Kapseloitu kuminaöljy hillitsee patogeenien kasvua 

Kumina (Carum carvi) on kaksi- tai monivuotinen kasvi, joiden siementen makua on kuvattu maanläheiseksi, aniksen tai lakritsin vivahteikkaaksi. Kumina on yksi Suomen ehdottomasti tärkeimmistä vientiin menevistä maustekasveista: lähes koko vuosituotanto menee vientiin, lähinnä Saksaan, Intiaan ja arabimaihin.

Kuminan viljelyala Suomessa on samaa kokoluokkaa kuin perunan tai sokerijuurikkaan viljelyalat. Suomi tuottaakin arviolta yli neljänneksen koko maailman kuminasta. Suomen ilmasto sopii kuminan viljelyyn hyvin. Se sietää hyvin pohjoisia sääolosuhteita, ja valoisat kesät antavat siemenille aikaa kehittää niiden tunnusomaista aromia ja öljyjä.

Kuminansiemeniä ja kuminan eteeristä öljyä käytetään yllättävän laajasti paitsi elintarvikkeissa, myös rehuissa, lääketeollisuudessa ja kosmetiikkatuotteissa.

Elintarviketeollisuudessa kuminaa voidaan käyttää joko siemeninä tai öljynä. Siementen käyttöä perinteisimmillään ovat mausteseokset tai ruisleipä.

Siementen ohella kuminan eteeriset öljyt ovat potentiaalisia aromi- ja maustekäytössä. Kuminan eteerisen öljyn pääkomponentit ovat limoneeni ja karvoni, joilla on todettu olevan antioksidanttisia ja antimikrobisia ominaisuuksia.

Kumina kykenee estämään sekä bakteerien ja sienten kasvua. Se myös suojaa elintarvikkeita hapettumiselta pidentäen näin elintarvikkeiden säilyvyyttä.

Eteeristen öljyjen kapselointi avuksi?

Eteeristen öljyjen monipuolisista käyttömahdollisuuksista huolimatta niihin liittyy myös rajoituksia, kuten heikko vesiliukoisuus, epämiellyttäväksikin koettu aromi ja maku, fysikaalinen ja kemiallinen epävakaus sekä haihtuvuus. Nämä ominaisuudet vaikeuttavat myös kuminan eteerisen öljyn käyttöä.

Niillä pitoisuuksilla kuminaöljyjä, joilla havaittaisiin positiivinen vaikutus elintarvikkeen säilyvyyteen, voi ilmetä epätoivottuja maku- ja hajuyhdistelmiä. Lisäksi elintarvikkeiden valmistusprosessit voivat vaikuttaa öljyn kemialliseen ja aistittavaan laatuun.

Näiden haasteiden ratkaisemiseksi erityisesti viimeisen vuosikymmenen aikana on hyödynnetty erilaisia kapselointitekniikoita eteeristen öljyjen stabiilisuuden ja tehokkuuden parantamiseksi.

Kapselointi on tehokas strategia bioaktiivisten yhdisteiden suojaamiseksi ympäristötekijöiden aiheuttamalta rasitukselta ja hajoamiselta elintarvikematriisissa varastoinnin aikana. Sitä on laajasti tutkittu kuljetusjärjestelmänä lipofiilisille yhdisteille, kuten eteerisille öljyille, niiden liukoisuuden, stabiilisuuden, läpäisevyyden ja biologisen hyötyosuuden parantamiseksi nauttimisen jälkeen.

Yleisiä kapselointitekniikoita ovat nanoemulsiot, mikroemulsiot, perinteiset emulsiot, liposomit, niosomit, nanorakenteiset lipidikantajat (nanostructured lipid carriers, NLC) sekä kiinteät lipidinanopartikkelit (solid lipid nanoparticles, SLN).

Viime aikoina tutkimuksessa on yhä enemmän hyödynnetty lipidipohjaisia nanokantajia lipofiilisiin bioaktiivisiin yhdisteisiin liittyvien rajoitusten voittamiseksi elintarvikesovelluksissa. Näistä erityisesti geelatut lipidinanopartikkelit (gelled lipid nanoparticles, GLN) ovat nousseet lupaavaksi vaihtoehdoksi.

