Miten lämpökäsittely vaikuttaa tomaatin vitamiinien ja karotenoidien saatavuuteen ruoansulatuksessa?

Ruoan prosessointi mielletään nykypäivänä negatiiviseksi ja ruoan laatua heikentäväksi tekijäksi. Näin ei kuitenkaan aina ole, sillä joidenkin elintarvikkeiden ravitsemuksellinen laatu paranee prosessoinnin seurauksena. Tomaatti on lähes joka kotitaloudelle tuttu vihannes, ja siitä on prosessoitu kuluttajille useita erilaisia elintarvikkeita. Tarkastellaan näistä prosessoiduista tomaattituotteista ketsuppia, tomaattimurskaa ja tomaattipyreetä, ja syvennytään nimenomaan lämpökäsittelyn eli tomaatin kuumennuksen vaikutusta. Tutkimustulokset ovat osoittaneet, että prosessoidut tomaattituotteet ovat parempia karotenoidien saannin kannalta verrattuna tuoreeseen tomaattiin, koska karotenoidit ovat tällöin paremmin ruuansulatuksen käytettävissä. Toisaalta tutkimukset osoittivat myös, että vitamiinit kärsivät tomaattien lämpökäsittelyn aikana ja niiden vitamiinipitoisuus pienenee.

Erilaiset prosessoidut tomaattivalmisteet ja niiden prosessointi

Tuoreesta tomaatista prosessoitavien elintarvikkeiden, kuten ketsupin, tomaattipyreen ja tomaattimurskan lämpökäsittelyvaihe on pääpiirteittäin samanlainen. Lämpökäsittelyvaiheen aikana ketsuppiin ja pyreeseen käytettävät tuoreet tomaatit käsitellään siten, että tomaatista poistetaan siemenet ja tomaatin kuori. Tomaatit kulkevat soseutuskoneen läpi, jossa lämpökäsittely tapahtuu ja lopulta koneesta tulee ulos soseutettua tomaattia. Tämän vaiheen jälkeen sose höyrystetään, jotta sen koostumuksesta tulee kiinteämpi. Soseutuksen jälkeen tomaattisoseen prosessointi on viimeistelyä vaille valmis, mutta ketsupin prosessointia jatketaan. Ketsuppiin lisätään soseutuksen jälkeen etikkaa, suolaa, sokeria ja muita aineita, joista ketsupille tyypillinen maku muodostuu. Lopuksi ketsuppiseosta keitetään ja se säilötään ketsuppipulloon.

Tomaattimurskan prosessointi on hieman erityylinen, sillä sitä keitetään hetken, kunnes tomaatin kuori irtoaa. Tämä jälkeen tomaatista poistetaan mm. siemenet, ja tomaatit murskataan pienemmiksi samalla lämmittäen tomaattimurskaseosta. Lopuksi tomaattimurska purkitetaan ja käsitellään valmiiksi tuotteeksi.

Tomaattien prosessoinnin vaikutus karotenoidien biosaatavuuteen

Karotenoidit ovat luonnon väriaineita, joilla on tärkeitä terveysvaikutuksia. Karotenoidit toimivat antioksidantteina eli niillä on kyky auttaa elimistöä puolustautumaan haitallisilta hapettumisreaktioilta. Osa karotenoideista toimii A-vitamiinin esiasteena, joista elimistössä muodostuu A-vitamiinia. Tomaatissa suuri osa karotenoideista on lykopeenia, mutta tomaatti sisältää myös esimerkiksi alfa, beeta ja gammakaroteeneja. Lykopeenin on todettu olevan hyväksi sydämelle ja verisuonille, sekä sen on havaittu pienentävän syövän riskiä.

Miten tomaatin lämpökäsittely sitten vaikuttaa tomaatin karotenoidien biosaatavuuteen? Biosaatavuus tarkoittaa ruuasta saatavien ravintoaineiden esiintymistä imeytyvässä muodossa ruuansulatuksessa. Eli esimerkiksi jos ravintoaine on todella tiukasti kiinni hedelmän tai vihanneksen rakenteissa, ruuansulatus ei pysty tätä ravintoainetta kunnolla hajottamaan imeytyvään muotoon, jolloin sen ei ole mahdollista imeytyä kunnolla elimistöön. Tutkimuksissa on pystytty osoittamaan, että lämpökäsittelyn vaikutuksesta karotenoidien biosaatavuus kasvaa.

