Fizjologia minimalnie przetworzonych owoców i warzyw.  
 
na podstawie Brecht J.K. HortScience 30(1) 1995 
 
W celu zaspokojenia wzrastających wymagań konsumentów przemysł spoŜywczy (przetwór-
stwo owocowo- warzywne) wprowadza technologie łagodnego przetwarzania warzyw i owo-
ców, w celu otrzymania produktów gotowych albo prawie gotowych do spoŜycia a jednocze-
śnie świeŜych albo o zachowanej świeŜości. 
Fizjologia  minimalnie  przetworzonych  owoców  i  warzyw  jest  właściwie  fizjologią  tkanek 
uszkodzonych  mechanicznie  (zranionych).  Typ  przetwarzania,  o  którym  mowa,  polega  na 
usunięciu  zanieczyszczeń,  obraniu  i  pokrojeniu  we  właściwy  sposób  (w  plasterki,  w  kostkę, 
poszatkowaniu) owoców i warzyw. MoŜna więc wnosić, Ŝe tak potraktowane tkanki będą się 
zachowywać w sposób właściwy dla tych, które zostały mechanicznie uszkodzone albo pod-
dane innym strasom. To zachowanie przejawia się ogólnie rzec biorąc wzrostem tempa oddy-
chania  i  produkcji  etylenu,  w  niektórych  przypadkach  indukcją  procesów  prowadzących  do 
zaleczania  (zabliźniania  zranień).  Innymi  konsekwencjami  zranienia  są  ciemnienie  enzyma-
tyczne, oksydacja lipidów, utrata wody. 
 
 
1. Indukcja syntezy etylenu. 
Etylen  jest  najprostszą  olefiną  występującą  w  temperaturach  biologicznych  w  stanie  gazo-
wym. Jest fizjologicznie aktywny w ilościach śladowych (0,1 ppm). U roślin powstaje z me-
tioniny poprzez S- adenozylometioninę (SAM), w reakcji katalizowanej przez syntazę SAM, 
przy  udziale  ATP.  Bezpośrednim  prekursorem  etylenu  jest  kwas  1-amino-cyklopropano-  1- 
karboksylowy (ACC), syntetyzowany z SAM przy udziale syntazy ACC. Reakcja ta jest uwa-
Ŝana za punkt limitujący syntezę etylenu. Syntaza ACC jest enzymem cytoplazmatycznym, jej 
biosynteza  i  aktywność  są  kontrolowane  przez  szereg  czynników  środowiskowych  i  we-
wnętrznych,  indukujących  syntezę  róŜnych  form  enzymu.  W  wyniku  reakcji  katalizowanej 
przez syntazę ACC powstaje teŜ metylotioadenozyna, wykorzystywana do regeneracji metio-
niny. 
Konwersja  kwasu  1-  amino-cyklopropano-1-karboksylowego  w  etylen,  zaleŜna  od  O

2

,  jest 

katalizowana przez oksydazę ACC, uwaŜaną za enzym konstytucyjny. 
Zranienie  tkanek  roślinnych  indukuje  produkcję  etylenu  (zwanego  etylenem  zranienia  albo 
stresowym), czasami w ciągu kilku minut od zadziałania stresu, najczęściej w ciągu godziny. 
Pik produkcji pojawia się w przeciągu 6 do 12 godzin od zadziałania czynnika. Etylen zranie-
nia moŜe przyspieszać procesy starzenia w tkankach wegetatywnych oraz procesy dojrzewa-
nia owoców klimakterycznych. 
Etylen  wytwarzany  w  wyniku  mechanicznego  uszkodzenia  tkanek  stymuluje  procesy  odde-
chowe, powoduje wzrost aktywności enzymów (np. peroksydazy, amoniakoliazy fenyloalani-
ny, oksydazy polifenolowej, poligalakturonazy, α-amylazy), zwiększa przepuszczalność błon, 
przyspiesza rozkład chlorofilu w tkankach zielonych (prawdopodobnie przez indukcję syntezy 
chlorofilazy). 
 

