μαύρισμα, ένα από τα πιο συνηθισμένα είδη μαυρίσματος στα τρόφιμα, ειδικά σε φρέσκα, άψητα προϊόντα. Τι είναι λοιπόν το ενζυματικό καφέ χρώμα; Και, το πιο σημαντικό, μπορούμε να κάνουμε κάτι για να το αποτρέψουμε;
Τρεις τύποι ροδίσματος
Όταν το φαγητό αλλάζει χρώμα, είναι βέβαιο ότι θα συμβεί κάποιο είδος χημικής αντίδρασης. Έχουν σχηματιστεί καφέ μόρια που δεν υπήρχαν πριν.
Υπάρχουν τρεις συνήθεις τρόποι που μπορεί να συμβεί αυτό. Οι δύο πρώτες είναι μη ενζυματικές αντιδράσεις αμαύρωσης:η καραμελοποίηση και η αντίδραση Maillard. Είναι που κάνουν τη ζάχαρη, το ψωμί ή ένα κομμάτι μπριζόλα να πάρει χρώμα. Επιταχύνονται από την έντονη θερμότητα και είναι αρκετά αργά (ή ακόμα και ανύπαρκτα σε θερμοκρασία δωματίου).
Το ρόδισμα των φρέσκων προϊόντων μας από την άλλη πλευρά δεν επιταχύνεται από την έντονη ζέστη. Επιπλέον, δεν συμβαίνει σε υψηλές (π.χ. 100°C/212°F) θερμοκρασίες! Αυτός ο μηχανισμός αμαύρωσης βασίζεται στην παρουσία ενεργών ενζύμων και ονομάζεται κατάλληλα:ενζυματική αμαύρωση.
Ένζυμα
Όπως λέει και το όνομα, το ενζυματικό μαύρισμα είναι μια διαδικασία μαύρισμα που χρειάζεται ένζυμα. Τα ένζυμα είναι ένας συγκεκριμένος τύπος πρωτεΐνης και είναι γενικά αρκετά πολύπλοκη στη δομή. Τα ένζυμα υπάρχουν φυσικά παντού γύρω μας. Το σώμα μας είναι γεμάτο από αυτά, όπως και οι περισσότεροι ζωντανοί οργανισμοί, είναι ζωτικής σημασίας για να λειτουργήσουμε κανονικά.
Στους ζωντανούς οργανισμούς, οι χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν συνεχώς. Τα ένζυμα χρησιμεύουν ως καταλύτες για αυτές τις αντιδράσεις. Αυτό σημαίνει ότι βοηθούν τις αντιδράσεις να πραγματοποιηθούν και να τις επιταχύνουν, χωρίς να συμμετέχουν οι ίδιοι σε αυτές. Χωρίς ένζυμα, πολλές κρίσιμες αντιδράσεις σε αυτόν τον κόσμο δεν θα πραγματοποιούνταν.
Οξειδάση πολυφαινόλης (PPO)
Ένα από τα πολλά ένζυμα που αποτελούν μέρος πολλών προϊόντων είναι η οξειδάση της πολυφαινόλης (PPO). Αυτό το ένζυμο καταλύει μια χημική αντίδραση κατά την οποία οι φαινόλες μετατρέπονται σε πολυφαινόλες (περισσότερα για αυτό παρακάτω). Στα προϊόντα, αυτά τα ένζυμα έχουν πολλές χρήσιμες λειτουργίες. Μια ατυχής παρενέργεια είναι ότι αυτό το ένζυμο προκαλεί επίσης καφέ χρώμα σε κομμένα/ξεφλουδισμένα μήλα, μπανάνες, αχλάδια και άλλα!
Η καταστροφή των κυττάρων απελευθερώνει ένζυμα
Σε ένα ολόκληρο, άθικτο μήλο ή μπανάνα, δεν θα συμβεί ενζυματικό μαύρισμα. Ξεκινά μόνο όταν κόψετε, ξεφλουδίσετε ή με άλλο τρόπο βλάψετε ένα κομμάτι προϊόντος. Με την καταστροφή των κυττάρων των προϊόντων, το περιεχόμενο αυτών των κυττάρων απελευθερώνεται. Δεν προστατεύονται πλέον από ένα κελί. Ως αποτέλεσμα, τα μόρια και τα ένζυμα μπορούν να βρουν το ένα το άλλο και να αρχίσουν να αντιδρούν!
