バナナの皮をむいたら、食べたほうがいいです。数時間放置すると、食欲をそそる茶色のバナナに戻ります.リンゴ、ナシ、アボカド、その他の多くの果物 (およびその他の野菜) についても同様です。皮をむいたままでも問題ありませんが、皮をむいたりスライスしたりすると、数分または数時間で茶色になります。
それらはすべて、食品、特に新鮮な未調理の農産物で最も一般的なタイプの褐変の1つである酵素的褐変に苦しんでいます.では、酵素的褐変とは何ですか？さらに重要なことは、それを防ぐために何かできることはありますか?
3 種類の焼き色
食べ物の色が変わるときは、何らかの化学反応が起こっているはずです。以前はなかった茶色の分子が形成されています。
これには 3 つの一般的な方法があります。最初の 2 つは非酵素的褐変反応で、カラメル化とメイラード反応です。それらは砂糖、パン、またはステーキを茶色に変えるものです.それらは激しい熱によって加速され、かなり遅くなります (または室温では存在しません)。
一方、生鮮食品の褐変は、激しい熱によって加速されることはありません。さらに、高温 (例:100°C/212°F) では発生しません!この褐変メカニズムは、代わりに活性酵素の存在に依存しており、適切に名前が付けられています:酵素的褐変.
酵素
酵素による褐変は、その名の通り、酵素を必要とする褐変プロセスです。酵素は特定の種類のタンパク質であり、一般に構造が非常に複雑です。酵素は私たちの身の回りに自然に存在しています。私たちの体はそれらでいっぱいであり、ほとんどの生物もそうです.それらは私たちが正常に機能するために不可欠です.
生物の中では常に化学反応が起こっています。酵素は、これらの反応の触媒として機能します。これは、それら自体が反応に関与することなく、反応が起こるのを助け、それらをスピードアップすることを意味します.酵素がなければ、この世界の重要な反応の多くは起こらないでしょう.
ポリフェノール オキシダーゼ (PPO)
多くの農産物の一部である多くの酵素の 1 つは、ポリフェノールオキシダーゼ (PPO) です。この酵素は、フェノールがポリフェノールに変換される化学反応を触媒します (詳細は後述)。農産物では、これらの酵素はいくつかの有用な機能を持っています。不幸な副作用として、この酵素はスライスした/皮をむいたリンゴ、バナナ、ナシなども茶色に変色させます!
細胞を損傷すると酵素が放出される
損傷していないリンゴやバナナ全体では、酵素による褐変は起こりません.それは、農産物を切る、皮をむく、またはその他の方法で損傷したときにのみ始まります.製品の細胞を損傷することにより、それらの細胞の内容物が放出されます。それらはもはやセルによって保護されていません。その結果、分子と酵素がお互いを見つけて反応を開始することができます!
酵素褐変の反応機構
では、その反応の間に何が起こるのでしょうか?全体として、ポリフェノールオキシダーゼは小分子 (フェノール) を大分子 (ポリフェノール) に変換します。これは、一連の化学反応によって行われます。実際には、多くの異なる反応が同時に発生しており、正確な反応メカニズムはまだ完全には理解されていません.
私たちは最初の数ステップをよく知っていますが、その後は非常に複雑になり、化学者はいつ何が起こるのか完全にはわかりません.幸いなことに、これらの最初のいくつかのステップを理解することで、何が起こるかについて十分な洞察を得て、それを防ぐのに役立ちます.
ステップ 1:フェノールのヒドロキシル化
農産物中の酵素と分子が放出されると、モノフェノールとポリフェノールオキシダーゼがお互いを見つけます。
モノフェノールは、ベンゼン環と OH 基 (ヒドロキシ基とも呼ばれます) を含む分子です。ベンゼン環は、3 つの交互二重結合で接続された 6 個の炭素原子の環です
最も単純なフェノールは、そのベンゼン環とヒドロキシ基だけで構成されていますが、その環に結合した他の原子を含むこともできます.
したがって、モノフェノールと PPO がお互いに出会うと、酵素が反応を触媒してモノフェノールをジフェノールに変換します。この反応は水酸化反応と呼ばれ、酸素が存在する場合にのみ起こります!しかし、私たちの周りの空気は酸素で満たされているため、農産物が損傷を受けると、酸素は損傷した領域に簡単にアクセスできます.
