µεταποιηµένης πιπεριάς ποικιλίας Μακεδονικό»

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ «Επίδραση του NaOH στα ποιοτικά χαρακτηριστικά της µεταποιηµένης πιπεριάς ποικιλίας Μακεδονικό» Μεταπτυχιακή φοιτήτρια : Κοσµίδου Ελισσάβετ Επιβλέπων καθηγητής : κ. Γερασόπουλος ηµήτριος ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2010

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ της Κοσµίδου Ελισσάβετ «Επίδραση του NaOH στα ποιοτικά χαρακτηριστικά της µεταποιηµένης πιπεριάς ποικιλίας Μακεδονικό» Επιβλέπων καθηγητής Γερασόπουλος ηµήτριος Τριµελής Επιτροπή -Γερασόπουλος ηµήτριος - Κουκουρίκου Μαγδαληνή - Γούλα Αθανασία 2

ΠΡΟΛΟΓΟΣ - ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα διπλωµατική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού ιπλώµατος Ειδίκευσης στην Τεχνολογία Τροφίµων στο εργαστήριο Μηχανικής Τροφίµων του Τοµέα Επιστήµης και Τεχνολογίας Τροφίµων του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης, καθώς και στο εργαστήριο. Με το πέρας της εργασίας αυτής και τη συγγραφή της παρούσης µεταπτυχιακής διατριβής είναι υποχρέωση µου να ευχαριστήσω τους ανθρώπους εκείνους οι οποίοι µε βοήθησαν και συνέβαλαν, µε οποιονδήποτε τρόπο, στην πραγµατοποίηση αυτού του εγχειρήµατος. Ευχαριστώ θερµά τον επιβλέποντα καθηγητή µου κ. ηµήτριο Γερασόπουλο, αναπληρωτή καθηγητή του τοµέα Επιστήµης και Τεχνολογίας Τροφίµων, ο οποίος µου ανέθεσε το σχετικό θέµα, έδειξε εµπιστοσύνη στο πρόσωπό µου, µε καθοδήγησε και µου συµπαραστάθηκε καθ όλη τη διάρκεια των πειραµάτων και της συγγραφής. Τον ευχαριστώ επίσης, για τις πολύτιµες συµβουλές και γνώσεις που µου µετέδωσε, καθώς και τις κατευθυντήριες γραµµές που µου υπεδείκνυε όταν το έκρινε αναγκαίο. Ευχαριστώ όλους τους συναδέλφους (µεταπτυχιακούς φοιτητές και διδάκτορες) κοντά στους οποίους εργάστηκα, για τη φιλική ατµόσφαιρα, ηθική συµπαράσταση και τη συνεργασία τους στο εργαστήριο. Προσωπικές ευχαριστίες εκφράζονται επίσης στην καθηγήτρια κα. Λιτοπούλου Τζανετάκη για την εµπιστοσύνη που έδειξε στο πρόσωπό µου και την υποστήριξή της, κατά τη διάρκεια και πριν ακόµη εισαχθώ στο Μεταπτυχιακό ίπλωµα του Τοµέα Επιστήµης και Τεχνολογίας Τροφίµων. 3

Ως δείγµα ευγνωµοσύνης και αναγνώρισης των θυσιών τους για µένα, Στο σύζυγο µου Παπαγεωργίου Βασίλη και Στους γονείς µου Αλεξάνδρα και Γεώργιο Ελένη και Πέτρο 4

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Πιπεριές ποικιλίας Μακεδονικό, τριών διαφορετικών συλλεκτικών ωριµοτήτων διατηρήθηκαν στην άλµη για 6 µήνες ως είχαν και µετά από παστερίωση. Οι συλλεκτικά ωριµότερες παρήγαγαν προϊόν µε πιο έντονο κίτρινο χρώµα και ήταν πιο σκληρές. Η παστερίωση δεν επέφερε σηµαντικές αλλαγές στο χρώµα είχε όµως ως αποτέλεσµα την παραγωγή µαλακότερου προϊόντος. Νωπές πιπεριές µεταχειρίστηκαν µε 0-µάρτυρας, 0,5 και 1 % NaOH και στη συνέχεια διατηρήθηκαν σε άλµη για 60 ηµέρες. Επίσης, πιπεριές νωπές αφού διατηρήθηκαν στην άλµη για 60 ηµέρες, ακολούθως µεταχειρίστηκαν µε 0-µάρτυρας, 0,5 και 1 % NaOH και εν συνεχεία επαναδιατηρήθηκαν στην άλµη για 10 ηµέρες (60+10 ηµέρες). Κατά την διάρκεια της διατήρησης έγινε προσδιορισµός των φυσικοχηµικών χαρακτηριστικών των καρπών (χρώµα, αντίσταση στην πίεση, ολικές φαινόλες, αντιοξειδωτικό δυναµικό, συνολικές χλωροφύλλες, και καψαϊκίνη) και στο τέλος της διατήρησης έγινε συγκριτικός οργανοληπτικός έλεγχος. Οι πιπεριές µετά την µεταχείριση τους µε NaOH δεν είχαν σηµαντικές διαφορές στο χρώµα σε σχέση µε τον µάρτυρα αν και είχαν χαµηλότερα επίπεδα χλωροφύλλης. Η διατήρηση των πιπεριών στην άλµη για 60+10 ηµέρες έδειξε ότι οι πιπεριές είχαν λιγότερη περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη σε σύγκριση µε τις πιπεριές που διατηρήθηκαν για 60 ηµέρες. Η µεταχείριση των νωπών πιπεριών µε NaOH έδειξε ότι υπήρξε αύξηση στην αντίσταση στην πίεση σε σύγκριση µε τον µάρτυρα (0% NaOH), ενώ οι πιπεριές που διατηρήθηκαν στην άλµη για 60 ηµέρες είχαν µεγαλύτερη αντίσταση στην πίεση σε σύγκριση µε τις πιπεριές που διατηρήθηκαν στην άλµη για 60+10 ηµέρες Ο µάρτυρας είχε την µεγαλύτερη συγκέντρωση φαινολικών ουσιών σε σύγκριση µε τις πιπεριές που µεταχειρίστηκαν µε 0,5 % και 1 % NaOH καθ όλη την διάρκεια της διατήρησης. Το αντιοξειδωτικό δυναµικό µειώθηκε κατά την διατήρηση για όλες τις µεταχειρίσεις. Ο µάρτυρας είχε αυξηµένη περιεκτικότητα σε καψαϊκίνη µετά τη διατήρηση για 60 ηµέρες στην άλµη και κατά την επαναδιατήρηση (60 +10 ηµέρες). Η µεταχείριση των πιπεριών µε NaOH είχε ως αποτέλεσµα την µείωση της καψαϊκίνης αναλογικά µε τη συγκέντρωση του NaOH σε όλες τις περιπτώσεις διατήρησης των πιπεριών. 5

