Le brunissement enzymatique est une réaction chimique oxydative catalysée par la polyphénol oxydase (PPO) qui se produit lorsque les fruits et légumes sont coupés, meurtris ou autrement endommagés. Bien que souhaitable dans certains produits tels que le thé noir, le café et les raisins secs, il est généralement indésirable dans les produits fraîchement coupés, entraînant une décoloration, des arômes désagréables et une acceptation réduite par le consommateur.
La réaction catalysée par la PPO
La polyphénol oxydase (EC 1.14.18.1) est une enzyme contenant du cuivre située dans les plastes des cellules végétales. Lorsque la compartimentation cellulaire est perturbée par une coupe ou un pelage, la PPO entre en contact avec les substrats phénoliques de la vacuole. L’enzyme catalyse l’hydroxylation des monophénols en o-diphénols (activité crésolase) et l’oxydation ultérieure des o-diphénols en o-quinones (activité catécholase). Les substrats courants comprennent la tyrosine, le catéchol, l’acide chlorogénique, l’acide caféique et la catéchine.
Formation de mélanine
Les o-quinones hautement réactives produites par la PPO subissent une polymérisation non enzymatique pour former des pigments bruns, noirs ou rouges collectivement appelés mélanines. Ces polymères complexes réagissent également avec les acides aminés et les protéines, modifiant davantage la couleur et affectant potentiellement la qualité nutritionnelle. Le taux et l’étendue du brunissement dépendent de la concentration et du type de substrats phénoliques, du niveau d’activité des PPO et des conditions environnementales.
Brunissement enzymatique ou non enzymatique
Il est important de distinguer le brunissement enzymatique du brunissement non enzymatique. Le brunissement enzymatique nécessite une enzyme PPO active et de l’oxygène moléculaire, se produit à des températures modérées et est généralement rapide en cas de lésion tissulaire. Le brunissement non enzymatique comprend la réaction de Maillard, qui nécessite une réduction des sucres et des composés aminés à des températures élevées, et la caramélisation, qui implique la pyrolyse du sucre à haute température.
Méthodes d’inhibition
Plusieurs stratégies sont utilisées pour contrôler le brunissement enzymatique. Le traitement thermique (blanchiment) dénature la PPO, fournissant une inhibition permanente, bien qu’il puisse également provoquer des changements indésirables de texture et de saveur. L’acidification à un pH inférieur à 4,0 réduit considérablement l’activité de la PPO, c’est pourquoi le jus de citron ou l’acide citrique est utilisé pour empêcher le brunissement des fruits coupés. Les agents réducteurs tels que l’acide ascorbique (vitamine C) et le dioxyde de soufre (ou ses sels) réduisent les o-quinones en o-diphénols, interrompant ainsi la formation de pigments. Les agents chélateurs tels que l’EDTA et l’acide citrique se lient au cofacteur de cuivre nécessaire à l’activité PPO. Le chlorure de sodium et le chlorure de calcium présentent également des effets inhibiteurs. L’exclusion de l’oxygène par l’emballage sous vide ou les enrobages comestibles constitue une barrière physique contre le brunissement.
Applications dans les produits fraîchement coupés
L’industrie des fruits et légumes frais coupés s’appuie sur une combinaison de ces méthodes pour maintenir la qualité des produits. Les produits commerciaux utilisent souvent un mélange d’acide ascorbique, d’acide citrique et de sels de calcium comme traitement par trempage. L’emballage sous atmosphère modifiée avec des niveaux d’oxygène réduits retarde davantage le brunissement. La sélection de cultivars ayant une activité PPO plus faible ou une teneur réduite en phénols est une approche génétique du contrôle du brunissement. Contrairement à la réaction de Maillard, le brunissement enzymatique nécessite une polyphénol oxydase active et peut être contrôlé par le blanchiment pour dénaturer l’enzyme. La teneur en protéines influence la disponibilité du substrat pour les réactions de brunissement.
