1.04.6 Phenolische Verbindungen und Carotinoide
Phenolische Verbindungen sind in Obst und Gemüse weit verbreitet und gelten neben ihrer Schlüsselrolle in Pflanzen auch als Schützer der menschlichen Gesundheit. Tatsächlich gibt es Hinweise darauf, dass Phenole positive Effekte bei Bluthochdruck, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und anderen chronischen Krankheiten ausüben, die speziell mit ihren antioxidativen Eigenschaften in Verbindung gebracht werden (Pandey und Rizvi, 2009). Genauer gesagt wurde nachgewiesen, dass eine Ernährung, die mit Produkten angereichert ist, die verschiedene Klassen von Polyphenolen (wie Phenolsäuren, Flavonole, Proanthocyanidine, Resveratrol oder Anthocyane) enthalten, das Risiko für vorzeitige Sterblichkeit, Entzündungsreaktionen, fortschreitenden altersbedingten oxidativen Stress und eine Vielzahl von degenerativen Erkrankungen senken kann (Sanchez-Moreno et al, 2009).
Die Bioverfügbarkeit der Phenole in den Inhaltsstoffen ist ein wesentlicher Punkt, der ihre zahlreichen Bioaktivitäten beeinflusst (Carbonell-Capella et al., 2014). In diesem Sinne ist HPP in den letzten Jahren zu einem wichtigen Instrument geworden, um die Biozugänglichkeit verschiedener bioaktiver Verbindungen mit wirtschaftlichem Wert für die Lebensmittel- und Nutrazeutikaindustrie zu erhöhen (Zhou et al., 2019). In dieser Linie ist HPP besser als thermische Behandlungen, um phenolische Substanzen zu erhalten, insbesondere solche, die thermolabil sind. Dementsprechend haben mehrere Autoren übereinstimmend festgestellt, dass HPP bei milden Temperaturen nur minimale Auswirkungen auf den Anthocyan-Gehalt verschiedener Obst- und Gemüsesorten hat (Barba et al., 2012; Barba et al., 2013), während Prozesse, die bei höheren Temperaturen durchgeführt werden, dafür verantwortlich sind, dass Anthocyane instabil werden (Gopal et al., 2017).
Tomatenfruchtfleisch ist eine wichtige Quelle von Antioxidantien, die durch HPP zurückgewonnen werden können. Eine aktuelle Studie untersuchte die individuellen und kombinierten Auswirkungen der Handhabung von Hochdruck und der Polarität des Lösungsmittels (Lösungsmittelgemisch) auf die Extraktionsausbeute, den Lycopin- und Flavonoidgehalt aus diesem Lebensmittel (Briones-Labarca et al., 2019). Die Daten zeigten, dass die gewählten Variablen (Hochdruck und Lösungsmittelgemisch) die Zielparameter signifikant beeinflussten. Unter den optimalen Bedingungen (Extraktion bei 450 MPa und 60 % Hexananteil im Lösungsmittelgemisch) wurde eine maximale Ausbeute von 8,71 % und Lycopin- und Flavonoidgehalte von 2,01 mg QE/100 g FW bzw. 21,52 mg QE/g FW erzielt. Darüber hinaus schlussfolgerten die Autoren, dass HPP im Allgemeinen die Extrahierbarkeit der antioxidativen Fähigkeit (DPPH und FRAP), der Flavonoide und der Gesamtpolyphenole im Vergleich zur konventionellen Extraktion verbessert, was es als eine effektive Technik katalogisiert.
Auch die Ergebnisse von Suwal et al. (2019) deuten darauf hin, dass HPP die Zugänglichkeit von Enzymen (Cellulase und Hemicellulase) verbessert, um die strukturelle Integrität der Algenzellen zu verändern, was die Extraktion der intrazellulären Polyphenole erleichtert. Die Anwendung von HPP auf Ölpalmenfrüchte erhöhte signifikant sowohl den Gesamtphenol- als auch den Flavonoidgehalt der freien, veresterten und unlöslich gebundenen phenolischen Fraktionen. Insbesondere verbesserte die Druckbehandlung die antioxidativen Aktivitäten, die Hemmung intrazellulärer, sauerstoffreaktiver Spezies und die zytoprotektiven Effekte der drei phenolischen Fraktionen (Zhou et al., 2019).
In den letzten Jahren waren Traubennebenprodukte Gegenstand mehrerer Studien, da sie signifikante Mengen bioaktiver Verbindungen enthalten, so dass die Auswirkungen von HPP auf die Extraktion von Polyphenolen aus dieser Quelle ebenfalls bewertet wurden (Corrales et al., 2008, 2009). Diese Ergebnisse deuten auf eine signifikante Erhöhung der Gesamt- und Einzelanthocyan-Gewinnung nach HPP im Vergleich zu anderen gängigen, potenziell umweltbelastenden Extraktionsmethoden hin.
