Поджаривание пищи

Поджаривание - это процесс потемнения пищи из-за протекающих внутри нее химических реакций . Процесс поджаривания - одна из химических реакций, протекающих в химии пищевых продуктов, и представляет собой интересную тему исследований, касающихся здоровья, питания и пищевых технологий. Хотя существует много разных способов химического изменения пищи с течением времени, потемнение, в частности, делится на 2 основные категории: ферментативные и неферментативные процессы потемнения.

"> Файл: Browning Fuji Apple - 32 минуты за 16 секунд. WebmВоспроизвести медиа
Поджарить яблоко Fuji - 32 минуты за 16 секунд (видео)

Браунинг имеет множество важных последствий для пищевой промышленности, связанных с питанием, технологиями и экономическими затратами. [1] Исследователи особенно заинтересованы в изучении контроля (ингибирования) потемнения и различных методов, которые можно использовать для максимального увеличения этого ингибирования и, в конечном итоге, продления срока хранения пищевых продуктов. [2]

Пример общей реакции полифенолов под действием полифенолоксидазы (PPO), которая катализирует ферментативное потемнение. Производство хинонов подвергается большему количеству реакций, которые в конечном итоге образуют коричневые пигменты на поверхности пищи.

Ферментативное потемнение - одна из наиболее важных реакций, происходящих в большинстве фруктов и овощей, а также в морепродуктах. [3] Эти процессы влияют на вкус, цвет и ценность таких продуктов. [3] Как правило, это химическая реакция с участием полифенолоксидазы (PPO), катехолоксидазы и других ферментов, которые создают меланины и бензохинон из природных фенолов . Ферментативное потемнение (также называемое окислением пищевых продуктов) требует воздействия кислорода . Она начинается с окислением фенолов с помощью полифенолоксидазы в хиноны , [4] , чья сильном электрофильном состояние вызывает высокую восприимчивость к нуклеофильной атаке от других белков. [4] Эти хиноны затем полимеризуются в серии реакций, в конечном итоге приводящих к образованию коричневых пигментов ( меланоз ) на поверхности пищи. [5] Скорость ферментативного потемнения отражается количеством активных полифенолоксидаз, присутствующих в пище. [1] Следовательно, большинство исследований, посвященных методам подавления ферментативного потемнения, были сосредоточены на подавлении активности полифенолоксидазы. [1] Однако не всегда поджаривание продуктов приводит к негативным последствиям. [1]

Примеры полезного ферментативного потемнения:

Примеры нежелательного ферментативного потемнения:

  • Свежие фрукты и овощи, включая яблоки , картофель , бананы и авокадо .
  • Полифенолоксидазы - основная реакция в формировании меланоза у ракообразных, таких как креветки. [7]

A non-desirable enzymatic browning reaction is involved in the formation of brown spots on the peel of bananas.
Нежелательная ферментативная реакция потемнения приводит к образованию коричневых пятен на кожуре бананов.
Облученная гуава

Контроль ферментативного потемнения всегда был проблемой для пищевой промышленности. Для предотвращения или замедления ферментативного потемнения пищевых продуктов используются различные подходы, каждый из которых направлен на конкретные этапы химической реакции. Различные типы ферментативного контроля потемнения можно разделить на две большие группы: физические и химические. Обычно используется несколько методов. Использование сульфитов (сильнодействующих химикатов против коричневого цвета) было пересмотрено из-за потенциальных опасностей, которые они вызывают вместе с их активностью. [8] Было проведено много исследований относительно точных типов механизмов контроля, которые имеют место при столкновении с ферментативным процессом. Помимо профилактики, борьба с потемнением также включает меры, направленные на восстановление цвета продукта после его потемнения. Например, в виноделии можно использовать ионообменную фильтрацию или ультрафильтрацию для удаления коричневого осадка из раствора. [9]

