*Marlena Dudek-Makuch1, Kinga Knoska1, Justyna Chanaj-Kaczmarek2
Naturalne przedłużanie trwałości produktów spożywczych
Natural increase of food products stability
1Dział Badań i Rozwoju, Curtis Health Caps Sp. z o.o.
2Katedra i Zakład Farmakognozji, Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu
Streszczenie
W ostatnich latach wzrasta zainteresowanie substancjami przeciwutleniającymi pochodzenia naturalnego ze względu na szkodliwy wpływ dotychczas stosowanych przeciwutleniaczy syntetycznych na zdrowie człowieka. Badania z zakresu przemysłu spożywczego koncentrują się na poszukiwaniu naturalnych przeciwutleniaczy, które wykazywałyby porównywalną skuteczność do przeciwutleniaczy syntetycznych. Do tego celu wykorzystywane są powszechnie znane i stosowane związki naturalne (np. karotenoidy), rośliny zielarskie i przyprawowe bogate w związki chemiczne (polifenole) o silnych właściwościach przeciwutleniających (np. rozmaryn, tymianek, szałwia, oregano, czosnek, goździki), a także ekstrakty z zielonej herbaty i ekstrakty z owoców (np. śliwek, moreli, żurawiny). Dodatek naturalnych polifenoli nie tylko przedłuża trwałość produktów spożywczych, ale również chroni organizm przed uszkodzeniami oksydacyjnymi. Badania epidemiologiczne wykazują korelację między spożywaniem produktów bogatych w polifenole a zmniejszeniem ryzyka zachorowalności na choroby cywilizacyjne, w tym choroby serca.
Summary
In recent years, natural antioxidants are often investigate because of synthetic antioxidants have an adverse effect on human health. Scientific research in the food industry focused on the search for natural antioxidants that would be similarly effective to synthetic antioxidants. For this purpose, commonly known and used natural compounds (e.g. carotenoids), spices and herbs particularly rich in chemical compounds with strong antioxidant properties (e.g. rosemary, thyme, sage, oregano, garlic, cloves) as well as green tea extracts, fruit extracts (e.g. plums, apricots, cranberries) are used. The addition of natural polyphenols not only prolongs the durability of food products, but also protects the body against oxidative damage. Epidemiological studies show a correlation between the consumption of polyphenol-rich products and a reduction in the risk of developing civilization diseases, including heart diseases.
Wstęp
Rośliny zielarskie i przyprawowe stosowane były przez człowieka już w starożytności. Na przestrzeni wieków odkrywano i wykorzystywano ich walory smakowe oraz właściwości lecznicze, dzięki czemu stanowią one nieodłączny element naszej kultury żywieniowej (1). Obecnie dodawanie przypraw i roślin zielarskich do żywności nie jest związane jedynie ze wzbogacaniem cech organoleptycznych produktów spożywczych. Stanowią one źródło substancji będących naturalnymi przeciwutleniaczami, które przedłużają trwałość żywności (2).
Ze względu na udowodnione właściwości prozdrowotne roślin zielarskich i przyprawowych można zaliczyć je do żywności funkcjonalnej. Przewiduje się, że w przyszłości zioła i przyprawy bogate w przeciwutleniacze będą jednymi z istotniejszych elementów zapobiegania chorobom cywilizacyjnym (3).
Przeciwutleniacze w przemyśle spożywczym
Wolne rodniki jako czynniki wpływające na obniżenie trwałości żywności
Wolne rodniki są atomami lub cząsteczkami, które wykazują zdolność do samodzielnego istnienia przez pewien okres czasu oraz mającymi na zewnętrznej powłoce co najmniej jeden niesparowany elektron, który odpowiada za ich wysoką reaktywność w stosunku do białek, tłuszczów i węglowodanów.
Powstawanie wolnych rodników w produktach spożywczych jest powodowane przede wszystkim obróbką termiczną żywności oraz przechowywaniem. Innymi czynnikami sprzyjającymi ich wytwarzaniu są reakcje redoksowe, działanie promieni świetlnych, kationów, enzymów oraz promieniowania jonizującego. Należą do nich m.in. wolne rodniki, będące reaktywnymi formami tlenu, np. anionorodnik ponadtlenkowy (O2•), rodnik hydroksylowy (OH•) i niektóre pozostałe reaktywne formy tlenu – nadtlenek wodoru (H2O2) i tlen singletowy (1O2). Są one bardzo aktywne chemicznie, przez co reagują ze składnikami żywności, prowadząc do niekorzystnych zmian właściwości produktów spożywczych (4).
