1
2
3
4
5
ABSTRAKT
V předložené diplomové práci jsou popsány nízkomolekulární antioxidanty obsažené v různých druzích ovoce. Blíže jsou specifikovány antioxidanty, biologické účinky a charakteristiky druhů studovaných v této diplomové práci. Teoretická část je také zaměřena na principy uchovávání ovoce, způsoby zpracování a skladování ovoce. Dále byly popsány změny, které jsou pozorovány během skladování konkrétních druhů ovoce.
V praktické části byly sledovány změny obsahu vybraných antioxidantů v plodech bobulovitého ovoce. V této práci byly studovány jahody, maliny, borůvky, červený a černý rybíz, které byly uchovávány v mrazničce po dobu šesti měsíců ve čtyřech různých formách zpracování – jako celé plody, celé proslazené plody, dřeň a proslazená dřeň. Nejprve byly změřeny výchozí hodnoty u vybraných antioxidačních parametrů (vitamin C, celková antioxidační aktivita, celkové polyfenoly, celkové flavonoidy, katechiny a individuální flavonoidy) u čerstvého ovoce, poté bylo ovoce zamraženo a tyto parametry byly proměřovány vždy po dvou měsících.
Jako nejvhodnější zpracování ovoce z hlediska obsahu antioxidantů se jeví skladování celých plodů, případně dření. Obsah askorbátu klesal u všech forem a druhů zpracovaného ovoce po celou dobu skladování, ale obsah ostatních sledovaných antioxidantů zaznamenával převážně kolísavý, případně vzrůstající průběh. U celých plodů a u celých proslazených plodů byla provedena i senzorická analýza.
ABSTRACT
This diploma thesis was focused on study of low-molecular antioxidants present in various kinds of fruits, namely berries. In theoretical part detailed characterization of antioxidants studied in presented work and their biological effects are introduced. Further, principals of processing and storage of specified species of fruits are discussed. Changes observed during storage of specific fruits are described too.
In practical part changes in content of selected antioxidants in berries were followed. As studied material strawberries, raspberries, blueberries, red and black currants were used. All kind of these fruits was stored in fridge for six months using several different kind of processing. Berries were stored as whole fruits, whole osmotically processed fruits by sucrose, raw pulp and sweetened pulp. At first, starting values of selected antioxidant parameters were measured in fresh fruits (ascorbate, total antioxidant activity, total phenolics, catechins and individual flavonoids). After freezing the same parameters were measured regularly in two month periods.
As the most suitable method of fruit processing, with regard to antioxidant content, storage of the whole fruits or pulp can be recommended. Content of ascorbate decreased in all forms and species of the processed fruits during all the time of storage. Oppositely, the content of other studied antioxidants exhibited fluctuations or increasing trend. Sensory analysis was proved for the whole fruits and also for whole sweetened fruits.
6
7
KLÍ Č OVÁ SLOVA
Jahody, maliny, borůvky, rybíz, antioxidanty, celková antioxidační aktivita, polyfenoly, flavonoidy, katechiny, kyselina askorbová, mražení
KEY WORDS
Strawberry, raspberry, blueberry, currant, antioxidants, total antioxidant status, phenolics, flavonoids, catechins, ascorbic acid, freezing
8
9 MATĚJKOVÁ, M. Sledování změn vybraných druhů lokálního ovoce v průběhu mražení. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta chemická, 2011. 102 s. Vedoucí diplomové práce doc. RNDr. Ivana Márová, CSc..
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracovala samostatně a že všechny použité literární zdroje jsem správně a úplně citovala. Diplomová práce je z hlediska obsahu majetkem Fakulty chemické VUT v Brně a může být využita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana FCH VUT.
...
Podpis studenta
Chtěla bych především poděkovat Doc. RNDr. Ivaně Márové, CSc. za vedení a pomoc při vzniku této diplomové práce, ing. Kateřině Duroňové, za pomoc při experimentální práci a při zpracování výsledků. Předložená práce byla finančně podpořena z prostředků projektu CZ.1.05/2.1.00/01.0012/ERDF.
10
11
OBSAH
1 Úvod ... 14
2 Teoretická část ... 15
2.1 Volné radikály ... 15
2.2 Obrana proti volným radikálům – antioxidanty ... 15
2.2.1 Neenzymatické antioxidanty ... 15
2.3 Nízkomolekulární antioxidanty ... 16
2.3.1 Vitamin C ... 16
2.3.2 Polyfenoly ... 17
2.3.3 Flavonoidy... 17
2.3.3.1 Anthokyany ... 18
2.3.3.2 Flavonoly ... 19
2.4 Přehled vybraných druhů drobných bobulovin ... 19
2.4.1 Jahodník obecný ... 20
2.4.1.1 Charakteristika rostliny ... 20
2.4.1.2 Obsahové složky a biologické účinky ... 20
2.4.2 Ostružiník maliník ... 20
2.4.2.1 Charakteristika rostliny ... 20
2.4.2.2 Obsahové složky a biologické účinky ... 20
2.4.3 Brusnice borůvka ... 21
2.4.3.1 Charakteristika rostliny ... 21
2.4.3.2 Obsahové složky a biologické účinky ... 21
2.4.4 Červený a černý rybíz ... 21
2.4.4.1 Charakteristika rostliny ... 21
2.4.4.2 Obsahové složky a biologické účinky ... 22
2.5 Principy uchovávání ovocných plodů ... 22
2.5.1 Fyziologické změny ... 22
2.5.2 Enzymové změny ... 22
2.5.3 Chemické změny ... 22
2.5.4 Mikrobiologické změny ... 23
2.6 Dýchání plodů ... 23
2.6.1 Klimakterický a neklimakterický typ ovoce ... 23
2.7 Konzervování potravin... 24
2.7.1 Zpracování ovoce ... 24
2.7.2 Suroviny ... 24
2.7.3 Přípravné operace ... 25
2.7.4 Sklizeň ... 25
2.7.4.1 Ruční sklizeň ... 25
2.7.4.2 Sklizeň jednotlivých druhů drobného ovoce ... 25
2.7.5 Vliv různých technologií zpracování na antioxidační aktivitu ... 26
2.7.6 Skladování ovoce ... 26
2.7.6.1 Skladování čerstvého ovoce ... 26
2.7.7 Chlazení ... 27
2.7.8 Mražení ... 27
2.7.8.1 Proces zmrazení, tvorba ledu ... 27
12
2.7.8.2 Fyzikální změny v mražených potravinách ... 28
2.7.8.3 Chemické změny v mražených potravinách ... 28
2.7.8.4 Mražené jahody a maliny ... 29
2.7.8.5 Mražené borůvky a rybíz ... 29
2.8 Metody analýzy antioxidantů - vysokoúčinná kapalinová chromatografie (HPLC) 29 2.8.1 Principy separace látek v kapalinové chromatografii ... 29
2.8.2 Stacionární fáze v HPLC ... 29
2.8.3 Mobilní fáze v HPLC ... 29
2.8.4 Instrumentace v HPLC ... 30
2.8.5 Eluce ... 31
2.8.6 Vyhodnocení výsledků v HPLC... 31
3 Experimentální část ... 32
3.1 Použité chemikálie, přístroje a vzorky ... 32
3.2 Úprava vzorku ... 33
3.3 Stanovení celkové antioxidační aktivity ... 33
3.4 Stanovení obsahu celkových polyfenolů spektrofotometricky ... 34
3.5 Stanovení obsahu celkových flavonoidů spektrofotometricky ... 35
3.6 Stanovení obsahu anthokyanů spektrofotometricky ... 35
3.7 Stanovení obsahu látek pomocí HPLC ... 35
3.7.1 Stanovení obsahu vitaminu C... 36
3.7.2 Stanovení individuálních flavonoidů ... 36
3.7.3 Stanovení individuálních katechinů ... 37
3.8 Senzorická analýza... 37
4 Výsledky ... 38
4.1 Stanovení celkové antioxidační aktivity ... 38
4.2 Stanovení obsahu celkových polyfenolů ... 42
4.3 Stanovení obsahu celkových flavonoidů ... 45
4.4 Stanovení anthokyanů ... 49
4.5 Stanovení obsahu vitaminu C pomocí HPLC ... 52
4.6 Srovnání vybraných antioxidačních parametrů ... 57
4.7 Stanovení individuálních flavonoidů pomocí HPLC ... 62
4.7.1 Obsah kyseliny chlorogenové ... 62
4.7.2 Obsah rutinu ... 66
4.7.3 Obsah floridzinu ... 69
4.7.4 Obsah morinu ... 73
4.7.5 Obsah quercetinu ... 74
4.7.6 Obsah kaempferolu ... 75
4.8 Stanovení katechinů pomocí HPLC ... 76
4.8.1 Obsah směsi katechinu a epikatechinu ... 77
4.9 Senzorická analýza... 80
4.9.1 Senzorický dotazník ... 80
4.9.2 Spotřebitelský dotazník ... 83
5 Diskuze ... 85
6 Závěry ... 91
13
7 Použité zdroje ... 94
8 Přílohy ... 97
8.1 Kalibrační křivka vitaminu C... 97
8.2 Ukázka chromatogramu standardů individuálních flavonoidů ... 97
8.3 Ukázka chromatogramu pro stanovení individuálních flavonoidů u celých slazených plodů borůvek ... 98
8.4 Ukázka chromatogramu pro stanovení individuálních flavonoidů u celých plodů jahod 98 8.5 Ukázka chromatogramu pro stanovení individuálních flavonoidů u slazené dřeně černého rybízu ... 99
8.6 Ukázka chromatogramu pro stanovení individuálních flavonoidů u celých slazených plodů malin ... 99
8.7 Ukázka chromatogramu pro stanovení individuálních flavonoidů u celých plodů borůvek 100 8.8 Ukázka chromatogramu pro stanovení obsahu kyseliny askorbové v jahodách. 100 8.9 Senzorický dotazník ... 101
14
1 ÚVOD
Lidský organismus potřebuje ke svému životu zdroj kyslíku. Některé formy kyslíku jsou však pro něj toxické. Toxické formy kyslíku jsou hlavním zdrojem volných radikálů v přírodě. Tyto radikály negativně působí na buňky v lidském těle. Obranou proti nim jsou antioxidanty. Antioxidanty pomáhají chránit imunitní systém a zabraňují poškození buněk volnými radikály. Většinu antioxidantů si naše tělo nedokáže syntetizovat a musíme je přijímat v potravě. Bohatým zdrojem antioxidantů je převážně ovoce a zelenina, vyskytují se v nich důležité antioxidanty, jako jsou karotenoidy, flavonoidy, třísloviny, polyfenoly, vitaminy B, E a C.