Με βάση την οργανοληπτική αξιολόγηση, παρατηρήθηκε προτίµηση των δοκιµαστών στις πιπεριές που µεταχειρίστηκαν µε NaOH και στη συνέχεια διατηρήθηκαν σε άλµη για 60 ηµέρες σε σύγκριση µε τις πιπεριές που διατηρήθηκαν για 60+10 ηµέρες. Η καυστικότητα µειώθηκε µετά την µεταχείριση των πιπεριών µε 1% NaOH κατά 30%, χωρίς ωστόσο να υπάρχει σηµαντική διαφορά µε την µεταχείριση µε 0,5% NaOH. 6

Abstract Green peppers of three harvest maturities based on external color were preserved in brine for 6 months. The peppers were also pasteurized before brining. Following preservation, the more mature peppers were firmer and had a more yellow color; Pasteurization did not significantly affected color, however, it resulted in softer peppers. Fresh untreated peppers (control) and peppers treated with 0.5% or 1% NaOH were preserved in brine (about 10% NaCl) for 60 days. In addition, 60 day-brined peppers were also treated with 0.5% or 1% NaOH before re-brined for 10 more days (60+10 days). Following treatment and preservation in brine the peppers were evaluated for color including chlorophyll content, firmness, total phenols, antioxidant capacity and capsaicin in addition to organoleptic test. Fresh peppers following NaOH treatment did not show differences in color (compared to the control) though they had lower chlorophyll levels. Brine preservation for 60 days decreased chlorophyll levels but not low as preservation for 60 +10 days. NaOH-treated peppers had increased firmness compared to the control while brine-preserved peppers for 60 days had increased firmness compared to that of 60+10 days. Phenolics and antioxidants of peppers decreased during brining. NaOH-treated peppers had lower phenolic levels than the control. Capsaicin concentration was slightly increased just after the 60 day preservation in brine but no change was observed after preservation in brine for 60+10 days. NaOH treatment decreased capsaicin proportionally to its concentration regardless of preservation regime. Based on the organoleptic test, pepper pungency decreased by about 30% after a 1% NaOH treatment. Peppers preserved in brine for 60 days scored higher in preference than for 60+ 10 days. 7

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ 11 Σκοπός εργασίας 11 1. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 13 1.1. Γενικά χαρακτηριστικά πιπεριάς 13 1.2. Βοτανικά χαρακτηριστικά 13 1.2.1. Κλιµατολογικές απαιτήσεις 13 1.2.2. Καρπός 14 1.2.3. Χρώµα 14 1.2.4.Άρωµα 15 1.3. Είδη και ποικιλίες πιπεριών 15 1.3.1. Είδη καυτερής πιπεριάς 16 1.4. ιαθρεπτική αξία της πιπεριάς 17 1.5. Καυστικότητα 18 1.5.1. Καψαϊκινοειδή 18 1.5.1.1. Βιοσύνθεση των καψαϊκινοειδών 19 1.5.2. Καψαϊκίνη 20 1.5.2.1. Ο µεταβολισµός της καψαϊκίνης κατά τη διάρκεια της ωρίµανσης 22 1.5.2.2. Θεραπευτικές ιδιότητες 22 1.5.3. Βιοσύνθεση της καψαϊκίνης 23 1.5.4. Αναλυτικοί µέθοδοι ποσοτικού προσδιορισµού καψαϊκίνης 24 1.6. Μη ενζυµικά αντιοξειδωτικά µόρια 26 1.6.1 Φαινολικές ενώσεις 27 1.6.2. Αντιοξειδωτικά 30 1.6.3. Ασκορβικό οξύ 31 1.6.4. Καροτενοειδή 33 1.6.5. Χλωροφύλλες 34 1.6.6. Τοκοφερόλες 34 1.6.7. Γλουταθειόνη 35 1.7. ιάχυση του καυστικού νατρίου στην επιδερµίδα του καρπού της πιπεριάς 35 1.8. Ζύµωση 35 1.8.1. Παρουσία ζυµών κατά τη διάρκεια της ζύµωσης 37 1.8.2. Παραδοσιακή ζύµωση πιπεριών 37 8

