wpływ parametrów procesu ciśnieniowania na pojemność

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2012 z. 571: 79–85
WPŁYW PARAMETRÓW PROCESU CIŚNIENIOWANIA
NA POJEMNOŚĆ PRZECIWUTLENIAJĄCĄ PURÉE
TRUSKAWKOWEGO UTRWALONEGO METODĄ UHP1
Krystian Marszałek*,**, Marta Mitek*
**Katedra Technologii Żywności, Zakład Technologii Owoców i Warzyw
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
**Zakład Technologii Przetworów Owocowych i Warzywnych
Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego, Warszawa
Wstęp
Wysokie ciśnienia są jedną z nowych i nie do końca poznanych metod utrwalania żywności. Produkty owocowe, takie jak soki czy przeciery charakteryzujące się niskimi wartościami pH, mogą być szczególnie odpowiednie do utrwalania
właśnie tą metodą [KOSTRZEWA i in. 2002]. Chociaż od pierwszego przemysłowego
zastosowania wysokiego ciśnienia minęło około stu lat, to dopiero teraz na rynku możemy spotkać produkty utrwalane tą metodą. Obecnie asortyment jest dość
duży i obejmuje: soki, konfitury, desery, koncentraty owocowe, purée z awokado
oraz świeżo wyciskane soki [HAĆ-SZYMAŃCZUK i MROCZEK 2006; MARSZAŁEK i in.
2011]. Technika oparta na wysokich ciśnieniach nie daje możliwości całkowitej
sterylizacji produktu ze względu na ograniczenia w wysokości stosowanego ciśnienia i kosztów z tym związanych, jednak przy stosunkowo niewielkich ciśnieniach
(400–600 MPa) można znacznie wydłużyć trwałość żywności poprzez inaktywację bakterii gram-ujemnych, a także drożdży i pleśni [HAĆ-SZYMAŃCZUK i MROCZEK 2006]. Wielu autorów [DROZDOWSKI i MAJEWSKI 2000, HUGAS i in. 2002,
PIETRZAK i MROCZEK 2002] podaje, że zastosowanie wysokiego ciśnienia pozwala
na częściową inaktywację drobnoustrojów i enzymów, natomiast cechy smakowo-zapachowe żywności pozostają niezmienione. Dlatego nawet jeśli metoda ta nie
pozwala na pełną sterylizację produktu, to powinna znaleźć zastosowanie do przedłużania trwałości produktów minimalnie przetworzonych, o krótkim okresie trwałości (przeciery, kremogeny czy soki tzw. bezpośrednie).
1
Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki. Praca współfinansowana
ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.
80
K. Marszałek, M. Mitek
Celem pracy było zbadanie wpływu działania wysokich ciśnień hydrostatycznych, przy zastosowaniu różnych parametrów ciśnienia (300–500 MPa), czasu
działania ciśnienia (1–15 min) oraz temperatury procesu (0–50°C), na ogólną pojemność przeciwutleniającą purée truskawkowego.
Materiał i metody
Surowiec wyjściowy (S1) stanowiły owoce truskawek odmiany Senga Sengana pochodzące z okolic Starego Zadybia (pow. rycki). Po zbiorze (czerwiec 2010 r.)
truskawki odszypułkowano i zamrożono w nowoczesnym tunelu fluidyzacyjnym
(firma „ULMER” Ulmer Danuta i Paweł Sp. j.). Zamrożone truskawki posortowano na klasy jakościowe na sortowniku optycznym NIAGARA firmy Sortex i zapakowano do worków papierowych (masa netto 25 kg). Zapakowane owoce przechowywano w warunkach głębokiego zamrożenia (–24°C) do momentu rozpoczęcia
eksperymentu (około 3 miesiące). W celu wyprodukowania purée truskawkowego
zamrożone owoce rozdrobniono w robocie gastronomicznym CL-30 firmy Robot
Coupe, a następnie poddano homogenizacji w młynku koloidalnym firmy Fryma.
Gotowe purée odpowietrzono w odpowietrzaczu rozpyłowym firmy Fryma i zapakowano w opakowania PE-LD (50 cm3), bez wolnej przestrzeni powietrznej w opakowaniu. Próbki poddawano działaniu ciśnienia w Instytucie Wysokich Ciśnień
UNIPRESS, przy ciśnieniu 300 i 500 MPa, czasie działania ciśnienia 1, 5 i 15 minut oraz w dwóch wysokościach temperatury procesu – 0 i 50°C. Próbę kontrolną
stanowiło purée utrwalone metodą tradycyjnej pasteryzacji w opakowaniach szklanych o pojemności 100 ml w temperaturze 90°C i czasie 15 minut.