Strava bohatá na ovoce a zeleninu může přispět ke snížení rizika vzniku chronických onemocnění. Fytochemikálie, které jsou obsaženy v čerstvém ovoci a zelenině hrají důležitou úlohu v podpoře našeho zdraví. Zejména tuzemské ovoce, které konzumujeme pravidelně a dlouhodobě, příznivě působí na náš organismus.
Bobulovité ovoce je dobrým zdrojem vitaminu C, antokyanů a některých dalších flavonoidů. Nejlepší je konzumovat ovoce čerstvé, které obsahuje nejvyšší obsah těchto aktivních látek. To ale většinou není možné, proto se musí použít různé způsoby zpracování ovoce, aby se prodloužila jejich trvanlivost a aby bylo zachováno co nejvíce aktivních látek a organoleptických vlastností. Používané způsoby konzervování ovoce jsou například chlazení a mražení. Chlazením lze prodloužit trvanlivost ovoce pouze o pár dní, zatímco mražením získáme trvanlivost ovoce i několik měsíců a zároveň tím zachováme většinu důležitých aktivních látek.
V této práci bylo sledováno pět druhů tuzemského drobného bobulového ovoce – jahody, maliny, borůvky, červený a černý rybíz. Byly porovnávány různé formy úpravy ovoce (celé plody, celé proslazené plody, dřeně a proslazené dřeně) skladovaného v mrazničce po dobu šesti měsíců. Bylo sledováno, jak se mění aktivní látky během uchovávání ovoce v závislosti na formě zpracování plodů. Z výsledků bude odvozeno, která forma zpracování je pro který druh ovoce nejvhodnější pro skladování v mrazicím boxu tak, aby se zachovalo co nejvíce aktivních látek.
15
2 TEORETICKÁ Č ÁST
2.1 Volné radikály
Na buňky lidského těla působí neustále řada nepříznivých vlivů. Jedná se především o kyslík, který je však současně pro všechny aerobní organismy esenciální. Toxické formy kyslíku jsou hlavním zdrojem volných radikálů v přírodě. Při oxidačních reakcích se tyto radikály uvolňují a mohou být příčinou vzniku řady degenerativních onemocnění a biologického stárnutí. Lidský organismus se chrání různými antioxidanty. Některé z nich ale nedokáže vyrobit a musí je přijímat z potravy [1].
Volné radikály jsou definovány jako molekuly, atomy nebo ionty s nepárovým elektronem ve valenčním orbitalu, schopným alespoň krátkodobé existence. Protože obsahují lichý počet elektronů, jsou vysoce reaktivní a mohou iniciovat řadu řetězových reakcí v organismu. Jsou škodlivé pro buněčné organismy, mohou poškozovat důležité buňky a buněčné membrány [2, 3].
Kyslík je potřebný pro vytvoření všech reaktivních forem kyslíku (ROS, „reactive oxygen species“), reaktivních forem dusíku (RNS, „reactive oxygen species“) a reaktivních forem chloru. Mezi volné radikály patří superoxidový, hydroxylový, peroxylový, alkoxylový a hydroperoxylový radikál. Dále také například oxid dusnatý [2].
Základní reaktivní formy kyslíku jsou v podstatě meziprodukty redukce kyslíku na vodu.
Největším generátorem superoxidového radikálu v těle je dýchací řetězec a aktivované fagocyty. Ty pomocí enzymu NADPH oxidasy produkují superoxid cíleně jako obranu proti mikrobům [4].
Superoxid spontánně nebo působením antioxidačního enzymu superoxiddizmutázy přechází na peroxid vodíku, který je stabilní, ale vyznačuje se reaktivitou s redukovanými redoxně aktivními přechodnými kovy (měď, železo). Tato reakce poskytuje velmi reaktivní hydroxylový radikál, který je považován za vlastní agens startující oxidační poškození biomolekul organismu. Radikálové poškození má často podobu řetězové reakce, neboť volný radikál se typicky stabilizuje vytržením elektronu z jiné struktury, tím ji přemění na jiný radikál a proces pokračuje [4].
2.2 Obrana proti volným radikálům – antioxidanty
Antioxidanty jsou látky, které působí proti volným radikálům. Antioxidanty lze rozdělit do dvou hlavních skupin, tj. enzymatické a neenzymatické antioxidanty. Antioxidanty, které obsahují enzymy, nízkomolekulární enzymy a kofaktory, jsou produkovány endogenně, zatímco neenzymatické molekuly a části kofaktorů jsou získávány formou potravinových zdrojů. Patří sem převážně polyfenoly, které tvoří fenolové kyseliny a flavonoidy. Dále sem můžeme také zařadit vitaminy, karotenoidy, minerální látky a další [5].
2.2.1 Neenzymatické antioxidanty
Lidský antioxidační obranný systém je neúplný bez stravy obsahující antioxidanty.
Kyselina askorbová je hlavní ve vodě rozpustný antioxidant v lidských biologických tekutinách. Potřeba kyseliny askorbové je pokryta pouze z potravinových zdrojů, protože lidé nemají možnost tento antioxidant syntetizovat. Kromě kyseliny askorbové hrají důležitou roli v udržování lidského zdraví i vitamin E, koenzym Q10, karotenoidy a polyfenoly získané z vnějších zdrojů [5].
16
2.3 Nízkomolekulární antioxidanty
Většina nízkomolekulárních antioxidantů patří mezi vitaminy nebo provitaminy. Vitaminy jsou organické nízkomolekulární sloučeniny syntetizované autotrofními organismy. Lidský organismus není schopen vitaminy syntetizovat, a proto je musí přijímat ve stravě. Mohou je však syntetizovat některé mikroorganismy, které osidlují vnitřní orgány člověka, např. střevní bakterie.
Vitaminy mají zcela odlišné chemické struktury a různé funkce v organismu. Působí jako prekursory biokatalyzátorů, např. kofaktorů enzymů a hormonů nebo antioxidanty. Vitaminy jsou v určitém minimálním množství nezbytné pro látkovou přeměnu a regulaci metabolismu člověka. Vitaminy se podle společných fyzikálních vlastností, rozpustnosti ve vodě a v tucích dělí do dvou skupin – hydrofilní (vitaminy skupiny B a vitamin C) a lipofilní vitaminy (vitamin A, D, E, K).
Stabilita jednotlivých forem vitaminů je různá a závisí na vnějších faktorech i na konkrétní potravině a použité technologii zpracování potraviny. Některé vitaminy se používají v potravinářství jako přirozená barviva (riboflavin a provitaminy A) a jako antioxidanty (vitamin C, β-karoten, vitamin E).
Provitaminy jsou látky, které samy nevykazují fyziologické účinky, ale mohou sloužit jako prekursory syntézy vitaminů [6, 7, 8].