1.8.3. Γαλακτικά Βακτήρια 38 1.8.4. Οργανικά οξέα και µείωση ph 38 1.8.5. Επίδραση του άλατος στα γαλακτικά βακτήρια 39 1.8.6. Χηµικές αλλαγές που λαµβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια της ζύµωσης 39 1.8.7. Αλλαγές στους υδατάνθρακες κατά τη διάρκεια της ζύµωσης 39 1.8.8. Άλλα πρόσθετα που χρησιµοποιούνται στη άλµη 40 1.9. Οργανοληπτική αξιολόγηση 41 2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 42 2.1. Φυτικό υλικό 42 2.2. είγµατα 42 2.3. Σύσταση άλµης 44 2.4. Πρότυπες ενώσεις 44 2.5. ιαλύτες 44 2.6. Αντιδραστήρια 45 2.7. Συσκευές Όργανα 45 2.8. Μέθοδοι 46 2.8.1.Προσδιορισµός χρόνου εισχώρησης 45 2.8.2. Μέτρηση χρώµατος 48 2.8.3. Αντίσταση στην πίεση 48 2.8.4. Μέτρηση ξηρού βάρους 48 2.8.5. Προσδιορισµός των ολικών διαλυτών φαινολικών ουσιών 49 2.8.5.1. Κατασκευή καµπύλης αναφοράς 50 2.8.6. Προσδιορισµός του αντιοξειδωτικού δυναµικού 50 2.8.6.1. Κατασκευή καµπύλης αναφοράς 52 2.8.7. Προσδιορισµός καψαϊκίνης 52 2.8.7.1. Κατασκευή καµπύλης αναφοράς 52 2.9. Οργανοληπτική αξιολόγηση 53 2.10. Στατιστική επεξεργασία 54 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗ 55 3.1. Επίδραση της συλλεκτικής ωριµότητας και της µεθόδου διατήρησης στο χρώµα και την αντίσταση στην πίεση 55 3.2. Επίδραση του NaOH και της µεθόδου επεξεργασίας στα φυσικοχηµικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά 56 9

3.2.1 Μεταβολές στα φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά 56 3.2.1.1 Χρώµα 56 3.4. Αντίσταση στην πίεση 60 3.5. Απώλεια ξηρού βάρους 62 3.6 Ολικές διαλυτές φαινόλες 63 3.7. Ολική αντιοξειδωτική ικανότητα 65 3.8. Χλωροφύλλες 66 3.9. Καψαϊκίνη 68 3.10. Οργανοληπτική αξιολόγηση 70 3.10.1. Αξιολόγηση της καυστικότητας 71 3.10.2. Αξιολόγηση της γεύσης 72 3.10.3. Συνολική αξιολόγηση των δειγµάτων 73 3.10.4. Τεστ προτίµησης και συνολικής αποδοχής 75 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 78 5. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 79 6. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 89 10

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο καρπός της πιπεριάς χρησιµοποιείται στη διατροφή πολλών λαών σε όλο τον κόσµο για διαφορετικούς λόγους. Καταναλώνεται ως φρέσκος καρπός, κονσερβοποιηµένος ως "πίκλα-τουρσί", αλλά και ως συστατικό σε καρυκεύµατα και σάλτσες. Τα φυτά που ανήκουν στο γένος Capsicum, συγκαταλέγονται µεταξύ των πιο παλιών καλλιεργειών. Οι καρποί τους χρησιµοποιούνται ως καρυκεύµατα για πάνω από 8.000 χρόνια, σύµφωνα µε αρχαιολογικά ευρήµατα πάνω σε µυλόπετρες και κεραµικά σκεύη. Σε παγκόσµια κλίµακα, η Ασία µε κυρίαρχο την Κίνα κατέχει τα πρωτεία στην καλλιέργεια της πιπεριάς, καλύπτοντας το 50% της παγκόσµιας παραγωγής, όπου το 2004 έφτασε τους 24.027.000 τόνους σε έκταση περίπου 16.556.000 στρεµµάτων. Σηµαντική παραγωγή παρουσίασε και το Μεξικό µε 3.013.000 τόνους και 2.002.000 στρέµµατα και η Τουρκία µε 2.887.000 τόνους και 1.426.000 στρέµµατα (Αθανασιάδης, 2008). Στην Ευρώπη εισήχθη κατά το τέλος του 15ου αιώνα και σήµερα καλλιεργείται στην Ελλάδα σε έκταση µεγαλύτερη των 35.000 στρεµµάτων. Από την έκταση αυτή 30.000 περίπου στρέµµατα αφορούν καλλιέργειες υπαίθριες, που δίνουν νωπό προϊόν γύρω στους 70.000 τόνους, και 2.500 έως 3.000 στρέµµατα αφορούν καλλιέργειες θερµοκηπίων, που δίνουν παραγωγή 10.000 έως 15.000 τόνους. Περίπου 4.000 στρέµµατα επίσης, καταλαµβάνουν καλλιέργειες πιπεριάς, το προϊόν των οποίων προορίζεται για µεταποίηση σε σκόνη και ακόµα µικρότερη έκταση διατίθεται για καλλιέργεια µικρόκαρπων ποικιλιών για την παραγωγή τουρσιών. Το χρώµα, το άρωµα και η καυστικότητα αποτελούν σηµαντικούς παράγοντες για την ποιοτική ταξινόµησή τους. Η καυστικότητα αποτελεί κριτήριο ποιότητας των πιπεριών "chile" και προκαλείται από την οµάδα των βανιλλυλαµιδίων τα καψαϊκινοειδή. Αποτελούν τη µοναδική κατηγορία των αλκαλοειδών που περιορίζεται στο γένος Capsicum. Σκοπός εργασίας Στην Ελλάδα ένα µεγάλο ποσοστό της καλλιέργειας χρησιµοποιείται για την παρασκευή µεταποιηµένου προϊόντος τύπου τουρσί. Με εξαίρεση το αρχικό προϊόν, την πιπεριά, η επεξεργασία είναι τυποποιηµένη και δεν αντιµετωπίζονται ιδιαίτερα προβλήµατα. Ωστόσο οι πιπεριές αποτελούν προϊόντα που προέρχονται από 11

