Kotimaisille marjoille lisäarvoa bioprosessoinnilla

Bioprosessointien optimointi on tärkeää marjatuotteiden tuotekehityksessä.

Laajojen seurantatutkimusten tulokset osoittavat, että aikuiset saavat monissa Euroopan maissa ja Suomessa ravinnostaan liikaa lihaa ja liian vähän kasviksia, hedelmiä ja marjoja. Suomen ilmasto ei toistaiseksi sovellu monien hedelmien kasvatukseen. Sen sijaan Suomessa on suuret metsämarjavarannot, ja ilmasto soveltuu esimerkiksi tyrnin, marja-aronian, pihlajan ja mustaherukan puutarhaviljelyyn.

Paikallisesti kasvavat tai tuotetut marjat olisivat luonnollinen lisä suomalaisten ravitsemukseen aikana, jolloin ilmastonmuutos luo painetta korvata pitkän matkan rahtina kulkevat raaka-aineet kestävällä lähiruualla. Marjoista voisi myös kehittää monenlaisia lisätyn arvon terveystuotteita vientiin, kuten juomia, lisäravinteita tai välipaloihin lisättäviä jauheita.

Tutkimuksissa pureuduttiin aistittaviin ominaisuuksiin

Marjat sisältävät monia ihmisen terveydelle hyödyllisiä yhdisteitä, kuten värillisiä antosyaaneja, fenolisia happoja ja vitamiineja. Osa näistä yhdisteistä vaikuttaa marjojen aistittaviin ominaisuuksiin aiheuttamalla karvasta makua ja suuta kuivattavaa ja kurtistavaa suutuntumaa, jotka usein koetaan kielteisinä ominaisuuksina. Osaa marjoista käytetään vähän niiden voimakkaasti kielteisten aistittavien ominaisuuksien takia. Bioprosessoinneilla on mahdollista vaikuttaa marjatuotteiden aistittaviin ominaisuuksiin esimerkiksi vapauttamalla sitoutuneita haihtuvia yhdisteitä.

Tähän ongelmaan TT Niina Kelanne ja DI Niko Markkinen pyrkivät väitöskirjoissaan kehittämään ratkaisuja1,2. Kelanne tutki työssään kolmen bioprosessointimenetelmän vaikutuksia puolukan ja mustaherukan aistittaviin ominaisuuksiin. Kelanne käytti puolukan ominaisuuksien muokkaamiseen syklodekstriinejä ja gelatiinia, jotka ovat biopolymeerejä, sekä entsyymikäsittelyitä. Mustaherukasta hän valmisti alkoholipitoista juomaa eri sukuisilla viinihiivoilla.

Markkinen tutki, voidaanko malolaktisella fermentaatiolla vähentää marjojen happamuutta, muokata karvaita ja astringoivia eli suuta kurtistavia fenolisia yhdisteitä tai saada aikaan muita muutoksia, joilla voidaan parantaa marjatuotteiden makua. Molemmat hyödynsivät tutkimuksissaan laajasti analyyttisiä työkaluja, kuten neste- ja kaasukromatografiaa, massaspektrometriaa ja ydinmagneettista resonanssispektroskopiaa.

Kelanteen tutkimuksessa havaittiin gelatiinikäsittelyiden laskevan ja syklodekstriinien nostavan puolukkamehun fenolisten yhdisteiden pitoisuuksia jonkin verran. Syklodekstriinikäsittelyt eivät yksinään muokanneet puolukkamehun aistittavia ominaisuuksia riittävästi, mutta peräkkäinen käsittely gelatiinilla ja syklodekstriinillä vähensi puolukkamehun karvasta makua ja astringoivaa suutuntumaa. Puolukoiden entsyymikäsittelyt osoittivat käsittelyiden optimoinnin tärkeyden: käytetyt entsyymit ovat riippuvaisia joko entsyymin annostuksesta tai lämpökäsittelyajasta.

Markkisen tutkimuksessa havaittiin, että malolaktinen fermentaatio Lactiplantibacillus plantarum -bakteerilla vähentää tyrnimehun happamuutta aiheuttavien ja aroniamehun karvaiden ja suuta kurtistavien yhdisteiden määrää. Lisäksi havaittiin, että L. plantarum -bakteeri tuottaa marjamehuihin säilyvyyttä parantavia yhdisteitä sekä suojaa mehujen C-vitamiinia ja terveysvaikutteisia antosyaanivärejä hapettumiselta.


Uusia tuulia puolukka- ja mustaherukkajuomien valmistuksessa

Kelanteen tutkimuksessa hyödynnetyt syklodekstriinit tai gelatiini suojasivat herkästi hajoavia tai hapettuvia yhdisteistä, kuten antosyaanipigmenttejä, eri näytteenkäsittelyn vaiheissa. Peräkkäinen käsittely gelatiinilla ja syklodekstriinillä muokkasi puolukkamehun makua makeammaksi ja laski karvautta ja astringoivuutta eniten. Gelatiini-syklodekstriinimehu olikin panelistien mielestä miellyttävin.

Entsyymikäsittelyitä käytetään mehuteollisuudessa parantamaan saantoa. Niillä on myös vaikutusta aistittavaan laatuun, koska ne vapauttavat fenolisia ja haihtuvia yhdisteitä. Tutkimuksessa käytettiin viittä eri entsyymivalmistetta ja käsittelyssä kahta entsyymiannostusta ja lämpökäsittelyaikaa. Tulokset paljastivat, että entsyymien toiminta riippuu eri parametreista.

