Pastaruoju metu auga vartotojų susidomėjimas aukštos kokybės, padidintos biologinės vertės maisto produktais. Aktyviai tiriami ir tobulinami nauji, neterminiai maisto produktų apdorojimo metodai, leidžiantys gaminti didelės biologinės vertės maisto produktus bei maksimaliai išsaugoti jų kokybę. Vienas iš naujausių produktų apdorojimo metodų yra impulsinis elektrinis laukas.

Gaminant maisto produktus, t. y. įvairiais būdais džiovinant, sūdant, marinuojant, spaudžiant sultis ar tirpikliais išgaunant (ekstrahuojant) tam tikras medžiagas, vanduo arba vanduo kartu su jame ištirpusiais komponentais pereina iš maisto žaliavos arba į ją.

Maisto pramonėje šiems procesams paspartinti taikomi įvairūs metodai. Augalų ląstelių sienelėms suardyti naudojami specialūs fermentai, žaliava užšaldoma, paskui atšildoma, smulkinama mechaniškai ar apdorojama karščiu.

Minėti tradiciniai žaliavos apdorojimo metodai turi nemažai trūkumų. Kaitinant skyla įvairios aukštos temperatūros poveikiui neatsparios medžiagos, biologiškai aktyvūs junginiai, o tai gali neigiamai paveikti produkto mitybinę vertę, skonį, spalvą ir aromatą. Naudojant fermentus, produktai gali būti užteršiami nepageidautinomis medžiagomis, be to, fermentai yra brangūs, o terminis apdorojimas reikalauja didelių energijos sąnaudų.

Apdorojimas impulsiniu elektriniu lauku (IEL) yra vienas iš metodų, leidžiančių pagreitinti tokius procesus kaip žaliavos džiovinimas, ekstrakcija, marinavimas ir kt. Apdorojant IEL, maistinė žaliava dedama tarp dviejų elektrodų ir veikiama aukštos įtampos (1-5 kV/cm) trumpais (mikro sekundžių trukmės) elektriniais impulsais. Tai puiki technologinė inovacija, tausojanti aplinką ir taupanti energiją.

IEL poveikis yra neterminis (apdorojamas produktas neįkaista) ir labai trumpas, veikiant IEL, nesuskyla karščiui neatsparūs junginiai ir nesusidaro pašalinių, nepageidaujamų junginių. Žaliavą apdorojant IEL, energija yra naudojama efektyviau negu terminio apdorojimo metu, todėl sumažėja produkto gamybos kaštai.

IEL poveikio mechanizmas

Ląsteles veikiant IEL, jų sienelės tampa pralaidžios dėl jose susidariusių tarpelių, vadinamų poromis. Kadangi poros susidaro dėl elektros poveikio, šis reiškinys dar vadinamas elektroporacija. Per atsivėrusias poras įvairios molekulės gali išeiti iš ląstelių arba patekti į jas.

Priklausomai nuo IEL parametrų (intensyvumo), paveiktų ląstelių sienelių pralaidumas gali būti laikinas, grįžtamas arba negrįžtamas. Grįžtamojo pralaidumo atveju, išjungus IEL, poros ląstelių sienelėse po tam tikro laiko užsiveria ir ląstelės gyvybingumas atsikuria. Taip galima sukelti atsakomąsias augalų reakcijas į stresą, kas savo ruožtu galėtų paskatinti intensyvesnę vertingų junginių gamybą ir kaupimąsi augaluose. Grįžtamoji elektroporacija taip pat yra taikoma biotechnologijoje ir medicinoje. Pavyzdžiui, pagreitinti ir pagerinti vaistų prasiskverbimą į auglio ląsteles - taip gerokai padidinamas vaistų efektyvumas.

Maisto pramonėje paprastai siekiama, kad IEL apdorojamos ląstelės taptų negrįžtamai pralaidžios. Be džiovinimo, marinavimo, ekstrakcijos pagreitinimo, IEL technologija maisto pramonėje taip pat taikoma siekiant sunaikinti mikroorganizmus - dažniausiai skystų ar pusiau skystų maisto produktų pasterizacijai. Žinoma, mikroorganizmams sunaikinti taikomi didžiausio intensyvumo elektros impulsai.

Mokslinių tyrimų rezultatai

Vytauto Didžiojo universitete, Gamtos mokslų fakulteto Biofizikinių tyrimų laboratorijoje vykdomi IEL tyrimai pagal projektą „Podoktorantūros stažuočių įgyvendinimas Lietuvoje". Tyrimų tikslas - panaudojant IEL, tirti elektroporacijos metodą ir jo pritaikymą biologiškai aktyvių junginių ekstrakcijai (išgavimui) iš uogų ir uogų išspaudų. Tai padėtų kurti ir gaminti natūralius, didesnės biologinės vertės maisto produktus ar maisto priedus, kurie atitiktų šiuolaikinius maisto pramonės ir vartotojų poreikius.