Utlenianie lipidów, białek i sacharydów przy udziale reaktywnych form tlenu
W większości przypadków reakcje podstawowych składników żywności z wolnymi rodnikami i reaktywnymi formami tlenu pogarszają jakość produktów spożywczych. Z powodu niższej bariery energetycznej zapoczątkowania peroksydacji lipidów reaktywne formy tlenu reagują w pierwszej kolejności z tymi składnikami żywności (4).
Proces utlenienia lipidów (nazywany jełczeniem) zachodzi zarówno w temperaturze pokojowej, jak i w warunkach zamrożenia. Reakcje te mogą być zainicjowane przez rodnik wodoronadtlenkowy (HO2•), rodnik hydroksylowy (HO•), a także przez rodniki organiczne, m.in. RO• i R•. Ponadto przyczyną utleniania lipidów może być działanie energii światła UV i widzialnego lub reakcja z tlenem singletowym (1O2). Wtórne produkty utleniania lipidów, np. związki karbonylowe, uczestnicząc w kolejnych reakcjach chemicznych, powodują modyfikację struktury aminokwasów, białek oraz degradację przeciwutleniaczy, wywołując w konsekwencji brunatnienie (4) oraz zmianę zapachu produktów spożywczych. Stanowią one także istotne zagrożenie dla zdrowia człowieka, przyczyniając się do uszkodzeń struktur wewnątrzkomórkowych oraz zmian zwyrodnieniowych (5).
Utlenianie białek w produktach spożywczych jest spowodowane działaniem temperatury, światła oraz takich cząsteczek, jak: rodniki lipidowe, tlen singletowy (1O2), rodnik wodoronadtlenkowy (HO2•), hydroksylowy (OH•), nadtlenek wodoru (H2O2) i wodoronadtlenki. W wyniku tego procesu następuje zmiana właściwości fizykochemicznych białek oraz ich wartości odżywczej (6).
Utlenianie sacharydów pod wpływem reaktywnych form tlenu dotyczy szczególnie glukozy, fruktozy oraz sacharozy, które reagując z rodnikiem hydroksylowym, tworzą następne wolne rodniki (4). Powstawanie wolnych rodników jest szczególnie nasilone podczas utleniania skrobi, napromieniowania żywności zawierającej laktozę lub podczas prażenia kawy (4).
Przeciwutleniacze w produktach spożywczych
Przeciwutleniacze są definiowane jako substancje, które w odpowiednio niskich stężeniach w stosunku do składnika żywności ulegającemu utlenianiu przedłużają trwałość produktów spożywczych poprzez opóźnienie lub hamowanie tego procesu w żywności (7, 8). W ten sposób zapobiegają niepożądanym zmianom chemicznym zachodzącym m.in. w tłuszczach, warzywach czy owocach. W celu skutecznego zapobiegania utlenianiu składników żywności istotne jest odpowiednie stężenie przeciwutleniacza, którego przekroczenie może skutkować nawet przyspieszeniem niekorzystnego procesu autooksydacji (7).
Substancje o działaniu przeciwutleniającym mogą być stosowane zarówno jako dodatki do żywności w celu przedłużenia jej trwałości (9), jak i stanowić grupy związków naturalnie występujących w roślinach, które dostarczane wraz z pożywieniem odgrywają istotną rolę w zapobieganiu m.in. cukrzycy, miażdżycy, chorób neurodegeneracyjnych (8). Grupy przeciwutleniaczy występujących naturalnie w żywności nieprzetworzonej pochodzenia roślinnego przedstawia tabela 1.
Tab. 1. Grupy przeciwutleniaczy występujących naturalnie w żywności nieprzetworzonej (wg 10 i 11)
| Grupy przeciwutleniaczy |
| Polifenole | Kwasy fenolowe | Pochodne kwasu benzoesowego |
| Pochodne kwasu cynamonowego |
| Flawonoidy | Antocyjany |
| Flawanole |
| Flawanony |
| Izoflawony |
| Flawony |
| Flawonole |
| Stilbeny | |
| Lignany |
| Karotenoidy |
| Witamina A |
| Witamina C |
| Witamina E |
Wyróżnia się kilka mechanizmów działania przeciwutleniaczy:
– substancje przeciwutleniające, będące donorami niesparowanego elektronu wolnych rodników, bezpośrednio dezaktywują wolne rodniki zapoczątkowujące reakcję łańcuchową na drodze przyłączenia do nich atomu wodoru (np. przeciwutleniacze, które przeciwdziałają utlenianiu tłuszczów – tokoferole, tokotrienole, BHT (butylohydroksytoluen) i BHA (butylohydroksyanizol)) oraz związki fenolowe,
– akceptory elektronów – wiążąc tlen z powietrza, przeciwdziałają utlenianiu lipidów (np. aminokwas tauryna),
– przeciwutleniacze przerywające łańcuchową reakcję oksydacji, wiążące jony metali oraz odnawiające przeciwutleniacze pierwotne (np. polifenole, kwas askorbinowy) (4).