Μηχανισμός αντίδρασης ενζυματικής αμαύρωσης
Τι συμβαίνει λοιπόν κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης; Συνολικά, η οξειδάση πολυφαινόλης μετατρέπει μικρά μόρια (φαινόλες) σε μεγάλα μόρια (πολυφαινόλες). Το κάνει μέσω ενός συνόλου χημικών αντιδράσεων. Στην πραγματικότητα, πολλές διαφορετικές αντιδράσεις συμβαίνουν ταυτόχρονα και ο ακριβής μηχανισμός αντίδρασης δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητός.
Γνωρίζουμε πολύ καλά τα πρώτα βήματα, μετά από αυτό, γίνεται τόσο πολύπλοκο, που οι χημικοί εξακολουθούν να μην είναι απολύτως σίγουροι τι συμβαίνει πότε. Ευτυχώς, η κατανόηση αυτών των πρώτων βημάτων σάς δίνει αρκετές πληροφορίες για το τι συμβαίνει για να σας βοηθήσει να το αποτρέψετε.
Βήμα 1:Υδροξυλίωση φαινολών
Μόλις απελευθερωθούν τα ένζυμα και τα μόρια του προϊόντος, οι μονοφαινόλες και η οξειδάση της πολυφαινόλης θα βρεθούν μεταξύ τους.
Οι μονοφαινόλες είναι μόρια που περιέχουν έναν δακτύλιο βενζολίου καθώς και μια ομάδα ΟΗ (ονομάζεται επίσης υδροξυ ομάδα). Ένας δακτύλιος βενζολίου είναι ένας δακτύλιος με 6 άτομα άνθρακα που συνδέονται με 3 εναλλασσόμενους διπλούς δεσμούς
Η απλούστερη φαινόλη αποτελείται από αυτόν ακριβώς τον δακτύλιο βενζολίου και την υδροξυ ομάδα, αλλά μπορεί επίσης να περιέχει άλλα άτομα συνδεδεμένα σε αυτόν τον δακτύλιο.
Έτσι, μόλις η μονοφαινόλη και το PPO βρεθούν μεταξύ τους, το ένζυμο καταλύει μια αντίδραση για να μετατρέψει τη μονοφαινόλη σε διφαινόλη. Αυτή η αντίδραση ονομάζεται αντίδραση υδροξυλίωσης και μπορεί να συμβεί μόνο εάν υπάρχει οξυγόνο! Ωστόσο, ο αέρας που μας περιβάλλει είναι γεμάτος οξυγόνο, επομένως όταν το προϊόν έχει υποστεί ζημιά, το οξυγόνο μπορεί εύκολα να έχει πρόσβαση στην κατεστραμμένη περιοχή.
Βήμα 2:Οξείδωση διφαινολών
Στη συνέχεια, εμφανίζεται μια αντίδραση οξείδωσης, που καταλύεται και πάλι από PPO. Σε αυτό το βήμα, δύο ομάδες ΟΗ μετατρέπονται σε δύο οξυγόνα με διπλούς δεσμούς (βλ. παρακάτω). Τα μόρια που προκύπτουν ονομάζονται κινόνες. Και πάλι, απαιτείται οξυγόνο για να συμβεί η αντίδραση.
Βήμα 3:Σχηματισμός χρωμάτων
Οι κινόνες είναι πολύ αντιδραστικά μόρια, δεν χρειάζονται βοήθεια από ένζυμα για να αντιδράσουν περαιτέρω. Μετά από μια σειρά αντιδράσεων, οι κινόνες θα έχουν σχηματίσει πολυφαινόλες. Αυτές οι πολυφαινόλες είναι μεγάλα μόρια, τα οποία έχουν κόκκινο, καφέ ή ακόμα και μαύρο χρώμα. Τα φρούτα ή τα λαχανικά σας θα γίνουν καφέ μόλις σχηματιστούν.
Διαφορές μεταξύ τύπων προϊόντων
Παρόλο που πολλά φρούτα και λαχανικά γίνονται καφέ μετά την κοπή ή την αποφλοίωση, το καθένα κάνει ελαφρώς διαφορετικά. Διαφορετικά φρούτα και λαχανικά περιέχουν διαφορετικά ένζυμα PPO. Μερικοί είναι πολύ καλοί στο να καταλύουν το βήμα 1, ενώ άλλοι εστιάζουν στο βήμα 2. Ως αποτέλεσμα, ο μηχανισμός και ιδιαίτερα ο ρυθμός ροδίσματος μπορεί να είναι πολύ διαφορετικός για διαφορετικά προϊόντα, παρόλο που ο υποκείμενος μηχανισμός είναι ο ίδιος.
