השחמת מזון

השחמת מזון היא תהליך של שינוי הדרגתי בצבע של מוצר מזון לחום או חום כהה. ההשחמה יכולה להשפיע על הטעם ועל איכות המזון באופן חיובי או שלילי. תגובת ההשחמה נחשבת ללא רצויה עבור רוב מוצרי הפירות והירקות, אך חשובה ליצור צבע וטעם ייחודיים עבור מזונות אחרים כגון לחם, קפה ועוד. תגובת ההשחמה במוצרי מזון מסווגות בהתאם למנגנון ההשחמה – השחמה אנזימטית והשחמה בלתי אנזימטית. השחמה אנזימטית היא תגובת חמצון הגורמת לשינוי בצבע ובטעם של מוצר המזון. בתגובה זו משתתף האנזים פוליפנול אוקסידאז (אנ') והיא אופיינית לסוגים שונים של פירות וירקות. כאשר מזון מסוים נחשף לאוויר, למשל בעת חיתוך תפוח, זמינים פני השטח לתגובת חמצון של פנולים שממלאים תפקיד חשוב בהתפתחות הצמח וסינתזת צבע לצמח[דרושה הבהרה]. כתוצאה מתגובה זו נוצר מלנין בצבע כהה שתורם להשחמת המזון. האתר הפעיל של האנזים מורכב משני אטומי נחושת, ומנגנון הפעולה של אנזים זה מבוסס על יכולתו לחמצן פנולים. כאשר הרקמה נפצעת, כמו בזמן חיתוך של הצמח, זמינים הפנולים לקישור עם האנזים ובכך מתחילה תגובה בעלת שני שלבים. בשלב הראשון של התגובה פועל האנזים כמונופנולאז (monophenolase activity) כך שהוא מחמצן את המונו-פנול (monophenol) ליצירת די-פנול (o-diphenol). בשלב השני פועל האנזים כדיפנולאז (diphenolase activity) כך שהוא מחמצן את הדי-פנול לקווינון (אנ') (o-quinones). אחרי תגובה זו מתרחש פילמור לא אנזימטי של הקווינונים המביא ליצירת המלנין החום. השחמה אנזימטית תלויה בחמישה גורמים עיקריים: הפעילות של האנזים: רמת האנזים פוליפנול אוקסידאז בקטיף והשונות שלו במהלך אחסון הפירות קובעות את רגישות התוצר להשחמה. פוליפנול אוקסידאז הוא האנזים העיקרי האחראי על השחמה. ככל שהאנזים יותר אקטיבי והתנאים מתאימים יותר לעבודתו, הרגישות לחמצון המזון תעלה. ריכוז הפנולים: השחמת מזון (המופיעה בגלל פציעה מכנית כגון חיתוך או פגיעה פיזית) היא תוצאה של חמצון פנולים. הרס של התאים מקרב את האנזים (פוליפנול אוקסידאז) והסובסטרט (פנולים). קצב ודרגת ההשחמה מושפעים מהריכוז והפעילות של תרכובות הפוליפנול שהם סובסטרט של האנזים אוקסידאז. בשל הקשר בין זמן הקטיף ובשלות הפרי לריכוז הפנולים יש צורך להתחשב בבחירת זמן הקטיף גם בדרגת בשלות על בסיס פוטנציאל השחמה נמוך. טמפרטורה: חשיפה של האנזים פוליפנול אוקסידאז לטמפרטורות של 70–90 מעלות צלזיוס הורסת את הפעילות האנזימטית שלו ומונעת את המשך תגובת החמצון. חומציות: ה-pH האופטימלי לפעילות האנזים פוליפנול אוקסידאז נע בין 5 ל-7.5, כשערכים נמוכים יותר מעכבים את פעילותו. זמינות חמצן: השחמה אנזימטית מתחילה בחמצון של פנולים על ידי פוליפנול אוקסידאז. היא נגרמת מחוסר איזון בין תהליכי חמצון ותהליכי חיזור בנוכחות חמצן, ולכן חמצון פוליפנול פרופורציונלי לריכוז החמצן. הגישה למניעת השחמה אנזימטית מחולקת לשיטות פיזיקליות וכימיות. שיטות פיזיקליות לוויסות השחמה אנזימטית כוללות טיפול בחום, מניעת חשיפה לחמצן, שימוש בטמפרטורה נמוכה ובהקרנה. טיפול בחום הוא השיטה הנפוצה ביותר לייצוב מזון בגלל יכולתו להפחית עומס מיקרוביאלי ובאותה עת לעכב פעילות אנזימטית. טיפול חום מסוג חליטה