Физические методы

  • Термическая обработка - обработка пищи нагреванием, например, бланширование или жарка , денатурирует ферменты и разрушает реагенты, ответственные за потемнение. Бланширование используется, например, в виноделии , [10] обработке чая , хранении орехов и бекона , подготовке овощей к замораживанию . [11] [12] [13] Мясо часто частично подрумянивается на сильном огне, прежде чем оно будет добавлено в более крупный продукт для приготовления при более низкой температуре, что приводит к меньшему потемнению.
  • Обработка холодом - охлаждение и замораживание - наиболее распространенные способы хранения продуктов, предотвращающие их порчу. Активность ферментов потемнения, то есть скорость реакции , снижается при низких температурах. [14] Таким образом, охлаждение помогает сохранить первоначальный вид, цвет и аромат свежих овощей и фруктов. Холодильное оборудование также используется при раздаче фруктов и овощей и при их повторной продаже.
  • Удаление кислорода - присутствие кислорода имеет решающее значение для ферментативного потемнения, поэтому удаление кислорода из окружающей среды помогает замедлить реакцию потемнения. Забор воздуха или замена его другими газами (например, N 2 или CO 2 ) во время консервирования, например, в вакуумной упаковке или упаковке с модифицированной атмосферой , [14] розлив вина или сока, [15] с использованием непроницаемых пленок или съедобных покрытий , погружение в соли или сахарные растворы, предохраняет пищу от прямого контакта с кислородом. [16] Непроницаемые пленки из пластика или других материалов предотвращают воздействие кислорода воздуха на пищу и потери влаги. Растет активность в разработке упаковочных материалов, пропитанных антиоксидантами , антимикробными и противогрибковыми веществами, такими как бутилированный гидрокситолуол (BHT) и бутилированный гидроксианизол (BHA), токоферолы , хинокитиол , лизоцим , низин , натамицин , хитозан и ε-полиазин . [17] [18] Съедобные покрытия могут быть сделаны из полисахаридов , белков , липидов , кожуры овощей , растений или других натуральных продуктов. [19]
  • Облучение - Облучение пищевых продуктов с использованием УФ-C , гамма - лучи , рентгеновские лучи , и электронных пучков является еще одним способом , чтобы продлить пищу срок годности . Ионизирующее излучение подавляет жизнеспособность микроорганизмов, ответственных за порчу пищевых продуктов , и задерживает созревание и прорастание консервированных овощей и фруктов. [16] [20]

Химические методы

  • Подкисление. Ферменты потемнения, как и другие ферменты, активны в определенном диапазоне pH . Например, PPO проявляет оптимальную активность при pH 5-7 и ингибируется при pH ниже 3. [16] Подкислители и регуляторы кислотности широко используются в качестве пищевых добавок для поддержания желаемого pH в пищевых продуктах. Подкислители , такие как лимонная кислота , аскорбиновая кислота и глутатион , используются в качестве агентов против потемнения. Многие из этих агентов также проявляют другие эффекты против потемнения, такие как хелатирующая и антиоксидантная активность.
Выдержанное белое вино коричневого цвета
  • Антиоксиданты - многие антиоксиданты используются в пищевой промышленности в качестве пищевых добавок. Эти соединения вступают в реакцию с кислородом и подавляют начало процесса потемнения. [16] Кроме того, они мешают промежуточным продуктам следующих реакций и ингибируют образование меланина . Аскорбиновая кислота , N-ацетилцистеин , L-цистеин , 4-гексилрезорцин , эриторбиновая кислота , гидрохлорид цистеина , глутатион являются примерами антиоксидантов, которые были изучены на предмет их свойств против потемнения.
  • Хелатирующие агенты. Полифенолоксидаза требует меди в качестве кофактора для своей функциональности, поэтому хелатирующие агенты ингибируют активность этого фермента. Многие агенты, обладающие хелатирующей активностью, были изучены и использовались в различных областях пищевой промышленности, такие как лимонная кислота , сорбиновая кислота , полифосфаты , хинокитиол , койевая кислота , ЭДТА , порфирины , поликарбоновые кислоты, различные белки. [16] [18] Некоторые из этих соединений также обладают другими эффектами против потемнения, такими как подкисление или антиоксидант. Хинокитиол используется в покрывающих материалах для упаковки пищевых продуктов .

Другие методы

  • Натуральные вещества. Известно, что различные натуральные продукты и их экстракты, такие как лук , ананас , лимон и белое вино , подавляют или замедляют потемнение некоторых продуктов. [16] Лук и его экстракт обладают мощными свойствами против потемнения, подавляя активность PPO. Доказано, что ананасовый сок обладает эффектом против потемнения яблок и бананов. Лимонный сок используется для приготовления теста, чтобы кондитерские изделия выглядели ярче. Этот эффект, возможно, объясняется тем, что лимонная и аскорбиновая кислоты лимонного сока препятствуют потемнению .
  • Генетическая модификация - Арктические яблоки были генетически модифицированы , чтобы заставить замолчать выражение из РРО , тем самым задерживая эффект потемнения, а также улучшение качества еды яблока. [21] [22]

Корочка бриошь , золотисто-коричневая из-за реакции Майяра.