πληθυσµούς φυτών και ως εκ τούτου παρουσιάζουν µεγάλη παραλλακτικότητα στα µορφολογικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά όπως είναι η καυστικότητα το χρώµα και σκληρότητα. Πολλές χρονιές η καυστικότητα είναι δυνατόν να είναι πολύ υψηλή κυρίως για εδαφοκλιµατικούς λόγους. Η υψηλή καυστικότητα δεν προτιµάται από καταναλωτές άλλων χωρών (εξαγωγές) και αυτό δηµιουργεί προβλήµατα διάθεσης, καθώς και απώλεια µεριδίου της αγοράς. Έχουν γίνει απόπειρες να καλλιεργηθούν ποικιλίες χαµηλής καυστικότητας οι οποίες όµως απέτυχαν λόγω της σοβαρής παρέκκλισης από τα τυπικά ποιοτικά χαρακτηριστικτου προϊόντος και κυρίως από το χρώµα και από την σκληρότητα. Έτσι, δηµιουργήθηκε η ανάγκη να της εκτιµηθούν οι παράγοντες που συµβάλλουν στο τελικό χρώµα και την σκληρότητα του προϊόντος και να προσεγγισθεί το ζήτηµα της µείωσης της καυστικότητας από τεχνολογική άποψη. Σκοπός αυτής της µελέτης ήταν να γίνει σύγκριση των ποιοτικών χαρακτηριστικών νωπών και παστεριωµένων πιπεριών ποικιλίας Μακεδονικό µετά από διατήρησή τους στην άλµη µε βάση την ωριµότητα των καρπών η οποία σχετίζεται τόσο µε το χρώµα όσο και την σκληρότητα του προϊόντος. Επίσης, βασικός σκοπός της διατριβής ήταν να µελετηθεί η επίδραση του NaOH στη µείωση της καυστικότητας νωπών και µεταποιηµένων πιπεριών ποικιλίας Μακεδονικό. 12

1. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1.1. Γενικά χαρακτηριστικά πιπεριάς Η πιπεριά ανήκει στο γένος Capsicum, που ανήκει στην οικογένεια Solanaceae. Ο όρος «πιπέρι», προέρχεται από ελληνική λέξη που αρχικά χρησιµοποιούταν για το µαύρο και άσπρο πιπέρι, αλλά αργότερα αφορούσε το γένος το οποίο συµπεριλάµβανε εφτά διαφορετικές οικογένειες. Ο όρος «Chilli» κατάγεται από µία εγχώρια γλώσσα του Μεξικού, όπου καταναλώνονταν είδη καυτερής πιπεριάς για πάνω από 5.000 έτη (Andrews, 1995) Η σχετικά µεγάλη περίοδος διατήρησης της βλαστικής ικανότητας του σπόρου της και η ευκολία της διακίνησής του συνέβαλαν στην ευρεία διάδοση της πιπεριάς σε πολλές τροπικές και υποτροπικές περιοχές του κόσµου. Στην Ινδία έγινε ευρέως δεκτή και ήδη από το 1542 αναφέρεται ότι ήταν γνωστά 3 είδη πιπεριάς. Σήµερα η Ινδία αποτελεί και την πρώτη χώρα εξαγωγής κόκκινης πιπεριάς. Στις ΗΠΑ, παρόλο που η καλλιέργειά της δεν διαδόθηκε γρήγορα, η πιπεριά σήµερα αποτελεί προϊόν µεγάλης οικονοµικής σηµασίας ( ηµητράκης, 1998). 1.2. Βοτανικά χαρακτηριστικά Το φυτό του είδους C. annuum είναι ποώδες ύψους 50-150 cm, όταν καλλιεργείται στο ύπαιθρο, ενώ άλλα είδη πιπεριάς µπορούν να αποκτούν την µορφή θάµνου, όπως π.χ. το C. frutescens. Οι βλαστοί της πιπεριάς είναι περιορισµένης σε ύψος ανάπτυξης, δεδοµένου ότι η επιµήκυνση τους σταµατά µε το σχηµατισµό ενός άνθους στην κορυφή. 1.2.1. Κλιµατολογικές απαιτήσεις Η καλλιέργεια της πιπεριάς είναι αποδοτική µόνο σε περιβάλλον µε ήπιο κλίµα, διότι πρόκειται για φυτό ευπαθές στο ψύχος, δηλαδή σε θερµοκρασίες κάτω από 12 ο C. Για οικονοµική εκµετάλλευση του παραγωγικού δυναµικού του φυτού απαιτείται µακρά βλαστική περίοδος µε ευνοϊκές θερµοκρασίες. Τα φυτά των πρώιµων ποικιλιών αρχίζουν να συγκοµίζονται περίπου 3-4 µήνες µετά τη σπορά και των όψιµων ποικιλιών 4-5 µήνες µετά, ενώ η περίοδος των διαδοχικών συγκοµιδών συνεχίζεται για πολλές εβδοµάδες εφόσον οι συνθήκες περιβάλλοντος ευνοούν την 13