Πρόληψη ενζυματικής αμαύρωσης
Για να αποτρέψετε το ενζυματικό μαύρισμα, έχετε μερικές επιλογές:
- Αφαιρέστε ένα από τα μόρια (PPO, φαινόλες ή οξυγόνο) που απαιτούνται για να συμβεί η αντίδραση
- Σταματήστε αυτό το ένζυμο να κάνει τη δουλειά του (ή επιβραδύνετε το)
Θα ξεκινήσουμε συζητώντας μερικές μεθόδους που επικεντρώνονται στη διασφάλιση ότι τα «συστατικά» που απαιτούνται για την αντίδραση δεν συναντώνται μεταξύ τους. Στη συνέχεια, θα εξετάσουμε τη διακοπή ή την επιβράδυνση των ενζύμων.
Επιλογή 1:Αποτρέψτε τα αντιδρώντα από το να "συναντηθούν"
Μην κάνετε ζημιά
Σε ένα άθικτο κομμάτι φρούτου ή λαχανικού, δεν θα γίνει μαύρισμα. Όσο τα κύτταρα είναι ολόκληρα, το ένζυμο PPO, οι φαινόλες και το οξυγόνο διαχωρίζονται το ένα από το άλλο και ως εκ τούτου δεν μπορούν να αντιδράσουν. Μόνο όταν τα κύτταρα είναι κατεστραμμένα μπορούν να βρουν το ένα το άλλο και να αντιδράσουν, κάνοντας το προϊόν καφέ.
Επομένως, όσο δεν κόβετε σε φέτες, δεν ξεφλουδίζετε, δεν κόβετε ή με άλλο τρόπο καταστρέφετε τα προϊόντα, δεν θα ροδίσουν.
Τούτου λεχθέντος, η συνεχής ωρίμανση και η αλλοίωση των προϊόντων θα διασπάσει επίσης τις κυτταρικές δομές. Ως αποτέλεσμα, ακόμα κι αν δεν το καταστρέψετε επίτηδες, μπορεί να αλλάξει με την πάροδο του χρόνου.
Καταργήστε το οξυγόνο
Για να συμβούν τα βήματα 1 και 2 η παρουσία οξυγόνου είναι ζωτικής σημασίας. Ως εκ τούτου, εάν αποθηκεύσετε το προϊόν σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο, δεν θα γίνει ενζυματικό μαύρισμα.
Δεδομένου ότι το οξυγόνο είναι μέρος του αέρα που μας περιβάλλει, αυτό δεν είναι εύκολο. Εάν έχετε ευθεία επιφάνεια, μπορείτε να τοποθετήσετε το προϊόν σε μια επίπεδη επιφάνεια για να μειώσετε την ποσότητα του οξυγόνου που εισέρχεται. Εναλλακτικά, μπορείτε να το βυθίσετε στο νερό. Το νερό αντικαθιστά τον αέρα και έτσι κρατά το οξυγόνο μακριά.
Οι κατασκευαστές μπορούν να χρησιμοποιούν τεχνολογίες συσκευασίας για να εμποδίσουν το οξυγόνο να έρθει σε επαφή με τα φρεσκοκομμένα προϊόντα τους. Για παράδειγμα, μπορούν να εγχύσουν ένα πακέτο με άζωτο για να αφαιρέσουν το μεγαλύτερο μέρος του οξυγόνου. Ωστόσο, δεδομένου ότι τα προϊόντα θα χαλάσουν πιο γρήγορα όταν δεν υπάρχει καθόλου οξυγόνο, είναι μια λεπτή ισορροπία διατήρησης του προϊόντος ζωντανή έναντι διατήρησης του χρώματός του.
Τα φρέσκα φρούτα και λαχανικά αναπνέουν ακόμα και μετά τη συγκομιδή, είναι απαραίτητο για να παραμείνετε φρέσκα και ζωντανά. Χρειάζονται οξυγόνο για την αναπνοή.
Αφαίρεση νερού
Για να πραγματοποιηθεί η αντίδραση όλα τα μόρια πρέπει να μπορούν να κινούνται για να βρουν το ένα το άλλο. Αφαιρώντας το νερό, στεγνώνοντας έτσι το προϊόν σας, αυτό μπορεί να γίνει πολύ πιο δύσκολο και να επιβραδυνθεί το μαύρισμα.