Tuoreessa tomaatissa karotenoidit ovat kiinni tomaatin matriisissa eli rakenteissa, jolloin ne vapautuvat heikosti ruuansulatukseen. Lämpökäsittely muokkaa tomaatin rakennetta siten, että karotenoidit vapautuvat tomaatin matriisista paremmin, jolloin ruuansulatus voi hajottaa ne imeytyvään muotoon. Lämpökäsittelyn ansiosta ketsupeissa, tomaattimurskassa ja pyreessä karotenoidit pystyvät imeytymään elimistöön paljon paremmin verrattuna tuoreeseen tomaattiin.

Kuva: Oheisessa kuvassa on eri prosessoinnin vaiheiden ja eri tomaattituotteiden yleisimmän karotenoidin, lykopeenin, määriä mg/kg. Tuoreessa tomaatissa määrä on noin 100mg/kg, mutta esimerkiksi lämpökäsitellyssä pyreessä (paste) on noin 550mg/kg. Lähde: https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/1220139

Tomaattien prosessoinnin vaikutus vitamiinien biosaatavuuteen

Tomaatti sisältää paljon vitamiineja, kuten B-, C-, E- ja K-vitamiineja. Vitamiineista C-vitamiini ja osa B-vitamiineista ovat lämpöherkkiä yhdisteitä. Ne siis tuhoutuvat, kun tomaatteja lämpökäsitellään korkeassa lämpötilassa. B- ja C-vitamiinit ovat myös vesiliukoisia vitamiineja, eli jos tomaattia lämpökäsitellään keittämällä, tomaatista liukenee vitamiineja veteen. Mikäli keittovettä ei hyödynnetä tuotteessa ja se heitetään pois, myös siihen liuenneet vesiliukoiset vitamiinit menetetään veden mukana. Tomaatissa olevat E- ja K-vitamiinit puolestaan kestävät paremmin kuumuutta kuin vesiliukoiset vitamiinit ja niiden määrä ei merkittävästi muutu lämpöprosessoinnin aikana.

Kuva: Diagrammi kertoo, kuinka tuoreen tomaatin c-vitamiinipitoisuus laskee lämmityksen aikana. Lähde: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jf0115589

Päätelmiä prosessoinnin vaikutuksesta

Vaikuttaisi siltä, tomaattituotteiden lämpökäsittely parantaa karotenoidien biosaatavuutta. Lämmön vaikutuksesta tomaattimatriisista irronneet karotenoidit hajoavat ruoansulatuksessa ja näin niiden on mahdollista imeytyä suolesta elimistöön paremmin. Samaa ei voida sanoa vitamiineista. Vesiliukoisista vitamiineista C- ja osa B-vitamiineista eivät kestä korkeaa lämpötilaa, joten osa niistä menetetään lämpökäsittelyn aikana. Vesiliukoiset vitamiinit liukenevat myös mahdolliseen keitinveteen prosessoinnin aikana, jolloin vesiliukoisten vitamiinien määrä putoaa entisestään.

Rasvaliukoiset E- ja K-vitamiinit kestävät lämpöä ja näin ollen niiden määrät eivät muutu merkittävästi tuoreen tomaatin ja prosessoidun tomaattituotteen välillä. Kumpia tuotteita teidän mielestänne kannattaisi näiden tulosten perusteella suosia, tuoretta vai prosessoitua tomaattia?

 

Chibu ja Eevi

Lähteet:

https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/1220139

https://foodscienceuniverse.com/tomato-ketchup-production-process/

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jf0115589

Miten lämpökäsittelyt vaikuttavat kasviproteiinien sulavuuteen?

(Kuva: Antony Trivet/Pexels)

Kasviproteiinit yleistyvät tasaista vauhtia kestävyys- ja terveyshuolien siivittämänä ja vievät tilaa eläinperäisiltä proteiinin lähteiltä. Jotta voidaan ylläpitää hyvää terveyttä ja riittävää ravinnonsaantia, proteiinin laadulla on merkittävä rooli. Kasviproteiinin laatua arvioitaessa on tarkasteltava niin sen aminohappoprofiilia, biosaatavuutta (eli imeytyvyyttä ruoansulatuselimistössä), kuin sen sulavuuttakin. Proteiinin katsotaan olevan hyvin sulava, mikäli se hajoaa helposti aminohapoiksi, jotka pystyvät sitten imeytymään suolesta verenkiertoon ja sieltä kudoksiin ja soluihin.