Второй тип потемнения, неферментативное потемнение, - это процесс, который также вызывает коричневую пигментацию в пищевых продуктах, но без активности ферментов. Двумя основными формами неферментативного потемнения являются карамелизация и реакция Майяра . Оба варианта различаются по скорости реакции в зависимости от активности воды (в пищевой химии стандартное состояние активности воды чаще всего определяется как парциальное давление пара чистой воды при той же температуре).

Caramelization представляет собой процесс , включающий пиролиз из сахара . Он широко используется в кулинарии для получения желаемого орехового вкуса и коричневого цвета. По мере того, как процесс происходит, высвобождаются летучие химические вещества, вызывающие характерный карамельный вкус.

Пример карамелизации столового сахара (сахарозы) до коричневого орехового ароматизатора (фуран и мальтол)
Обзор механизма неферментативной реакции Майяра в пищевых продуктах. Основание Шиффа теряет молекулу CO2 и прибавляется к воде. Обратите внимание на взаимодействие между аминогруппой аминокислоты (здесь аспарагин) и карбонильным углеродом сахара (глюкозы). Конечный продукт - акриламид . Для получения дополнительной информации посетите сайт реакции Майяра .

Другой неферментативной реакцией является реакция Майяра . Эта реакция отвечает за появление аромата при приготовлении пищи. Примеры продуктов, которые подвергаются реакции Майяра, включают хлеб, стейки и картофель. Это химическая реакция , которая происходит между аминогруппой свободной аминокислоты и карбонильной группой в виде восстанавливающего сахара , [1] , как правило , с добавлением тепла. Сахар взаимодействует с аминокислотой, создавая различные запахи и вкусы. Реакция Майяра является основой для производства искусственных ароматизаторов для обработанных пищевых продуктов в ароматизирующей промышленности [23], поскольку тип используемой аминокислоты определяет конечный вкус.

Меланоидины - это коричневые гетерогенные полимеры с высоким молекулярным весом, которые образуются, когда сахара и аминокислоты объединяются в результате реакции Майяра при высоких температурах и низкой активности воды. Меланоидины обычно присутствуют в продуктах питания, подвергшихся неферментативному потемнению в той или иной форме, таких как ячменный солод (Венский и Мюнхенский), корка хлеба, выпечка и кофе. Они также присутствуют в сточных водах сахарных заводов, поэтому их необходимо очищать, чтобы избежать загрязнения в местах оттока с этих заводов.

Как и большинство фруктов, виноград различается по количеству содержащихся в нем фенольных соединений. Эта характеристика используется как параметр при оценке качества вина. [4] Общий процесс виноделия инициируется ферментативным окислением фенольных соединений полифенолоксидазами. [4] Контакт между фенольными соединениями в вакуоли виноградной клетки и ферментом полифенолоксидазы (расположенным в цитоплазме) запускает окисление винограда. Таким образом, первоначальное потемнение винограда происходит в результате «модификации компартментализации» ячеек винограда. [4]

Ферментативное потемнение влияет на цвет, вкус и пищевую ценность продуктов, вызывая огромные экономические потери, если они не продаются потребителям вовремя. [1] По оценкам, более 50% продукции теряется в результате ферментативного потемнения. [2] Увеличение численности населения и связанное с этим истощение наших природных ресурсов побудило многих биохимиков и инженеров по пищевым продуктам найти новые и улучшенные методы для более длительного хранения продуктов питания с использованием методов, препятствующих реакции потемнения и эффективного увеличения срока хранения продукты. Лучшее понимание ферментативных механизмов потемнения, в частности, понимание свойств ферментов и субстратов, участвующих в реакции, может помочь технологам в области пищевых продуктов контролировать определенные стадии механизма и предотвращать потемнение.

