Reazioni di imbrunimento e fenolasi: meccanismo

Le reazioni di imbrunimento negli alimenti sono molto comuni e diventano evidenti quando i cibi come mele e banane sono sottoposti a operazioni di taglio.
In tali reazioni si verifica un’ alterazione dell’ aspetto, del sapore e del valore nutritivo.

L’imbrunimento si verifica anche nella preparazione di conserve come i succhi di frutta ai quali sono aggiunti antiossidanti per prevenire tale fenomeno.
In taluni casi le reazioni di imbrunimento dei cibi sono quelle auspicate quando si verificano  miglioramenti  dell’aspetto e del sapore di un prodotto alimentare. Ad esempio il caffè, lo sciroppo d’acero, la birra, il tè e il cacao.

Tuttavia, nella maggior parte dei casi, come per la frutta, verdura, alimenti surgelati e disidratati le reazioni di imbrunimento determinano:

    • l’abbassamento del valore nutritivo dell’alimento
    • decadimento qualitativo del prodotto.

L’imbrunimento enzimatico è un fenomeno naturale che si verifica in molti frutti e verdure. Quando frutta e verdura vengono ammaccate, tagliate, sbucciate o esposte a condizioni anomale, si scuriscono rapidamente con l’esposizione all’aria a causa della formazione di melanine marroni derivanti dall’ossidazione dei composti fenolici.

Reazioni di imbrunimento

Le reazioni di imbrunimento dei cibi possono essere determinate dall’azione di enzimi che possono catalizzare le reazioni di ossidazione: ad esempio la L-ascorbato ossidasi, enzima appartenente alla classe delle ossidoreduttasi, catalizza la reazione

2 L-ascorbato + O2 ⇄ 2 deidroascorbato + 2 H2O

La lipossigenasi, anch’essa appartenente alle ossidoriduttasi catalizza l’ossidazione di acidi grassi polinsaturi.

L’enzima principale, con un peso molecolare di circa 128000 e contenente lo 0.2% di rame , che è responsabile dell’imbrunimento dei cibi è la fenolasi presente nelle radici delle piante, negli agrumi, susine, pesche, meloni, olive ecc.

La fenolasi, enzima appartenente alla classe delle ossidoreduttasi, che si trova in piante, funghi e microrganismi, catalizza l’ossidazione dei fenoli e di altre sostanze correlate. La fenolasi catalizza, nello specifico, l’ossidazione degli  o-difenoli contenuti nelle piante a o-chioni i quali vengono a loro volta convertiti, in processi non enzimatici a melanine.

Meccanismo

Il meccanismo di azione della fenolasi sui composti o-difenilici è molto complesso. Si ritiene che l’artefice della reazione sia  il rame, gruppo prostetico dell’enzima, che varia nel corso della reazione il suo numero di ossidazione da +2 a +1.

reazioni di imbrunimento enzimatico
reazioni di imbrunimento enzimatico

Per prevenire l’azione enzimatica nei processi industriali che attengono la lavorazione dei cibi si può lavorare ad alte temperature per un tempo adeguato con conseguente inattivazione dell’enzima, tuttavia, il trattamento termico porta alla cottura del cibo con variazioni significative di sapore e consistenza e devono perciò essere studiate le migliori soluzioni di compromesso che variano per ogni tipo di cibo.

In particolare quando l’elevata temperatura compromette la qualità e il sapore del cibo nell’industria alimentare vengono usati  l’ossido di zolfo, i solfati, generalmente solfato di sodio, bisolfiti e metabisolfiti che, oltre a inibire l’azione della fenolasi, hanno proprietà antimicrobiche e proteggono l’ acido ascorbico presente.

L’uso di tali sostanze che sono peraltro tossiche a livelli elevati, comporta l’assunzione di un sapore e un odore sgradevole da  parte del cibo oltre che un effetto distruttivo sulla vitamina B. Nonostante questi inconvenienti questo gruppo di inibitori della fenolasi è usato sia per la sua efficacia che per il basso costo.

Controllo dell’imbrunimento enzimatico

Per il controllo dell’imbrunimento enzimatico possono essere usati acidi quali l’acido citrico, acido fosforico e ascorbico che, abbassando il pH limitano l’azione della fenolasi che esplica la sua azione ad un valore di pH compreso tra 6 e 7, ma che è praticamente inattiva a pH minori di 3.

L’acido citrico, spesso in combinazione con l’acido ascorbico, esplica una doppia azione inibitoria sulla fenolasi. Esso  non solo abbassa il pH ma agisce da chelante nei confronti del rame presente nell’enzima.

L’ inibitore più significativo della fenolasi  è l’acido ascorbico che presenta molti vantaggi.  Non ha un sapore rilevabile alle concentrazioni usate, né possiede una azione corrosiva su metalli in cui sono spesso conservati i cibi; esso inoltre  riduce gli o-chinoni formati dalla fenolasi ai composti o-fenolici inizialmente presenti.

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