 

 
2.Degradacja lipidów błon komórkowych. 
Zranienie tkanek moŜe przyczyniać się do degradacji lipidów wchodzących w skład błon ko-
mórkowych. Prowadzi to do utraty lipidowych składników błony, czego skutkiem moŜe być 
zniszczenie kompartymentacji w komórkach. Etylen zranienia moŜe grać  rolę w tych proce-
sach poprzez zwiększanie przepuszczalności błon oraz redukowanie biosyntezy fosfolipidów. 
Reakcje enzymatyczne katalizowane przez hydrolazy lipidów i fosfolipazę D przyczyniają się 
do  uwalniania  wolnych  kwasów  tłuszczowych  z  membran.  Kwasy  tłuszczowe  z  kolei  mogą 
wpływać  toksycznie  na  wiele  procesów  zachodzących  w  komórkach,  mogą  np.  powodować 
lizę organelli, reagować  z białkami unieczynniając je.  Lipoksygenaza katalizująca utlenianie 
nienasyconych kwasów tłuszczowych generuje wolne rodniki, zdolne do atakowania nienaru-
szonych membran. Enzym ten jest takŜe zaangaŜowany w wytwarzanie poŜądanych i niepo-
Ŝądanych związków lotnych.  
 
 
 
 

3. Wzrost tempa oddychania. 
Tkanki zranione charakteryzują się wzmoŜonym oddychaniem. Jest to konsekwencja produk-
cji etylenu, który stymuluje procesy oddechowe. 
 
4. Ciemnienie enzymatyczne. 
Powierzchnia zranionych tkanek owoców i warzyw przebarwia się, w wyniku zajścia procesu 
ciemnienia enzymatycznego. Ciemnienie enzymatyczne jest czynnikiem limitującym długość 
czasu przechowywania warzyw i owoców minimalnie przetworzonych. 
Przyczyną  ciemnienia  enzymatycznego  są  reakcje  katalizowane  przez  enzym  oksydazę  o-
difenolową  (enzym  ten  nazywany  jest  takŜe  polifenolooksydazą,  oksydazą  katecholową,  ka-
techolazą). W wyniku zniszczenia kompartymentacji komórek, dochodzi do zetknięcia enzy-
mu z substratami, którymi są związki fenolowe. W komórkach nieuszkodzonych enzym wy-
stępuje  w  formie  nieczynnej.  W  momencie  zadziałania  stresu  mechanicznego  zranienia  do-
chodzi do aktywacji enzymu (mechanizmy aktywacji nie do końca zostały rozpoznane, suge-
ruje się ograniczoną proteolizę i zmiany konformacyjne białka enzymatycznego, stwierdzono 
wzrost  rozpuszczalności  enzymu  po  aktywacji).  Ponadto  po  zniszczeniu  błon  biologicznych 
enzym styka się ze swoimi substratami, które zwykle w nienaruszonych  komórkach zlokali-
zowane są w wakuoli.  
Oksydaza o-difenolowa występuje w organellach: chloroplastach, mitochondriach i peroksy-
somach  w  postaci  związanej  z  błonami,  ale  stwierdza  się  takŜe  jej  obecność  w  cytozolu  w 
formie rozpuszczalnej. 
WyróŜnia się dwie aktywności enzymu nazywanego polifenolooksydazą (PPO). Jedna z nich 
polega na katalizowaniu reakcji utlenienia o-difenoli z udziałem tlenu cząsteczkowego do o-
chinonów  (produktem  reakcji  jest  teŜ  woda).  Jest  to  tak  zwana  aktywność  katecholazowa 
(stąd nazwa enzymu katecholaza, oksydaza o-difenolowa). W nomenklaturze enzymatycznej 
enzym ten ma symbol EC 1.10.3.2. Substratami tej reakcji mogą być wszelkie związki feno-
lowe,  w  których  grupy  OH  znajdują  się  w  połoŜeniu  orto,  czyli  np.  katechol.  W  przypadku 
owoców  i  warzyw  bardzo  powszechnym  substratem  tego  enzymu  jest  kwas  chlorogenowy 
(kwas 5’ kawowochinowy). 
Druga z aktywności polega na wstawieniu tlenu do pierścienia aromatycznego w pozycji orto 
do  istniejącej  grupy  OH,  czyli  przekształceniu  monofenoli  w  o-difenole.  Powstałe  o-fenole 
ulegają  następnie  zwykle  utlenieniu  do  chinonów.  Aktywność  tę  nazywa  się  krezolazową, 
enzym często tyrozynazą, ze względu na to, Ŝe substratem jest tyrozyna. Tyrozynaza otrzyma-
ła numer EC 1.14.18.1. 
Oksydaza polifenolowa jest miedzioproteiną. W centrum aktywnym posiada dwa atomy mie-
dzi, połączone, kaŜdy z  osobna, z trzema resztami histydyny białka enzymatycznego wiąza-
niem  koordynacyjnym.  Enzym  moŜe  występować  w  trzech  formach  redoks.  W  formie  utle-
nionej met, w której jony Cu