2.3.1 Vitamin C
Základní biologicky aktivní sloučeninou je kyselina askorbová. Aktivitu vitaminu C vykazuje pouze kyselina L-askorbová. Názvem vitamin C se označuje nejen kyselina L- askorbová, ale také celý reversibilní redoxní systém. Ten obsahuje kyselinu L-askorbovou, L- askorbylradikál a kyselinu L-dehydroaskorbovou. Kyselina askorbová a askorbylradikál se v roztocích o fyziologickém pH vyskytují jako anionty [6].
Obr. 1 Biologicky aktivní formy vitaminu C [6]
Kyselina L-askorbová je nutnou živinou pro člověka. Askorbát je syntetizován rostlinami a většinou savců, nikoli však člověkem. U lidí chybí pro syntézu vitaminu C enzym glukonolaktonoxidasa, který katalyzuje poslední enzymatický krok v syntéze kyseliny askorbové. Vitamin C je důležitý jako kofaktor různých enzymů zapojených do procesu hydroxylace. Dále se účastní biosyntézy mukopolysacharidů, prostaglandinů, absorpce iontových forem železa, jeho transportu, simuluje transport sodných a chloridových iontů, uplatňuje se rovněž v metabolismu cholesterolu, drog a v řadě dalších reakcí [6, 9, 10].
17 Velmi důležitými reakcemi souvisejícími s antioxidačními vlastnostmi vitaminu C jsou reakce s volnými radikály (superoxidovými, hydroxylovými a peroxylovými), dále s peroxidem vodíku, s oxidovanými formami vitaminu E, které zabezpečují ochranu vitaminu E a lipidů membrán před oxidací. Inhibuje také tvorbu nitrosaminů a působí tak jako modulátor mutageneze a karcinogeneze. Vitamin C může také fungovat jako prooxidant [6, 11].
Čistý vitamin C je ve vodě rozpustná, silně redukující, opticky aktivní, bílá krystalická látka. Kyselina askorbová je silné redukční činidlo a působí v biologických systémech jako nejsilnější přirozený antioxidant [12, 13].
Doporučená denní dávka vitaminu C je až 100 mg i více. Nadbytek vitaminu C je z těla vyloučen močí. Nedostatek vitaminu C způsobuje kurděje – změny na kůži, křehkost krevních kapilár, zubní kaz, zlomeniny. Mnohé příznaky lze přičítat k nedostatečné syntéze kolagenu.
Vitamin C zvyšuje vstřebávání železa, to závisí na přítomnosti vitaminu C ve střevě, proto je pro tělo prospěšné zvýšený příjem vitaminu C. Vysoké dávky vitaminu C působí preventivně proti nachlazení [14].
2.3.2 Polyfenoly
Polyfenoly nacházející se jako součást potravin rostlinného původu vykazují pestrou škálu biologických účinků. Patří k nim zejména antimikrobní a antioxidační vlastnosti. Patří mezi skupinu primárních antioxidantů. Polyfenoly také přispívají k organoleptickým vlastnostem potravin a nápojů. Nejběžnějšími polyfenoly jsou flavonoidy, fenolové kyseliny a ligniny.
Tyto látky chrání lipoproteiny s nízkou hustotou před oxidační modifikací, dále snižují riziko infarktu myokardu snižováním tvorby krevních sraženin [15, 16, 17].
Fenolické látky jsou rozpustné ve vodné směsi s methanolem, ethylacetátem a acetonem.
Bobulové ovoce je bohaté na fenolové sloučeniny, anthokyany a flavonoly. Fenolické sloučeniny v bobulovitém ovoci působí jako antioxidanty, mají protinádorové a antineurodegenerativní biologické účinky. Na obsah fenolických sloučenin v bobulovitém ovoci nemají vliv pouze genetické rozdíly a životní prostředí, ale také stupeň zralosti v době sklizně, odrůda a oblast, ve které je ovoce pěstováno [18].
2.3.3 Flavonoidy
Flavonoidní látky neboli flavonoidy jsou velice rozsáhlou skupinou rostlinných fenolů obsahujících v molekule 2 benzenové kruhy spojené tříuhlíkatým řetězcem. Jedná se o uspořádání C6-C3-C6. Svými vlastnostmi se velmi liší od jiných fenolových pigmentů, a proto jsou uváděny jako samostatná skupina rostlinných barviv. U většiny flavonoidů je C3 řetězec součástí heterocyklického (pyranového) kruhu. Flavonoidy jsou odvozeny od kyslíkaté heterocyklické sloučeniny 2H-chromenu, substituovaného v poloze C-2 fenylovou skupinou, který se nazývá flavan [15].
Podle stupně oxidace C3 řetězce se rozeznávají tyto základní struktury flavonoidů:
katechiny, leukoanthokyanidiny, flavanony, flavanonoly, flavony, flavonoly, anthokyanidiny.
18
Obr. 2 Obecná struktura flavonoidních látek [15]
2.3.3.1 Anthokyany
Anthokyany jsou nejrozšířenější, ve vodě rozpustné rostlinné pigmenty, které produkují červené, modré a fialové barvy plodů a květin. Anthokyany jsou glykosidy odvozené od flavyliového kationu. Anthokyany jsou nestabilní sloučeniny. Jejich barva je závislá na pH, červená při pH pod 2, jak se zvyšuje pH, mění se barva na modrou a nakonec na bezbarvou.
Stabilita anthokyanů je ovlivněna teplotou, pH, přítomností kyslíku, kyselinou askorbovou, cukrů a ionty kovů [19].
Anthokyany jsou známé jako široká skupina látek pozitivně působících na naše zdraví.
Působí jako prevence onemocnění srdce, inhibice karcinogeneze. Snižují riziko chronických onemocnění, včetně rakoviny a kardiovaskulárních onemocnění [19, 20].
V potravinách má význam pouze 6 anthokyanidinů s hydroxyskupinou v poloze C-3. Patří sem kyanidin, pelargonidin, peonidin, delfinidin, petunidin a malvidin. V některém ovoci nebo zelenině jsou přítomny anthokyany odvozené od jediného anthokyanidinu, jindy jsou pigmenty odvozeny od několika různých anthokyanidinů [15].
Anthokyany v ovoci
Počet anthokyanů přítomných v jednotlivých rostlinách je různý a pohybuje se od několika málo (jahody, ostružiny) až po více než 10 různých pigmentů (hrozny červených odrůd révy vinné, borůvky). Hlavními zdroji využívanými jako potraviny jsou plody rostlin čeledi révovitých (hrozny révy vinné) a růžovitých (třešně, švestky, maliny, jahody, ostružiny, jablka, hrušky, aj.). Další potravinářsky významné rostliny obsahující anthokyanová barviva náleží do čeledi lilkovitých, lomikamenovitých (černý a červený rybíz), vřesovitých (borůvky), olivovitých a brukvovitých [15].
19 Tabulka 1 Hlavní anthokyany sledovaných druhů ovoce
ovoce hlavní anthokyanová barviva
borůvka delfinidin-3-rutinosid, 5-glukosid a 3-glukosid jahoda pelargonidin a kyanidin-3-glukosidy malina kyanidin a pelargonidin-3-glukosylrutinosid, 3-
soforosid, 3-rutinosid, 3-glukosid
rybíz černý kyanidin a delfinidin-3-glukosidy, 3-diglukosidy a 3-rutinosidy
rybíz červený
kyanidin-3-glukosid, 3-rutinosid, 3-sambubiosid, 3-soforosid, 3-glukosylrutinosid a 3-
xylosylrutinosid
Mezi hlavní anthokyany objevené v jahodách jsou pelargonidin-3-glukosid a kyanidin-3- glukosid, zatímco pelargonidin-3-arabinosid a pelargonidin-3-rutinosid se také běžně vyskytují, i když v menším množství [19].
Vliv teploty na anthokyany
Stejně jako většina chemických reakcí je i stabilita anthokyanů a rychlost jejich degradace v přirozených i modelových systémech ovlivněna teplotou a závisí navíc na struktuře látek, pH prostředí, přítomnosti kyslíku a možnosti vstupovat do reakcí s jinými složkami systému.
Většina anthokyanů paradoxně vykazuje poněkud vyšší stabilitu při zvýšených teplotách používaných při zpracování ovoce a zeleniny. Tento jev se vysvětluje ochranným efektem různých složek systému a kondenzací monomerů. V těchto reakcích vznikají stabilnější oligomerní pigmenty, jejichž množství se zvyšuje s teplotou a skladovací dobou [15].
2.3.3.2 Flavonoly
Flavonoly jsou společně s flavony důležitými žlutými barvivy. Všechny významnější flavonoly vyskytující se v potravinách mají v poloze C-3, C-5, C-7 a C-4´ hydroxyskupinu a vzájemně se liší substitucí v poloze C-3´ a C-5´. Téměř univerzálními flavonoly jsou kempferol, kvercetin a myricetin, které se vyskytují hlavně jako glykosidy a jako kopigmenty doprovázejí anthokyany.
