Hvordan temperatur, pH og tilsetning av stoffer påvirker dannelsen av 4-Methylimidazole i karamellisering

I karamelliseringsprosesser er flere faktorer som påvirker dannelsen av skadelige forbindelser, som 4-methylimidazole (4-MI). Blant disse faktorene er mengden ammoniumsalt, temperatur, varighet på oppvarmingen, og pH i reaksjonssystemet. Flere studier har bekreftet at disse variablene er de viktigste deterministene for nivåene av 4-MI i karameller. Spesielt har det blitt påvist at temperatur og pH har en direkte innvirkning på 4-MI dannelsen. Når varigheten på oppvarmingen forlenges, øker mengden 4-MI, men effekten av oppvarmingstid er mindre betydelig sammenlignet med pH og temperatur.

Et av de viktigste funnene i denne sammenhengen er at mengden ammoniumsalt har en relativt liten innvirkning på 4-MI-nivåene, mens kontroll av temperatur og pH kan betydelig redusere dannelsen av 4-MI. Dette kan implementeres i produksjon av karameller, for å oppnå lavere nivåer av 4-MI, ved å analysere reaksjonsparametrene gjennom responsoverflate-metodologi (RSM). Ved hjelp av RSM kan man eksperimentelt fastslå de ideelle reaksjonsbetingelsene for å minimere dannelsen av 4-MI.

Videre er også tilsetning av eksterne stoffer, som natriumsulfitt og divalente metaljoner, et tema av interesse i Maillard-reaksjoner. I glucose-ammoniak-modellreaksjonssystemer har tilsetning av 0,1 mol/L natriumsulfitt ført til en økning i 4-MI-nivået. Dette indikerer at lavere konsentrasjoner av sulfittioner kan fremme dannelsen av 4-MI, mens høyere konsentrasjoner (over 0,2 mol/L) reduserer innholdet av 4-MI. Dette fenomenet er delvis et resultat av interaksjoner mellom SO₃²⁻ og metyloglyoksal (MGO), som blokkerer reaksjonene som er nødvendige for dannelsen av 4-MI.

På samme måte har divalente metaljoner som Fe²⁺, Mg²⁺, og Zn²⁺ blitt undersøkt for deres innvirkning på Maillard-reaksjonen. Forsøk har vist at Fe²⁺ reduserer 4-MI-nivåene med ca. 80 %, mens Mg²⁺ og Zn²⁺ har en mindre uttalt effekt. Denne reduksjonen i 4-MI dannelsen kan forklares ved at disse ionene danner stabile komplekser med Maillard-intermediater, som igjen endrer reaksjonsveiene som fører til dannelsen av 4-MI. Når metalioner som Ca²⁺ og Mg²⁺ tilsettes i modellreaksjonene, observeres en inhibering av MGO-dannelsen, som i sin tur reduserer dannelsen av 4-MI.

Molekyler som aminosyrer spiller også en betydelig rolle i dannelsen av 4-MI, ettersom de påvirker reaktiviteten til MGO i Maillard-reaksjonene. Aminosyrene lysin og prolin har vist seg å ha høyere reaktivitet overfor MGO, noe som kan hindre dannelsen av imidazoler. Studien viser at tilsetning av aminosyrer som arginin, glycin, cystein og lysin kan ha en inhiberende effekt på dannelsen av imidazoler, og spesielt lysin og prolin, som har sterkere hemmende egenskaper. I tillegg påvirker pH-verdien reaktiviteten til aminosyrene, og en endring i pH kan dermed påvirke dannelsen av MGO og påfølgende dannelse av 4-MI.

Et annet viktig aspekt ved denne problemstillingen er forståelsen av hvordan temperatur og pH påvirker den kinetiske balansen i Maillard-reaksjoner, og hvordan forskjellige additiver kan ha en doseavhengig effekt. For eksempel kan tilsetning av små mengder natriumsulfitt eller metalioner føre til en økning i 4-MI, mens store mengder kan redusere dannelsen av 4-MI. Dette understreker nødvendigheten av presis kontroll over produksjonsforholdene, både når det gjelder reaksjonstemperatur, pH og tillegg av forskjellige stoffer.