2+

 połączone są za pomocą cząsteczki wody; w formie zreduko-

wanej  deoksy,  w  której  jednego  jonu  Cu

+

  dołączona  jest  koordynacyjnie  cząsteczka  wody, 

drugi  jon  Cu

+

  ma  wolne  miejsce  koordynacyjne;  w  formie  utlenowanej  oksy 

Cu

2+

-O

2

-Cu

2+

. 

 

 

Na  schemacie  przedstawiono  reakcje  katalizowane  przez  tyrozynazę.  Ed-  forma  deoksy  en-
zymu  przechodzi  w  formę  oksy  (E

ox

)  po  przyłączeniu  cząsteczki  O

2

.  Enzym  w  formie  oksy 

moŜe  zarówno  reagować  z  o-difenolami  (D)  jak  i  monofenolami  (M).  W  wyniku  reakcji  z 
monofenolami powstają o-difenole, które mogą być uwalniane do środowiska (enzym będzie 
więc produkował o-difenole), w wyniku czego powstaje forma met enzymu (E

m

) albo mogą 

być utlenione do chinonów, generując formę deoksy enzymu. Jeśli forma oksy przereaguje z 
o-difenolem powstanie chinon i forma met enzymu. Z kolei forma met jest zdolna do utlenie-
nia o-difenolu do chinonu. Forma met moŜe teŜ związać monofenol tworząc kompleks koń-
cowy E

m

M, nieulegający dalszym przemianom. 

PoniŜej schemat reakcji utlenienia tyrozyny przez PPO. 
 

 

Przemiany dopachinonu przebiegają na drodze nieenzymatycznej do wytworzenia brązowych 
barwników melaninowych. 

W przypadku, w którym PPO utlenia o-difenole, powstały o-chinon ulega wtórnej hydroksy-
lacji,  w  wyniku  czego  tworzą  się  fenole  z  trzema  grupami  OH.  Powstałe  trihydroksyfenole 
reagują z o-chinonami. W wyniku tej reakcji powstają hydroksychinony podlegające sponta-
nicznej polimeryzacji do brązowych melanin.  
 
Sposoby ograniczania albo zapobiegania enzymatycznemu ciemnieniu w Ŝywności. 
Ciemnienie enzymatyczne pojawia się w obecności trzech składników: tlenu, aktywnego en-
zymu oraz jego substratów. Pozbycie się jednego ze składników zapobiegnie zajściu reakcji. 
Ponadto  zastosowanie  związków  redukujących,  zdolnych  do  redukcji  chinonów  do  wyjścio-
wych  fenoli  teŜ  moŜe  być  skutecznym  sposobem  zapobiegania  reakcji  ciemnienia  enzyma-
tycznego. 

a)  cieplna denaturacja PPO 
b)  chemiczna inhibicja PPO. Bardzo efektywnymi inhibitorami są siarczyny, ale ich sto-

sowanie jest ograniczane, ze względu na to, Ŝe mogą być przyczyną powstawania ob-
cego smaku i zapachu po ogrzaniu, przyczyniają się do strat witaminy B