Netypickým flavonolem je morin. Je odvozen od kempferolu, ale obsahuje další hydroxyskupinu v poloze C-2´. Běžným glykosidem rostlin je rutin, v borůvkách se nachází např. avikularin a isokvercitrin, poměrně běžný je myricitrin [15].
2.4 Přehled vybraných druhů drobných bobulovin
Konzumace základních látek z rostlinných zdrojů a speciální výrobky mohou snížit riziko chronických onemocnění a pomáhají udržovat normální fyzickou kondici. Bobuloviny jsou dobrým zdrojem přírodních antioxidantů včetně fenolických sloučenin, jako jsou flavonoidy, anthokyany a vitamin C. Tyto molekuly přímo nebo nepřímo souvisí s antioxidační aktivitou.
Poměr bioaktivních složek v bobulovitém ovoci je primárně ovlivněn genotypem. Některé odrůdy se používají především jako surovina pro přípravu zdraví podporujících potravin kvůli jejich výhodné kombinaci bioaktivních látek. Různé fenolické sloučeniny se vyskytují v různých odrůdách. V závislosti na odrůdě se také může lišit poměr a relativní množství
20
fenolických sloučenin. Rozdíly ovlivňují celkovou antioxidační kapacitu a antikarcinogenní a antimutagenní aktivity [21].
2.4.1 Jahodník obecný
2.4.1.1 Charakteristika rostliny
Jahodník je vytrvalá bylina s větveným oddenkem, s přízemní listovou růžicí a s plazivými, kořenujícími výhonky, jimiž se rozmnožuje. Listy mají dlouhé, jemně ochlupené řapíky a jsou složené ze tří vejčitých pilovitých lístků. Květy jsou bílé s pěticípým kalichem a vyšším počtem tyčinek. Plodem jsou drobné nažky spočívající na zdužnatělém kulovitém nebo kuželovitém květním lůžku [22, 23, 24].
Jahody jsou velmi žádané ovoce, proto se jahody pěstují v mnoha zahradních odrůdách získaných z některých planých druhů jahodníků [24].
Oblíbenost jahod je podmíněná jejich vynikající chutí a vůní, poměrně malou náročností na půdní a klimatické podmínky, brzkou a pravidelnou úrodností [25].
2.4.1.2 Obsahové složky a biologické účinky
Jahody v čerstvém i konzervovaném stavu jsou cenné pro svoji výživovou hodnotu a obsah důležitých látek (vitaminů, kyselin, cukrů a minerálních látek). Plody jsou zdrojem vápníku, síry, železa, draslíku a fosforu. Dále obsahují asi 8 % cukrů, hlavně glukózy a fruktózy. Asi 85 % tvoří voda. Organické kyseliny (kyselina citronová a jablečná) tvoří asi 0,9 – 1,2 %.
V porovnání s ostatními druhy ovoce vyniká v obsahu vitaminů. Nejvýznamnější je obsah vitaminu C. Z ostatních vitaminů jsou v jahodách zastoupené v menší míře i vitaminy A, B1, B2 a B7. Plod jahody je také zdrojem flavonoidů, tříslovin a pektinů [23, 25].
Plody i listy jahody jsou významné pro lidské zdraví. Listy a zvlášť plody obsahující železo a jiné mikroprvky jsou vhodným prostředkem při léčbě anémie a avitaminosy. Plody účinkují prospěšně jako léčebný prostředek při ateroskleróze, žaludečních a duodenálních vředech, dně a artritidě. Plody zaženou žízeň, zlepšují trávení, odstraňují zácpu. Někdy však plody jahodníku vyvolávají alergickou reakci [23, 25].
2.4.2 Ostružiník maliník 2.4.2.1 Charakteristika rostliny
Ostružiník maliník je keř s dvouletými, zřídka víceletými pruty, které na zimu shazují listy.
Spodní strana listů je porostlá stříbřitě šedými chloupky, které jsou nezaměnitelné s jiným podobným keřem. Listy jsou lichospeřené a na okrajích pilovité. O ostružiníku je obecně známo, že se jedná o trnitý keř. Květy maliníku lze přirovnat tvarem ke květům šípku. Má výrazné bílé pětičetné květy, proto čeleď růžovité. Ve většině případů jsou květy bílé. Lze je vidět v období květen červen. Maliny uzrávají od července až do září [26, 27].
Keři se nejlépe daří v mírně vlhkých půdách. Hojně se pěstuje v zahradách v celé řadě forem jako ovocný keř [28].
2.4.2.2 Obsahové složky a biologické účinky
Maliny obsahují barvivo patřící mezi nejsilnější antioxidanty. Čím mají maliny sytější a tmavší barvu, tím je koncentrace tohoto barviva vyšší. Plody obsahují cukr, pektin, barviva, organické kyseliny a silice, pecičky obsahují 16 % žlutozeleného oleje [27, 29].
21 Plody, šťáva a další výrobky z nich jsou zejména pro obsah antioxidantů cenné při horečnatých a zánětlivých onemocněních, zlepšují zdravotní stav kuřáků a alkoholiků, jsou doporučovány i u Alzheimerovy choroby [29].
Maliník poskytuje chutné plody, které mohou být konzumovány čerstvé nebo jako přísada ve formě zpracovaných výrobků, jako jsou zmrzlina, džem, želé, marmelády, pyré, ovocné šťávy, likéry. Konzumují se čerstvé, ale po sklizni podléhá ovoce snadno zkáze, proto jsou čerstvé plody skladované v normální atmosféře, v řízené atmosféře nebo zmražením [18].
2.4.3 Brusnice borůvka 2.4.3.1 Charakteristika rostliny
Borůvka je hustě rozvětvený, ale spíše nízký keřík (50 cm) s opadavými listy. Kvete od dubna do června. Plodem jsou kulovité bobule, většinou modročerné, dužnaté. Druh je značně variabilní ve velikosti, tvaru listů i barvě plodů, rozeznává se řada variet a forem [30, 31].
Brusnice borůvka tvoří často velmi kompaktní porosty ve vlhkých listnatých a smíšených lesích. Preferuje půdy kyselé, málo výživné, humózní a nepříliš suché [31].
2.4.3.2 Obsahové složky a biologické účinky
Plody obsahují třísloviny, bioflavonoidy, karotenoidy, provitamin A, resveratrol, vitamin C, vitaminy skupiny B, ovocné cukry, malé množství tuků, mikro- a makroprvky (hořčík, draslík, mangan, železo, měď, zinek, chrom). Borůvky jsou dobře známé pro jejich komplexní anthokyaninový vzor a pro jejich vysoký obsah anthokyaninů [20, 31].
Borůvky jsou známé svým vysokým obsahem antioxidantů, a tak mají potenciál inhibovat oxidaci lipoproteinů a zabránit nebo zmírnit různé lidské nemoci způsobené oxidačním stresem [32].
Borůvky zlepšují noční vidění a léčí šeroslepost, zlepšují imunitu a působí preventivně a léčebně proti infekcím, prodlužují život, chrání před stařeckou demencí, pomáhají při průjmech a jiných střevních onemocněních, zvyšují množství moči, čímž napomáhají odvodňování a léčbě některých otoků a zánětů močových cest. Snižují hladinu cholesterolu a tuků v krvi, chrání tělesné buňky proti volným radikálům. Mají i uklidňující a protistresový účinek [31].
2.4.4 Červený a černý rybíz 2.4.4.1 Charakteristika rostliny
Rybíz patří do čeledi srstkovitých. Naše červenoplodé kulturní odrůdy pocházejí z planě rostoucích druhů rostoucích v Eurasii. Černý rybíz je rozšířen v Evropě, na Kavkazu a v Himaláji a Arménii. Červenému rybízu se nejlépe daří na humózních, živinami dobře zásobených středně těžce hlinitých až hlinitopísčitých půdách. Požadavky černého rybízu na půdu jsou vyšší [33].
Květy červeného rybízu jsou samosprašné, opylení cizím pylem však zajišťuje vyšší výnosy. Velmi rozdílný je stupeň samosprašnosti u odrůd černého rybízu. Vedle převážně samosprašných odrůd se pěstují i slabě samosprašné odrůdy [33].
Rybíz se sklízí postupně jak dozrává, protože optimální složení, výživná hodnota a konzervárenská vhodnost bývá v konzumní zralosti [34].
22
2.4.4.2 Obsahové složky a biologické účinky
Rybíz patří mezi důležité zdroje vitaminů a esenciálních minerálů. Plody nemají vysokou energetickou hodnotu, protože obsah sacharidů, tuků a dusíkatých látek je poměrně nízký. Na minerální látky jsou nejbohatší černé rybízy. Mají poměrně vysoký obsah organických kyselin (1 až 4 %), které mají antibakteriální účinky [35].
