1.04.6 Związki fenolowe i karotenoidy
Związki fenolowe są szeroko rozpowszechnione w owocach i warzywach, a oprócz ich kluczowej roli w roślinach, są one również uważane za obrońców ludzkiego zdrowia. W rzeczywistości istnieją dowody na to, że fenole wywierają pozytywny wpływ na nadciśnienie, choroby sercowo-naczyniowe i inne choroby przewlekłe, które są szczególnie związane z ich właściwościami przeciwutleniającymi (Pandey i Rizvi, 2009). Bardziej szczegółowo, udowodniono, że dieta wzbogacona w produkty zawierające różne klasy polifenoli (jako kwasy fenolowe, flawonole, proantocyjanidyny, resweratrol lub antocyjany) może zmniejszyć ryzyko przedwczesnej śmiertelności, reakcji zapalnych, stresu oksydacyjnego wywołanego wiekiem oraz wielu chorób zwyrodnieniowych (Sanchez-Moreno i in…, 2009).
Bio-dostępność fenoli w składnikach jest podstawowym punktem wpływającym na ich liczne bioaktywności (Carbonell-Capella et al., 2014). W tym sensie, w ostatnich latach, HPP stało się ważnym instrumentem do zwiększenia biodostępności kilku bioaktywnych związków o wartości ekonomicznej dla przemysłu spożywczego i nutraceutycznego (Zhou et al., 2019). W tej linii, HPP jest lepsze niż obróbka termiczna w zakresie zatrzymywania substancji fenolowych, zwłaszcza tych, które są termolabilne. Zgodnie z tym, kilku autorów zbiegło się w fakcie, że HPP w łagodnych temperaturach ma minimalny wpływ na poziom antocyjanów w różnych owocach i warzywach (Barba i in., 2012; Barba i in., 2013), podczas gdy procesy wykonywane w wyższych temperaturach są odpowiedzialne za uczynienie antocyjanów niestabilnymi (Gopal i in., 2017).
Miąższ pomidora jest ważnym źródłem przeciwutleniaczy, które mogą być odzyskane przez HPP. W niedawno przeprowadzonym badaniu zbadano indywidualny i łączny wpływ obsługi wysokiego ciśnienia i polarności rozpuszczalnika (mieszanina rozpuszczalników) na wydajność ekstrakcji, zawartość likopenu i flawonoidów z tego materiału spożywczego (Briones-Labarca i in., 2019). Dane wskazywały, że wybrane zmienne (wysokie ciśnienie i mieszanina rozpuszczalników) wpływały w istotny sposób na parametry docelowe. W optymalnych warunkach (ekstrakcja przy ciśnieniu 450 MPa i 60% udziale heksanu w mieszaninie rozpuszczalników) uzyskano maksymalną wydajność 8,71% oraz zawartość likopenu i flawonoidów odpowiednio 2,01 mg QE/100 g FW i 21,52 mg QE/g FW. Dodatkowo autorzy stwierdzili, że generalnie HPP zwiększa zdolność ekstrakcyjną przeciwutleniaczy (DPPH i FRAP), flawonoidów i polifenoli ogółem w porównaniu z ekstrakcją konwencjonalną, katalogując ją jako efektywną technikę.
Podobnie wyniki Suwal i wsp. (2019) sugerują, że HPP zwiększyło dostępność enzymów (celulazy i hemicelulazy) do modyfikacji integralności strukturalnej komórek wodorostów, ułatwiając ekstrakcję wewnątrzkomórkowych polifenoli. Zastosowanie HPP na owocach palmy olejowej znacząco zwiększyło zarówno zawartość fenoli ogółem, jak i flawonoidów w wolnych, zestryfikowanych i nierozpuszczalnych frakcjach fenolowych. W szczególności, obróbka ciśnieniowa poprawiła aktywność przeciwutleniającą, hamowanie wewnątrzkomórkowych gatunków reagujących z tlenem oraz działanie cytoprotekcyjne trzech frakcji fenolowych (Zhou i in., 2019).
W ostatnich latach, produkty uboczne winogron były przedmiotem wielu badań, ponieważ zawierają znaczne ilości związków bioaktywnych, dlatego też oceniano również wpływ HPP na ekstrakcję polifenoli z tego źródła (Corrales i in., 2008, 2009). Wyniki te wskazują na znaczący wzrost całkowitego i indywidualnego odzysku antocyjanów po zastosowaniu HPP w porównaniu z innymi powszechnie stosowanymi, potencjalnie zanieczyszczającymi metodami ekstrakcji.