ステップ 2:ジフェノールの酸化
次に、再び PPO によって触媒される酸化反応が起こります。このステップでは、2 つの OH 基が 2 つの二重結合酸素に変換されます (下記参照)。得られた分子はキノンと呼ばれます。繰り返しになりますが、反応が起こるには酸素が必要です。
ステップ 3:色の形成
キノンは非常に反応性の高い分子であり、さらに反応するために酵素の助けを必要としません。一連の反応の後、キノンはポリフェノールを形成します。これらのポリフェノールは大きな分子で、赤、茶色、さらには黒の色をしています。果物や野菜が形成されると、茶色に変わります。
農産物の種類の違い
多くの果物や野菜は、カットしたり皮をむいたりした後に茶色になりますが、それぞれわずかに異なります.さまざまな果物や野菜には、さまざまな PPO 酵素が含まれています。ステップ 1 の触媒作用が非常に優れているものもあれば、ステップ 2 に焦点を当てているものもあります。その結果、基礎となるメカニズムが同じであっても、製品ごとにメカニズム、特に褐変の速度が大きく異なる可能性があります。
酵素による褐変の防止
酵素による褐変を防ぐには、いくつかのオプションがあります:
<オール>反応に必要な「成分」が互いに合わないようにすることに焦点を当てたいくつかの方法について説明することから始めます.次に、酵素の停止または減速について見ていきます。
オプション 1:反応物が「会合」するのを防ぐ
ダメージを与えない
損傷していない果物や野菜では、褐変は起こりません。細胞が完全である限り、PPO 酵素、フェノール、酸素は互いに分離されているため、反応できません。細胞がお互いを見つけて反応し、生成物が茶色に変わるのは、細胞が損傷した場合のみです。
したがって、スライスしたり、皮をむいたり、カットしたり、農産物を傷つけたりしない限り、褐変は起こりません.
とはいえ、農産物の継続的な熟成と腐敗も細胞構造を破壊します.そのため、わざと傷つけていなくても、時間の経過とともに反転する場合があります。
酸素を除去
ステップ 1 と 2 が起こるためには、酸素の存在が重要です。そのため、酸素のない環境で製品を保管すると、酵素による褐変は起こりません.
酸素は私たちを取り囲む空気の一部であるため、それは簡単なことではありません。表面がまっすぐな場合は、製品を平らな面に置いて、酸素の量を減らすことができます。または、水に浸すこともできます。水は空気に取って代わり、酸素を遠ざけます。
製造業者は、切りたての農産物が酸素と接触するのを防ぐために包装技術を使用する場合があります。たとえば、パッケージに窒素を注入して、ほとんどの酸素を取り除くことができます。ただし、酸素がまったくない場合、農産物はより早く腐敗するため、農産物を生かしておくことと色を維持することの微妙なバランスが必要です。
新鮮な果物や野菜は収穫後も呼吸をしています。呼吸には酸素が必要です。
水を取り除く
反応が起こるためには、すべての分子がお互いを見つけるために動き回ることができる必要があります。水分を取り除いて製品を乾燥させることで、これは非常に硬くなり、焼き色が遅くなる可能性があります.
ただし、これが機能するには、製品が非常に乾燥している必要があることに注意してください.実際のところ、残りの液体はより濃縮されるだけなので、一部の水だけを除去すると、反応が加速することさえあります!
オプション 2:酵素の速度を落とす/停止する
酵素にどのように影響を与えることができるかを理解するために、酵素はタンパク質であることを覚えておいてください.それらは、反応を触媒することができるように非常に特殊な構成で巻き上げられたアミノ酸の長鎖です.タンパク質がわずかに異なる方法で「丸まる」ことを余儀なくされた場合、そのタンパク質はもはやその役割を果たせなくなる可能性があります.
pH (酸性度) の変更
この構成に影響を与える可能性のある最初の要因は、その環境の pH 値です。 pH値は、液体の酸性度の尺度です。低い値 (<7) は酸性環境を示し、高い値 (>7) はアルカリ性環境を示します。
異なるタイプの PPO 酵素は、異なる pH 値、いわゆる最適値を持つ環境を好みます。これは、酵素が含まれる製品のpH値に依存する場合があります。ただし、ほとんどの場合、非常に低い pH 値 (<4) ではうまく機能しません。
これが、アップルパイのレシピで、切りたてのリンゴにレモン汁を絞ることがよくある理由です.レモン果汁はかなり酸性で、pH 値を下げます。その結果、褐変を遅くする（または停止する）ことができます.