Λάβετε όμως υπόψη ότι το προϊόν πρέπει να είναι πολύ στεγνό για να λειτουργήσει. Στην πραγματικότητα, η αντίδραση μπορεί ακόμη και να επιταχυνθεί όταν αφαιρεθεί μόνο λίγο νερό, καθώς το υπόλοιπο υγρό θα είναι μόνο πιο συμπυκνωμένο!
Επιλογή 2:Επιβράδυνση/διακοπή του ενζύμου
Για να καταλάβετε πώς μπορείτε να επηρεάσετε τα ένζυμα, έχετε κατά νου ότι τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες. Είναι μια μακρά αλυσίδα αμινοξέων που έχει κουλουριαστεί σε μια πολύ συγκεκριμένη διαμόρφωση για να μπορεί να καταλύει αντιδράσεις. Εάν μια πρωτεΐνη αναγκαστεί να «κουλουριαστεί» με έστω και ελαφρώς διαφορετικό τρόπο, ενδέχεται να μην μπορεί πλέον να κάνει τη δουλειά της.
Αλλαγή pH (οξύτητα)
Ο πρώτος παράγοντας που μπορεί να επηρεάσει αυτή τη διαμόρφωση είναι η τιμή pH του περιβάλλοντός του. Η τιμή pH είναι ένα μέτρο για την οξύτητα ενός υγρού. Μια χαμηλή τιμή (<7) υποδηλώνει ένα όξινο περιβάλλον, μια υψηλή τιμή (>7) υποδηλώνει ένα αλκαλικό περιβάλλον.
Διαφορετικοί τύποι ενζύμων PPO προτιμούν περιβάλλοντα με διαφορετική τιμή pH, τη λεγόμενη βέλτιστη τιμή τους. Αυτό μπορεί να εξαρτάται από την τιμή pH του προϊόντος στο οποίο ανήκει το ένζυμο. Ωστόσο, τα περισσότερα δεν έχουν καλή απόδοση σε πολύ χαμηλές τιμές pH (<4).
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι συνταγές για μηλόπιτα συχνά απαιτούν να στύψετε λίγο χυμό λεμονιού σε φρεσκοκομμένα μήλα. Ο χυμός λεμονιού είναι αρκετά όξινος και μειώνει την τιμή του pH. Ως αποτέλεσμα, μπορεί να επιβραδύνει (ή ακόμα και να σταματήσει) το μαύρισμα.
Μειώστε τη θερμοκρασία
Τα ένζυμα δεν έχουν απλώς μια βέλτιστη τιμή pH στην οποία λειτουργούν πιο γρήγορα. Έχουν επίσης μια βέλτιστη θερμοκρασία στην οποία καταλύεται ταχύτερα.
Η βέλτιστη θερμοκρασία για PPO ποικίλλει ευρέως για διαφορετικούς τύπους προϊόντων. Για το αγγούρι μπορεί να είναι πολύ υψηλότερο από ό,τι για τα μήλα για παράδειγμα. Γενικά όμως, η αποθήκευση των προϊόντων σε χαμηλότερη θερμοκρασία (π.χ. στο ψυγείο) επιβραδύνει το ενζυματικό μαύρισμα.
Λάβετε υπόψη σας όμως ότι μπορεί να προκαλέσετε άλλες ανεπιθύμητες παρενέργειες, καθώς δεν αντέχουν όλοι οι τύποι προϊόντων σε χαμηλές θερμοκρασίες! Μείνετε μακριά από το πάγωμα επίσης. Η κατάψυξη θα βλάψει τα κύτταρα και τα περισσότερα φρέσκα προϊόντα θα αλλάξουν λόγω της κατάψυξης! Επίσης, ακόμη και κατά την κατάψυξη, το ενζυματικό μαύρισμα μπορεί να συμβεί, είτε αργά.
Αυξήστε τη θερμοκρασία
Τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες και η τρισδιάστατη δομή τους είναι καθοριστική για τη λειτουργικότητά τους. Όπως οι περισσότερες πρωτεΐνες, η τρισδιάστατη δομή του PPO είναι αρκετά ευαίσθητη στη θερμότητα. Σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες η πρωτεΐνη θα μετουσιωθεί, προκαλώντας την αποσύνθεση της τρισδιάστατης δομής. Αυτή η διαδικασία μετουσίωσης είναι μόνιμη, δεν θα είναι σε θέση να ανακτήσει μόλις κρυώσει.
