Kaster nytt lys over solsmaken

Fotooksidasjon er et stort problem og en utfordring ved lagring av en rekke matvarer. Særlig er meieriprodukter utsatt, fordi de inneholder lysfølsomme molekyler. "Solsmak" på melk er et eksempel.

Kontaktperson
Portrettbilde av Jens Petter Wold
Jens Petter Wold

Seniorforsker
Tlf.: +47 959 79 749
jens.petter.wold@nofima.no

Fakta

"Understanding and measuring light-induced oxidation in dairy products" ble gjennomført I perioden 2006 – 2008 og finansiert av Norges forskningsråd. Jens Petter Wold ved Nofima Mat (tidligere Matforsk) var prosjektleder. Andre deltakere i prosjektet var København Universitet og Radiumhospitalet.

Gjennom et nylig avsluttet forskningsprosjekt har man lært mer om hvorfor og hvordan fotooksidasjonen oppstår. Det gjør det enklere for meieriindustrien å best mulig kunne beskytte produktene mot denne kvalitetsforringelsen. "Solsmak" oppstår på melk og andre meieriprodukter over tid når de eksponeres for lys, for eksempel når de står i sola eller i kjøledisken i butikken.

Ikke bare riboflavin
Hvis man forstår mekanismene for fotooksidasjon forstår man også bedre hvordan effektene kan minimeres. Meieriprodukter inneholder riboflavin, som er meget lyssensitivt og kan starte fotooksidasjon. Det har vært allment akseptert at riboflavin er ansvarlig for fotooksidasjon i meieriprodukter. Historisk har imidlertid noen få studier indikert at det må være også andre årsaker til fotooksidasjon. Rett i forkant av dette prosjektet oppdaget forskere ved Nofima Mat at det også finnes andre lysfølsomme stoffer i meieriprodukter, nemlig rester av klorofyll samt ulike porfyriner. Dette ble oppdaget ved bruk av fluorescensspektroskopi, målinger gjort direkte på produkter som smør, ost, rømme og melk. Figur 1 viser hvordan ett enkelt fluorescensspekter inneholder kvantitativ informasjon om flere ulike lysfølsomme molekyler (sensibilisatorer). Når produktet belyses vil de ulike stoffene brytes ned. Den nedbrytningen kan måles direkte med denne metoden. Nå kan man derfor måle initiering av oksidasjonsprosessene og også se hvilke sensibilisatorer som faktisk bidrar til å starte dem.

Ny kunnskap
Klorofyll og porfyriner er meget effektive, og vi har i løpet av prosjektet funnet ut at riboflavin trolig spiller en beskjeden rolle i fotooksidasjonen. I prosjektet karakteriserte vi de ulike lysfølsomme stoffene. Dette ble gjort på to ulike måter. Den ene var å sammenligne fluorescenstoppene i for eksempel smør med fluorescensspektra fra opplagte kandidater, ulike porfyriner og kloriner. Kombinert med dette har vi gjennomført nøye designede belysningsforsøk og fluorescensspektroskopi. Slik har vi påvist og delvis karakterisert de aktive fotosensibilisatorene. Foruten riboflavin, har vi funnet protoporfyrin, hematoporfyrin, et klorofyll a derivat, samt to foreløpig ukarakteriserte porfyriner. Ved bruk av kjemometri kan konsentrasjonen for hvert enkelt av disse lysfølsomme stoffene følges som funksjon av for eksempel farge på lyset, belysningstid og oksygennivå i pakningene. Dette gir oss helt ny informasjon om fotooksidasjonsprosessene i meieriprodukter.

Små konsentrasjoner
Ved bruk av fluorescensspektroskopi har vi også kvantifisert mengden protoporfyrin og hematoporfyrin i smør. Konsentrasjonen er svært lav, mellom 0 og 0.02 ppm. Den lave konsentrasjonen kan forklare hvorfor man ikke har vært oppmerksom på disse stoffene i meieriprodukter tidligere. Tilsynelatende er det slik at jo mer fett det er i et produkt desto høyere konsentrasjon er det av porfyriner; mye i smørolje og smør, moe mindre i ost, og enda mindre i fløte og melk. Det er påfallende at disse lave konsentrasjonene likevel er tilstrekkelig til å igangsette og forårsake markant fotooksidasjon.