Bobule černého rybízu jsou velmi cenné vzhledem k jejich vysokému obsahu flavonoidních látek. Černý rybíz obsahuje relativně vysoké množství anthokyanů a flavonolů.
Černý rybíz je bohatý na fenolové sloučeniny. Rybíz má pozitivní účinek proti vzniku kardiovaskulárních onemocnění [36, 37].
Nejjakostnější se zmrazují nebo kompotují, netříděné bobule se zpracovávají na protlak, džem, marmeládu, rosol, sirup a víno [34].
2.5 Principy uchovávání ovocných plodů
Potravinářské suroviny a potraviny jsou ve většině případů neúdržné materiály, které pozvolna nebo rychleji podléhají nežádoucím změnám. Zejména významné jsou takové změny potravin, které vedou ke vzniku zdravotních nebezpečí z potravin. Během celého cyklu zpracování podléhají potravinářské materiály komplexním změnám, které zahrnují: změny fyziologické, enzymatické, chemické a mikrobiologické [38].
2.5.1 Fyziologické změny
Fyziologické změny se uplatňují u čerstvého ovoce, jsou to pochody, které navazují na fyziologické procesy v živých rostlinných pletivech při jejich narušení podmínkami zpracování a skladování. Nežádoucí fyziologickou změnou je např. projev tkáňového dušení při zabalení čerstvých dýchajících plodů nebo jejich částí pod vakuem nebo v inertním plynu.
Důsledkem je zrychlený nástup hniličení. Dalším příkladem je poškození ovoce chladem, tzv.
„chilling indury“. Jedná se o jev, který je vyvolán několikahodinovým působením nižších teplot, než je kritická teplota pro daný druh ovoce. Poškození chladem vyvolá fyziologické změny plodů, které také urychlí jejich zkázu [38].
2.5.2 Enzymové změny
Rozdíl mezi fyziologickými a enzymovými změnami je ve stupni narušení organizace pletiv a tkání. Jedná se o dílčí reakce katalyzované přirozenými enzymy, případně extracelulárními enzymy produkovanými přítomnou mikroflórou. Enzymové změny probíhají v porušených rostlinných pletivech, po rozsáhlejší destrukci buněk, ve vrstvě buněk poškozených např. řezem při krájení nebo loupáním, tedy všude tam, kde je mechanicky poškozeno pletivo. Enzymové procesy jsou přerušeny inaktivací enzymů, nejčastěji záhřevem. Při skladování potravin se uplatňují zejména u čerstvého ovoce, u kterých nedošlo k dostatečné inaktivaci před dalším zpracováním (zmrazováním, sušením, apod.) [38].
2.5.3 Chemické změny
Nejvýznamnější chemickou změnou potravin jsou tzv. reakce neenzymového hnědnutí, které zahrnují široký komplex reakcí aminosloučenin s redukujícími cukry, karbonylovými látkami, fenoly a dalšími složkami potravin. Důsledkem reakcí jsou změny barvy, změny vůně a chuti. Při zpracování a skladování potravin mají reakce neenzymového hnědnutí spíše negativní důsledky.
23 Další skupinou nežádoucích chemických změn během zpracování a skladování potravin jsou oxidační reakce, zejména autooxidace tuků. Chemické oxidační reakce jsou urychlovány přístupem vzdušného kyslíku a jako všechny reakce teplotou. Důsledkem změn, kterým podléhají zejména nenasycené mastné kyseliny, je opět snížení nutriční hodnoty potraviny a také chuť a vůně způsobená tvorbou těkavých látek s charakteristickým zápachem [38].
2.5.4 Mikrobiologické změny
Mikrobiologické změny jsou z hlediska důsledků nejvýznamnějšími změnami, ke kterým v potravinách během zpracování a skladování dochází. Potravinářské suroviny, polotovary a výrobky obsahují mikroorganismy nebo jejich zárodky, součástí každého technologického zpracování je vždy konzervační zákrok, který zastaví nebo zpomalí nežádoucí růst mikroorganismů, případně usmrtí ty formy, které by se za podmínek skladování mohly množit a potravinu kazit. Potraviny jsou vhodným substrátem pro mikroorganismy, jednotlivé skupiny mikroorganismů jsou však různě citlivé na životní podmínky [38].
2.6 Dýchání plodů
Ve fázi vybarvování plodů, sládnutí a měknutí dužiny, tvorby vonných látek se produkce CO2 na přechodnou dobu zvýší. Je to první příznak stárnutí. Po dosažení maximální hodnoty intenzity dýchání, které splývá s konzumní zralostí, pak následuje pokles intenzity dýchání.
Tento zlom charakterizuje období, kdy jsou plody nejvhodnější ke konzumu, ale nehodí se ke skladování při nízkých teplotách nebo v atmosféře, která byla obohacena CO2 .
Relativně náhlá změna dýchací aktivity signalizuje přechod od růstové fáze ve vývoji plodu k fázi stárnutí. U většiny plodin předchází vzestupu respirace vznik fyziologicky aktivních koncentrací olefinických plynů, jako je ethylen, v mezibuněčných prostorách plodu.
Oxogenní aplikace ethylenu zahájí období klimakteria u nezralých plodů a indikuje autokatalytický proces syntézy vlastního ethylenu. Ethylen můžeme považovat za přirozený hormon zrání. Začátek biosyntézy ethylenu do stimulativních koncentrací se považuje za jev předcházející vzestupu respirace. Klimakterium vyznačuje přechod od růstových a vývojových stádií k začátku stárnutí.
Nejmenší ztráty prodýcháváním mají plody, které rovnoměrně rostly a byly dostatečně zásobeny asimiláty. Plody s větším počtem buněk a vyšším obsahem proteinů v buňce intenzivněji dýchají. Menší plody dýchají silněji než větší. Záleží na poměru difuzní plochy k hmotnosti, protože menší plody mají relativně větší povrch, kterým se umožňuje snazší výměna plynů. Menší plody jsou zpravidla méně zásobeny glycidy v poměru k proteinům [39].
2.6.1 Klimakterický a neklimakterický typ ovoce
Plody jsou seskupeny do dvou kategorií v závislosti na jejich fyziologickém režimu v průběhu zrání. Klimakterické ovoce (banán, rajčata, jablka) vykazují zřetelný vrchol respirační činnosti během zrání, zatímco neklimakterické druhy ovoce (jahody, hroznové víno, pomeranč, třešeň) ukazují pomalý pokles dýchání během zrání. Velikost respiračního klimakteria je velmi proměnná mezi různými druhy ovoce. V neklimakterickém ovoci se poměrně vysoká bazální rychlost dýchání obvykle vyrovná s krátkou trvanlivostí. Při zrání neklimakterických plodů zůstává hladina ethylenu nízká, což neplatí u klimakterických druhů ovoce. Ethylen reguluje mnoho důležitých procesů a metabolických změn souvisejících s klimakterickým zráním.
24
Doba trvanlivosti klimakterických plodů je maximální sklizní, kdy jsou úplně zralé, ale ještě v preklimakterickém stavu. K mnoha žádoucím změnám v chuti a vůni dochází až po sklizni. Na druhé straně u neklimakterických plodů musíme dbát na to, aby plody nebyly přezrálé [40].
2.7 Konzervování potravin
Pod pojmem konzervace potravin rozumíme každý zákrok, resp. úpravu potravin, která prodlouží jejich přirozenou trvanlivost na delší čas, než je jejich přirozená skladovatelnost.
V ideálním případě uvažujeme o konzervaci potravin při zachování jejich biologické hodnoty, resp. s využitím vhodných přídavných látek i s cíleným zvýšením nutriční hodnoty. Při zpracování rostlinných surovin se využívají prakticky všechny metody konzervace potravin.
Při posuzování konzervačních principů a příslušných konzervačních metod se musí především uvažovat o ochraně proti rozkladné činnosti mikroorganismů a musí být posouzena i energetická a technologická náročnost příslušné konzervační metody a výsledná jakost produktu.
Odstraňováním mikroorganismů z prostředí se omezuje kontaminace potravin mikroorganismy a snižuje se počet mikroorganismů v potravinách po dobu zpracování. Úplné odstraňování mikroorganismů se dosáhne mikrobiální filtrací [41].
2.7.1 Zpracování ovoce
V podmínkách České republiky se ročně vyprodukují stovky tisíc tun rostlinných plodin, tj.
ovoce, zeleniny, brambor atd. Konzervárenský a mrazírenský průmysl zpracovává významnou část této produkce. Současný objem produkce konzervovaných výrobků z ovoce (kompoty, sušené ovoce, kandované ovoce) odhadnout asi na 20 000 t, ovocných šťáv a sirupů více než 200 000 t a zmrazovaného ovoce asi 5 000 t.
