ADAMED ADAMED ADAMED ADAMED

Eko-potencjał związków

AKADEMIA - Wykłady i artykuły

Zespół młodych naukowców z Piotrkowa Trybunalskiego dokonał przełomowego odkrycia w zakresie naturalnych konserwantów. Czy zrewolucjonizuje wkrótce to rynek i umożliwi nam dostęp do prawdziwie zdrowej żywności? Miejmy nadzieję, że tak!

Współczesna konserwacja warzyw i owoców opiera się głównie na dodawaniu substancji chemicznych zapobiegających ich psuciu. Taka procedura wiąże się z obniżeniem jakości produktów, ponadto jest ingerencją w zdrowie człowieka. Konsekwencją stosowania środków „E” są także duże nakłady finansowe, które wykorzystuje się na badania żywności pod kątem toksyczności. Żywność podczas przechowywania ulega niekorzystnym zmianom chemicznym, co w konsekwencji często uniemożliwia jej spożywanie. Przyczyną nieprzydatności mogą być czynniki takie jak: dostęp tlenu, światła, a także drobnoustroje wywołujące różne zmiany w produktach spożywczych. Wydłużenie czasu przydatności do spożycia można osiągnąć przez szereg zabiegów technologicznych: pasteryzację, solenie, wędzenie, kwaszanie lub dodawanie środków utrwalających, którymi najczęściej są związki chemiczne. Stężenie ich jest ściśle określone dla danej żywności. Jednak czy „sztuczna” konserwacja jest konieczna?

Po pierwsze tradycja

Kiszone ogórki, marynowane grzyby, sery, jo- gurty – produkty obecne w każdej lodówce, są nam dobrze znane. Czy choć raz zastanawialiśmy się, co powoduje, że są „niezniszczalne”? Zawarte w nich kwas octowy bądś kwas mlekowy w sposób naturalny konserwują warzywa i owoce, zmieniając ich smak. Właściwości tych związków zostały wykorzystane w próbie znalezienia alternatywnej metody konserwacji przez uczniów I Liceum Ogólnokształcącego im. Bolesława Chrobrego w Piotrkowie Trybunalskim – Joannę Jurek, żanetę Wewiurę i Kacpra Bąbola pod opieką dr Izabeli Masłowskiej.

Wykorzystać naturę

Konserwacja za pomocą kwasu octowego, zwana powszechnie kiszeniem, jest popularną formą zabezpieczania żywności. Oparta została na fermentacji mlekowej. Dzięki temu cukry proste ulegają rozkładowi na kwas mlekowy, który hamuje procesy gnilne, przez zakwaszenie środowiska i uniemożliwienie rozwoju bakterii gnilnych. Zarówno kwas octowy, jak i kwas mlekowy, jest dobrze znany człowiekowi – 10% roztwór kwasu octowego to ocet, którego używa się w kuchni. Kwas mlekowy występuje głównie w produktach nabiałowych. Jest wytwarzany przez bakterie kwasu mlekowego – Lactobacillus – odpowiedzialne za prawidłowe funkcjonowanie układu pokarmowego. Na podstawie tej charakterystyki wybrano substraty podawane roślinom. Dzięki wybraniu dwóch związków oszacowano, który z nich jest efektywniejszym naturalnym konserwantem.

Przez okres życia roślina narażona jest na wiele czynników stresowych – szczególnie abiotycznych: zmiany temperatury, nadmierna lub za mała ilość wody czy uszkodzenia mechaniczne. Wszystkie z nich są bodścami, które mogą zakłócić funkcje lub uszkodzić organizm rośliny. W toku ewolucji musiały zaadaptować się do środowiska życia, jednocześnie uodpornić sensory na czynniki stresowe.

Syndrom reakcji stresowej rośliny rozpoczyna się od zakłócenia jej funkcji życiowych np. przez destabilizację uwarunkowań strukturalnych. W fazie alarmu niektóre z procesów mogą dominować, dochodzi wtedy do uszkodzenia gospodarki elektrolitycznej. W fazie restytucji rozpoczyna się budzenie systemów naprawczych, aby zniwelować zagrożenie. Zaburzenia procesu metabolicznego prowadzą do dostosowania osmotycznego oraz do przebudowy struktur komórkowych. Jest to część fazy odpornościowej mającej na celu nie dopuścić do działania tego czynnika stresowego w przyszłości – czyli hartowanie.

Kiedy roślina zaczyna tracić wodę, następuje dostosowanie osmotyczne, które odpowiada za osiągnięcie równowagi elektronicznej w jej komórkach. Polega ono na przyśpieszeniu syntezy i akumulacji wakuoli.

Możliwe jest także zgromadzenie cukrów prostych. Nie jest to czynnik stresowy, ponieważ sposób uzyskiwania równowagi jest procesem naturalnym, pozwalającym na adaptację w warunkach zasolonych i ograniczonych w zasoby wodne.

Wyżej przedstawione informacje były kluczowe przy opracowywaniu metody ochronno-konserwacyjnej roślin. Czynnik stresowy, taki jak zmiana pH środowiska, posłużył do stymulacji układu odpornościowego rośliny, który miał za zadanie uruchomić dostosowywanie osmotyczne, mające na celu przywrócenie równowagi elektrolitycznej. Kluczową rolę odegrały wakuole magazynujące wodę ze środowiska.

Podawanie kwasów nie było jedynie czynnikiem stresowym, ale także zabezpieczającym roślinę od strony wewnętrznej i zewnętrznej – zapobiegało procesom gnilnym. Naturalne pH środowiska niewiele się obniżyło, ale pozwoliło zachować roślinie czynności życiowe.