Przeciwutleniacze dodawane do żywności w celu przedłużenia jej trwałości stanowią jedną z grup dodatków do żywności określonych w Rozporządzeniu Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 grudnia 2008 roku w sprawie dodatków do żywności (Dz. U. WE L 354/16), gdzie oznaczone są one odpowiednio symbolami od E 300 do E 399 według międzynarodowego systemu numerycznego, tzw. International Numbering System (12). Niektóre z nich przedstawia tabela 2.
Tab. 2. Wybrane przeciwutleniacze stosowane jako dodatki do żywności (7)
| Numer wg systemu oznaczeń UE | Nazwa | Numer wg systemu oznaczeń UE | Nazwa |
| E 300 | Kwas askorbinowy | E 312 | Galusan dodecylu |
| E 301 | Askorbinian sodu | E 315 | Kwas erytrobowy (kwas izoaskorbinowy) |
| E 306 | Mieszanina tokoferoli | E 316 | Izoaskorbinian sodu |
| E 307 | α-Tokoferol | E 320 | Butylohydroksyanizol (BHA) |
| E 308 | γ-Tokoferol | E 321 | Butylohydroksytoluen (BHT) |
| E 309 | δ-Tokoferol | E 327 | Mleczan wapnia |
| E 310 | Galusan propylu (PG) | E330 | Kwas cytrynowy |
Przeciwutleniacze są dodawane do żywności w dawkach nieprzekraczających wskaźnika akceptowalnego dziennego pobrania (ang. acceptable daily intake – ADI) – wyrażonego w mg na kg masy ciała człowieka. Został on wyznaczony dla każdej substancji przeciwutleniającej w oparciu o badania toksykologiczne, biologiczne i chemiczne (12).
Przekroczenie dawek syntetycznych przeciwutleniaczy może wywołać szereg działań niepożądanych. Dla przykładu BHA jest uznawany za substancję bezpieczną w żywności w stężeniu do 0,02% (13). Powyżej tej wartości może wykazywać działanie szkodliwe na organizm człowieka poprzez powodowanie nieprawidłowości w funkcjonowaniu wątroby, alergii oraz podwyższaniu poziomu cholesterolu. Z kolei stosowanie galusanów oraz BHT jest związane z ryzykiem działania alergizującego oraz trudnościami w przyswajaniu żelaza. Ponadto BHT jest uznawany za czynnik prowadzący do powstawania nowotworów, zapalenia skóry, astmy i zwiększania poziomu cholesterolu (14).
Naturalne przeciwutleniacze dodawane do żywności
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Tapsell LC. Health benefits of herbs and spice: the past, the present, the future. Med J Aust 2006; 185:4-24.
2. Gantner M, Stokowska A. Nie tylko przyprawy przedłużają trwałość mięsa. Post Techn Przetw Spoż 2015; 1:86-90.
3. Kulczyński B, Gramza-Michałowska A. Znaczenie wybranych przypraw w chorobach sercowo-naczyniowych. Post Hig Med Dosw 2016; 70:1131-41.
4. Sinkiewicz I. Rola rodników, utleniaczy i przeciwutleniaczy w żywności. W: Chemia żywności: praca zbiorowa. T. 2. Biologiczne właściwości składników żywności (red. Sikorski ZE, Staroszczyk H). Wyd Nauk-Techn, Warszawa 2015; 27-46.
5. Dąbrowska M, Zielińska A, Nowak I. Produkty utleniania lipidów jako potencjalny problem zdrowotny oraz analityczny. Chemik 2015; 69:89-94.
6. Baron CP. Protein oxidation in foods and its prevention. In: Bartosz G (ed.): Food oxidants and antioxidants. Chemical, biological, and functional properties. CRC Press, Boca Raton – London – New York 2014; 115-35.