1 

a takŜe reak-

cji alergicznych osób cierpiących na astmę. Siarczyny mogą bezpośrednio inaktywo-
wać  enzym, mogą teŜ tworzyć produkty (monosulfoniany) z fenolami,   których PPO 
nie  jest  zdolna  utleniać.  Ponadto  siarczyny  reagują  z  chinonami  tworząc  bezbarwne 
produkty i zapobiegając dalszym nieenzymatycznym przemianom chinonów w barw-
niki  melaninowe.  Środki  zakwaszające,  np.  kwas  cytrynowy,  hamują  aktywność  en-
zymu poprzez obniŜanie pH do wartości poniŜej optimum (optymalne wartości pH dla 
większości oksydaz o-difenolowych mieszczą się w granicach 4-7). Ponadto obniŜenie 
pH  do  wartości  niŜszej  od  5  hamuje  teŜ  istotnie  reakcje,  w  wyniku  której  powstają 
barwniki melaninowe na drodze nieenzymatycznej (czyli etapy ciemnienia następują-
ce  po  wytworzeniu  chinonów).  Związki  chelatujące  (np.  EDTA  albo  wspomniany 
kwas    cytrynowy)  wpływają  hamująco  na  aktywność  polifenolooksydazy  poprzez 
wiązanie jonów miedzi znajdujących się w centrum aktywnym. 

c)  związki redukujące o-chinony do związków fenolowych hamują ciemnienie enzyma-

tyczne.  Kwas  askorbinowy  i  D-izoaskorbinowy  są  uŜywane  w  celu  zapobiegania 
ciemnieniu enzymatycznemu od wielu lat. UwaŜa się równieŜ, Ŝe kwas askorbinowy 
moŜe bezpośrednio wpływać na aktywność PPO, poprzez redukowanie jonów miedzi 
w centrum aktywnym enzymu.  

d)  wykluczenie  tlenu.  Najprostszym  sposobem  wykluczenia  obecności  tlenu  jest  zanu-

rzenie w wodzie pokrojonych owoców czy warzyw (tak np. postępuje się z obranymi 
ziemniakami przed gotowaniem albo smaŜeniem). MoŜna pakować owoce lub warzy-
wa  minimalnie  przetworzone  próŜniowo.  MoŜna  powlekać  je  jadalnymi  powłokami 
nieprzepuszczalnymi dla tlenu albo zanurzać w roztworze kwasu askorbinowego, któ-
ry jak wiadomo, utleniając się efektywnie usuwa tlen ze środowiska.  

 
 
Do  ciemnienia  enzymatycznego  przyczynia  się  pośrednio  amoniakoliaza  fenyloalaniny  (EC 
4.3.1.5)  -  enzym  katalizujący  kluczową  reakcję  szlaku  fenylopropanoidowego  (którego  pro-
duktami  są  kwasy  fenylopropenowe-  m.in.  substraty  oksydazy  polifenolowej):  dezaminację 
fenyloalaniny do kwasu trans cynamonowego. 
 
 
 
 

 

reakcja powstawania kwasu cynamonowego z fenyloalaniny 

 
 
Enzym ten zlokalizowany jest w cytozolu. Posiada budowę tetrameryczną.  
Zarówno  etylen  jak  i  zranienie  indukują  syntezę  białka  enzymatycznego  poprzez  róŜne  me-
chanizmy.  Wykazano,  Ŝe  mechaniczne  uszkodzenie  tkanek  spichrzowych  przyczynia  się  do 
wzrostu  aktywności  enzymu  na  drodze  syntezy  białka,  po  czasie  zwłoki  od  3  do  6  godzin. 
Aktywność osiąga maksymalną wartość w ciągu 1- 2 dni od zadziałania czynnika. 
 