αύξηση και ανάπτυξη του φυτού. Βρέθηκε πως τα είδη και οι ποικιλίες που παράγουν καυτερούς καρπούς αντέχουν περισσότερο σε υψηλές θερµοκρασίες και ίσως ορισµένες ευνοούνται από αυτές. Σε χαµηλές θερµοκρασίες υποβαθµίζεται η γεύση και το χρώµα των παραγόµενων καρπών. 1.2.2 Καρπός Ο καρπός της πιπεριάς είναι ράγα, µε µέγεθος, σχήµα και τελικό χρώµα που ποικίλλει ανάλογα µε το γενότυπο. Κατά την ανάπτυξη του καρπού το περικάρπιο αποχωρίζεται από τον πλακούντα (λόγω διαφοράς στο ρυθµό ανάπτυξης), οπότε δηµιουργείται στο εσωτερικό του κοιλότητα, όπου αναπτύσσεται ο ξηρός πλακούντας που φέρει τους σπόρους (Ντόγρας, 2002, Bosland and Votava, 2000). Το σχήµα του καρπού ποικίλλει ανάλογα µε το γενότυπο από επίµηκες ή κωνικό ως σφαιροειδές και διάφορους συνδυασµούς τους. Συνήθως ο καρπός των καυτερών ποικιλιών αποτελείται από 2-3 καρπόφυλλα και των γλυκών τύπου καµπάνας, από 3-5 καρπόφυλλα (Ντόγρας, 2002). Κατά την ωρίµανση του καρπού η περιεκτικότητα του περικαρπίου σε σάκχαρα αυξάνεται και συντίθενται διάφορες χρωστικές ουσίες όπως ακόµη και η καυστική ουσία καψαϊκίνη στις καυτερές ποικιλίες. Ο σχηµατισµός των καρπών ξεκινά µετά την πτώση των πετάλων και έπειτα αυξάνονται αργά σε µήκος. Στη συνέχεια, ανάλογα πάντα µε την ποικιλία, αυξάνονται µε γρήγορο ρυθµό µέχρι ένα ορισµένο σηµείο οπότε και αρχίζει να σταθεροποιείται το µήκος τους. Η καψαϊκίνη αρχίζει να συσσωρεύεται λίγο πριν από τη µεγάλη αύξηση του µήκους και η έντονη αύξησή της διαρκεί συγκεκριµένο χρόνο αναλόγως της ποικιλίας. Μετά το µέγιστο της συγκέντρωσης της παραµένει σταθερή και µόνο σε ελάχιστες περιπτώσεις µπορεί να µειωθεί, (Kirschbaum-Titze et al., 2002 ). 1.2.3. Χρώµα Το χρώµα του καρπού της πιπεριάς µεταβάλλεται έντονα κατά την πορεία ωρίµανσης εξαιτίας των χρωστικών που περιέχει. Το αρχικό χρώµα είναι πράσινο, στην πορεία της ωρίµανσης γίνεται κίτρινο-πορτοκαλί και καταλήγει σε κόκκινο (Minguez-Mosquera and Hornero-Mendez, 1994). Τόσο η εναλλαγή των χρωµάτων όσο και το τελικό χρώµα του καρπού εξαρτώνται από το γενετικό υλικό του φυτού και το περιβάλλον. Το πράσινο χρώµα του καρπού οφείλεται κυρίως στην παρουσία της χλωροφύλλης που υπάρχει στους χλωροπλάστες (Deli et al, 2001, Conforti et al, 14

2007). Στην πορεία της ωρίµανσης οι χλωροφύλλες διασπώνται, ενώ παράλληλα συντίθενται καροτενοειδή (καψανθίνη, καπσορουµπίνη και κρυπτοκαπσίνη) (Markus et al., 1999) και οι χλωροπλάστες µετατρέπονται σε χρωµοπλάστες. Τα καροτενοειδή είναι ισοπρενοειδή µε 40 άτοµα C και σχηµατίζονται από τη συµπύκνωση 8 µονάδων ισοπρενίου. Η συµπύκνωση αυτή αποτελεί ένα από τα βασικά στάδια της βιοσύνθεσης των ισοπρενοειδών (Hornero-Mendez et al., 2000). Η καψορουβίνη, η κρυπτοξανθίνη και κυρίως η καψανθίνη είναι χρωστικές που συντίθενται αποκλειστικά στην πιπεριά και είναι υπεύθυνες για το κόκκινο χρώµα (Minguez- Mosquera and Hornero-Mendez, 1994., Hornero-Mendez et al., 2000). Οι ξανθοφύλλες και κυρίως η ζεαξανθίνη είναι χρωστικές υπεύθυνες για το κίτρινο χρώµα. Η αναλογία κόκκινων προς κίτρινων χρωστικών δίνει το τελικό χρώµα (Hornero-Mendez et al., 2000). Στους καρπούς της πιπεριάς (Capsicum spp.) το χρώµα των ωριµασµένων καρπών, όπως το κόκκινο, το κίτρινο και το πορτοκαλί, οφείλεται στη συσσώρευση των καροτενοειδών. Το καφέ χρώµα σε ωριµασµένους καρπούς οφείλεται στην έλλειψη χλωροφύλλης λόγω της αποικοδόµησης, αλλά και της ταυτόχρονης συγκέντρωσης κόκκινων χρωστικών κατά τη διάρκεια της ωρίµανσης (Smith, 1950). 1.2.4. Άρωµα Τα σταγονίδια των πτητικών ελαίων των µεσοκάρπιων κυττάρων παράγουν το χαρακτηριστικό άρωµα του καρπού της πιπεριάς. Τα σταγονίδια αυτά αυξάνονται καθώς ο καρπός ωριµάζει. Το έλαιο αποτελείται από µείγµα µεθοξυπυραζίνης, αλειφατικών αλκοολών και εστέρων. 1.3. Είδη και ποικιλίες πιπεριών Υπάρχει ένας µεγάλος αριθµός διασταυρώσεων διαφόρων ποικιλιών πιπεριάς µε αποτέλεσµα να έχουν αναγνωριστεί πάνω από ενενήντα είδη, µέσα στα οποία περιλαµβάνονται πέντε είδη όπως C. annuum, C. frutescens, C. baccatum, C. chinese, και C. pubescens (Heiser and Piekersgill, 1969 ). Οι πιπεριές µπορούν να ταξινοµηθούν σε δύο κύριες κατηγορίες, στους καρπούς µε γλυκιά σάρκα και σε αυτούς µε καυτερή. Μια άλλη κατηγοριοποίηση µπορεί να γίνει µε βάση την εµφάνιση και τη χρήση. Επίσης µια ταξινόµηση µε εµπορικό ενδιαφέρον µπορεί να δώσει τους παρακάτω τύπους (Sanatombi and Sharma, 2008). 15