Procedura przede wszystkim

Najważniejszym elementem metody jest opracowanie odpowiedniego okresu podawania kwasów roślinie. Doświadczenia wykonane na rzodkiewce odmiany Mila miały sprawdzić założenie dotyczące konserwacji przez podanie kwasu do gleby.

Krok po korku

Po ok. 3 tygodniach od podania kwasów, rzodkiewka była w doskonałej kondycji, nawet lepszej niż wykazała próba kontrolna. Ciekawość zwyciężyła i rozpoczęły się badania. Nikt z uczestników projektu nie miał pojęcia o tym, że roślina zaabsorbowała kwasy, dlatego zidentyfikowano zawartość soku z każdej próbki rzodkiewki. Okazało się, że nastąpiła znaczna absorpcja, rzędu 60-70%. Jak kwasy wpłynęły na strukturę komórkową rośliny? Tu także pojawiła się niespodzianka – rzodkiewki podlewane kwasami posiadały wypełnione komórki z błoną komórkową grubszą niż próba kontrolna. Po dokładnej analizie badań wstępnych zaczęto zastanawiać się nad mechanizmem przedostawania się kwasów do rzodkiewki, bez negatywnych skutków dla jej komórek. W tym celu przebadano błonę komórkową, odpowiedzialną za transport cząsteczek. Wykonanie badań takich jak FCS (fluorescence correlation spectroscopy) i FLIM (fluorescence lifetime imagining microscopy) było możliwe za porozumieniem z Krajowym Funduszem na Rzecz Dzieci, z Instytutem Fizyki PAN. Dzięki tym badaniom wyciągnięto poważniejsze wnioski odnośnie błony komórkowej: dyfuzja zachodzi przez nią dużo szybciej u rzodkiewek z kwasem, przez co łatwiej osiągnąć równowagę w komórce. Ponad to, próbki doświadczalne zostają wypełnione całkowicie barwnikiem modelowym, natomiast nie zaobserwowano tego zjawiska w próbie kontrolnej.

Pomysł

Co może być odpowiedzialne za takie zachowanie rośliny? Pomysł na odpowiedś dotyczył oddziaływania błony komórkowej z jonami wodorowymi, powodujące tzw. potencjał błonowy. Prowadzi on do powstania mikrodomen, czyli szczelin w strukturze błony. Kiedy pojawiają się jony, z zewnętrznej strony komórki dochodzi do transportu innych substancji odżywczych, stąd dobra kondycja próby badanej nad próbą kontrolną.

Wniosek końcowy?

Prócz rzodkiewki działaniu kwasów został poddany także rzodkiewnik – arabidopsis. Celem tego doświadczenia było sprawdzenie, jakie zmiany fenotypowe zachodzą przy podaniu kwasów i czy mają one odzwierciedlenie w sekwencji aminokwasów. Analiza białka translokacyjnego dla ośmiu odmian rzodkiewnika pokazała, jak obecność wybranych aminokwasów wpływa na niwelowanie czynnika stresującego. Dla jednej z odmian obecność aminokwasu V jest pozytywna, ponieważ regeneracja rośliny jest dużo szybsza, dzięki czemu zachowuje dobrą kondycję. Osmoregulacja jest dużo efektywniejsza, ponieważ następuje większa absorpcja wody ze środowiska. Z kolei usunięcie aminokwasu S dla dwóch innych odmian powoduje uszkodzenie rośliny i brak regeneracji. Po wykonaniu tego badani zespół wyciągnął jednoznaczny wniosek – podanie kwasów we wczesnym rozwoju rośliny powoduje większą absorpcję wody i składników odżywczych – stąd dobra kondycja. Wykorzystuje się do tego tymczasową zmianę środowiska (zakwaszenie), które oddziałuje z młodym organizmem rzodkiewki. Nabywa on przez to nowych cech, mających za zadanie usprawnić dyfuzję przez błonę komórkową. Otrzymane wyniki pokazują, że do konserwacji i ochrony roślin podczas ich hodowli można wykorzystać naturalne mechanizmy obronne – takie jak adaptacja do środowiska przez nabywanie odporności na czynnik stresujący. Dzięki mikroskopii i spektroskopii mechanizm działania jest klarowny i w pełni zrozumiały. Metoda konserwacyjno-ochronna może być z powodzeniem stosowana podczas hodowli roślin. Nie jest kosztowa i trudna w wykonaniu. Mogłaby być alternatywą dla GMO, ponieważ oddziałujemy na rośliny w oparciu o ich naturalne mechanizmy i adaptację, nie za pomocą modyfikacji genu.

I co dalej ?

Dzięki metodzie z zastosowaniem kwasów obecnych naturalnie w produktach dobrze znanych człowiekowi, roślina zyskuje nowe cechy, które przedłużają jej świeżość i przydatność do spożycia.
Wstępne kalkulacje na temat kosztów producentów żywności są także obiecujące. Cena konserwacji 1000 młodych rzodkiewek to około 5zł.
W sondażu przeprowadzonym przez grupę największym atutem metody jest bezpieczeństwo i zdrowie, w przeciwieństwie do obecnych przemysłowych środków konserwujących w postaci pestycydów.
Kolejne etapy badań mają świetlaną przyszłość. Uczniowie skupią się teraz na charakterystyce genetycznej konserwowanych roślin.

Źródło: 21.WIEK

Patroni honorowi

Partnerzy

Logo Logo Logo

Serwis na swoich stronach www wykorzystuje m.in. pliki cookies

w celu zapewnienia Ci maksymalnego komfortu podczas przeglądania serwisu i korzystania z usług. Jeśli kontynuujesz przeglądanie naszej strony bez zmiany ustawień przeglądarki, przyjmujemy, że wyrażasz zgodę na użycie tych plików. Zawsze możesz zmienić ustawienia przeglądarki decydujące o ich użyciu.