7. Gertig H. Dodatki do żywności. W: Gawęcki J (red.): Żywienie człowieka. T. 1. Wyd PWN, Warszawa 2010; 435-48.
8. Stolarzewicz IA, Ciekot J, Fabiszewska AU i wsp. Roślinne i mikrobiologiczne źródła przeciwutleniaczy. Post Hig Med Dosw 2013; 67:1359-73.
9. Rogozińska I, Wichrowska D. Najpopularniejsze dodatki utrwalające stosowane w nowoczesnej technologii żywności. Inż Aparat Chem 2011; 50:19-21.
10. Koszowska A, Dittfeld A, Puzoń-Brończyk A i wsp. Polifenole w profilaktyce chorób cywilizacyjnych. Post Fitoter 2013; (4):263-6.
11. Sroka Z, Gamian A, Cisowski W. Niskocząsteczkowe związki pochodzenia naturalnego. Post Hig Med Dosw 2005; 59:34-41.
12. Tymoszuk E, Szpakowska M. Dodatki do żywności w świetle polskich i unijnych unormowań prawnych. Zarządz Finan 2012; 3:224-36.
13. Vandghanooni S, Forouharmehr A, Eskandani M i wsp. Cytotoxicity and DNA fragmentation properties of butylated hydroxyanisole. DNA Cell Biol 2013; 32:98-104.
14. Bartosz G. Mechanizmy obrony. W: Druga twarz tlenu. Wyd PWN, Warszawa 2013; 199-201.
15. Parus A. Przeciwutleniające i farmakologiczne właściwości kwasów fenolowych. Post Fitoter 2013; (1):48-53.
16. Xi Y, Jiao W, Cao J i wsp. Effects of chlorogenic acid on capacity of free radicals scavenging and proteomic changes in postharvest fruit of nectarine. PLoS ONE 2017; 12:1-14.
17. Han D, Chen W, Gu X i wsp. Cytoprotective effect of chlorogenic acid against hydrogen peroxide induced oxidative stress in MC3T3-E1 cells through PI3K/Akt-Mediatel Nrf/HO-1 signaling pathway. Oncotarget 2017; 8:14680-92.
18. Medina I, Gallardo JM, Gonzalez MJ i wsp. Effect of molecular structure of phenolic families as hydroxycinnamic acids and catechins on their antioxidant effectiveness in minced fish muscle. J Agric Food Chem 2007; 55:3889-995.
19. Guzik U, Wojcieszyńska D, Jaroszek P. Biosynteza kwasu galusowego i jego zastosowanie. Biotechnol 2010; 1:119-31.
20. Kmiecik D, Korczak J. Tłuszcze smażalnicze – jakość, degradacja termiczna i ochrona. Nauka Przyr Technol 2010; 4:1-11.
21. Erkan N, Ayranci G, Ayranci G. Antioxidant activities of rosemary (Rosmarinus officinalis L.) extract, blackseed (Nigella sativa L.) essential oil, carnosic acid, rosmarinic acid and sesamol. Food Chem 2008; 110:76-82.
22. Juliano C, Cossu M, Alamanni MC i wsp. Antioxidant activity of gamma-oryzanol: Mechanism of action and its effect on oxidative stability of pharmaceutical oils. Int J Pharm 2005; 299:146-54.
23. Ravi Kiran C, Sasidharan I, Soban Kumar DR i wsp. Influence of natural and synthetic antioxidants on the degradation of Soybean oil at frying temperature. J Food Sci Technol 2015; 52:5370-5.
24. Cardoso-Ugarte GA, Morlan-Palmas CC, Sosa-Morales E. Effect of the addition of basil essentials oil on the degradation of palm olein during repeated deep frying of french fries. J Food Sci 2013; 78:978-84.
25. Poiana MA. Enhancing oxidative stability of sunflower oil during convective and microwave heating using grape seed extract. Int J Mol Sci 2012; 13:9240-59.
26. Kurzeja E, Stec M, Pawłowska-Góral K i wsp. Wpływ suszonego oregano na peroksydację lipidów wybranych olejów jadalnych. Bromatol Chem Toksykol 2009; 42:932-6.
27. Zaborowska Z, Przygoński K, Bilska A. Antioxidative effect of thyme (Thymus vulgaris) in sunflower oil. Acta Sci Pol Technol Aliment 2012; 11:283-91.