Εικόνα 1. Τύποι πιπεριάς Τύπος καµπάνας: Μεγάλοι, κοντοί και χοντροί καρποί µε τρεις ή τέσσερις λοβούς Τύπος cherry: Λεπτοκαµωµένοι καρποί, χρώµατος πορτοκαλί έως βαθύ κόκκινο κατά τη συγκοµιδή, µε γλυκιά ή καυτερή γεύση Τύπος chilli: Καυτεροί και λεπτής σάρκας καρποί Αρωµατικές πιπεριές: Καρποί µε γλυκιά γεύση και πυκνό κυτταρικό τοίχωµα, κωνικού σχήµατος µε έντονο κόκκινο χρώµα κατά την ωριµότητα Πιπεριές Tabasco: Καρποί επιµήκεις, λεπτοί καρποί υψηλής καυστικότητας 1.3.1. Είδη καυτερής πιπεριάς Η καλλιεργούµενη στην Ελλάδα πιπεριά ανήκει στο είδος Capsicum annuum L. var. annuum της οικογένειας Solanaceae. Υπάρχει ένας µεγάλος αριθµός ποικιλιών που ανήκουν στο καλλιεργούµενο είδος Capsicum annuum L. var. annuum, όπως οι ποικιλίες: Ancho, Anaheim, Big Bertha, Bolivian Rainbow, Cayenne, Cherry Bomb, Fresno, Fiesta, Goat Horn, Hungarian Yellow Wax, Jalapeno, Mirasol, Peter Pepper, Peruvian Pepper, Poblano, Super Chili, Thai Hot (Somos, 1984). Στην παρακάτω εικόνα απεικονίζονται έξι διαφορετικές καλλιέργειες πιπεριάς chilli, που ανήκουν σε τρία είδη του γένους Capsicum: το Capsicum annuum L, το Capsicum lutescens L. καθώς και το Capsicum chinense Jacq. a) Meiteimorok b) Haomorok 16

c) Uchithi d) Mashingkha e) Umorok f) Chiengpi 1.4. ιαθρεπτική αξία της πιπεριάς Οι φρέσκιες πιπεριές αποτελούν σηµαντικότατη πηγή βιταµίνης C. Τα β- καροτενοειδή, καθώς και η βιταµίνη C και Α που περιέχονται στις καυτερές πιπεριές αποτελούν ισχυρά αντιοξειδωτικά που καταστρέφουν τις ελεύθερες ρίζες (Simonne et al., 1997). Στον παρακάτω πίνακα φαίνεται αναλυτικότερα η διαθρεπτική σύσταση της νωπής πράσινης καυτερής πιπεριάς (USDA Nutrient Data Laboratory). Πίνακας 1. ιαθρεπτική σύσταση της νωπής και µεταποιηµένης πράσινης καυτερής πιπεριάς. Θρεπτικά Συστατικά / 100g Νωπή Μεταποιηµένη Νερό 88,2 gr 92,5 gr Ενέργεια 40 kcal 21 kcal Πρωτεΐνες 1,87 gr 0,9 gr Συνολικό Λίπος 0,44 gr 0,1 gr ιαιτητικές Ίνες 1,5gr 1,3gr Συνολικά σάκχαρα 5,3 gr 3,32 gr Ασβέστιο 14 mg 7 mg Κάλλιο 322 mg 187 mg Φώσφορο 43 mg 17 mg Νάτριο 9 mg Μαγνήσιο 23 mg 14 mg Βιταµίνη C 143,7 mg 68 mg Βιταµίνη Α 952 IU 11892 IU Βιταµίνη Κ 14 µg 8,7 µg B- Καροτένιο 534 µg 6664 µg 1.5. Καυστικότητα Από βιολογική άποψη δεν είναι γνωστά πολλά πράγµατα σχετικά µε την εµφάνιση και το µέγεθος της καυστικότητας. Η καυστικότητα στις πράσινες καυτερές πιπεριές µειώνεται κατά τη διάρκεια θερµικής επεξεργασίας, καθώς η περιεχόµενη καψαϊκίνη µειώνεται από 559 σε 441 µg g 1 (Jasim et al., 2002). 17

Πιστεύεται ότι το φυτό της καυτερής πιπεριάς αναπτύσσει καυστικότητα µε σκοπό να προστατεύσει τους καρπούς της από τα θηλαστικά ζώα, ενώ αντιθέτως οι καρποί τρώγονται από τα πουλιά τα οποία δεν έχουν την αίσθηση της καυστικότητας και έτσι µεταφέρουν τους σπόρους (Bosland and Votana, 2000). Εκτός από την καψαϊκίνη έχουν προσδιοριστεί και άλλα αλκαλοειδή που προκαλούν καυστικότητα, αλλά η καψαϊκίνη και η διυδροκαψαϊκίνη είναι οι κύριες ενώσεις που την προκαλούν. (Contreras Padilla and Yahia, 1998). 1.5.1. Καψαϊκινοειδή Οι πιπεριές αποτελούν την κύρια πηγή καψαϊκινοειδών, µία οµάδα καυτερών φαινολών που προέρχονται από το µονοπάτι του φαινυλοπροπανίου, όπως η λιγνίνη, οι ανθοκυανίνες και τα φλαβονοειδή (Andrews, 1995). Τα καψαϊκινοειδή είναι σύνθετα αλκαλοειδή που παράγουν την καυτερή γεύση ή καυστικότητα (Collins et al., 1995). Πολλές µελέτες αναφέρουν ότι η αύξηση των καψαϊκινοειδών στους καρπούς του γένους Capsicum σχετίζεται µε την ηλικία του καρπού, το µέγεθος και το στάδιο ανάπτυξης (Sakamoto et al., 1994). Τα καψαϊκινοειδή, τα οξικά αµίδια της βανιλαλαµίνης και τα διακλαδιζόµενα λιπαρά οξέα C 8 και C 13 συσσωρεύονται κυρίως στους επιδερµικούς ιστούς του πλακούντα (Ishikawa et al., 1998). Τα συστατικά αυτά είναι υπεύθυνα για την ανάπτυξη της καυστικότητας στα πιπέρια (Kirschbaum-Titze et al., 2002). Η καυστικότητα είναι αποτέλεσµα της επίδρασης της καψαϊκίνης και είναι ανάλογη του πόνου που προκαλείται στους αισθητήριους υποδοχείς του στόµατος και του λαιµού (Krajewska and Powers, 1988). Τα επίπεδα καυστικότητας στα πιπέρια καθορίζονται από δύο παράγοντες το γενότυπο των φυτών και το πώς αυτός αλληλεπιδρά µε το περιβάλλον (Iwai et al., 1979). Η συγκέντρωση των καψαϊκινοειδών στις κόκκινες φρέσκες πιπεριές ποικίλλει. για παράδειγµα στην πάπρικα κυµαίνεται από 0,001 έως 0,01%, ενώ σε πιπεριές τσίλι κυµαίνεται από 0,1 έως 1% (Govindarajan, 1987). Τα καψαϊκινοειδή χρησιµοποιούνται στη γεωργία ως απωθητική ουσία για τα έντοµα. Αυτό που προκαλεί ενδιαφέρον είναι η συνεργατική τους δράση µε τα διάφορα οργανοφωσφορικά εντοµοκτόνα. 18