Matalan alkoholipitoisuuden juomat ovat nouseva trendi ympäri maailmaa. Monet Saccharomyces-hiivoihin kuulumattomat hiivat tuottavat luonnollisesti vähemmän etanolia kuin Saccharomyces cerevisiae, minkä vuoksi niillä voidaan helposti valmistaa matalan alkoholipitoisuuden juomia. Näillä hiivoilla on todettu olevan myönteisiä vaikutuksia alkoholijuomien aistittaviin ominaisuuksiin.

Tutkimuksessa valmistettujen viinien välillä oli eroa sekä fenolisten että haihtuvien yhdisteiden suhteen. Esimerkiksi peräkkäiset käymiset Saccharomyces– ja ei-Saccharomyces-hiivalla vaikuttivat vähän värillisien antosyaanien pitoisuuksiin ja laskivat etanolipitoisuuttaa, kun sitä verrataan vain Saccharomyces-hiivalla valmistettuun viiniin. Koulutettu paneeli löysi viineistä eroja vain vähän. Aistittavat erot olivat mustaherukkaisessa ja tunkkaisessa tuoksussa sekä sakeassa suutuntumassa. Erojen aistimisen vaikeus saattoi johtua valmiiden viinien korkeasta sitruunahappo- ja matalasta sokeripitoisuudesta.

Viiniteollisuuden menetelmä sopii marjojen bioprosessointiin

Markkisen työssä käytetty malolaktinen fermentaatio lienee useimmille tuntematon, mutta sillä on iso merkitys viiniteollisuudessa. Lähes kaikki punaviinit ja noin 20 prosenttia valkoviineistä käyvät läpi tämän prosessin alkoholikäymisen päätteeksi tai sen aikana. Hiivojen merkitys viinien valmistuksessa on yleisessä tiedossa, mutta maitohappobakteereilla on oma roolinsa siinä, millaiseksi viinin maku- ja aromiprofiili lopulta kehittyvät.

Malolaktisen fermentaation aikana etanolia sietävät mikrobit muokkaavat viinin sokereista, sitruunahaposta, aminohapoista ja aromiyhdisteistä uusia tuoksuvia yhdisteitä, mikä puolestaan muokkaa viinin aromiprofiilia. Olennaisinta on omenahapon muokkaus maitohapoksi, mistä menetelmän nimikin on peräisin: alkuosa malo viittaa omenahappoon ja loppuosa lactic maitohappoon. Tämä muokkaus vähentää viinin happamuutta, koska omenahappo maistuu voimakkaammalta kuin maitohappo.

Markkisen tutkimuksen yksi tavoite oli selvittää olosuhteet, joissa malolaktinen fermentaatio onnistuu parhaiten. Käytännössä selvitettiin, miten happamuudensäätö, fermentaatioaika, elatusaineen koostumus ja mikrobikanta vaikuttavat fermentaatioon. Elatusaine on materiaali, jossa mikrobibiomassaa tuotetaan fermentaatiota varten.

Markkisen tutkimusten keskeinen tulos oli se, että malolaktista fermentaatiota tehostavat sekä happamuudensäätö että elatusaineen muokkaus. Happamuudensäätö lisäsi sokerien muokkausta maitohapoksi, mikä ei ollut toivottavaa. Samaan aikaan aminohappojen ja kviinihapon muokkaus toisiksi yhdisteiksi kasvoi, minkä seurauksena mehuun muodostui enemmän säilyvyyttä parantavia yhdisteitä, kuten maito-, etikka- ja fenyylimaitohappoa. Aiempien tutkimusten mukaan nämä kolme yhdistettä toimivat synergiassa, eli ne vahvistavat toistensa antimikrobisia ominaisuuksia. Näissä mehuissa havaittiin myös C-vitamiinin säilyvän paremmin.

C-vitamiinia, eli askorbiinihappoa, on tyrnimarjassa huomattavan suuria määriä, mutta yhdiste on herkkä hajoamaan hapen, kuumuuden ja UV-säteilyn vaikutuksesta. Myös pitkäaikainen säilytys voi vähentää C-vitamiinin määrää elintarvikkeessa. Saatu tulos antoi viitteitä siitä, että malolaktisella fermentaatiolla voi parantaa C-vitamiinin säilyvyyttä tyrnimehussa. Samankaltainen tulos havaittiin myös marja-aronian antosyaaniväreissä, jotka C-vitamiinin lailla tuhoutuvat herkästi prosessoinnin ja säilytyksen aikana.

Kelanteen tutkimukset osoittivat, että biopolymeerit ja -prosessoinnit ovat potentiaalisia työkaluja puolukka- ja mustaherukkatuotteiden valmistuksessa. Markkisen tutkimuksen mukaan maitohappobakteereilla voidaan vaikuttaa samanaikaisesti marjatuotteiden flavoriin ja säilyvyyteen. Tutkimukset yhdessä osoittivat, että bioprosessointien optimointi on tärkeää marjatuotteiden tuotekehityksessä.

Viitteet:

1 Kelanne N. 2021. Novel Bioprocessing for Increasing Consumption of Nordic Berries. Doctoral Theses in Food Sciences at The University of Turku.

urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-8526-5

2 Markkinen N. 2021. Bioprocessing of Berry Materials with Malolactic Fermentation. Doctoral Theses in Food Sciences at The University of Turku.

urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-8622-4

Kommentit

Jätä kommentti