28. Michalczyk M, Banaś J. Wpływ olejków eterycznych z wybranych roślin przyprawowych na stabilność oksydacyjną przechowywanego smalcu wieprzowego. Żywn-Nauk Technol Jakość 2014; 2:110-22.
29. Zaborowska Z, Przygoński K, Dziarska B i wsp. Wpływ ekstraktów tymianku i rozmarynu na stabilność oksydatywną oleju słonecznikowego. Bromatol Chem Toksykol 2011; 44:877-82.
30. Dias LS, Menis ME, Jorge N. Effect of rosemary (Rosmarinus officinalis) extracts on the oxidative stability and sensory acceptability of soybean oil. J Sci Food Agric 2015; 95:2021-7.
31. Wereńska M. Naturalne antyutleniacze stosowane do mięsa. Nauk Inżyn Technol 2013; 1:79-90.
32. Woźniak M, Ostrowska K, Szymański Ł i wsp. Aktywność przeciwrodnikowa ekstraktów szałwii i rozmarynu. Żywn-Nauk Technol Jakość 2009; 4:133-41.
33. Kurzeja E, Kimsa-Dudek M, Synowiec-Wojtarowicz A i wsp. Stabilność oksydacyjna i pojemność przeciwutleniająca wybranych olejów jadalnych. Bromatol Chem Toksykol 2016; 49:350-5.
34. Mińkowski K, Zawada K, Ptasznik S i wsp. Wpływ związków fenolowych nasion na stabilność oksydacyjną i aktywność antyrodnikową wytłoczonych z nich olejów bogatych w PUFA n-3. Żywn-Nauk Technol Jakość 2013; 4:118-32.
35. Falowo AB, Fayerni PO, Muchenje V. Natural antioxidants against lipid-protein oxidative deterioration in meat and meat products: A review. Food Res Int 2014; 64:171-81.
36. Hęś M, Korczak J. Wpływ produktów utleniania lipidów na wartość odżywczą białka. Nauka Przyr Technol 2007; 1:1-15.
37. Semeriak K, Jarmoluk A. Wpływ naturalnych antyoksydantów na barwę peklowanych przetworów mięsnych. Żywn-Nauk Technol Jakość 2011; 4:138-50.
38. Hęś M, Jeżewska M, Szymandera-Buszka K i wsp. Wpływ dodatków przeciwutleniających na wybrane wskaźniki wartości odżywczej mięsa suszonego. Żywn-Nauk Technol Jakość 2011; 5:94-106.
39. Szczepanik G. Wpływ ekstraktów kopru, podbiału, rozmarynu, skrzypu, szałwii i tymianku na hamowanie utleniania lipidów wyekstrahowanych z tkanki mięśniowej kurcząt i indyków. Żywn-Nauk Technol Jakość 2007; 4(53):89-98.
40. Śnieżek E, Szumska M, Janoszka B. Ocena właściwości przeciwutleniających wybranych produktów roślinnych w aspekcie możliwości ich wykorzystania jako dodatków do żywności wysokobiałkowej poddawanej obróbce termicznej. Żywn-Nauk Technol Jakość 2016; 5:116-26.
41. Salejda AM, Krasnowska G, Tril U. Próba wykorzystania przeciwutleniających właściwości ekstraktu zielonej herbaty w produkcji modelowych przetworów mięsnych. Żywn-Nauk Technol Jakość 2011; 5:107-18.
42. Kristam P, Eswarapragada NM, Bandi ER i wsp. Evaluation of edible polimer coatings enriched with green tea extract on quality of chicken nuggets. Vet World 2016; 9:685-92.
43. Lorenzo JM, Gonzalez-Rodriguez RM, Sanchez M i wsp. Effects of natural (grape seed and chestnut extract) and synthetic antioxidants (butylatedhydroxytoluene, BHT) on the physical, chemical, microbiological and sensory characteristics of dry cred sausage „chorizo”. Food Res Int 2013; 54:611-20.
44. Karwowska M, Wargacka M. Wpływ dodatku gorczycy i izoaskorbinianu sodu na zmiany oksydacyjne lipidów oraz barwę rozdrobnionego mięsa wołowego. Nauka Przyr Technol 2013; 7:1-10.
45. Flaczyk E, Kobus-Cisowska J, Jeszka M. Wpływ dodatku ekstraktów liści miłorzębu dwuklapowego na stabilność oksydacyjną lipidów farszu pierogów mięsnych przechowywanych w warunkach chłodniczych. Nauka Przyr Technol 2009; 3:1-11.