1.5.1.1. Βιοσύνθεση των καψαϊκίνοειδών Η βιοσύνθεση των καψαϊκινοειδών λαµβάνει χώρα στα επιδερµικά κύτταρα του πλακούντα (Suzuki and Iwai, 1984). Τα επιδερµικά αυτά κύτταρα εκκρίνουν ένα λιπαρό ελαφρώς κίτρινο υγρό σε µορφή µικρών φυσαλίδων. Οι φυσαλίδες αυξάνονται σε όγκο έως ότου επέλθει διάρρηξη τους, µε αποτέλεσµα τα καψαϊκινοειδή που βρίσκονταν στο εσωτερικό τους να διασπείρονται τώρα στο εσωτερικό χώρο του καρπού (Suzuki and Iwai, 1984). Τα καψαϊκινοειδή αποτελούνται από ένα µόριο βανιλλυλαµίνης και ένα λιπαρό οξύ. Τα µονοπάτια σύνθεσης των δύο αυτών µορίων διαφέρουν σε µεγάλο βαθµό και δεν πρέπει να συνχέονται. Η βανιλλυλαµίνη προετοιµάζεται µέσω του µεταβολισµού των φαινυλοπροπανοειδών και το λιπαρό οξύ προέρχεται από τη βιοσύνθεση των λιπαρών οξέων του φυτού Capsicum (Thiele, 2008). Σχήµα 1. Βιοσύνθεση των καψαϊκινών (Yeoman et al., 1993). 19

Σχήµα 2. Βιοσύνθεση των καψαϊκινών (Yeoman et al., 1993). 1.5.2. Καψαϊκίνη Η καψαϊκίνη συντίθεται αποκλειστικά στην καυτερή πιπεριά και αποτελεί κληρονοµικό χαρακτηριστικό του φυτού. Η περιεκτικότητα της είναι αποτέλεσµα όχι µόνο της έκφρασης γενοτύπου, αλλά κυρίως της αλληλεπίδρασής του µε το περιβάλλον τόσο κατά την ανάπτυξη του φυτού όσο και κατά την ωρίµανση του καρπού, χωρίς ωστόσο να είναι απόλυτα γνωστά τα αποτελέσµατα της αλληλεπίδρασης αυτής. (Iwai et al., 1979, Salgado-Garciglia and Ochoa-Alejo, 1990, Sukrasno and Yeoman, 1993, Sakamoto et al., 1994, Estrada et al., 1997). Η θερµοκρασία, το φως, η εδαφική υγρασία, η θρεπτική κατάσταση του εδάφους, το κλίµα αποτελούν παράγοντες του περιβάλλοντος που επηρεάζουν τα επίπεδα καψαϊκίνης. Η έλλειψη νερού, η υψηλή ή χαµηλή θερµοκρασία, η σκίαση ή µη σκίαση και η θρέψη αποτελούν κλασσικές καταπονήσεις που µπορεί να δέχεται ένα φυτό και επηρεάζουν τα επίπεδα καψαϊκίνης στους καρπούς (Harvel and Bosland, 1997, Estrada et al., 1998, Johnson and Decoteau, 1996, Kirschbaum-Titze et al., 2002). Η καψαϊκίνη παράγεται στα εξωτερικά επιδερµικά κύτταρα του πλακούντα και συγκεκριµένα σε αδένες οι οποίοι υπάρχουν σε ένα φυτικό ιστό που ενώνει τον πλακούντα µε το περικάρπιο. Μετά τη βιοσύνθεσή της διαχέεται στους ιστούς του πλακούντα και στα σπέρµατα και συγκεκριµένα βρίσκεται µέσα σε ένα µεγάλο αριθµό 20

µικροσκοπικών κυστιδίων κατά µήκος του περικαρπίου (Prasad et al., 2006, Stewart et al., 2007). Η καψαϊκίνη αρχίζει να συσσωρεύεται λίγο πριν από τη µεγάλη αύξηση του µήκους και η έντονη αύξησή της διαρκεί συγκεκριµένο χρόνο αναλόγως της ποικιλίας. Μετά το µέγιστο της συγκέντρωσής της παραµένει σταθερή και µόνο σε ελάχιστες περιπτώσεις µπορεί να µειωθεί (Kirschbaum-Titze et al., 2002). Στο παρακάτω σχήµα απεικονίζεται η ανατοµία του καρπού πιπεριάς (εγκάρσια τοµή), όπου φαίνονται τα διάφορα µέρη του καρπού και οι αδένες παραγωγής της καψαϊκίνης (Bosland and Votava, 2000). Σχήµα 3. Ανατοµία του καρπού πιπεριάς. Η καψαϊκίνη είναι αδιάλυτη στο κρύο νερό, αλλά διαλυτή στην αλκοόλη, την ακετόνη και άλλους παρόµοιους οργανικούς διαλύτες. Αποτελεί ένα από τα πιο καυτερά συστατικά. Η µορφή της (C 18 H 27 O 3 N) είναι κρυσταλλική και άχρωµη, έχει µοριακό βάρος 305,46 και σηµείο τήξης 64-65 o C, ενώ πέρα αυτής της θερµοκρασίας καθίσταται πτητική. Η καψαϊκίνη είναι απαλλαγµένη από άρωµα και οσµή και το µοριακό της βάρος είναι 305,4 Da. 21