W surowcu, purée utrwalonym metodą UHP oraz próbie kontrolnej (pasteryzowanej tradycyjnie) wykonano oznaczenia ogólnej pojemności przeciwutleniającej z rodnikami DPPH• [YEN i CHEN 1995] oraz ABTS•+ [RE i in. 1999].
W celu uzyskania wyciągu podstawowego służącego do oznaczenia pojemności przeciwutleniającej odpowiednią naważkę purée truskawkowego rozcieńczono
wodą destylowaną. Dla lepszej ekstrakcji składników odpowiedzialnych za zmiatanie wolnych rodników próbkę poddano działaniu ultradźwięków przez 5 minut.
Całość sączono na lejku Büchnera pod próżnią, a otrzymany w ten sposób przesącz
służył jako wyciąg podstawowy do oznaczania pojemności przeciwutleniającej.
Analizę z rodnikami DPPH prowadzono zgodnie z danymi literaturowymi opisanymi przez YENA i CHENA [1995]. Pojemność przeciwutleniającą z kationorodnikiem
ABTS prowadzono zgodnie z procedurą opisaną przez RE i in. [1999].
Analizy wykonywano wobec próby ślepej, w której zamiast wyciągu podstawowego stosowano wodę destylowaną. Uwzględniając odczyt z krzywej wzorcowej,
rozcieńczenie oraz masę molową Troloxu (250,259 g·mol–1), obliczono całkowitą
pojemność przeciwutleniającą wyrażoną w mikromolach Troloxu w przeliczeniu
na 1 gram badanej próbki.
Wyniki analiz opracowano statystycznie przy użyciu programu do statystycznej analizy danych Statgraphics 4.1 Plus z zastosowaniem jednoczynnikowej analizy wariancji. Ocenę istotności wpływu poszczególnych czynników przeprowadzono dla poziomu istotności α = 0,05. Odchylenia standardowe obliczono
i naniesiono na wykresy w postaci słupków błędów za pomocą programu MS
Excel.
81
WPŁYW PARAMETRÓW PROCESU CIŚNIENIOWANIA...
Wyniki i dyskusja
Pojemność przeciwutleniającą, na którą składa się aktywność poszczególnych
składników o właściwościach przeciwutleniających znajdujących się w purée truskawkowym, przedstawiono na rysunkach 1 oraz 2.
(μmol Trolox·g–1)
18
17
16
15
14
13
12
11
10
a
a,b
d
S1
P
c
UHP/300/1
a,b
c
a,b
UHP/300/5 UHP/300/15
0°C
Rys. 1
(μmol Trolox·g–1)
UHP/500/5
a,b b,c
UHP/500/15
50°C
b
c,d
c
c
c
d,e
P
UHP/300/1
c
c
f
g
UHP/300/5 UHP/300/15 UHP/500/1
0°C
Fig. 2.
UHP/500/1
a,b
a
S1
Rys. 2.
c
Wpływ parametrów (300–500 MPa, 1–15 min, 0–50°C) utrwalania na pojemność przeciwutleniającą purée truskawkowego oznaczoną z rodnikami DPPH:
a, b, c – wartości średnie oznaczone różnymi literami różnią się statystycznie
istotnie na poziomie α = 0,05
Effect of preservation (300–500 MPa, 1–15 min, 0–50°C) on antioxidant capacity in strawberry purée marked with DPPH radicals: a, b, c – mean values in the
rows with different superscripts are statistically significant different α = 0.05
Fig. 1.