For å redusere risikoen for helseproblemer relatert til 4-MI, som har blitt identifisert som en potensiell kreftfremkallende forbindelse, er det avgjørende for matprodusenter å forstå hvordan ulike reaksjonsbetingelser påvirker dannelsen av 4-MI. Dette innebærer både å kontrollere temperatur og pH, samt å vurdere tilsetning av ulike stoffers påvirkning på reaksjonsdynamikken. Det er også viktig å merke seg at selv om noen additiver kan redusere dannelsen av 4-MI, kan de også ha uønskede bivirkninger når de benyttes i høye konsentrasjoner.

Hvordan redusere plantevernmidler i mat ved hjelp av ikke-termiske behandlinger?

I de siste årene har det vært en økende interesse for ikke-termiske behandlingsmetoder som kan inaktivere mikroorganismer i mat uten å utsette den for høye temperaturer. Disse metodene, som for eksempel pulserende elektriske felt (PEF), kaldplasma og høytrykk, har vist seg å være effektive alternativer til tradisjonell varmebehandling, samtidig som de bevarer matens organoleptiske egenskaper som smak, farge og tekstur. Denne utviklingen er spesielt viktig i lys av dagens globale matproduksjonssystemer og de miljømessige og helsemessige utfordringene knyttet til bruken av plantevernmidler.

Pulserende elektriske felt (PEF) er en teknologi der et elektrisk felt med amplitude mellom 100–300 V/cm og 20–80 kV/cm påføres mellom to elektroder, og brukes til å behandle matprodukter i korte tidsperioder – fra millisekunder til mikrosekunder. Denne behandlingen har som mål å inaktivere mikroorganismer ved å forårsake elektroporasjon, en prosess som åpner opp cellemembraner. Samtidig kan PEF fremme nyttige kjemiske reaksjoner og endre de elektro-kjemiske egenskapene til matens matriks, noe som kan føre til nedbrytning av plantevernmidler. Selv om mekanismene bak dette fenomenet ikke er helt forstått, antyder flere studier at plantevernmidler kan brytes ned gjennom dynamiske rotasjoner og vibrasjoner av polare molekyler eller ved friradikaloksidasjon under PEF-behandling.

En av de store fordelene ved PEF-behandling sammenlignet med tradisjonell varmebehandling, er at den i liten grad påvirker matens farge, smak, næringsstoffer eller tekstur. Dette er viktig, spesielt når det gjelder høyverdige matvarer som frukt og grønnsaker, der bevarelse av de sensoriske egenskapene er avgjørende for forbrukernes tilfredshet og helse. I tillegg til mikrobiologisk inaktivering og reduksjon av plantevernmidler, kan PEF også brukes til å forbedre matens holdbarhet og kvalitet, noe som gjør teknologien relevant for fremtidens matproduksjon.

Høytrykksteknologi, eller høy hydrostatisk trykk (HHP), har også blitt ansett som et effektivt alternativ til pasteurisering og andre termiske metoder for å inaktivere mikroorganismer. HHP-behandling innebærer påføring av høyt trykk på matvarer, noe som resulterer i komprimering av biomolekyler og redusering av prosesseringstiden. Denne behandlingen er spesielt gunstig for å bevare de sensoriske, ernæringsmessige og funksjonelle kvalitetene til mat, samtidig som den effektivt kan bryte ned plantevernmidler ved å forstyrre hydrogenbindingene mellom plantevernmiddelmolekyler og matens overflate. HHP-metoden har blitt brukt med suksess på tomater for å redusere plantevernmiddelrester uten at det fører til overføring av stoffene til det omkringliggende mediet. Likevel er det fortsatt usikkerhet rundt de eksakte mekanismene som ligger bak disse observasjonene, og videre forskning er nødvendig.

En av de største utfordringene i dagens landbruk er hvordan man kan redusere bruken av plantevernmidler og samtidig opprettholde høy avkastning og matens kvalitet. Europeiske strategier som Green Deal og Farm to Fork tar sikte på å redusere bruken av plantevernmidler med 50% innen 2030, samtidig som de fremmer bærekraftig landbruk og økologisk dyrking. For å oppnå disse målene vil det være nødvendig å utvikle alternative praksiser som integrert plantevern (IPM), samtidig som det legges til rette for overgang til økologisk landbruk.