Zpracování ovoce můžeme rozdělit do několika oblastí:
• předběžné technologické operace
• výroba produktů zachovávajících kusovitost suroviny, tj. výroba kompotů, zmrazovaného, sušeného, proslazovaného ovoce
• výroba rozmělněných produktů, tj. protlaků, ovocných pomazánek
• technologie výroby macerovaného ovoce
• výroba čirých ovocných šťáv
• výroba šťávových koncentrátů [38].
2.7.2 Suroviny
Za základní konzervárenské suroviny se považuje ovoce a zelenina. Většina surovin podléhá velmi rychle rozkladu. Je třeba si uvědomit, že surovina je po sběru živým materiálem, který se má sbírat v optimálním stádiu zralosti, správně skladovat a po dobu konzervace se snažit o zachování organoleptických a nutričních vlastností typických pro zpracovávaný druh ovoce a zeleniny.
Se zvyšujícími se nároky na jakost výrobků se musí zvyšovat i nároky na suroviny. Při formulování požadavků na odrůdu se bere do úvahy vysoká úrodnost, odolnost proti chorobám a škůdcům, možnost mechanického sběru, tvar, barva, konzistence plodů, výtěžnost, optimální zastoupení výživných a organoleptických látek. Pro zpracovatele je
25 důležitá zdravotní bezchybnost, zralost, tvar plodů, rovnoměrná velikost, pevnost dužiny, ale i barva, chuť a vůně.
Mezi technologicky významné druhy ovoce patří:
• jádrové ovoce (jablka, hrušky, atd.)
• peckové ovoce (třešně, višně, broskve, švestky, meruňky, a další)
• bobulové ovoce (jahody, rybíz, maliny, hrozny, borůvky, šípky, ostružiny, brusinky, aj.).
Z bobulového ovoce jsou konzervárensky velmi cennou surovinou jahody. Vyrábí se z nich kompot, jahodové marmelády a sirupy. Nutričně velmi významnou, avšak u spotřebitele ne vždy doceněnou surovinou, je rybíz. Je to surovina na výrobu kapalných výrobků (mošty, sirupy, vína) a pomazánky (džemy, marmelády) [41].
2.7.3 Přípravné operace
Mezi technologické a výrobní operace se zařazuje skladování surovin, praní, třídění, odstopkování a odpeckování, čistění a loupání, řezání a krájení, drcení, rozváření a blanšírování, koncentrování, lisování, filtrace, příprava nálevů, umývání konzervárenských obalů, plnění, uzavírání, rozhodující konzervační princip (sterilace, zmrazování, sycení CO2) a nakonec balení [41].
2.7.4 Sklizeň
Dobu sklizně konzervárenských surovin určuje tzv. technologická zralost, která představuje stav plodiny vyhovující požadavkům daného zpracování. Technologická sklizeň nemusí být shodná s konzumní nebo fyziologickou zralostí plodiny a pro danou plodinu se liší i podle způsobu zpracování. Pro výrobu kompotů je požadováno ovoce z hlediska přímé konzumace nezralé, ovoce na výrobu protlaků by mělo být plně vyzrálé [38].
2.7.4.1 Ruční sklizeň
Ruční sklizeň ovoce zabezpečuje vysokou kvalitu produktu, ale je neproduktivní. Při ruční sklizni záleží na zkušenosti česáčů. Je důležité seznamovat je se zásadami opatrného sběru a vysvětlovat význam poškození plodů. Při sběru ovoce pro přímý konzum a uskladnění je třeba pracovat velmi pozorně, aby nedocházelo k jakémukoliv poškození plodů [42].
2.7.4.2 Sklizeň jednotlivých druhů drobného ovoce Maliny
Plody dozrávají postupně během tří a více týdnů. Maliny začínáme sbírat, když dosáhnou charakteristického vybarvení a lehce se oddělují od okvětního lůžka. Plody by neměly být přezrálé, protože rychle ztrácejí kvalitu. Podle počasí v období sběru je třeba plody sbírat každých 3 až 5 dní nejlépe v časných ranních hodinách, dokud jsou chlazené nižšími nočními teplotami [35].
Jahody
Jahody dozrávají v závislosti na odrůdě koncem května začátkem června. Sbíráme plody, které jsou dozrálé, typicky vybarvené, ale ještě pevné. Sbíráme v časných ranních hodinách.
Trháme je s krátkou stopkou a kališními lístky [35].
26 Borůvky
Borůvky dozrávají ve hroznu postupně, proto i sběr provádíme vícekrát. Prvním charakteristickým znakem dozrávání bobulí je změna zelené barvy na modrofialovou. Plné zralosti však bobule dosáhnou 4 až 5 dní poté. Plody se sbírají podle počasí v odstupu 7 až 15 dní. První sběr poskytuje zpravidla největší a nejkvalitnější plody [35].
Rybíz
Rybíz dozrává 70 až 80 dní po odkvětu. Doba sběru závisí na klimatických podmínkách a také na poloze. Ve vyšších nadmořských výškách dozrává později. Plody rybízu určené ke stolní spotřebě se sbírají ručně. Na výrobu kompotů a při přepravě na větší vzdálenosti se doporučuje obírat je ještě před dozráním [35].
2.7.5 Vliv různých technologií zpracování na antioxidační aktivitu
Zpracování potravin zahrnuje změny strukturální integrity rostlinného materiálu a tím vznikají negativní i pozitivní účinky. Antioxidační aktivita je snížena v důsledku inaktivace antioxidačních látek způsobené oxidací. Negativní změny mají větší dopad na antioxidanty rozpustné ve vodě, vitamin C, flavonoidy a fenolové kyseliny, než na antioxidanty rozpustné v tucích, karotenoidy a tokoferoly. Loupání a odšťavňování má za následek značné ztráty karotenoidů, anthokyanů a flavanolů [43].
2.7.6 Skladování ovoce
Úchova ovoce po sklizni je založena na principu hemibiózy, v němž je plod chráněn před rozkladnými činiteli svojí přirozenou životní činností. Pletiva si po určitou dobu po sklizni udržují dynamickou rovnováhu látkových složek a enzymů natolik neporušenou, že mohou být skladovány bez zvláštních opatření. Volbou vhodných skladovacích podmínek, které mohou zvolnit rychlost reakcí mezi jednotlivými látkovými složkami [39].
Odolnost surovin vůči posklizňovým změnám je velmi různá. Prakticky vždy však dochází v důsledku respirace a případného mechanického poškození ke ztrátám na kvalitě. Pokud je nutné surovinu před zpracováním skladovat delší dobu, mělo by to být zásadně v chlazených prostorech, případně s využitím řízené atmosféry [38].
Důležité je zachovat chlazení plodů během manipulace, přepravy, skladování a uvádění na trh. Cílem je udržet produkci na nejnižší možné teplotě, která umožní zpomalení zrání, stárnutí a metabolismus plodů [40].
Prostředí, ve kterém je umístěno sklizené ovoce může významně ovlivnit nejen rychlost dýchání, ale i další změny vytvořené příslušnými chemickými reakcemi. V ovoci jsou tyto změny popsány jako zrání. Jak zrání pokračuje, ovoce měkne, ztrácí chuť a nakonec dojde i na poškození tkáně. Do značné míry to můžeme ovlivnit sníženou teplotou [44].
2.7.6.1 Skladování čerstvého ovoce
K překonání sezónního charakteru většiny ovoce se provádí prodloužení trvanlivosti čerstvých produktů pomocí ochranné atmosféry. Nicméně některé druhy ovoce není vhodné uchovávat za těchto podmínek. Mezi nejčastější metody zpracování těchto výrobků patří sušení, zmrazování, nakládání, kvašení, odšťavňování, zavařování, konzervování [45].
27 2.7.7 Chlazení
Teploty se pohybují těsně nad bodem mrznutí. Základem úschovy ovoce je také složení atmosféry a relativní vlhkost vzduchu, která skladované potraviny obklopuje. Skladování ovoce a zeleniny může probíhat i v jednoduchých chladírnách, kde se uplatňuje přirozený systém skladování, který trpí na vysoký obsah kyslíku nebo oxidu uhličitého [46].
Tabulka 2 Optimální podmínky skladování drobného ovoce [46]
ovoce teplota [°C]
vlhkost [%] skladovatelnost [dny]
od do
jahody -0,5 0,5 85-90 1-10
maliny -0,5 0,5 85-90 1-10
červený
rybíz 0 0,5 85 14-21
černý rybíz 0 0,5 85-90 7-14
2.7.8 Mražení
Zmrazování je důležitý způsob uchování ovoce a bobulovin. Zmrazování zachová více živin a čerstvější chuť než sušení a jiné způsoby konzervace, ale musí být provedeno podle správného postupu. Zmrazení nezničí úplně bakterie, plísně a kvasinky, ale zpomalí jejich růst. Jakmile je potravina rozmrazená, mohou mikroorganismy pokračovat v růstu [45].