18
17
16
15
14
13
12
11
10
a,b
c
e,f
d,e
UHP/500/5 UHP/500/15
50°C
Wpływ parametrów (300–500 MPa, 1–15 min, 0–50°C) utrwalania na pojemność przeciwutleniającą purée truskawkowego oznaczoną z rodnikami ABTS:
a, b, c… – wartości średnie oznaczone różnymi literami różnią się statystycznie
istotnie na poziomie α = 0,05
Effect of preservation (300–500 MPa, 1–15 min, 0–50°C) on antioxidant capacity in strawberry purée marked with ABTS radicals: a, b, c… – mean values in the rows with different superscripts are statistically significant different
α = 0.05
W obu metodach największą wartością pojemności przeciwutleniającej charakteryzował się surowiec, odpowiednio 12,0 i 16,7 μmol Trolox·g–1 dla metody
z rodnikami DPPH oraz ABTS. Pojemność przeciwutleniająca, oznaczona z rodnikami DPPH po pasteryzacji oraz po utrwaleniu metodą UHP w temperaturze 0
i 50°C, wynosiła średnio 10,8, 11,7 oraz 11,3 μmola Trolox·g–1 purée i była mniej-
82
K. Marszałek, M. Mitek
sza od tej oznaczonej w surowcu, odpowiednio o 10, 2 i 6%. W przypadku metody
z rodnikami ABTS różnice te były nieco większe i wynosiły 4, 23 i 17% w stosunku do surowca. Analiza statystyczna uzyskanych wyników badań wykazała istotny
wpływ temperatury na zdolność zmiatania wolnych rodników przez składniki zawarte w purée truskawkowym. Dodatkowo w metodzie z rodnikami ABTS zauważono, że proces pasteryzacji nie wpłynął w tak bardzo istotny sposób na pojemność
przeciwutleniającą jak w przypadku metody z DPPH. Różnice te mogą wynikać
z powstawania związków (np. reakcji Maillarda) mogących podnosić pojemność
przeciwutleniającą oznaczaną z rodnikami ABTS. W metodzie tej stwierdzono również istotny wpływ czasu działania wysokich ciśnień, ale tylko przy niższej temperaturze procesu. Przy ciśnieniu 300 MPa czas działania ciśnienia niekorzystnie
wpływał na zdolność zmiatania rodników ABTS przez składniki purée, natomiast
przy ciśnieniu 500 MPa zauważono odwrotną zależność. Większe wartości pojemności przeciwutleniającej w próbkach utrwalonych metodą UHP przy wyższej temperaturze w porównaniu z utrwalonymi przy niższej temperaturze mogą być spowodowane takimi samymi przyczynami, jak w przypadku pasteryzacji. Dodatkowo
wysokie ciśnienie może wpływać na lepszą ekstrakcję składników odpowiedzialnych za pojemność przeciwutleniającą z rodnikami ABTS.
W przypadku metody z rodnikami DPPH zależności były inne, co może wynikać z różnic w samych reakcjach. Reakcja składników biologicznie aktywnych
z rodnikami DPPH przebiega w czasie 10 minut (temperatura pokojowa), natomiast
z rodnikami ABTS w czasie 6 minut (30°C). W metodzie z ABTS reakcja przebiega szybciej niż w przypadku metody z DPPH. Oznacza to, że otrzymany wynik
odpowiada obecności tylko części zmiatających wolne rodniki składników żywności – tym większej, im szybszy jest przebieg reakcji [BARTOŃ i in. 2005]. Wobec
powyższego metoda z ABTS obejmuje więcej składników reaktywnych, a metoda
z DPPH mniej. Oznacza to, że należy się spodziewać większych wartości wyników
oznaczonych metodą z ABTS w stosunku do metody z DPPH. Wyniki oznaczania
siły zmiatania wolnych rodników metodą z ABTS były średnio o 28, 33, 9 i 19%
większe od wartości uzyskanych przy użyciu rodników DPPH, odpowiednio dla surowca, purée pasteryzowanego oraz utrwalonego w temperaturze 0 i 50°C.
PATRAS i in. [2009] w badaniach nad zmianami cech jakościowych w purée
truskawkowym utrwalonym metodą wysokich ciśnień hydrostatycznych (400–600
MPa, 15 min, 10–30°C) oraz pasteryzacji (70°C, 2 min) zanotowali, że straty pojemności przeciwutleniającej, wynikające z procesu pasteryzacji, wyniosły 25%,
natomiast pojemność przeciwutleniająca po działaniu na próbki ciśnieniem od 400
do 600 MPa była mniejsza o 14–20%. Z kolei HARTMANN i in. [2010] w badaniach
nad zmianami jakościowymi w trakcie produkcji purée truskawkowego odnotowali pogorszenie zdolności przeciwutleniającej produktów pasteryzowanych (85°C,
2 min) o 28%. Jak podaje HORUBAŁA [1999], wartości pojemności przeciwutleniającej są proporcjonalne do zawartości polifenoli ogółem oraz innych składników
żywności (np. kwasu askorbinowego czy barwników antocyjanowych). Obecność
kwasu askorbinowego może w dużej mierze wpłynąć na wynik pomiaru ogólnej
pojemności przeciwutleniającej surowca. Truskawki swoją dużą pojemność przeciwutleniającą zawdzięczają głównie obecności kwasu elagowego, stanowiącego 30–50% związków fenolowych truskawek [SZAJDEK i BOROWSKA 2004, OSZMIAŃSKI i in. 2007]. Kwas L-askorbinowy, cyjanidyna, pelargonidyna, katechina
i epikatechina oraz kwercetyna i taniny, obecne w owocach truskawek, wykazują
WPŁYW PARAMETRÓW PROCESU CIŚNIENIOWANIA...