I tillegg til å redusere bruken av plantevernmidler, vil det også være avgjørende å utvikle effektive metoder for å oppdage plantevernmiddelrester og vurdere risikoen for sammensatte eksponeringer fra flere rester. Dette innebærer utvikling av nye metoder for påvisning og nedbrytning av plantevernmidler i mat, samt integrering av grønne kjemiske prinsipper og nanoteknologi for å oppnå mer presis og miljøvennlig deteksjon.

Hvordan matlagingsmetoder påvirker akkumuleringen av tungmetaller i mat

Tungmetaller, som bly, kadmium, og arsenikk, finnes naturlig i miljøet, men deres konsentrasjon har økt betraktelig på grunn av industriell aktivitet, forurensning og ulike menneskelige aktiviteter. Når disse metallene akkumuleres i maten, kan de utgjøre en alvorlig helsefare. Matlagingsmetoder kan i stor grad påvirke nivåene av tungmetaller i mat, og det er avgjørende å forstå hvordan forskjellige behandlinger kan endre mengden av disse giftige stoffene i det vi spiser.

En rekke studier har vist at prosessering og matlaging av mat kan føre til økt eller redusert konsentrasjon av tungmetaller, avhengig av hvilken metode som benyttes. For eksempel, mens noen matlagingsmetoder som steking eller grilling kan føre til at tungmetaller binder seg til matens overflate, kan andre som koking eller damping føre til at disse metallene løses opp i vannet og dermed reduseres i matens sluttprodukt. Det er derfor viktig å vurdere ikke bare hvilke matvarer som er utsatt for tungmetaller, men også hvordan de tilberedes før konsum.

En undersøkelse av Hembrom et al. (2020) antyder at kontamineringen med tungmetaller i ulike matvarer kan variere sterkt, avhengig av både matkilden og behandlingsmetoden. De finner for eksempel at bearbeiding av fisk og kjøtt med varme, enten ved grilling eller røyking, kan føre til høyere nivåer av tungmetaller i forhold til fersk mat, selv om nivåene også kan reduseres ved koking.

Videre, matlagingsmetoder som steking i olje kan føre til dannelse av flere giftige forbindelser, spesielt når oljen blir utsatt for høye temperaturer over tid. Inobeme et al. (2020) viser at steking kan føre til at tungmetaller som kadmium og bly blir mer tilgjengelige for kroppen, ettersom de kan forbli i maten etter tilberedning. Derfor er det viktig å være oppmerksom på hvilke metoder man bruker for å tilberede mat, spesielt for de som har høy risiko for tungmetallforurensning.

For mer sensitive matvarer, som sjømat og grønnsaker som er irrigert med forurenset vann, anbefales det å bruke skånsomme matlagingsmetoder for å minimere helsefarene. Hembrom et al. (2020) advarer om at disse matvarene kan ha høyere konsentrasjon av tungmetaller når de tilberedes på en måte som ikke fjerner kontaminasjonen effektivt.

Det er viktig å merke seg at matlagingsmetodene kan ha forskjellige effekter avhengig av typen tungmetall. For eksempel, Kazemi et al. (2022) fant at koking av sjømat kan redusere konsentrasjonen av kadmium, men at prosesseringen ikke nødvendigvis er like effektiv mot andre metaller, som bly. Derfor kan det være nødvendig å benytte ulike metoder for forskjellige typer matvarer for å oppnå best mulig reduksjon av tungmetallnivåene.

I tillegg til metoden for matlaging, spiller også kvaliteten på råvarene en rolle. Mat som er dyrket eller fanget i forurensede områder vil inneholde høyere nivåer av tungmetaller, og selv de beste matlagingsmetodene vil ikke kunne fjerne dem helt. Dette er et viktig poeng for forbrukere som bor i områder med høy industriell aktivitet eller som har tilgang til mat som potensielt er forurenset. Å kjøpe mat fra pålitelige kilder og fra områder med strenge miljøkontroller er en viktig faktor for å redusere eksponeringen for giftige metaller.