Яблоки - это фрукты, которые обычно изучаются исследователями из-за высокого содержания фенолов, которые делают их очень восприимчивыми к ферментативному потемнению. [3] В соответствии с другими выводами, касающимися яблок и активности потемнения, была обнаружена корреляция между высоким содержанием фенолов и ферментативной активностью яблок. [3] Это дает надежду пищевой промышленности в стремлении генетически модифицировать пищевые продукты, чтобы снизить активность полифенолоксидазы и, таким образом, уменьшить потемнение. Примером таких достижений пищевой инженерии является производство арктических яблок . Эти яблоки, разработанные Okanagan Specialty Fruits Inc, являются результатом сплайсинга генов , метода, который позволил снизить уровень полифенолоксидазы.

Еще один вопрос, который внимательно изучается, - это потемнение морепродуктов. [7] Морепродукты , в частности креветки, являются деликатесом, потребляемым людьми во всем мире. Поджаривание креветок, которое на самом деле называется меланозом , вызывает серьезную озабоченность у тех, кто занимается пищевыми продуктами, и у потребителей. Меланоз в основном возникает при вскрытии и хранении в холодильнике. [7] Недавние исследования показали, что растительный экстракт действует как антимелатониновый ингибитор полифенолоксидазы и выполняет ту же функцию, что и сульфиты, но без риска для здоровья. [7]

  • Поджаривание (частичное приготовление)
  • Разложение
  • Соус
  • Водная активность