הוא הנפוץ ביותר לפגיעה בפעילות אנזימים צמחיים, אולם במקביל הוא גורם גם להרס רכיבים תזונתיים רגישים לחום כמו ויטמינים. לפיכך, חליטה משמשת לעיתים רחוקות עבור פירות קפואים הנצרכים ללא בישול. כאשר לא ניתן לבצע חליטה למוצר, ניתן לדכא את תגובת ההשחמה על ידי סילוק החמצן. ניתן להחליף את האוויר באריזה בגז אינרטי כמו חנקן או פחמן דו-חמצני, להשתמש בסרטי אריזה אטומים לחמצן או ציפוי אכיל, ולטבול את המזון בתמיסת סוכר או מלח בריכוז מסוים כדי למנוע מגע עם חמצן. כמו כן, הורדת הטמפרטורה על ידי קירור מוקדם, קירור והקפאה, ושימוש בהקרנת אור אולטרה סגול C וקרינת גמא הן שיטות פוטנציאליות לדיכוי השחמה אנזימטית. חומצות, במיוחד אלה המופיעות באופן טבעי ברקמות, נמצאות בשימוש נרחב גם כחומרים מעכבי השחמה, ואלה כוללים חומצה אסקורבית, מאלית, ציטרית וזרחתית. בדרך כלל, האנזים פוליפנול אוקסידאז פעיל בערכי pH בטווח 6–7 ואינו פעיל מתחת ל-3. חומצות גורמות לירידת ערכי ה-pH, ובכך מפחיתות את הפעילות האנזימטית של האנזים פוליפנול אוקסידאז. חומרי ההחמצה מטופלים לעיתים קרובות עם חומרים נוגדי השחמה אחרים, כגון נוגדי חמצון, חומרים קלאטים (לוכדי מתכות) ומעכבי אנזימים. השחמה זו מתרחשת בעקבות תהליכים כימיים במזון ואינה מתווכת על ידי אנזימים. אחת התגובות הכימיות שגורמות להשחמת מזון היא תגובת מייאר שמתרחשת בין סוכרים מחזרים לחומצות אמינו בנוכחות חום, ונוצרים בעקבותיה פיגמנטים הנקראים מלנואידים. דרגת וזמן החימום משנה את המולקולות שנוצרות בתגובה ולפיכך גם את הטעמים והארומות המתקבלים. תגובה כימית נוספת שגורמת להשחמת מזון היא קרמליזציה – תהליך שינוי סוכר או תכולת הסוכר של מזון לקרמל על ידי חימום בטמפרטורה גבוהה. בתהליך זה מסולקים המים, הסוכר מתפרק, ונוצרות מולקולות בעלות טעם אגוזי או חמאתי ומתקבל צבע זהוב-חום עד חום כהה. השחמה אנזימטית היא הגורם השני בחשיבותו לאובדן איכות במזון ורלוונטית במיוחד עבור פירות, ירקות ומשקאות שונים. שינוי הצבע הנגרם מההשחמה משפיע על המאפיינים האורגנולפטיים (טעם, ריח, צבע) והתזונתיים של המזון ובכך מוביל לשינויים באיכות מוצרי המזון. הצבע השחום (המלנינים) אינו מעיד על ריקבון ואינו מזיק, אולם האטרקטיביות של המוצר נפגמת. ככלל, איכות מזון מוערכת על ידי צרכנים על סמך ארבעה מאפיינים: מראה, טעם, מרקם וערך תזונתי. המשפיע ביותר מביניהם הוא המראה שמושפע רבות מצבע המזון[דרוש מקור]. פיגמנטים המופיעים במוצרי המזון באופן טבעי כגון כלורופילים, קרוטנואידים ואנתוציאנינים, כמו גם פיגמנטים אחרים הנוצרים בתגובות אנזימטיות ולא אנזימטיות כאחד, אחראים לצבע המזון. לפירות וירקות יש יתרונות בריאותיים, בשל תכולת סיבים, ויטמינים ותרכובות נוגדות חמצון. עם זאת, נוגדי החמצון חשופים לשינויים רבים במהלך שרשרת האספקה. שינויים אלו גורמים לאובדן בולט של תכונות נוגדות החמצון. שימור מפני חמצון במזון במהלך העיבוד והאחסון הפך לעדיפות גוברת בתעשיית המזון. למעשה, חמצון הוא הגורם השני בפגיעתו באיכות המזון, אחרי זיהום מיקרוביולוגי. Kyoung Mi Moon, Eun-Bin Kwon, Bonggi Lee, Choon Young Kim, Recent Trends in Controlling the Enzymatic Browning