Вплив упаковки на користь продуктів

Броколі рабе, або рапіні (Brassica rapa subsp. sylvestris), є важливим компонентом середземноморської дієти, відомим своїм характерним гіркуватим смаком та багатством на антиоксиданти та глюкозинолати — сполуки з потенційними протираковими властивостями. Однак, як і багато інших зелених листових овочів, рапіні має дуже короткий термін зберігання та швидко псується, що створює значні труднощі для її зберігання та реалізації на ринку. Традиційні методи консервації часто не здатні зберегти її поживну цінність у повній мірі, а неправильне пакування може призвести до появи неприємних присмаків та запахів. Зростання популярності органічного землеробства та підвищення споживчого попиту на свіжі нарізані овочі підкреслюють нагальну потребу в розробці стійких та ефективних технологій зберігання. Пакування в модифікованому газовому середовищі (МГС) — технологія, що передбачає зміну складу повітря всередині упаковки (зазвичай зниження рівня кисню та підвищення рівня вуглекислого газу) для уповільнення процесів дихання та старіння продукту, — демонструє значний потенціал. Проте її вплив на динаміку поживних речовин, особливо на стресові метаболіти, такі як γ-аміномасляна кислота (ГАМК) та молочна кислота (МК), залишався значною мірою недослідженим. Ця прогалина в знаннях зумовила необхідність ретельного вивчення того, як конкретні умови зберігання впливають на метаболічні та генетичні шляхи броколі рабе.

Нещодавнє дослідження, проведене групою вчених з Національної дослідницької ради Італії та Університету Сапієнца в Римі, результати якого опубліковані в престижному науковому журналі Horticulture Research, детально вивчило вплив різних методів зберігання на поживний профіль органічної броколі рабе. Використовуючи передові аналітичні методи, зокрема ядерний магнітний резонанс (ЯМР) для аналізу метаболітів та секвенування РНК (RNA-seq) для вивчення експресії генів, команда порівняла свіжозібрані суцвіття рапіні зі зразками, що зберігалися протягом чотирьох днів або в звичайних умовах (як свіжі), або в умовах пасивного МГС (зі складом атмосфери приблизно 10% O₂ та 12% CO₂). Результати виявилися вражаючими: суцвіття, що зберігалися в МГС, продемонстрували неймовірне, 23-кратне (або на 2300%) збільшення рівня ГАМК та значний вміст молочної кислоти, яка була відсутня у свіжих зразках. Ці зміни чітко корелювали зі змінами в експресії генів, індукованими гіпоксією (низьким рівнем кисню), підкреслюючи потенціал оптимізації умов післязбирального зберігання для покращення якості овочів.

Дослідження виявило кардинальні зміни в метаболізмі суцвіть броколі рабе, що зберігалися в упаковці МГС. Рівень вуглеводів (цукрів) знизився на 52−84%, що свідчить про їх активне використання рослинними тканинами в умовах стресу. Водночас, концентрація стресових амінокислот, таких як фенілаланін та валін, зросла на 30−550%. Але найбільш драматичні зміни спостерігалися у рівнях ГАМК та молочної кислоти. Вміст ГАМК, нейромедіатора, відомого своїми заспокійливими та антистресовими властивостями у людини, зріс на приголомшливі 2300%. Молочна кислота, продукт анаеробного метаболізму, яка була відсутня у свіжих суцвіттях, була виявлена в упакованих зразках у концентрації 1,86 мг/г сухої ваги.

Аналіз експресії генів за допомогою RNA-seq показав, що понад 8000 генів змінили свою активність у відповідь на зберігання в МГС. Серед них були ідентифіковані ключові гени, що кодують ферменти, відповідальні за синтез та розпад ГАМК і молочної кислоти. Наприклад, спостерігалося пригнічення активності гена GABA-T, відповідального за катаболізм (розпад) ГАМК, що й призводило до її накопичення. Водночас, виробництво молочної кислоти стимулювалося підвищенням активності піруваткінази та лактатдегідрогенази (LDH). Дослідження також підтвердило тісний зв'язок між зниженням рівня цукрів та зростанням вмісту ГАМК та молочної кислоти, припускаючи перенаправлення вуглецевого метаболізму в умовах низького вмісту кисню — клітини переключалися на альтернативні шляхи отримання енергії та синтезу стресових сполук. Крім того, вчені ідентифікували специфічні транскрипційні фактори (регуляторні білки, що контролюють активність генів) з родин bZIP, WRKY та ERF, які керують цими метаболічними зрушеннями. Це відкриває шлях до створення детальної генетичної «дорожньої карти» для оптимізації методів зберігання з метою максимізації користі для здоров'я без шкоди для смакових якостей продукту.

Доктор Донато Джанніно, провідний автор дослідження, підкреслив значущість отриманих результатів: «Наша робота показує, як прості зміни в пакуванні можуть перетворити броколі рабе на функціональну їжу. Накопичення ГАМК та молочної кислоти, спричинене гіпоксією, імітує природні стресові реакції рослин, але в даному випадку воно використовується для підвищення поживної цінності. Це відкриває шлях для харчової промисловості до розробки пакування, яке не лише зберігає продукт, а й активно підвищує вміст біологічно активних сполук». Співавтор Джуліо Тестоне додав: «Виявлені нами транскрипційні мережі можуть слугувати орієнтиром для селекційної роботи зі створення сортів сільськогосподарських культур, які будуть одночасно стійкими до стресів та багатими на поживні речовини».

Це дослідження пропонує своєчасні та цінні знання для ринків органічної продукції та свіжих нарізаних овочів, що стрімко зростають, де споживачі все частіше шукають продукти з підвищеною поживною цінністю. Фермери та переробники можуть отримати вигоду від застосування короткотривалого зберігання в МГС для підвищення рівня ГАМК та молочної кислоти в броколі рабе, що може привабити споживачів, які дбають про своє здоров'я. Для харчової промисловості вдосконалення складу газової суміші та тривалості зберігання може допомогти зменшити відходи та одночасно підвищити якість продукції. Крім того, ідентифіковані в дослідженні генетичні маркери можуть сприяти розробці нових сортів броколі рабе, які природним чином зберігатимуть вищі рівні цих корисних стресових метаболітів. Методологія, застосована в цьому дослідженні — поєднання ЯМР та RNA-seq — також може стати новим стандартом для вивчення інших швидкопсувних сільськогосподарських культур. Однак, критично важливо переконатися, що таке підвищення поживної цінності не погіршує сенсорні якості продукту (смак, текстуру, запах). Подальші дослідження повинні будуть оцінити сприйняття споживачами суцвіть, оброблених за допомогою МГС. Зрештою, ця робота поєднує агрономію, харчову науку та нутриціологію, пропонуючи практичні стратегії для більш стійкого та орієнтованого на здоров'я майбутнього сільського господарства.