温度を下げる
酵素は、最も速く機能する最適な pH 値を持っているだけではありません。また、最も速く触媒作用を発揮する最適温度があります。
PPO の最適温度は、農産物の種類によって大きく異なります。たとえば、キュウリの場合、リンゴよりもはるかに高い場合があります。ただし、一般的に言えば、農産物を低温（冷蔵庫など）で保管すると、酵素による褐変が遅くなります.
ただし、すべての種類の農産物が実際に低温に耐えられるわけではないため、他の意図しない副作用を引き起こす可能性があることに注意してください!凍結も避けてください。凍結は細胞を損傷し、ほとんどの生鮮食品は凍結のために変化します!また、冷凍状態でも酵素による褐変はゆっくりと進行します。
温度を上げる
酵素はタンパク質であり、その 3D 構造はその機能にとって重要です。ほとんどのタンパク質と同様に、PPO の 3D 構造は熱に非常に敏感です。温度が高すぎるとタンパク質が変性し、3D 構造が解けます。この変性プロセスは永続的であり、一度冷却すると元に戻りません。
そのため、熱を使用して PPO を非活性化できます。すべての果物や野菜が熱処理に耐えられるわけではありませんが、耐えられるものにとっては優れた解決策です。
この方法は、野菜を冷凍するときに非常に一般的に使用されます。これらは冷凍する前に湯通しします。ブランチングは、酵素活性を停止するための迅速な熱処理で構成されています。これにより、PPO だけでなく他の酵素も停止し、凍結後の保存期間が長くなります。
二酸化硫黄 (SO2 )
金色または黄色のレーズンが茶色にならない理由は?この成分の添加により:二酸化硫黄 (SO2 ）。それがどのように機能するかはまだ完全には理解されていませんが、この成分を追加することで酵素による褐変を完全に防ぐことができることは明らかです.
抗酸化剤を加える
最後になりましたが、化学反応を妨げる別の成分を追加することができます.酸化反応による酵素的褐変の第 2 段階。酸化防止剤を加えることで、このステップを逆転させることができます.そうすれば、キノンはそれらの色付きの分子に反応できなくなります。
これの一般的に使用される例は、アスコルビン酸 (ビタミン C) です。酸の追加の利点は、2 つの方法で褐変システムに作用して、pH 値も下げることです!
これにより、酵素による褐変の発生を遅くしたり防止したりするための多くのツールが得られるはずです.使用する予定の方法をコメントでお知らせください!
ソース
植物ポリフェノールオキシダーゼの物理化学的特性と機能:レビュー、Ruhiye Yoruk &Maurice R. Marshall、2003 年、リンク (反応メカニズムを示します。)
超音波とアスコルビン酸の同時処理による切りたてのリンゴのポリフェノールオキシダーゼおよびペルオキシダーゼ活性の阻害、Ji-Hyun Jang、Kwang-Deog Moon、2011、リンク (褐色化を防ぐ方法について)
キノコの物理化学的特性および栄養特性に対するガンマ線および電子線照射の影響:レビュー、Angela Fernandes、Amilcar L. Antonio、M. Beatriz P.P. Oliveira、Anabela Martins、Isabel C.F.R.フェレイラ、2012 年、リンク (キノコに関する事例研究)
バナナの皮の老化斑点は、調整された大気包装によって抑制される、Rujira Choehoma、Saichol Ketsa、Wouter G. van Doorn、2004 年、リンク (バナナの茶色の斑点の形成に関する詳細情報)
バナナスムージーの品質に対するアスコルビン酸、クエン酸、窒素、二酸化炭素の褐変防止剤の組み合わせの効果、Siyuan Wang et al.、2013、リンク (バナナスムージーのケーススタディ!)