5. Zabliźnianie zranień 
W miejscu zranienia dochodzi do produkcji i odkładania ligniny bądź suberyny, czyli procesu 
zaleczania  zranień  (wound  healing),  czemu  towarzyszy  podział  komórek  leŜących  pod  war-
stwą  suberyny  i  tworzenie  perydermy.  Pierwszą  zmianą  obserwowaną  na  zranionej  mecha-
nicznie powierzchni jest wysychanie warstwy uszkodzonych komórek oraz kilku warstw są-
siednich. Suberynizacja kolejnych warstw komórek pojawia się w wielu tkankach, np. w przy-
padku uszkodzenia bulwy ziemniaka, korzeni marchwi, owocu pomidora i ogórka. Lignifika-
cji ulegają zranione skórki pomarańczy. 
W  procesy  zaleczania  zranień  zaangaŜowana  jest  peroksydaza  nieswoista,  której  wzrost  ak-
tywności obserwuje się w tkankach zranionych. Peroksydaza ta (EC 1.11.1.7), często określa-
na jest mianem gwajakolowej ze względu na to, Ŝe związek ten uŜywany jest jako substrat w 
analizach.  Enzym  ten  jest  hemoproteiną  o  grupie  prostetycznej  w  postaci  niekowalencyjnie 
związanej  protoporfiryny  IX  z  Fe

3+

,  z  przyłączonym  glukanem  oraz  wapniem.  Peroksydaza 

gwajakolowa zlokalizowana jest w wakuoli, cytozolu i ścianie komórkowej.  
Podstawową  reakcją  katalizowaną  przez  ten  enzym  jest  jednowartościowe  utlenianie  AH

2

 

przez H

2

O

2

, w wyniku czego powstaje produkt rodnikowy (AH

•

). Dwie cząsteczki tego pro-

duktu reagują ze sobą, tworząc stabilny produkt utlenienia. 
2 AH

•

 → AH

2

 + A 

 

 

 
Mianem klasycznego cyklu peroksydacyjnego określa się reakcje prowadzące do syntezy po-
limerów  ligninowych.  Powstałe  w  wyniku  reakcji  katalizowanej  przez  peroksydazę  nieswo-
istą  rodniki  fenoksylowe  alkoholi:  koniferylowego,  kumarylowego  i  synapilowego,  ulegają 
spontanicznej polimeryzacji do polimerów fenolowych. 

 

a) wzory strukturalne alkoholi: kumarylowego, koniferylowego i synapilowego 
b) rodniki powstające z alkoholi w wyniku akcji peroksydazy i ich formy mezomeryczne 
c) fragment proponowanej struktury ligniny 

Peroksydaza nieswoista ma takŜe swój udział w reakcji ciemnienia enzymatycznego. 
 
6. Metabolity wtórne 
W odpowiedzi na zranienie, rośliny syntetyzują cały wachlarz wtórnych metabolitów, spośród 
których  wiele  jest  zaangaŜowanych  w  zaleczenie  zranień,  w  odpowiedź  na  atak  patogenów. 
W niektórych przypadkach związki te mogą wpływać na smak, zapach, wygląd oraz wartość 
odŜywczą produktów minimalnie przetworzonych. Składniki produkowane w odpowiedzi na 
stres zranienia naleŜą do róŜnych klas związków: fenoli fenylopropanoidowych, fenoli polike-
tydowych,  flawonoidów,  terpenoidów,  alkaloidów,  tanin,  glukozynolanów,  długołańcucho-
wych kwasów tłuszczowych i alkoholi. 
W  przypadku  zranienia  korzeni  marchwi  syntetyzowany  jest  związek,  będący  przyczyną 
gorzknienia korzeni- izokumaryna (6-metoksymeleina). Związek ten naleŜy do fenoli polike-
tydowych,  których  synteza  przebiega  na  drodze  kondensacji  1  cząsteczki  acetylo-  CoA  z  3 
cząsteczkami malonylo- CoA. 
 

     

 

                          

izokumaryna 

 
 

Izokumaryna nie jest obecna w zdrowych korzeniach marchwi. Syntezę de novo tego związku 
wywołuje wiele czynników biotycznych i abiotycznych. Izokumaryna jest zaliczana do fitoa-
leksyn,  czyli  małocząsteczkowych  związków  postinfekcyjnych  dających  reakcje  odporno-
ściowe, powstających na skutek zakaŜenia mikroorganizmami.