Prieš mechaninį sulčių spaudimą mėlynių uogos buvo veikiamos IEL. Naudotas 1-5 kV/cm elektrinio lauko stiprumas ir 10 kJ/kg specifinė energija. Sultis išspaudus, nustatyta jų išeiga ir įvertinti kokybiniai parametrai.

IEL apdorotų šviežių mėlynių sulčių išeiga buvo 24-33 proc. didesnė, palyginti su kontrolinių (IEL neapdorotų uogų) sulčių išeiga. Mėlynių sulčių išgautų iš IEL apdorotų uogų spalva buvo daug sodresnė negu kontrolinių sulčių (0 kV), tai rodo didesnę natūralių pigmentų (antocianinų) ir kitų tirpių medžiagų koncentraciją jose. Vartotojui patraukli sodri spalva yra vienas iš svarbiausių vaisių ir uogų produktų kokybės parametrų.

Įvertinus cheminę sudėtį nustatyta, kad fenolinių junginių kiekis IEL apdorotų mėlynių sultyse buvo vidutiniškai 43 proc. didesnis, o natūralių pigmentų (antocianinų) koncentracija iki 77 proc. didesnė negu nustatyta kontrolinėse sultyse. Uogų ir jų produktų teigiamas poveikis sveikatai siejamas būtent su juose esančiais fenoliniais junginiais. Šie junginiai pasižymi antioksidacinėmis savybėmis ir saugo ląsteles nuo žalingo laisvųjų radikalų poveikio, stabdo senėjimo procesus, užkerta kelią vėžinių ligų vystymuisi. Didžiąją dalį fenolinių junginių, esančių mėlynių uogose, sudaro būtent antocianinai - vandenyje tirpūs raudoni, violetiniai, mėlyni pigmentai.

Mėlynių sulčių antioksidacinis aktyvumas, t. y. gebėjimas nukenksminti laisvuosius radikalus, buvo įvertintas matuojant geležies redukcijos antioksidacinę galią (FRAP). Nustatyta, kad sulčių, išgautų iš IEL apdorotų uogų, antioksidacinis aktyvumas buvo gerokai didesnis (per 30 proc.) negu kontrolinių sulčių. Elektrinio lauko stiprumas, viršijantis 1 kV/cm, didesnio teigiamo poveikio tiek sulčių antoksidaciniam aktyvumui, tiek fenolinių junginių koncentracijai neturėjo, todėl 1kV/cm, 10 kJ/kg apdorojimas buvo įvertintas kaip optimaliausias, siekiant išgauti daugiau ir vertingesnės biocheminės sudėties sulčių.

Didžioji dalis mėlynėse esančių antocianinų yra sukaupta uogų odelėje, todėl nemaža dalis šių vertingų pigmentų lieka uogų išspaudose. Dėl šios priežasties uogų išspaudos gali būti panaudotos kaip natūralių dažų ar kitų biologiškai vertingų junginių šaltinis. Mėlynių išspaudos buvo ekstrahuotos parūgštintu vandens ir etanolio mišiniu bei įvertinta gautų ekstraktų kokybė.

Ekstraktuose, išgautuose iš IEL apdorotų mėlynių išspaudų, buvo nustatyta beveik dvigubai didesnė fenolinių junginių ir daugiau negu dvigubai didesnė antocianinų koncentracija, palyginti su kontroliniu ekstraktu.

Minėti ekstraktai taip pat pasižymėjo didesniu (44-80 proc.) antioksidaciniu aktyvumu, atitinkamai taikant 1kV/cm ir 5kV/cm elektrinio lauko stiprumą. Priešingai negu sulčių atveju, didinant IEL intensyvumą (t. y. elektrinio lauko stiprumą), didėjo ir biologiškai aktyviu junginių (fenolių ir antocianinų) koncentracija ekstraktuose bei ekstraktų antioksidacinis aktyvumas. Taigi siekiant išgauti maksimalų biologiškai aktyvių junginių kiekį iš mėlynių išspaudų, optimaliausi IEL parametrai yra 5kV/cm, 10kJ/kg.

Tyrimų rezultatai rodo, kad po apdorojimo IEL ląstelių membranų pralaidumas įvairioms molekulėms priklauso nuo elektrinio lauko parametrų ir nuo apdorojamos žaliavos savybių. Siekiant optimizuoti IEL parametrus įvairiai augalinei žaliavai apdoroti, būtina tęsti mokslinius tyrimus.

Ramunė BOBINAITĖ, Saulius ŠATKAUSKAS, Pranas VIŠKELIS

Mano ūkis, 2014/12