Poddanie HPP zastosowano również do uzyskania czterech głównych katechin (galusan epikatechiny, galusan epigallokatechiny, galusan epigallokatechiny, epikatechina) i kwasu galusowego z ważnego materiału zawierającego związki przeciwutleniające, zielonej herbaty. W szczególności przeprowadzono ocenę porównawczą, stosując ekstrakcje rozpuszczalnikiem organicznym i ekstrakcje wodne HPP pod ciśnieniem w zakresie 100-600 MPa. Wyniki wskazały, że odzysk tych cząsteczek funkcyjnych przez HPP przy ciśnieniu 400 MPa i czasie zaledwie 15 min był podobny do tego uzyskanego przy zastosowaniu rozpuszczalnika organicznego o czasie ekstrakcji 2 h (Jun i in., 2010). Oznacza to, że przy zastosowaniu HPP uzyskano nie tylko wyższe ekstrakcje, ale również znacznie krótsze czasy obróbki, co sugerowali już Shouqin i in. (2005). Autorzy ci przeprowadzili wspomaganą wysokim ciśnieniem ekstrakcję flawonoidów (500 MPa, temperatura otoczenia) z propolisu w czasie zaledwie 1 min.
Jeśli chodzi o odzysk karotenoidów, Patras i wsp. (2009) badali wpływ ciśnienia na ekstrakcję tego składnika z przecieru marchwiowego. Po zastosowaniu ciśnienia 600 MPa przez 15 min autorzy stwierdzili znaczący wzrost całkowitej zawartości karotenoidów. Podobnie przeciery pomidorowe poddane działaniu HPP charakteryzowały się wyższą wydajnością likopenu, o czym donoszą Krebbers i wsp. (2003), którzy docenili poprawę barwy w porównaniu do 40% strat likopenu po konwencjonalnej sterylizacji oraz Qiu i wsp. (2006), którzy wykryli najwyższą stabilność likopenu przy zastosowaniu ciśnienia 500 MPa. Podobnie plastry papai również były wykorzystywane jako surowiec do pozyskiwania karotenoidów, a HPP okazało się być odpowiednią techniką do zwiększenia ich zawartości (De Ancos i in., 2007).
Inni autorzy oceniali zdolność HPP do poprawy ekstrakcji karotenoidów w napojach na bazie owoców i warzyw, wykazując obiecujące wyniki (Barba i in., 2015).
HPP zostało wykazane w celu odzyskania kilku bioaktywnych związków z materiałów ziołowych i resztek owoców, co może być interesującym podejściem w odniesieniu do gospodarki cyrkularnej lub nawet minimalizacji odpadów żywnościowych i waloryzacji tradycyjnej żywności. Na przykład, całkowite związki fenolowe i flawonoidy zostały wyekstrahowane z berberysu koreańskiego i deodeok (Qadir et al. 2009; He et al. 2011), nasion papai (Briones-Labarca et al. 2015) i skórek cytrusów (Casquete et al. 2014, Casquete et al. 2015; M’hiri et al. 2014). Likopen i karotenoidy ekstrahowano z odpadów pomidorowych (Jun, 2006, Xi, 2006; Strati i wsp. 2015), pektyny ze skórek pomarańczy (Guo i wsp., 2012) i miodowego pomelo (Guo i wsp., 2014), mangiferynę i lupeol ze skórek mango (Ruiz-Montañez i wsp., 2014), ginsenozydy z żeń-szenia (Shouqin i wsp. 2007; Lee i wsp., 2011), salidrozyd z katechin rhodioli i kofeinę z zielonej herbaty (Xi i in., 2011), deoksyschisandrynę i y-schisandrynę z jagód magnolii (Liu i in., 2009) oraz podofilotoksynę i 4′-demetylo-podofilotoksynę z hance (Zhu i in., 2014). Ogólnie rzecz biorąc, ekstrakcja wysokociśnieniowa zwiększa wydajność ekstrakcji w porównaniu z tradycyjnymi metodami termicznymi. Optymalne warunki zostały przejrzane i omówione przez Alexandra i in., (2007), ale będą zależały głównie od docelowego związku, który ma być wyekstrahowany oraz od materiału roślinnego użytego do ekstrakcji. Ekstrakty te mogą być dodawane do innych produktów spożywczych w celu zwiększenia ich aktywności biologicznej.