Σχήµα 4. Χηµικός τύπος καψαϊκίνης (Stecher, 1968). Η ουσία αυτή ανακαλύφθηκε και αποµονώθηκε πρώτη φορά από τον Bucholz το 1816. Το 1846 ο Tresh κατάφερε να αποµονώσει σηµαντική ποσότητα καψαϊκίνης προσδιορίζοντας παράλληλα και το χηµικό της τύπο (Sung et al., 2005). Ο προσδιορισµός της καψαϊκίνης υλοποιήθηκε στο εργαστήριο από τον Benedek (Obal, and Benedek, 1979) και αργότερα από τον Somo (1984). Η καψαϊκίνη ανήκει στην ίδια οµάδα µε τους υποδοχείς των αισθήσεων οι οποίοι οδηγούν την αίσθηση του πόνου από τη θερµότητα (καυστικότητα) και την οξύτητα (Julius and Basbaum, 2001). 1.5.2.1. Ο µεταβολισµός της καψαϊκίνης κατά τη διάρκεια της ωρίµανσης Η περιεχόµενη καψαϊκίνη, όπως καθορίζεται από τη µέθοδο σκιαγράφησης του Bajaj (1980), είναι µεγαλύτερη στις ώριµες πιπεριές από ότι στις πράσινες. Η περιεχόµενη καψαϊκίνη κυµαίνεται από 37,6 έως 497 mg ανά 100g στους ώριµους καρπούς, ενώ στους πράσινους από 278 έως 404,5 mg ανά 100g. Αντιθέτως, σύµφωνα µε τους Wheat (1987), τα πιπέρια Tabasco κατά τη διάρκεια του αρχικού σταδίου της ωρίµανσής τους έχουν ακόµη πράσινο χρώµα και περιέχουν σηµαντικά µεγαλύτερη συγκέντρωση καψαϊκίνης από τους καρπούς που έχουν πορτοκαλί και κόκκινο χρώµα. Σε µετέπειτα στάδια της ωρίµανσης όµως, έχουµε αλλαγή του χρώµατος από πράσινο σε κόκκινο και µείωση της συγκέντρωσης της καψαϊκίνης (Mathew et al., 1979). 1.5.2.2. Θεραπευτικές ιδιότητες Η καψαϊκίνη δεν γίνεται αισθητή από τα αισθητήρια όργανα της γεύσης, αλλά από νεύρα-αισθητήρια όργανα του πόνου, τα οποία βρίσκονται στη στοµατική κοιλότητα, στη µύτη και στο στοµάχι. Η καψαϊκίνη διεγείρει ένα σύνολο υποδοχέων των αισθητήριων αυτών οργάνων, που µε τη σειρά τους προκαλούν απελευθέρωση χηµικού µεταφορέα ο οποίος ενηµερώνει τον εγκέφαλο για την ύπαρξη πόνου. Ο 22

εγκέφαλος δίνει εντολή στο νευρικό σύστηµα να διοχετεύσει στο σώµα ενδορφίνη για την αντιµετώπιση του πόνου (Bosland and Votana, 2000). Η καυτερή πιπεριά χρησιµοποιήθηκε από τον άνθρωπο για πολλούς αιώνες σαν φάρµακο για την αντιµετώπιση προβληµάτων του κυκλοφορικού του συστήµατος και του πόνου που προκαλείται από ρευµατισµούς και αρθρίτιδα. Σήµερα στην ιατρική χρησιµοποιείται ως αµυντικό διεγερτικό σε λουµπάγκο, νευραλγίες, ρευµατικές διαταραχές και σε µη αλλεργικές ρινίτιδες. Έχει τονωτική δράση και ως φυτό χρησιµοποιείται ενάντια σε κολικούς, διάρροιες, άσθµα, µυϊκούς πόνους και πονόδοντους (Ravishankar et al., 2003, Conforti et al., 2007). Χρησιµοποιείται επίσης ως τοπικό αναλγητικό σε πόνους από αρθριτικά και φλεγµονές (Deal et al., 1991). 1.5.2.3. Βιοσύνθεση της καψαϊκίνης Η βιοσύνθεση της καψαϊκίνης πραγµατοποιείται από δύο διαφορετικές µεταβολικές διαδικασίες. Στη µία συµµετέχουν αρωµατικές ενώσεις και εµπλέκεται στο δευτερογενή µεταβολισµό όπου και σχηµατίζονται διάφορες φαινολικές ενώσεις, ενώ στη δεύτερη διαδικασία παρατηρείται µεταβολισµός των λιπαρών οξέων, ξεκινά µε ένα αµινοξύ και καταλήγει στη σύνθεση της καψαϊκίνης (Aluru et al., 2003). 23

Σχήµα 5. Βιοσύνθεση της καψαϊκίνης (Sukrasno and Yeoman 1993, Aluru et al., 2003). 1.5.2.4. Αναλυτικοί µέθοδοι ποσοτικού προσδιορισµού καψαϊκίνης Πολλές και διάφορες µέθοδοι χρησιµοποιούνται για την ανάλυση και ποσοτικοποίηση της καψαϊκίνης από τον καρπό της πιπεριάς, όπως οργανοληπτικές (Scoville, 1912; Govindarajan et al., 1977), φασµατοφωτοµετρικές (Awasthi and Singh, 1973; Bajaj, 1980), χρωµατογραφικές (Sankarikutty et al., 1979), η µέθοδος της υψηλής απόδοσης υγρής χρωµατογραφίας (HPLC) και η αέρια χρωµατογραφία (GC). Στις µέρες µας η ανάλυση των καψαϊκινοειδών διεξάγεται φασµατοφωτοµετρικά (Bajaj, 1980), µε αέρια χρωµατογραφία (Krajewska and Powers, 1988), µε υψηλής απόδοσης υγρή χρωµατογραφία (HPLC) (Attuquayafio and Buckle, 1987; Cooper et al., 1991; Collins et al., 1995). 24