Alt lys ødelegger
De ulike lysfølsomme stoffene absorberer lys ved forskjellige bølgelengder. Tradisjonelt har man trodd at synlig lys i området 400-500 nm (fiolett og blått) har vært det mest skadelige, siden riboflavin absorberer i dette området. Resultatene i dette prosjektet viser at lys fra hele det synlige spekteret initierer fotooksidasjon. På hvitost har vi sett at blått og fiolett lys har størst effekt fordi porfyriner og klorofyll absorberer kraftig i dette området, deretter rødt lys, men også gult og grønt lys initierer fotooksidasjon. For smør er situasjonen noe annerledes, der for eksempel grønt lys har en nesten like negativ effekt som rødt lys. Slik sett er resultatene litt nedslående for industrien; alt synlig lys vil initiere oksidasjon i meieriprodukter. Den beste beskyttelsen er derfor å blokkere ute så mye lys som mulig. Det at grønt lys for enkelte produkter er mindre skadelig, kommer av at absorpsjonen av grønt lys er svak.

Følsomme metoder
Foruten å kunne forklare en del av de fotoreaktive mekanismene, har vi vist at fluorescensmålinger direkte på prøver av smør eller ost er en meget effektiv og følsom metode for måling/kvantifisering av lysindusert oksidasjon. Både nedbrytning av de ulike sensibilisatorene og dannelsen av oksidasjonsprodukter kan måles, men det er selve nedbrytningen av de lysfølsomme stoffene som er en god markør for tidlig fotooksidasjon. Fluorescens fra oksidasjonsprodukter er nemlig målbare først lenge etter at den sensoriske kvaliteten er forringet. Det samme gjelder langt på vei standardmetoder som brukes på dette området. I dette prosjektet har vi konsekvent brukt sensorisk analyse som referansemålinger for tidlig/svak fotooksidasjon, siden denne metoden har vist seg å være mest sensitiv og nøyaktig. Den eneste metoden som er like følsom som sensorikk er fluorescens.

Komplekse svar
Hvilke stoffer er ansvarlige for fotooksidasjon? Dette er svært vanskelig å svare presist på. Siden det er seks ulike sensibilisatorer i samme system, med svært overlappende spektra, er det vanskelig å tilskrive noen av dem større effekt enn andre. Gjennom designede forsøk har vi imidlertid sett at fotonedbrytningen av ulike porfyriner og klorofyll har stor effekt på oksidasjon, samt at riboflavin trolig ikke har en viktig rolle. Dette til tross for at konsentrasjonen til riboflavin er 10000 ganger større enn flere av de andre stoffene. Avhengig av både produkt, belysningsforhold og mengde tilgjengelig oksygen, så vil forskjellige fotosensitive stoffer bidra med varierende effekt.
Det at de ulike molekylene brytes ned forskjellig av ulikt lys er velkjent, men vi har observert at de også påvirkes ulikt av varierende oksygenkonsentrasjon. Vi har også sett at der det er mange naturlig forekommende lyssensitive stoffer, vil disse til en viss grad konkurrere om å absorbere innfallende lys. Derfor er det slik at enkelte lysfølsomme stoffer som forkommer i svært lave konsentrasjoner kan generere langt sterkere fotooksidasjon enn dem som er tilstede i vesentlig høyere konsentrasjoner. Dette er en kompleks materie, som er vanskelig å komme til bunns i. Vi har begynt å sammenligne fotonedbrytning av de lysfølsomme stoffene med dannelse av frie radikaler. Dette arbeidet fortsetter i samarbeid med København Universitet.

Kreftbehandling
De fotooksidative prosessene som skjer i meieriprodukter er de samme prosesser man baserer såkalt fotodynamisk kreftterapi (PDT) på: Bestemte foto-sensibilisatorer injiseres i blodet eller smøres direkte på hudkreft. Fotosensibilisatorene akkumuleres i kreftvevet som så belyses. Ved belysning destrueres kreftvevet på grunn av fotooksidasjon. Radiumhospitalet har lang erfaring med denne type behandling og har vært i forskningsfronten når det gjelder forståelse og utvikling av metoden. I dette prosjektet har samarbeidet med Radiumhospitalet vært til uvurderlig nytte for både å forstå en del av funnene, samt til å planlegge viktige steg videre i arbeidet.

Innen PDT brukes gjerne kun én fotosensibilisator, og de fleste publiserte studier av hvordan behandling påvirkes av faktorer som oksygenkonsentrasjon og belysningstid er gjort på systemer med kun ett lysfølsomt stoff. Det at vi har minst seks lysfølsomme stoffer i meieriprodukter gjør systemene meget komplekse, og detaljert tolkning av resultatene blir vanskelig.

Effektiv analyse betinger bruk av kjemometriske teknikker for å skille de ulike komponentene, og på dette området har vi hatt et verdifullt samarbeid med København Universitet.

 Råvare og prosess  

Relatert innhold