1.04.6 Fenolische verbindingen en carotenoïden
Phenolische verbindingen zijn wijdverspreid in fruit en groenten en worden, naast hun sleutelrol in planten, ook beschouwd als beschermers van de menselijke gezondheid. Er zijn namelijk aanwijzingen dat fenolische stoffen positieve effecten hebben bij hypertensie, hart- en vaatziekten en andere chronische ziekten, die speciaal in verband worden gebracht met hun antioxiderende eigenschappen (Pandey en Rizvi, 2009). Meer specifiek is bewezen dat een dieet verrijkt met producten die verschillende klassen polyfenolen bevatten (zoals fenolzuren, flavonolen, proanthocyanidinen, resveratrol of anthocyaninen) het risico op vroegtijdige sterfte, ontstekingsreacties, door ouderdom veroorzaakte oxidatieve stress en een verscheidenheid aan degeneratieve ziekten kan verminderen (Sanchez-Moreno et al., 2009).
De biotoegankelijkheid van de fenolen in de ingrediënten is een primair punt dat van invloed is op hun talrijke bio-activiteiten (Carbonell-Capella et al., 2014). In die zin is HPP de laatste jaren een belangrijk instrument geworden om de biotoegankelijkheid van verschillende bioactieve verbindingen met economische waarde voor de voedingsmiddelen- en nutraceutische industrie te verhogen (Zhou et al., 2019). In deze lijn is HPP beter dan thermische behandelingen voor het behoud van fenolische stoffen, vooral degenen die thermolabiel zijn. Verschillende auteurs zijn het erover eens dat HPP bij milde temperaturen een minimale impact heeft op het anthocyanengehalte van diverse soorten fruit en groenten (Barba et al., 2012; Barba et al., 2013), terwijl processen uitgevoerd bij hogere temperaturen verantwoordelijk zijn voor het instabiel maken van anthocyanen (Gopal et al., 2017).
Tomatenpulp is een belangrijke bron van antioxidanten, die kunnen worden teruggewonnen met HPP. Een recente studie onderzocht de individuele en gecombineerde effecten van het hanteren van hoge druk en oplosmiddelpolariteit (oplosmiddelmengsel) op de extractieopbrengst, lycopeen- en flavonoïdegehalten van dit voedselmateriaal (Briones-Labarca et al., 2019). De gegevens gaven aan dat de geselecteerde variabelen (hoge druk en oplosmiddelmengsel) de doelparameters op een significante manier beïnvloedden. Onder de optimale omstandigheden (extractie bij 450 MPa en 60% hexaanaandeel in het oplosmiddelenmengsel) werd een maximale opbrengst van 8,71% verkregen, en lycopeen- en flavonoïdegehalten van respectievelijk 2,01 mg QE/100 g FW en 21,52 mg QE/g FW. Bovendien concludeerden de auteurs dat HPP in het algemeen de extraheerbaarheid van antioxidantvermogen (DPPH en FRAP), flavonoïden en totaal polyfenolen verbetert in vergelijking met de conventionele extractie, waardoor het een effectieve techniek wordt genoemd.
Ook de resultaten van Suwal et al. (2019) suggereerden dat HPP de toegankelijkheid van enzymen (cellulase en hemicellulase) verbeterde om de structurele integriteit van zeewiercellen te wijzigen, waardoor de extractie van intracellulaire polyfenolen werd vergemakkelijkt. De toepassing van HPP op palmvruchten leidde tot een aanzienlijke verhoging van zowel het totale fenol- als flavonoïdengehalte van vrije, veresterde en onoplosbaar gebonden fenolfracties. In het bijzonder verbeterde de drukbehandeling de antioxidantwerking, de remming van intracellulaire zuurstofreactieve stoffen en de cytoprotectieve effecten van de drie fenolische fracties (Zhou et al., 2019).
In de afgelopen jaren zijn verschillende studies uitgevoerd naar bijproducten van druiven, omdat deze aanzienlijke hoeveelheden bioactieve stoffen bevatten; daarom zijn ook de effecten van HPP op de extractie van polyfenolen uit deze bron geëvalueerd (Corrales et al., 2008, 2009). Deze bevindingen wijzen op een aanzienlijke toename van de totale en individuele anthocyanine-terugwinning na HPP in vergelijking met andere gangbare potentieel verontreinigende extractiemethoden.