GLN:t ovat pehmeitä, kiinteähköjä rakenteita, joissa nestemäinen öljy on sitoutunut kolmiulotteiseen geeliverkostoon, joka muodostuu matalalla organogelointiaineiden pitoisuudella. Tällä tavoin GLN:t tarjoavat uudenlaisen alustan lipofiilisten yhdisteiden saatavuuden ja toiminnallisen suorituskyvyn parantamiseen elintarvikesovelluksissa.

Kapselointi tehosti antimikrobisuutta

Itä-Suomen yliopistossa tehdyssä tutkimuksessa selvitettiin Suomessa tuotetun kuminan eteerisen öljyn antimikrobista tehoa sekä kapseloinnin vaikutusta öljyn toimivuuteen1. Öljyä verrattiin vapaana ja kahtena kapseloituna muotona, joista toisena käytettiin emulgointiaineena polysorbaatti 80: ä ja toisessa natriumkaseinaattia.

Kapseloinnissa öljy- ja vesifaasi yhdistettiin korkeanopeuksisella homogenoinnilla, jotta saavutettiin öljylle geeliytynyt nanopartikkeliverkkorakenne. Antimikrobisuutta selvitettiin sekä grampositiivisia Staphylococcus aureus ja Bacillus cereus -bakteereita että gramnegatiivisia Escherichia coli ja Salmonella-bakteereita kohtaan, sekä useita kalantuotantoympäristöstä eristettyjä Listeria monocytogenes -bakteerikantoja kohtaan.

Antimikrobisuustestien perusteella lupaavimpia nanokapseloituja kuminaöljypartikkeleita testattiin haukifileiden säilyvyyskokeilla, jotta voitiin selvittää kapseloidun eteerisen öljyn potentiaalia tuoreen hauen säilyvyyden pidentämisessä todellisissa käyttöolosuhteissa.

Kokeissa havaittiin, että geelatut lipidinanopartikkelit pysyivät testien aikana melko stabiileina, vaikka ajan myötä hiukkaskoko hieman kasvoikin. Vakain yhdiste oli polysorbaatilla emulgoitu öljy.

Antimikrobisuustesteissä Listeria monocytogenes -kantojen välillä havaittiin merkittävää vaihtelua, joka alleviivaa listerian adaptoitumista kasvuympäristöönsä ja laajemminkin sen geneettistä variaatiota.

Haukifileiden säilyvyyttä saatiin pidennettyä käsittelyiden avulla. Kuminaöljyn kapselointi lisäsi sen antimikrobista tehokkuutta samalla kun öljyn tuoksu väheni.

Tuotekohtainen kehitys tarpeen

Kuminan limoneenia ja karvonia sisältävät yhdisteet hillitsevät useiden elintarvikepatogeenien kasvua sekä laboratoriokokeissa että elintarvikesovelluksessa haukifileiden pinnalla. Kapselointi tehostaa kuminaöljyn vaikutusta. Pidentynyt säilyvyysaika voidaan havaita elintarvikkeessa suoraan vähentyneenä bakteeripitoisuutena sekä proteiinien hajoamisen ja epätoivottujen pH:n muutosten hidastumisena.

Kapseloitua kuminaöljyä voitaisiin käyttää luonnollisena säilöntäaineena kalan pintakäsittelyissä ja muissa nopeasti pilaantuvissa elintarvikkeissa. Jatkokehitystä kuitenkin vielä tarvitaan.

Tuotekohtaisesti arvioitavia seikkoja ovat aistinvarainen arviointi ja hyllyikätestit. Prosessiin liittyviä tekijöitä on useita: nanopartikkelien pinnoitus ja partikkelikoon pysyvyys sekä skaalaus teolliseen mittakaavaan. Nanokapselointi, jota tyypillisemmin on käytetty farmaseuttisissa yhdisteissä, voisi tuoda lisäarvoa myös elintarvikesektorille.

Viite:

1 Shad E. ym: Application of Finnish Caraway (Carum carvi) Essential Oil in Gelled Lipid-Based Nanoparticles to Enhance the Shelf-Life of Freshwater Fish, submitted.