of Fruit and Vegetable Products, Molecules 25, 2020-01, עמ' 2754 doi: 10.3390/molecules25122754 Daniel Ferreira Holderbaum, Tomoyuki Kon, Tsuyoshi Kudo, Miguel Pedro Guerra, Enzymatic Browning, Polyphenol Oxidase Activity, and Polyphenols in Four Apple Cultivars: Dynamics during Fruit Development, HortScience 45, 2010-08, עמ' 1150–1154 doi: 10.21273/hortsci.45.8.1150 AMITA BHATTACHARYA, PRIYANKA SOOD, VITALY CITOVSKY, The roles of plant phenolics in defence and communication during Agrobacterium and Rhizobium infection, Molecular Plant Pathology, 2010-05, עמ' no–no doi: 10.1111/j.1364-3703.2010.00625.x Anastasiia Y. Glagoleva, Olesya Y. Shoeva, Elena K. Khlestkina, Melanin Pigment in Plants: Current Knowledge and Future Perspectives, Frontiers in Plant Science 11, 2020-06-23 doi: 10.3389/fpls.2020.00770 Christiane Queiroz, Maria Lúcia Mendes Lopes, Eliane Fialho, Vera Lúcia Valente-Mesquita, Polyphenol Oxidase: Characteristics and Mechanisms of Browning Control, Food Reviews International 24, 2008-09-16, עמ' 361–375 doi: 10.1080/87559120802089332 X. Zhang, X. Shao, Characterisation of polyphenol oxidase and peroxidase and the role in browning of loquat fruit, Czech Journal of Food Sciences 33, 2016-06-03, עמ' 109–117 doi: 10.17221/384/2014-cjfs Christiane Queiroz, Maria Lúcia Mendes Lopes, Eliane Fialho, Vera Lúcia Valente-Mesquita, Polyphenol Oxidase: Characteristics and Mechanisms of Browning Control, Food Reviews International 24, 2008-09-16, עמ' 361–375 doi: 10.1080/87559120802089332 Jianjun Deng, Haixia Yang, Esra Capanoglu, Hui Cao, Technological aspects and stability of polyphenols, Elsevier, 2018, עמ' 295–323 Kyoung Mi Moon, Eun-Bin Kwon, Bonggi Lee, Choon Young Kim, Recent Trends in Controlling the Enzymatic Browning of Fruit and Vegetable Products, Molecules 25, 2020-06-15, עמ' 2754 doi: 10.3390/molecules25122754 Gavirangappa Hithamani, Harshini Medappa, Arugakeerthy Chakkaravarthi, Kulathooran Ramalakshmi, Effect of adsorbent and acidulants on enzymatic browning of sugarcane juice, Journal of Food Science and Technology 55, 2018-07-31, עמ' 4356–4362 doi: 10.1007/s13197-018-3350-4 Omar Y. AL-abbasy ., Wathba I. Ali ., Nashwan. I. A. Al-lehebe, Inhibition of enzymatic browning in fruit and vegetable, review, Samarra Journal of Pure and Applied Science 3, 2021-09-24, עמ' 56–73 doi: 10.54153/sjpas.2021.v3i1.242 Beckett, S. T., Physico-chemical aspects of food processing, Blackie Academic & Professional, 1995, ISBN 0-7514-0240-0 Miller, Dennis D., Food chemistry : a laboratory manual, Wiley, 1998, ISBN 0-471-17543-9 Lilly Vámos-Vigyázó, Prevention of Enzymatic Browning in Fruits and Vegetables, Washington, DC: American Chemical Society, 1995-05-05, עמ' 49–62