83
odpowiednio: 0,99; 1,56; 4,42; 2,50; 4,72 aktywność przeciwutleniającą w stosunku do Troloxu. Wartość ta w stosunku do tanin obecnych w owocach w zależności
od formy może wynosić od 3 do 30 [HORUBAŁA 1999].
Wnioski
1.
2.
3.
Metoda z rodnikami ABTS daje średnio o 30% (surowiec, pasteryzacja) i 15%
(metoda UHP) lepsze wyniki wartości pojemności przeciwutleniającej niż
z rodnikami DPPH.
Na wartość pojemności przeciwutleniającej oznaczonej z rodnikami DPPH
i ABTS istotny wpływ miała temperatura prowadzenia procesu w metodzie
UHP. Dodatkowo w metodzie z ABTS zauważono istotny wpływ ciśnienia na
poziom badanej wartości.
Podczas ogrzewania powstają związki reagujące z rodnikami ABTS z większą
intensywnością niż z rodnikami DPPH.
Literatura
BARTO H., FOŁOTA M., ZACHWIEJA Z. 2005. Zastosowanie metod FRAP, ABTS
i DPPH w badaniu aktywności antyoksydacyjnej produktów spożywczych. Now. Lekarskie 74, 4: 510–513.
DROZDOWSKI R., MAJEWSKI J. 2000. Zastosowanie wysokich ciśnień w utrwalaniu
żywności. Przegl. Gastronom. 54: 37–38.
HAĆ-SZYMAŃCZUK E., MROCZEK J. 2006. Zastosowanie techniki wysokich ciśnień
w technologii żywności, a szczególnie w przetwórstwie mięsa. Medycyna Wet. 62 (6):
637–640.
HARTMANN A., PATZ C., ANDLAUERT H., DIETRICH H., LUDWIG M. 2010. Change
of ascorbic acid and phenolic compounds during the processing of strawberry puree
and juice. Fruit Prosess. 4–6: 102–109.
HORUBAŁA A. 1999. Pojemność przeciwutleniająca i jej zmiany w procesach przetwarzania owoców i warzyw. Przem. Ferm. Owoc.-Warz. 3: 30–32.
HUGAS M., GARRIGA M., MONFORT J.M. 2002. New mild Technologies in meat
processing: high pressure as a model technology. 48th ICoMST, Rome 1: 85–94.
KOSTRZEWA E., FONBERG-BROCZEK M., JAKUBOWSKI A., SKĄPSKA S., SIELIWANOWICZ B., WITKOWSKA-GWIAZDOWSKA A., ZDZIENNICKA D., ARABAS J., SZCZEPEK J. 2002. The apple juices preserved by high pressure treatment at moderate temperature and pasteurisation. Comparative Quality Assessment, Defect and Diffusion
Forum: 77–82.
MARSZAŁEK K., MITEK M. 2012. Wpływ utrwalania mikrofalowego w przepływie na
zmiany antocyjanów, witaminy C i barwy purée truskawkowego. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 566: 135–142.
MARSZAŁEK K., MITEK M., SKĄPSKA S. 2011. Zastosowanie wysokich ciśnień hydrostatycznych (UHP) do utrwalania soków i nektarów truskawkowych. Żywn. Nauka. Technol. Jakość 1 (74): 112–123.
84
K. Marszałek, M. Mitek
OSZMIAŃSKI J., WOJDYŁO A., MATUSZEWSKI P. 2007. Zmiany zawartości związków
fenolowych podczas produkcji zagęszczonego soku truskawkowego w warunkach
przemysłowych. Żywn. Nauka. Technol. Jakość 1 (50): 94–104.
PATRAS A., BRUNON N.P., PIEVE S., BUTLER F. 2009. Impact of high pressure
processing on total antioxidant activity, phenolic, ascorbic acid, anthocyanin content
and colour of strawberry and blackberry purees. Innov. Food Sci. Emerg. Technol.
10: 308–313.
PIETRZAK D., MROCZEK J. 2002. Zastosowanie wysokich ciśnień w przemyśle mięsnym. Przem. Spoż. 56: 38–41.
RE R., PELLGRINI N., PROTEGGENTE A., PANNALA A., YANG M. 1999. Antioxidant
activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assai. Free Rad.
Biol. Med. 26, 9/10: 1231–1237.
SZAJDEK A., BOROWSKA J. 2004. Właściwości przeciwutleniające żywności pochodzenia roślinnego. Żywn. Nauka. Technol. Jakość 4 (41): 5–28.