  1. ^ a b c d e f Корсо-Мартинес, Марта; Корсо, Ньевес; Villamiel, Mar; дель Кастильо, М. Долорес (01.01.2012). Доктор философии, Бенджамин К. Симпсон (редактор). Пищевая биохимия и пищевая промышленность . Вили-Блэквелл. С. 56–83. DOI : 10.1002 / 9781118308035.ch4 . ISBN 9781118308035.
  2. ^ а б Kaanane, A .; Лабуза, Т.П. (1989-01-01). «Реакция Майяра в продуктах питания». Прогресс в клинических и биологических исследованиях . 304 : 301–327. ISSN  0361-7742 . PMID  2675033 .
  3. ^ а б в г Холдербаум, Даниэль (2010). «Ферментативное потемнение, активность полифенолоксидазы и полифенолы в четырех сортах яблони: динамика во время развития плодов» . HortScience.
  4. ^ а б в г д Macheix, JJ; Сапис, JC; Флерие, А. (1991-01-01). «Фенольные соединения и полифенолоксидаза в отношении потемнения винограда и вин». Критические обзоры в пищевой науке и питании . 30 (4): 441–486. DOI : 10.1080 / 10408399109527552 . ISSN  1040-8398 . PMID  1910524 .
  5. ^ Николас, JJ; Ричард-Форгет, ФК; Гупи, PM; Amiot, MJ; Обер, SY (1994-01-01). «Ферментативные реакции потемнения в яблоках и яблочных продуктах». Критические обзоры в пищевой науке и питании . 34 (2): 109–157. DOI : 10.1080 / 10408399409527653 . ISSN  1040-8398 . PMID  8011143 .
  6. ^ Он, Цзян (2008). «Выяснение механизма ферментативного ингибирования потемнения хлоритом натрия» . Пищевая химия . Эль-Севьер. 110 (4): 847–51. DOI : 10.1016 / j.foodchem.2008.02.070 . PMID  26047269 .
  7. ^ а б в г Нирмал, Нилеш Пракаш; Бенджакул, Соттават; Ахмад, Мехрадж; Арфат, Ясир Али; Panichayupakaranant, Pharkphoom (2015-01-01). «Нежелательное ферментативное потемнение у ракообразных: причинные эффекты и его ингибирование фенольными соединениями» . Критические обзоры в пищевой науке и питании . 55 (14): 1992–2003. DOI : 10.1080 / 10408398.2012.755148 . ISSN  1549-7852 . PMID  25584522 . S2CID  22348619 .
  8. ^ Тейлор, Стив Л .; Хигли, Нэнси А .; Буш, Роберт К. (1986). «Сульфиты в пищевых продуктах: использование, аналитические методы, остатки, судьба, оценка воздействия, метаболизм, токсичность и гиперчувствительность». Достижения в исследованиях пищевых продуктов . 30 : 1–76. DOI : 10.1016 / s0065-2628 (08) 60347-X .
  9. ^ Macheix, JJ; Сапис, JC; Флерие, А. (1991-01-01). «Фенольные соединения и полифенолоксидаза в отношении потемнения винограда и вин». Критические обзоры в пищевой науке и питании . 30 (4): 441–486. DOI : 10.1080 / 10408399109527552 . ISSN  1040-8398 . PMID  1910524 .
  10. ^ Маше, Жан-Жак; Сапис, Жан-Клод; Флериет, Энни; Ли, CY (январь 1991 г.). «Фенольные соединения и полифенолоксидаза в отношении потемнения винограда и вин». Критические обзоры в пищевой науке и питании . 30 (4): 441–486. DOI : 10.1080 / 10408399109527552 .
  11. ^ Сяо, Хун-Вэй; Пан, Чжунли; Дэн Ли-Чжэнь; Эль-Машад, Хамед М .; Ян, Сюй-Хай; Mujumdar, Arun S .; Гао, Чжэнь-Цзян; Чжан, Цянь (июнь 2017 г.). «Последние разработки и тенденции в области термического бланширования - всесторонний обзор» . Обработка информации в сельском хозяйстве . 4 (2): 101–127. DOI : 10.1016 / j.inpa.2017.02.001 .
  12. ^ Гранди, Мириам Мари-Луиза; Лэпсли, Карен; Эллис, Питер Рори (2016). «Обзор влияния обработки на биодоступность питательных веществ и усвоение миндаля» . Международный журнал пищевой науки и технологий . 51 (9): 1937–1946. DOI : 10.1111 / ijfs.13192 .
  13. ^ "Национальный центр консервирования домашних продуктов | Как мне? Заморозить" . nchfp.uga.edu .
  14. ^ а б Хэ, Цян; Ло, Ягуан (1 декабря 2007 г.). «Ферментативное потемнение и борьба с ним в свежесрезанных продуктах». Стюарт послеуборочный обзор . 3 (6): 1–7. DOI : 10.2212 / spr.2007.6.3 .
  15. ^ Мартинес, М. Виктория; Уитакер, Джон Р. (1 июня 1995 г.). «Биохимия и контроль ферментативного потемнения». Тенденции в пищевой науке и технологиях . 6 (6): 195–200. DOI : 10.1016 / S0924-2244 (00) 89054-8 .
  16. ^ Йылдырым, Сельчук; Рёкер, Беттина; Петтерсен, Марит Квалвог; Нильсен-Найгаард, Джули; Айхан, Зехра; Руткайте, Рамуне; Радусин, Таня; Суминская, Патрица; Маркос, Бегоня; Кома, Вероник (январь 2018 г.). «Приложения для активной упаковки для пищевых продуктов: приложения для активной упаковки для пищевых продуктов…» . Комплексные обзоры в области пищевой науки и безопасности пищевых продуктов . 17 (1): 165–199. DOI : 10.1111 / 1541-4337.12322 .
  17. ^ а б Л. Броуди, Аарон; Струпинский, Е.П .; Клайн, Лаури Р. (2001). Активная упаковка для пищевых продуктов (1-е изд.). CRC Press. ISBN 9780367397289.
  18. ^ Юсуф, Башарат; Кадри, Овайс Шафик; Шривастава, Абхая Кумар (март 2018 г.). «Последние разработки в области продления срока хранения свежесрезанных фруктов и овощей за счет применения различных пищевых покрытий: обзор». LWT . 89 : 198–209. DOI : 10.1016 / j.lwt.2017.10.051 .
  19. ^ «Подавление и контроль браунинга». Производство фруктов : 183–215. 2006. DOI : 10.1007 / 978-0-387-30616-2_8 .
  20. ^ «Глушитель PPO» . Okanagan Specialty Fruits, Inc. 2019 . Дата обращения 14 ноября 2019 .
  21. ^ «Соединенные Штаты Америки: GM не-Browning арктические яблоко расширяется в аттестованный» . Портал свежих фруктов. 13 августа 2019 . Дата обращения 14 ноября 2019 .
  22. ^ Таманна, Нахид (2015). «Пищевая промышленность и продукты реакции Майяра: влияние на здоровье и питание человека» . Международный журнал пищевой науки . 2015 : 526762. дои : 10,1155 / 2015/526762 . PMC  4745522 . PMID  26904661 .