ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ (enzymatic browningreaction) คือปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาล (browning reaction)
ชนิดหนึ่งซึงมักพบในอาหารโดยเฉพาะ ผัก (vegetable) ผลไม้ (fruit) ชา กาแฟ โกโก้ และอาหารทะเล โดยเกิดขึ้นบริเวณผิวหน้า
ของอาหาร เมื่อสัมผัสกับออกซิเจนในอากาศ

Enzymatic browning reaction จะเกิดขึ้นได้โดยมีองค์ประกอบที่สำคัญคือ

• สารตั้งต้น (substrate) คือ สารประกอบฟินอล (phenolic compounds) เช่น แคทีชิน (catechins) ซึ่งเป็นสาร flavonoid
  ที่พบมากในใบชา ไทโรซีน (tyrosine) ซึ่งเป็นกรดแอมิโน (amino acid) อาหารทะเล และแทนนิน (tannin) ที่พบในผัก และผลไม้ เป็นต้น
• เอนไซม์ (enzyme) ในกลุ่มฟีนอเลส (phenolase) เช่น polyphenol oxidase (PPO) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ค่า pH ที่เหมาะสม
  ค่าพีเอชท่ีเหมาะสมต่อการทำงานของเอนไซม์ฟีนอเลส อยู่ระหว่าง 5-7
• ออกซิเจน

ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลที่เกี่ยวกับเอนไซม์นี้เป็นปฏิกริยาออกซิเดชัน (oxidation) จะเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ของสิ่งมีชิวิตเกิดการช้ำ
ฉีก ขาด เมื่อถูกกระแทก บด หั่น หรือสับทำให้เอนไซม์ สารที่ทำปฏิกิริยา (substrate) และออกซิเจนเข้ามาสัมผัสกัน
สาร monophenol (ไม่มีสี) จะถูกออกซิไดซ์ เป็นไดฟีนอล (diphenol) ซึ่งไม่มีสี และถูกออกซิไดซ์ต่อเป็น o-quinone
ซึ่งจะทำปฏิกิริยาต่อกับกรดแอมิโนหรือโปรตีนได้เป็นสารสีน้ำตาล และจะรวมตัวกันเป็นพอลิเมอร์ที่มีโมเลกุลใหญ่
และมีสีน้ำตาล เช่น เมลานิน (melanin)

 

 

Enzyatic browing reaction มักพบเป็นปัญหาการเกิดสีน้ำตาล ซึ่งไม่เป็นที่ต้องการ ใน ผัก ผลไม้ เช่น มันฝรั่ง กะท้อน กล้วย ฝรั่ง
ซึ่งจะเกิดขึ้นหลังการปอกเปลือก (peeling) การลดขนาด (size reduction) และยังพบในอาหารทะเลสด เช่น กุ้ง
แต่ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาที่ต้องการให้เกิดขึ้นในการแปรรูปอาหารบางชนิดที่ต้องการให้เกิดสีน้ำตาลเข้ม และเกิดกลิ่นรส
ระหว่างการหมัก เช่น โกโก้ (cocoa) ชา (tea) กาแฟ (coffee) ไซเดอร์ (cyder) ลูกเกด ลูกพรุน อิทผลัม (date)

 

การป้องกันปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ (enzymatic browning reaction)

 

1 การทำให้เอนไซม์ ซึ่งเป็นโปรตีนเสียสภาพธรรมชาติ (protein denaturation) ด้วยวิธีการต่างๆ เช่น

• การใช้ความร้อน เช่น การลวก (blanching) การลวกเป็นการใช้ความร้อนระยะเวลาสั้นๆ เพื่อทำให้เอนไซม์
  สูญเสียสภาพธรรมชาติ จากกราฟด้านล่าง แสดง D value ซึ่งเป็นเวลาที่ใช้ลดปริมาณของเอนไซม์ชนิดต่างๆ
  ในผัก ผลไม้ ลง 90% จากปริมาณเริ่มต้น เอนไซม์ polyphenoloxidase (PPO) มี D value ที่อุณหภูมิ
  ประมาณ 95 องศาเซลเซียส มีค่า เท่ากับ 60 วินาที

D value ของเอนไซม์ที่พบในผักผลไม้สด

 

• การปรับให้เป็นกรด เนื่องจากค่า pH ที่เหมาะสมในการทำงานของเอนไซม์ฟีนอเลส อยู่ระหว่าง 5-7 และเมื่อค่าพีเอชลดลง
  เอนไซม์จะถูกยับยั้งการทำงาน เพราะสูญเสียสภาพธรรมชาติ (protein denaturation) เช่น มีค่า pH ประมาณ 3 หรือต่ำกว่า
  ดังนั้นการปรับค่าพีเอชอาหารด้วยกรดอินทรีย์ เช่น กรดซิตริก (citric acid) กรดมาลิก (malic acid) กรด ฟอสฟอริก
  (phosporic acid) ให้มี pH เท่ากับหรือต่ำกว่า 3 เป็นการยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาสีน้ำตาลได้
• การใช้ Chelating agent เช่น EDTA เพื่อจับกับโลหะที่เป็นองค์ประกอบในโมเลกุลของเอนไซม์ เกิดเป็นสารคีเลต
  ซึ่งเป็นการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์

2. การใช้สารรีดิวซิงเอเจนต์ (reducing agent) เพื่อรีดิวซ์ o-quinone กลับเป็นสารประกอบฟีนอล ซึ่งไม่มีสี สารรีดิวซิงเอเจนต์
    ที่ใช้ได้แก่

• สารซัลไฟต์ (sulfites) เช่น การรมด้วยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ หรือแช่ในสารละลายโซเดียมเมแทไบซัลไฟต์ (sodium metabisulphite)
• กรดอิริทอร์เบต และเกลือของกรดอิริทอร์เบต เช่น โซเดียมอิริทอร์เบต (sodium erythorbate)

3.  การป้องกันไม่ให้สัมผัสกับออกซิเจน เช่น การจุ่มผักผลไม้ในน้ำเชื่อม หรือน้ำเกลือ หรือ.ใช้การบรรจุแบบสูญญากาศ
     (vacuum packaging) หรือการดัดแปรสภาพบรรยากาศ (modified atmosphere packaging, MAP )

 

สารเคมีที่ใช้เพื่อป้องกันการเกิดสีน้ำตาลเนื่องจากเอนไซม์

Carboxylic acid	Ascorbic acid and its derivatives	สารประกอบซัลเฟอร์	Phenolic acid	others
Acetic acid Citric acid Formic acid Lactic acid Malic acid	Ascorbic acid Ascorbate Erythorbic acid Erythorbate	Sulfites Sulfur dioxide Cysteine Methionine Glutathione Histidine	Caffeic acid Chlorogenic acid Cinnamic acid Coumatic acid Feruric acid	4-Hexyl resorcinol Honey Salt (NaCl)

 

References

http://www.thapra.lib.su.ac.th/objects/thesis/fulltext/snamcn/Suvimol_Wattanaphansuk/Fulltext.pdf