Die HPP-Behandlung wurde auch zur Gewinnung von vier Hauptcatechinen (Epicatechingallat, Epigallocatechin, Epigallocatechingallat, Epicatechin) und Gallussäure aus einem wichtigen Material mit antioxidativen Verbindungen, grünem Tee, verwendet. Insbesondere wurde eine vergleichende Bewertung unter Verwendung von organischen Lösungsmitteln und wässrigen HPP-Extraktionen bei Drücken im Bereich von 100-600 MPa durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Rückgewinnung dieser funktionellen Moleküle durch HPP bei 400 MPa und nur 15 min ähnlich war wie die mit organischem Lösungsmittel bei 2 h Extraktionszeit (Jun et al., 2010). Dies bedeutet, dass mit HPP nicht nur höhere Extraktionen erzielt wurden, sondern auch wesentlich geringere Prozesszeiten, wie bereits von Shouqin et al. (2005) vorgeschlagen. Diese Autoren führten eine hochdruckunterstützte Extraktion von Flavonoiden (500 MPa, Raumtemperatur) aus Propolis in nur 1 min durch.
Bezüglich der Carotinoid-Gewinnung untersuchten Patras et al. (2009) den Einfluss von Druck auf die Extraktion dieses Inhaltsstoffes aus Karottenpüree. Nach Anwendung eines Drucks von 600 MPa für 15 min stellten die Autoren einen signifikanten Anstieg der Gesamtcarotinoide fest. In ähnlicher Weise führten Tomatenpürees, die HPP-Behandlungen unterzogen wurden, zu höheren Lycopinausbeuten, wie Krebbers et al. (2003) berichteten, die eine Farbverbesserung im Vergleich zu 40 % Lycopinverlusten nach konventioneller Sterilisation schätzten, und Qiu et al. (2006), die die höchste Lycopinstabilität bei 500 MPa nachwiesen. Ebenso wurden Papayascheiben als Rohmaterial zur Gewinnung von Carotinoiden verwendet und HPP erwies sich als geeignetes Verfahren zur Erhöhung ihres Gehalts (De Ancos et al., 2007).
Es gibt weitere Autoren, die die Fähigkeit von HPP zur Verbesserung der Extraktion von Carotinoiden in Getränken auf Frucht- und Gemüsebasis untersuchten und vielversprechende Ergebnisse zeigten (Barba et al, 2015).
HPP hat gezeigt, dass verschiedene bioaktive Verbindungen aus pflanzlichen Materialien und Fruchtresten zurückgewonnen werden können, was ein interessanter Ansatz im Hinblick auf die Kreislaufwirtschaft oder sogar die Minimierung von Lebensmittelabfällen und die traditionelle Aufwertung von Lebensmitteln sein kann. Zum Beispiel wurden phenolische Gesamtverbindungen und Flavonoide aus koreanischer Berberitze und Deodeok (Qadir et al. 2009; He et al. 2011), Papayasamen (Briones-Labarca et al. 2015) und Zitrusschalen (Casquete et al. 2014, Casquete et al. 2015; M’hiri et al. 2014) extrahiert. Lycopin und Carotinoide wurden aus Tomatenabfällen (Jun, 2006, Xi, 2006; Strati et al. 2015), Pektin aus Orangen- (Guo et al., 2012) und Honigpomeloschalen (Guo et al., 2014), Mangiferin und Lupeol aus Mangoschalen (Ruiz-Montañez et al., 2014), Ginsenoside aus Ginseng (Shouqin et al. 2007; Lee et al, 2011), Salidroside aus Rhodiola-Katechinen und Koffein aus grünem Tee (Xi et al., 2011), Deoxyschisandrin und y-Schisandrin aus Magnolienbeeren (Liu et al., 2009) und Podophyllotoxin und 4′-Demethylpodophyllotoxin aus Hance (Zhu et al., 2014). Im Allgemeinen erhöht die Hochdruckextraktion die Extraktionsausbeute im Vergleich zu traditionellen thermischen Methoden. Die optimalen Bedingungen wurden von Alexander et al. (2007) überprüft und diskutiert, sind aber hauptsächlich von der zu extrahierenden Zielverbindung und dem für die Extraktionen verwendeten Pflanzenmaterial abhängig. Diese Extrakte können anderen Lebensmitteln zugesetzt werden, um deren biologische Aktivität zu erhöhen.