Kasviproteiinien aminohappokoostumus

Kasviproteiinien aminohappoprofiili on ”epätäydellinen”, koska yksi kasviperäinen proteiininlähde ei välttämättä sisällä kaikkia välttämättömiä aminohappoja (eli aminohappoja, joita elimistö ei kykene muodostamaan muista aineista, tarkoittaen sitä, että ne olisi saatava ravinnosta). Tästä johtuen niitä usein pidetään huonompana vaihtoehtona eläinproteiineihin nähden. Tämän ongelman voi kuitenkin varsin helposti korjata syömällä monipuolisesti eri kasvikunnan tuotteita, joiden aminohappokoostumukset täydentävät toisiaan. Lisäksi, kun mietitään muita ravintotekijöitä, kasviproteiinit ovat huomattavasti eläinproteiineja edullisempia, esimerkiksi kuidun ja monityydyttymättömien rasvahappojen ansiosta.

Kasviproteiinin sulavuus ja siihen vaikuttavat tekijät

(Kuva: Calvin Shelwell/Unsplash)

Proteiinin sulavuutta voidaan tutkia mm. mittaamalla ruoansulatusentsyymien hydrolysoimaa (eli pilkkomaa) elimistöön imeytyvää proteiinin määrää suhteessa kulutettuun proteiinin määrään (eli käytännössä proteiininlähteen typpipitoisuudesta vähennetään elimistöön imeytymättömän,
ulosteesta mitatun typen pitoisuus). Sulavuuteen vaikuttavat muun muassa proteiinin rakenne, lämpökäsittelyjen intensiteetti sekä antiravintoaineiden (eli ravintoaineiden imeytymistä häiritsevien yhdisteiden) kuten fytaattien, tanniinien, trypsiini-inhibiittorien tai lektiinien läsnäolo.

Sekä proteiinien laadun, että sulavuuden arviointiin on käytössä useampia erilaisia menetelmiä, eivätkä niiden tulokset ole suoraan verrannollisia. Yleisesti voidaan kuitenkin todeta, että kasviproteiineilla on eläinproteiineihin verrattuna hieman huonompi sulavuus (kasviproteiineilla noin 75–80 % ja eläinproteiineilla noin 90–95 %) juurikin niiden antiravintoainesisällöstä johtuen, joskin näiden yhdisteiden toimintaa estämällä tai vähentämällä niiden määrää on sulavuutta mahdollista parantaa. Kasviproteiini on myös eläinproteiinia tiukemmin entsyymien vaikutuksilta suojattuna mm. jäykempien soluseinämien vuoksi ja siten heikommin hyödynnettävissä ilman asianmukaista prosessointia.

Lämpökäsittelyjen vaikutukset kasviproteiinien sulavuuteen ja ravitsemukselliseen arvoon

(Kuva: Kevin McCutcheon/ Unsplash)

Elintarvikkeiden lämpökäsittelyn päätarkoitus on yleensä parantaa niiden turvallisuutta tuhoamalla niistä haitallisia mikrobeja, mutta joissakin tapauksissa niillä on myös mahdollista parantaa kasviproteiinien laatua ja mahdollisesti myös vaikuttaa niiden sulavuuteen. Näitä lämpökäsittelyjä on lukuisia erilaisia ja paljon on tutkittu mm. keittämisen, autoklavoinnin (korkeaa painetta ja kuumaa höyryä hyödyntävä kypsennys- ja sterilointimenetelmä), ekstruusion (raaka-aine altistetaan korkealle paineelle ja pakotetaan muotoonsa pienen suuttimen läpi) ja mikroaaltokuumennuksen vaikutuksia.

Kaiken kaikkiaan, valittu prosessointitapa vaikuttaa kasviproteiinien ravitsemukselliseen laatuun merkittävästi ja proteiinin sulavuuden osalta erityisesti sen irtoaminen ympäröivästä kasvimatriisista on merkittävässä roolissa. Myös aminohappojen säilyvyys prosessoinnissa on tärkeä seurannan kohde, sillä välttämättömistä aminohapoista esim. lysiini on herkkä hajoamiselle.

Vaikkakin lämpökäsittelyt yleisesti auttavat poistamaan/vähentämään antiravintoaineita kasviproteiineissa, ne voivat myös heikentää ravitsemuksellista laatua tuhoamalla lämpöherkkiä mikroravintoaineita (esim. osa vitamiineista) ja saattavat myös johtaa sulavuutta haittaavien yhdisteiden, kuten lysinoalaniinin tai erilaisten Maillard-reaktion (kemiallinen reaktio pelkistävien sokerien ja aminohappojen/proteiinien välillä) tuotteiden muodostumiseen. Kaikki antiravintoaineet eivät myöskään ole lämpöherkkiä (esim. tanniinit). Lisäksi liian korkeat prosessointilämpötilat voivat aiheuttaa proteiineissa rakenteellisia muutoksia, jotka voivat heikentää sulavuutta.