YEN G.-C., CHEN H.-Y. 1995. Antioxidant activity of various tea extracts in relation
to their antimutagenicity. J. Agr. Food Chem. 43: 27–32.
Słowa kluczowe:
truskawki, UHP, pojemność przeciwutleniająca, ABTS,
DPPH
Streszczenie
Technologia wysokociśnieniowa (UHP) w ostatnich latach cieszy się dużym powodzeniem na świecie. Obecnie na światowym rynku dostępnych jest wiele produktów utrwalonych tą techniką, z czego połowę stanowią produkty owocowo-warzywne.
Wiele zalet, jakie niesie ze sobą ta metoda, skłania firmy do inwestycji w innowacyjne produkty, bogate w cenne składniki biologicznie aktywne. UHP, jako metoda nietermiczna, pozwala zachować znacznie więcej składników biologicznie czynnych,
a produkty są znacznie bezpieczniejsze i mają znacznie dłuższy okres przydatności
do spożycia w porównaniu z sokami tzw. jednodniowymi. Celem pracy było zbadanie wpływu parametrów utrwalania puree truskawkowego metodą wysokich ciśnień
hydrostatycznych i zmian pojemności przeciwutleniającej. Przygotowane purée truskawkowe (bezpośrednio przed utrwaleniem) zapakowano w opakowania z PE-LD
50 ml i poddano działaniu ciśnienia 300 i 500 MPa w czasie 1, 5, 15 min i temperaturze procesu 0 i 50°C. Pojemność przeciwutleniającą purée badano z udziałem
rodników DPPH [wg YEN i CHEN 1995] oraz ABTS+ [RE i in. 1999]. Metoda z zastosowaniem rodnika ABTS we wszystkich próbach dała lepsze wyniki pojemności
przeciwutleniającej. Zauważono również spadek jej wartości w wyniku działania
ciśnienia (obie temperatury procesu). Wyniki analiz z rodnikami DPPH dały wartości mniejsze, a proces ciśnieniowania tylko w temperaturze 50°C miał wpływ na
otrzymane wyniki. Obie metody mają różny czas pomiaru absorbancji, przebiegają
one w nieco innych warunkach, a rodniki mogą mieć różną reaktywność ze związkami obecnymi w próbce. Oznacza to, że otrzymany wynik odzwierciedla obecność tylko części najbardziej reaktywnych składników obecnych w próbce.
WPŁYW PARAMETRÓW PROCESU CIŚNIENIOWANIA...
85
APPLICATION OF FLOW MICROVAWE STERILIZATION TO STABILIZE
THE STRAWBERRY PURÉE
Krystian Marszałek*,**, Marta Mitek*
*Departament of Food Technology, Division of Fruit and Vegetable Technology
Warsaw Uniwersity of Life Science – SGGW
**Department of Fruit and Vegetable Product Technology, Institute of Agricultural
and Food Biotechnology, Warsaw
Key words:
strawberry, UHP, antioxidant capacity, ABTS, DPPH
Summary
Ultra High Pressure technology (UHP) has used in the world with success.
Currently in the world there are many established products with this technique, half
of which are fruit and vegetable products. Many advantages posed by this method
encourages companies to invest in innovative products, rich in valuable biologically active ingredients. UHP as non-thermal method preserves much more biologically active components, and the products are much safer and have a much longer
shelf life than the so-called: one-day juices. The aim of this study was to investigate
the effect of fixing the parameters of strawberry purée by high hydrostatic pressure, and changes in antioxidant capacity. Prepared strawberry purée (just before
fixation) was packed in a container PE-LD (50 ml) and subjected to pressures of
300 and 500 MPa for 1, 5, 15 min. and process temperature 0 to 50°C. Antioxidant
capacity purée was tested with DPPH radicals [according to Chen and Yen 1995]
and ABTS [Re et al. 1999]. Method using ABTS radical in all samples gave higher
results antioxidant capacity. Also noted a decrease in its value as result of the pressure (both the process temperature). The results of analyzes of DPPH radicals gave
lower values, and the process of pressurization to a temperature of only 50°C had
an impact on the results. Both methods have different absorbance measurement
times, they extend in a slightly different conditions, and the resulting radicals may
have a different reactivity of the compounds present in the sample. This means that
the result is reflected in the presence of only the most reactive components present
in the sample.
Mgr inż. Krystian Marszałek
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
Katedra Technologii Żywności
ul. Nowoursynowska 166
02-787 WARSZAWA
e-mail: [email protected]