Ως εκ τούτου, η θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απενεργοποίηση του PPO. Λάβετε υπόψη ότι δεν αντέχουν όλα τα φρούτα και τα λαχανικά μια θερμική επεξεργασία, αλλά για όσα μπορούν, είναι μια εξαιρετική λύση.
Αυτή η μεθοδολογία χρησιμοποιείται πολύ συχνά κατά την κατάψυξη λαχανικών. Αυτά ασπρίζονται πριν την κατάψυξη. Η λεύκανση αποτελείται από μια γρήγορη θερμική επεξεργασία, που προορίζεται να σταματήσει οποιαδήποτε ενζυματική δραστηριότητα. Αυτό δεν σταματά μόνο το PPO, αλλά και άλλα ένζυμα, εξασφαλίζοντας μεγαλύτερη διάρκεια ζωής μετά την κατάψυξη.
Διοξείδιο του θείου (SO2 )
Γιατί οι χρυσές ή κίτρινες σταφίδες δεν έχουν γίνει καφέ; Λόγω της προσθήκης αυτού του συστατικού:διοξείδιο του θείου (SO2 ). Δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητό πώς λειτουργεί, αλλά είναι σαφές ότι η προσθήκη αυτού του συστατικού μπορεί να αποτρέψει πλήρως το ενζυματικό μαύρισμα.
Προσθέστε ένα αντιοξειδωτικό
Τελευταίο, αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, μπορείτε να προσθέσετε ένα άλλο συστατικό που παρεμβαίνει στη χημική αντίδραση. Το δεύτερο βήμα της ενζυμικής αμαύρωσης μιας αντίδρασης οξείδωσης. Προσθέτοντας ένα αντιοξειδωτικό μπορείτε να αντιστρέψετε αυτό το βήμα. Με αυτόν τον τρόπο οι κινόνες δεν μπορούν να αντιδράσουν σε αυτά τα χρωματιστά μόρια.
Ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο παράδειγμα αυτού είναι το ασκορβικό οξύ (βιταμίνη C). Ένα επιπλέον πλεονέκτημα του οξέος είναι ότι μειώνει επίσης την τιμή του pH, ενεργώντας στο σύστημα μαύρισμα με δύο τρόπους!
Αυτό θα σας δώσει πολλά εργαλεία για να επιβραδύνετε ή να αποτρέψετε την εμφάνιση ενζυματικού καφέ χρώματος. Ενημερώστε μας στα σχόλια ποια μέθοδο(ες) σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε!
Πηγές
Φυσικοχημικές ιδιότητες και λειτουργία φυτικής οξειδάσης πολυφαινόλης:ανασκόπηση, Ruhiye Yoruk &Maurice R. Marshall, 2003, σύνδεσμος (Δίνει τον μηχανισμό αντίδρασης.)
Αναστολή των δραστηριοτήτων οξειδάσης πολυφαινόλης και υπεροξειδάσης σε φρεσκοκομμένο μήλο με ταυτόχρονη επεξεργασία υπερήχων και ασκορβικού οξέος, Ji-Hyun Jang, Kwang-Deog Moon, 2011, σύνδεσμος (Για τρόπους πρόληψης του μαυρίσματος)
Επίδραση της ακτινοβολίας δέσμης γάμμα και ηλεκτρονίων στις φυσικοχημικές και θρεπτικές ιδιότητες των μανιταριών:Ανασκόπηση, Ângela Fernandes, Amilcar L. Antonio, M. Beatriz P.P. Oliveira, Anabela Martins, Isabel C.F.R. Ferreira, 2012, σύνδεσμος (Μια μελέτη περίπτωσης για τα μανιτάρια.)
Η γήρανση της φλούδας μπανάνας εμποδίζεται από τη συσκευασία τροποποιημένης ατμόσφαιρας, Rujira Choehoma, Saichol Ketsa, Wouter G. van Doorn, 2004, σύνδεσμος (Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον σχηματισμό καφέ κηλίδων σε μια μπανάνα.)
Επιδράσεις των συνδυασμών κατά του μαυρίσματος ασκορβικού οξέος, κιτρικού οξέος, αζώτου και διοξειδίου του άνθρακα στην ποιότητα των Smoothies μπανάνας, Siyuan Wang et al., 2013, σύνδεσμος (Μελέτη περίπτωσης για smoothies με μπανάνα!)