Jedná se o snížení teploty systému pod bod mrazu. Pokud jsou potraviny zmražené, voda je odstraněna z potravinové matrice prostřednictvím tvorby ledových krystalů a koncentrace uvolněných látek se zvyšuje snížením vodní aktivity výrobku. Zmrazení je velmi účinná konzervační metoda a to nejen proto, že nízké teploty brání růstu mikroorganismů a zpomalují biochemické a enzymatické reakce [47].
Tvoření ledu ovlivňuje kvalitu potravin prostřednictvím různých fyzikálně-chemických úprav během zmrazování, skladování a rozmrazování. Nejdůležitější fyzikální změny vyvolané zmrazením jsou změny v buněčném objemu, dislokace vody při zmrazování, mechanické poškození, rekrystalizace ledu. Chemické změny, které nastaly během zmrazování a skladování zahrnují enzymatické reakce, rozklad pigmentů a vitaminů, denaturaci bílkovin a oxidaci lipidů [47].
2.7.8.1 Proces zmrazení, tvorba ledu
Voda je velmi důležitou součástí v potravinách a ovlivňuje kvalitu ovoce a jeho trvanlivost. Jedním z důležitých anomálií vody je expanze objemu ledu při zmrazování, jeho objem se zvyšuje asi o 9 % [47].
Zmrazení zahrnuje termodynamické faktory, kterými definujeme vlastnosti systému za rovnovážných podmínek, a kinetické faktory. Proces zmrazení zahrnuje dvě etapy: vznik ledových krystalů (nukleace) a následné zvětšení velikosti ledových krystalů [47].
Stupeň zmrazení je jedním z hlavních faktorů, které ovlivňují kvalitu potravin, protože určuje velikost ledových krystalů. Čím vyšší je rychlost zmrazení, tím je větší nukleace, a tím větší množství menších krystalů [47].
Zmrazování tkání potravin může za určitých podmínek vést k vytvoření extracelulární námrazy a za jiných podmínek k vytvoření intracelulární námrazy. Propustnost membrán a vnitřní vlastnosti buňky jsou důležitými faktory, které ovlivňují vlastnosti ledu. Umístění ledových krystalů v tkáni potravin je funkce charakteru buněk, stupně zmrazení a teploty
28
vzorku. Krystalizace bez ohledu na stupeň zmrazení začíná v extracelulární tekutině. Pomalé zmrazení způsobuje, že ledové krystaly se tvoří výlučně v extracelulárním prostoru. Při relativně vysokých teplotách zmrazení nemohou ledové krystalky proniknout do buněčných membrán. Tempo růstu ledových krystalů závisí na rychlosti odvodu tepla a difúzi vody na povrch rostoucího krystalu. Když se led začne tvořit v extracelulárním prostoru, zvýší se koncentrace rozpuštěné látky a vodní aktivita se snižuje v nezmrzlé vnější oblasti. Vzhledem k tomu, že vodní aktivita je pro intracelulární tekutinu při dané teplotě vyšší než pro extracelulární, voda difunduje z buněk a je uložena na extracelulární ledové krystaly, aby se vyrovnal chemický potenciál obou tekutin. Pomalé zmrazování má za následek smršťování buněk a vytváření velkých extracelulárních ledových krystalů. Rychlé zmrazení vytváří intracelulární krystalizaci s tvorbou četných malých krystalků ledu, které jsou velmi podobné potravinovému systému v původním nezmrzlém stavu [47].
2.7.8.2 Fyzikální změny v mražených potravinách
Tvorba ledu a následné skladování zmrazených potravin předpokládá fyzikální změny, jako jsou změny v povrchové barvě, změny v buněčném objemu, dislokace vody během zmrazování, mechanické poškození, migrace vlhkosti během skladování, spálení mrazem, rekrystalizace ledu.
Vysoký stupeň zmrazení povede k tvorbě malých ledových krystalků a k lepší kvalitě potraviny. Vznik malých ledových krystalů přispívá k homogenní struktuře, je detekováno malé poškození tkáně a ztráty vody jsou minimální. Rychlé zmrazování s nízkou finální teplotou vede téměř vždy k závažným praskáním zmražených vzorků obsahujících velké procento vody.
Během skladování zmrazené potraviny vytváří existence teplotních gradientů v rámci produktu migraci vlhkosti a přemístění vody jak uvnitř, tak z produktu. Vlhkost se přestěhuje do prázdného prostoru kolem potraviny a hromadí se na povrchu výrobku.
Během skladování zmrazené potraviny podstupují ledové krystalky metamorfním změnám.
Rekrystalizace je proces, při kterém se průměrná velikost ledových krystalů zvyšuje s časem.
Malé ledové krystaly jsou termodynamicky nestabilní, počet krystalů klesá, ale jejich průměrná velikost se zvětší. To má vliv na kvalitu výrobků, protože malé ledové krystaly pomáhají zachovat kvalitu, zatímco velké krystaly jsou často příčinou při poškození potravin při zmrazování [47].
2.7.8.3 Chemické změny v mražených potravinách
Zmrazování může mít neobvyklé účinky na chemické reakce, které pokračují i během uchovávání potravin mražením, ale o poznání pomaleji. Teplota a koncentrace reaktantů v nezmrazené fázi jsou hlavními faktory odpovědnými za změny v kinetice enzymatických a neenzymatických reakcí v průběhu mražení. Z potravinové tkáně se mohou vznikem ledových krystalů uvolňovat enzymy a chemické látky z buněčných organel. Enzymy přicházejí do styku s jinými substráty a to vede ke zhoršení kvality zmražené potraviny během skladování.
Mezi nejdůležitější chemické změny při skladování zmrazených potravin patří:
enzymatické reakce, degradace pigmentů a vitaminů, zhoršení chutnosti potraviny, denaturace bílkovin a oxidace lipidů.
Zmrazený výrobek je považován za podobný v nutriční kvalitě čerstvému produktu.
Zmrazení je méně destruktivní proces než jiné konzervační postupy. Degradace vitaminů během procesu zmrazování má obecně větší vliv na nutriční hodnotu. Hlavní nepříznivé
29 účinky prodlouženého skladování zmrazených potravin na nutriční hodnotu mohou být ztráty více labilních vitaminů, jako některé B vitaminy a vitamin C [47].
2.7.8.4 Mražené jahody a maliny
V optimální zralosti se zbaví kališních lístků, lůžek, stopek, protřídí se, omyjí a zmrazují se v krabicích nebo volně. Plody se také mohou zasypat cukrem nebo zalít cukrovým sirupem.
Někdy se na ovoce nebo do sirupu přidává kyselina citronová [46].
2.7.8.5 Mražené borůvky a rybíz
Tyto druhy ovoce jsou velmi vhodné pro fluidní zmrazování. Odstopkování rybízu je možné před nebo až po zmražení. Kromě volného zmrazování se rybíz zalévá koncentrovaným cukrovým sirupem. Po rozmrazení jsou vhodné na přímý konzum [46].
2.8 Metody analýzy antioxidantů - vysokoúčinná kapalinová chromatografie (HPLC)
V kapalinové chromatografii je mobilní fází kapalina. O separaci složek ve vzorku rozhoduje interakce se stacionární fází i použitá mobilní fáze. Během separace se analyt rozděluje mezi mobilní a stacionární fázi. Čas, který stráví v jedné nebo druhé fázi, závisí na afinitě analytu ke každé z nich.
Klasické kolonové provedení nemá potřebnou účinnost, ale stalo se základem vysoce účinné kapalinové chromatografie (HPLC). K účinné separaci je třeba použít dostatečně malých zrníček sorbentu, která kladou prostupující kapalině značný odpor. Proto je nutné pracovat při vysokém tlaku [48, 49].
2.8.1 Principy separace látek v kapalinové chromatografii
V kapalinové chromatografii se pro separace využívá adsorpce, rozdělování mezi dvě fáze na základě různé rozpustnosti, iontová výměna, biospecifické interakce a síťový efekt.
Klasická adsorpční chromatografie s polární stacionární a nepolární mobilní fází se nazývá chromatografie s normálními fázemi. Obrácený typ s nepolární stacionární a polární mobilní fází se pojmenovává chromatografie s obrácenými fázemi – reverzní chromatografie.
Reverzní chromatografie je aplikovatelná na širší okruh analýz a typů vzorků [48, 49].
2.8.2 Stacionární fáze v HPLC
Rozhodující vliv na separaci při použití náplňových kolon má velikost a uspořádání částic.
Čím jsou částice menší, tím je separace účinnější.
Nejpoužívanější jsou náplňové kolony. Při analytických aplikacích bývá délka kolony mezi 5 a 25 cm, průměr kolon několik milimetrů, objem vzorku 1-20 µl a průtok mobilní fáze většinou kolem 1 ml·min-1 [49].