HPP-behandeling werd ook gebruikt om vier belangrijke catechinen (epicatechine-gallaat, epigallocatechine, epigallocatechine-gallaat, epicatechine) en galzuur te verkrijgen uit een belangrijk materiaal met antioxidantverbindingen, groene thee. Er werd met name een vergelijkende evaluatie uitgevoerd met behulp van extracties met organische oplosmiddelen en HPP-extracties met water bij een druk van 100-600 MPa. Uit de resultaten bleek dat de terugwinning van deze functionele moleculen met HPP bij 400 MPa en slechts 15 minuten vergelijkbaar was met die met organisch oplosmiddel bij een extractietijd van 2 uur (Jun et al., 2010). Dit betekent dat met HPP niet alleen hogere extracties werden verkregen, maar ook aanzienlijk kortere verwerkingstijden, zoals reeds werd gesuggereerd door Shouqin et al. (2005). Deze auteurs verrichtten een hogedruk-extractie van flavonoïden (500 MPa, omgevingstemperatuur) uit propolis in slechts 1 min.
Wat de terugwinning van carotenoïden betreft, onderzochten Patras et al. (2009) het effect van druk op de extractie van dit ingrediënt uit wortelpuree. Nadat gedurende 15 minuten een druk van 600 MPa was toegepast, ontdekten de auteurs een aanzienlijke toename van de totale hoeveelheid carotenoïden. Op dezelfde manier leverde tomatenpuree onder HPP-behandeling een hogere lycopeenopbrengst op, zoals Krebbers et al. (2003) meldden, die een kleurverbetering vaststelden in vergelijking met 40% lycopeenverlies na conventionele sterilisatie, en Qiu et al. (2006), die de hoogste lycopeenstabiliteit vaststelden met 500 MPa. Ook papayaschijfjes werden als grondstof gebruikt om carotenoïden te verkrijgen en HPP bleek een geschikte techniek om hun gehalte te verhogen (De Ancos et al., 2007).
Er zijn andere auteurs die het vermogen van HPP om de extractie van carotenoïden in dranken op basis van groenten en fruit te verbeteren, hebben geëvalueerd en veelbelovende resultaten hebben laten zien (Barba et al, 2015).
HPP heeft aangetoond verschillende bioactieve verbindingen terug te winnen uit plantaardige materialen en fruitresten, wat een interessante benadering kan zijn met betrekking tot circulaire economie of zelfs voedselverspilling minimalisatie en traditionele voedselvalorisatie. Zo zijn bijvoorbeeld totale fenolische verbindingen en flavonoïden geëxtraheerd uit Koreaanse barberry en deodeok (Qadir et al. 2009; He et al. 2011), papajazaden (Briones-Labarca et al. 2015) en citrusschillen (Casquete et al. 2014, Casquete et al. 2015; M’hiri et al. 2014). Lycopeen en carotenoïden werden geëxtraheerd uit tomatenafval (Jun, 2006, Xi, 2006; Strati et al. 2015), pectine uit sinaasappelschillen (Guo et al., 2012) en honingpomeloschillen (Guo et al., 2014), mangiferine en lupeol uit mangoschillen (Ruiz-Montañez et al., 2014), ginsenosiden uit ginseng (Shouqin et al. 2007; Lee et al, 2011), salidroside uit rhodiola catechinen en cafeïne uit groene thee (Xi et al., 2011), deoxyschisandrine en y-schisandrine uit Magnolia bessen (Liu et al., 2009) en podofyllotoxine en 4′-demethylpodofyllotoxine uit hance (Zhu et al., 2014). In het algemeen verhoogt hogedrukextractie de extractieopbrengst in vergelijking met traditionele thermische methoden. De optimale omstandigheden werden geëvalueerd en besproken door Alexander et al., (2007) maar zullen vooral afhangen van de te extraheren doelverbinding en van het plantmateriaal dat voor de extracties wordt gebruikt. Deze extracten kunnen aan andere voedingsmiddelen worden toegevoegd om hun biologische activiteit te verhogen.