Hvordan planteekstrakter kan redusere dannelsen av heterosykliske aminer (HA) i matvarer under tilberedning

Flere planteekstrakter og antioksidanter har vist seg å kunne hemme dannelsen av heterosykliske aminer (HA) i stekt og grillet kjøtt, en prosess som kan føre til dannelsen av potensielt kreftfremkallende forbindelser. Heterosykliske aminer er organiske forbindelser som dannes når mat, spesielt kjøtt, blir utsatt for høy temperatur ved steking, grilling eller røyking. Studier har identifisert ulike plantekomponenter som kan redusere eller hindre dannelsen av HA, og deres effekt er nært knyttet til deres evne til å fjerne frie radikaler og hemme oksidative reaksjoner.

En av de viktigste klassene av forbindelser som bidrar til denne inhiberingen, er fenoliske forbindelser, som finnes i mange planteekstrakter. Eksempler på slike forbindelser inkluderer klorogensyre, kvercetin, kaempferol, luteolin og flere flavonoider, som har vist seg å ha en betydelig evne til å redusere HA-nivåene. For eksempel viste et eksperiment med muscovy-and, hvor marinering med planteekstrakter som inneholdt disse forbindelsene ble brukt, at innholdet av frie HA ble redusert med opptil 64,43%, og dannelsen av bundne HA ble også betydelig hemmet.

Videre har forskning på blåbærekstrakt vist at tilsetning av slike ekstrakter kan hemme dannelsen av flere typer HA, inkludert IQ, MeIQx, og PhIP, med en reduksjon på opp mot 100% i noen tilfeller. Tilsvarende har rød pepper og druekjerneekstrakt vist seg å være effektive i å redusere dannelsen av HA under tilberedning av kjøtt, og deres antioksidantkapasitet er direkte knyttet til deres evne til å fjerne frie radikaler, som superoksid- og alkoxyfrie radikaler.

Andre planteekstrakter som har blitt testet, inkluderer rosmarin, bambusbladflavonoider, og forskjellige krydder som ingefær, svart pepper og Sichuan-pepper. Ingefær og curcumin har vist variable grader av hemming på både frie og bundne HA i kjøttprodukter, og de oppnådde høyeste nivåene av inhibering på 59,97% for frie HA og 27,42% for bundne HA. Dette er et bevis på hvordan urter og krydder kan være en viktig komponent i redusert risiko for kreftfremkallende forbindelser i kostholdet.

Krydder og urter, som ingefær og rosmarin, inneholder fenoliske syrer og flavonoider, som er primære antioksidanter. Disse forbindelsene kan eliminere frie radikaler og hindre nedbrytningsprodukter av oksiderte lipider, noe som igjen minimerer dannelsen av HA. Dette er også et viktig funn for behandling av bearbeidede kjøttprodukter, der slike plantebaserte tilsetningsstoffer kan være avgjørende for å redusere helserisikoen.

På den andre siden, til tross for de imponerende resultatene fra enkelte ekstrakter, er det viktig å merke seg at noen planteekstrakter ikke nødvendigvis har en universell hemmende effekt på alle typer HA. For eksempel kan druekjerneekstrakt hemme dannelsen av aminosyrederiverte heterosykliske aminer som IQ og MeIQx, men har mindre effekt på pyrolyse-relaterte HA som Harman og Norharman. Dette kan skyldes sterisk hindring i reaksjonsstedene, noe som gjør at visse flavonoider ikke effektivt kan nøytralisere frie radikaler i disse tilfellene.

Det er også viktig å merke seg at selv om tilsetning av visse planteekstrakter kan føre til en betydelig reduksjon i HA-innholdet, kan visse komponenter også føre til en uforutsett økning i dannelsen av spesifikke HA under visse forhold. For eksempel har det blitt observert at noen krydder som stjerneanis og svart pepper kan fremme dannelsen av PhIP ved spesifikke konsentrasjoner, noe som understreker kompleksiteten i hvordan forskjellige krydder og ekstrakter påvirker matlagingens kjemi.

For at den helsemessige gevinsten skal realiseres fullt ut, er det derfor avgjørende å ha en god forståelse av hvordan forskjellige ingredienser fungerer i matlaging og hvordan de samhandler med temperatur og andre komponenter. Å bruke et bredt spekter av urter og krydder, i stedet for å stole på bare én type antioksidant, kan derfor være den mest effektive måten å redusere dannelsen av HA i mat. Det er også viktig å vurdere hvordan disse ingrediensene tilsettes maten, ettersom marineringsprosesser og varigheten på steking kan påvirke effektiviteten til ekstraktene.