2.8.3 Mobilní fáze v HPLC
Mobilní fáze v kapalinové chromatografii není inertní, ale významně se podílí na separačním procesu. Možnosti změny složení mobilní fáze jsou prakticky neomezené a je vždy jednodušší změnit složení mobilní fáze než použít jinou stacionární fázi. Složení mobilní fáze ovlivňujeme změnami složení rozpouštědel, pH, iontové síly, iontově párovými činidly.
Mobilní fáze je charakterizována polaritou a selektivitou [49].
30
2.8.4 Instrumentace v HPLC
Přístroje pro HPLC jsou mnohem složitější než pro klasickou sloupcovou LC, kde mobilní fáze se pohybuje gravitační silou.
Obr. 3 Kapalinový chromatograf [50]
Odplyněná mobilní fáze se přivádí ze zásobníku mobilní fáze. Při HPLC se používají toxická rozpouštědla, proto zásobníky mobilní fáze musí být uzavřené nádoby. Mobilní fáze pokračuje přes filtr, který zachycuje mechanické nečistoty přítomné v mobilní fázi, do čerpadla. Odplynění je důležité proto, aby se v detektoru v důsledku velkého tlakového spádu v systému netvořily bubliny. K odplynění se používá podtlak, ultrazvuk nebo probublávání heliem.
Zařízení HPLC se skládá ze zásobníku mobilní fáze, čerpadla, vstřikovacího ventilu, separační kolony a detektoru. Odlišné látky ve směsi prochází kolonou rozdílnou rychlostí v důsledku rozdílů v jejich chování mezi mobilní a stacionární fází [48].
Čerpadla
Kapalina se do kolony čerpá pístovými nebo membránovými čerpadly. Čerpadla musí být vysokotlaká. Dobré čerpadlo dociluje průtoku v rozsahu od mikrolitrů do desítek mililitrů za minutu s méně než 1% kolísáním průtoku při tlaku až 35 MPa. Materiál čerpadla nesmí být narušován mobilní fází a nesmí se do ní uvolňovat žádné látky. Průtok musí být konstantní, reprodukovatelný a bezpulsní. Pro malé průtoky se používají pístová čerpadla. Jejich výhodou je bezpulsní chod. Pro gradientovou eluci se používají v zásadě dva způsoby: směšování mobilních fází za nízkého nebo za vysokého tlaku. Pro směšování za nízkého tlaku stačí jedno čerpadlo, jeho nevýhoda je, že ke smísení dochází daleko od kolony [48].
Dávkovací zařízení
Dávkování injekční stříkačkou přináší nevýhody z hlediska těsnosti, udržení tlaku a zejména vnášení stop materiálu injekční stříkačky. Musí být zhotoveno z inertních materiálů (nerezová ocel, titan, některé polymery). Injekční zařízení může být ovládáno ručně i automaticky. V současné době bývají injekční systémy nahrazeny dávkovacími ventily se smyčkou. Nejčastěji jsou to šesticestné ventily s vyměnitelnou smyčkou, která se plní injekční stříkačkou. Objem smyčky se pohybuje od desítek nanolitrů po mililitry. Dávkování je reprodukovatelné a lze je snadno automatizovat [48].
31 Kolony
Kolony jsou obvykle vyrobeny z nerezové oceli, ale mohou být i skleněné nebo plastové.
Jejich vnitřní průměr se pohybuje řádově od desítek mikrometrů do cca 1 cm pro analytické kolony. Kolony jsou většinou 10, 15 nebo 25 cm dlouhé. Běžný průtok eluentu je 1 – 2 ml za minutu.
Jako ochrana hlavní kolony jsou používány předklony umístěné mezi čerpadlo a dávkovací zařízení nebo ochranné kolony umístěné mezi dávkovací zařízení a analytickou kolonu.
Chrání kolonu před nečistotami a nerozpustnými materiály.
Většina separací HPLC probíhá při laboratorní teplotě a nevyžaduje termostatování.
Některé separace se významně zlepší zvýšením teploty, což většina nových chromatografů umožňuje. Programová změna teploty se však v HPLC nevyužívá [48].
Detektory
Detektory v HPLC by měly být selektivní pro analyty a málo citlivé na mobilní fázi.
Průtočná cela detektoru musí snést tlak mobilní fáze a udržet těsnost. Nejpoužívanějšími detektory jsou fotometrický, refraktometrický a fluorescenční.
Detektor by měl mít malý vnitřní objem, aby co nejméně přispíval k rozmytí elučních křivek. Signál detektoru by měl být stabilní a reprodukovatelný, lineárně závislý na koncentraci v co nejširším rozsahu, citlivost by měla být co největší, mez detekce co nejnižší.
Signál by měl mít šum co nejmenší.
K nejpoužívanějším detektorům patří spektrofotometrické detektory. Jsou poměrně jednoduché, provozně spolehlivé, lze s nimi detekovat velký počet látek a jsou kompatibilní s gradientovou elucí. Základním požadavkem je nízká absorbance mobilní fáze při použité vlnové délce detekce. Nejčastěji se používají dvoupaprskové spektrofotometry s průtokovou detekční celou. Cela musí být dostatečně malá při dostatečně dlouhé optické dráze [48].
2.8.5 Eluce
Vymývání látek z kolony se nazývá eluce. Mobilní fáze je proto nazývána eluční činidlo neboli eluent. Čím rychleji jsou vymývány látky z kolony, tím má mobilní fáze vyšší eluční sílu. Rozpouštědla seřazená podle eluční síly tvoří eluotropickou řadu. Látky lze eluovat:
• mobilní fází o konstantním složení – izokratická eluce,
• eluční sílu lze měnit skokem,
• eluční sílu je možné měnit kontinuálně podle určitého programu (lineárního nebo nelineárního) – gradientová eluce [48,49].
2.8.6 Vyhodnocení výsledků v HPLC
Kvalitativní stanovení
K identifikaci látek v HPLC se používá retenčních časů nebo retenčních objemů. Pro účely identifikace se stupnice retence kalibruje pomocí tzv. retenčních indexů [48].
Kvantitativní stanovení
Úkolem kvantitativního stanovení je nalezení vztahu mezi plochou nebo výškou píku a množstvím eluované látky. Plochy píků lze nejpřesněji vyhodnotit pomocí digitálních integrátorů nebo řídící datastanicí. Největší chyba vyhodnocení chromatografického píku spočívá v přesném určení základní linie na chromatogramu [48].
32
3 EXPERIMENTÁLNÍ Č ÁST
3.1 Použité chemikálie, přístroje a vzorky Chemikálie, standardy a kity
Dusitan sodný (Lachema, ČR)
Folin-Ciocalteuovo činidlo - RNDr. Jan Kulich, Hradec Králové (ČR) Hydroxid sodný (Onex, ČR)
Chlorid hlinitý - Lachema (ČR)
Kyselina metafosforečná - Lachema (ČR)
„Total antioxidant status kit“, Randox Laboratories (USA) Uhličitan sodný (Lachema,ČR)
2,6-dichlorindofenol - Sigma-Aldrich (Německo) Kyselina L-askorbová - Sigma-Aldrich (Německo) Kyselina gallová - Sigma-Aldrich (Německo) (-)-Katechin - Sigma-Aldrich (Německo) Methanol - LachNer (ČR)
Acetonitril pro HPLC, Gradient Grade – Sigma (SRN) Methanol pro HPLC, Gradient Grade – Sigma (SRN) Cyanin-chlorid – Sigma-Aldrich (USA)
Přístroje
Analytické váhy (AND HR-120)
Centrifuga - U-32-R, Boeco (Německo)
Mikrocentrifuga – Mikro 200, Hettich Zentrifugen Spektrofotometr - Helios δ, Unicam (VB)
Ultrazvuk - PS02000 ultrasonic compact cleaner 1,25L, PowerSonic (SR) Sestava HPLC, Ecom spol. s.r.o. (ČR)
- Termostat - LCO 102 LONG
- Pumpa, programátor gradientu - Beta 10 - Detektor - LCD 2084
- Degaser - DG 3014
- Kolona Eclipse XDB-C18, 5µm, 4,6 x 150 mm (Agilent Technologies – USA) - Kolona Zorbax NH2, 5µm, 4,6 x 150 mm (Agilent Technologies – USA) Vakuová odparka
Třepačka Materiál
V práci bylo studováno letní ovoce – jahody, maliny, borůvky, černý a červený rybíz.
Všechno ovoce bylo zakoupeno čerstvé bez předchozí konzervace a bylo vypěstováno v České republice.
Všechny druhy ovoce byly změřeny nejprve čerstvé. Poté bylo ovoce zamraženo různými způsoby opracování a skladováno v mrazničce při -18 °C. Vždy po dvou měsících byly zkoumané parametry u ovoce přeměřeny. Ovoce bylo v mrazničce skladováno po dobu šesti měsíců.