Lämpökäsittelyjen antiravintoaineita vähentävä tai jopa ne eliminoiva vaikutus, sekä tämän ansiosta parantunut kasviproteiinien sulavuus on kuitenkin vahvasti osoitettu. Lisäksi proteiinirakenteen avautuessa lämpökäsittelyn vaikutuksesta (denaturoituminen), pääsevät ruuansulatusentsyymit paremmin käsiksi siihen, mikä myös osaltaan parantaa sulavuutta. Esimerkkejä erilaisten lämpökäsittelyjen vaikutuksista eri kasviproteiinien sulavuuteen on koottuna taulukkoon 1.

Toisaalta lämpökäsittelyt voivat myös aiheuttaa proteiinien aggregoitumista (eli liittymistä toisiinsa, ”kokkaroitumista”), joka puolestaan voi haitata niiden sulavuutta. Lisäksi olisi tärkeää huomioida, että useat antiravintoaineiksi luokiteltavat yhdisteet ovat myös biologisesti aktiivisia ja niillä on havaittu olevan terveyttä edistäviä vaikutuksia, minkä myötä sulavuutta edistävät lämpökäsittelyt voivat johtaa näiden yhdisteiden menetyksen kautta ravitsemuksellisen arvon heikkenemiseen.

Taulukko 1. Lämpökäsittelyjen vaikutus kasviproteiinien sulavuuteen, IVPD (in vitro protein digestibility) (mukaillen Sá ym. 2020).

Kasviproteiinin lähde Prosessointimenetelmä Proteiinin sulavuus (%)
Härkäpapu Prosessoimaton

Autoklavointi (121 °C, 30 min)

Keittäminen (45 min)

64,6

73,7

71,2

Soijapapu Prosessoimaton

Autoklavointi (123 °C, 20 min)

Kuorittu ja keitetty (100 °C, 30 min)

77,4

81,3

89,8

Herne Prosessoimaton

Autoklavointi (121 °C, 15 min)

Keittäminen (100 °C, 40 min)

Mikroaaltouuni (2450 MHz, 12 min)

73,5

78,3

78,3

75,5

Kikherne Prosessoimaton

Autoklavointi (120 °C, 50 min)

71,8

83,5

Peruna Prosessoimaton

Keittäminen + pakkaskuivaus

70,0

100

Kaura Prosessoimaton

Autoklavointi (121 °C, 15 min) + pakkaskuivaus

87,7

90,0

Summa summarum

Yhteenvetona siis todettakoon, että lämpökäsittelyt voivat sekä parantaa, että heikentää kasviproteiinien sulavuutta ja käytettävien prosessien optimointi sekä erilaisten kasvimateriaalien erityispiirteiden tuntemus ovat keskiössä parhaan mahdollisen sulavuuden saavuttamiseksi. Hellävaraisemmat prosessiolosuhteet tarjoavilla menetelmillä voidaan päästä tasapainoon ravitsemuksellisten näkökulmien, kasviproteiinin sulavuuden, prosessin käytännöllisyyden sekä ympäristönäkökulmien osalta.

Lähteitä:

Aura AM, Rommi K, Heiniö RL. Kasviproteiinijakeet – miltä ne maistuvat ja miten sulavat? Kehittyvä elintarvike 2017. Eintarviketieteiden seura ry. Saatavilla: https://kehittyvaelintarvike.fi/artikkelit/teemajutut/valmistus-ja-lisaaineet-tuotekehitys/ke-2-2017-valmistus-ja-lisaaineet-materiaalitehokkuus-kasviproteiinijakeet-milta-ne-maistuvat-ja-miten-sulavat/ Viitattu 26.3.2023.

Kuusisalo H. Eläinproteiinin lähteiden korvaaminen kasviproteiinin lähteillä : vaikutus energiaravintoaineiden saantiin 12 viikon interventioasetelmassa. [pro gradu -tutkielma]. EKT-sarja 1681. Helsinki: Helsingin yliopisto, Elintarvike- ja ravitsemustieteiden laitos 2019. 68 s. Saatavilla: https://helda.helsinki.fi/handle/10138/303008.

Sá A, Moreno Y, Carciofi B (2020) Food processing for the improvement of plant proteins digestibility. Food Science and Nutrition 60: 3367–3386. https://doi.org/10.1080/10408398.2019.1688249