Looduslik kaitsemehhanism külmumise vastu

Arktilistest piirkondadest pärit organismid on välja arendanud mitmeid mehhanisme, et kaitsta end külmumise eest. Üheks lahenduseks on spetsiaalsete valkude tootmine, mis seonduvad jääkristallide pinnale ja takistavad nende kasvu. Algselt kaladest leitud valke leidub paljudes eri organismides. Näiteks külmunud mullas talvituvates putukates ning taimedes, mis peavad vastu külmadele öödele ja öökülmadele. Samuti on neid leitud seentest, vetikatest ja isegi mikroorganismidest nagu bakterid. 

Valkude suurus, struktuur ja omadused võivad olla väga erinevad, aga neid ühendab võime seonduda mikroskoopiliste jääkristallide pinnale ja mõjutada nende teket, kuju või kasvu. Jääkristallide kasv organismides on ohtlik, kuna see võib põhjustada rakumembraanide purunemist, vee kadu ja rakkude hukkumist. Seetõttu on jääga seonduvate valkude olemasolu ja toime eluliselt tähtis. 

Valkude omadused teadlaste huviorbiidis

Nende ainulaadsed omadused on äratanud huvi ka paljudes rakendusvaldkondades. Meditsiinis nähakse neis võimalust pikendada rakkude, kudede ja organite säilivust. Põllumajanduses võiks neid kasutada külmakindlamate taimede aretamiseks. Toidutööstuses on selline jääkristallide stabiliseerimine eriti kasulik külmutatud toitude puhul, kuna paljud külmakahjustused tekivad just temperatuuri muutuste tõttu transpordi ja hoiustamise käigus. Heaks näiteks on valesti säilitatud jäätis, mille pinnale tekivad suured jääkristallid, muutes selle tekstuuri jäiseks ja ebameeldivaks. 

Külmumiskindel tainas tänu bakterile

Sama probleem esineb ka külmutatud taignaga. Temperatuuri kõikumine põhjustab jääkristallide kasvu, mis võib kahjustada pärmirakke ning taigna valkude struktuuri. See mõjutab negatiivselt taigna kerkimist ja lõpptulemusena ka valmiva saia kvaliteeti. 

Oma doktoritöö raames olen uurinud jääga seonduvaid valke, mida toodab üks Šotimaa rannikuvetest leitud bakter - Pseudomonas fluorescens. Eraldasin valgud laboritingimustes, et uurida nende võimet seonduda jääkristallide pinnale ja takistada kristallide kasvu. 

Lisaks katsetasin, kuidas mõjutab nende valkude lisamine külmutatud nisujahutainale pagaritoodete kvaliteeti pärast külmutamist. Tulemused näitasid, et jääkristallide kasv tainas põhjustab olulisi kahjustusi. Näiteks pärmirakkude vigastusi, tärklise struktuuri muutusi ja nisuvalkude lagunemist. Nende kahjustuste tagajärjel ei kerki tainas enam korralikult ning küpsetised jäävad tihked, kõvad ja kuivemad. 

Lisades täistera nisujahust valmistatud taignale jääga seonduvaid valke, suurenes pärmirakkude ellujäämisvõime märkimisväärselt. See omakorda tagas paremini kerkiva, pehmema ja kauem säiliva küpsetise. Valkude lisamine aitas säilitada ka saiale omast meeldivat maitset ning lõhna. 

Seega võib öelda, et jääga seonduvate valkude lisamine külmutatud taignasse aitab säilitada selle kvaliteeti ja pikendada säilivusaega. See avastus võib viia ka teiste külmutatud toiduainete parema säilitamiseni. Uurimistöö jätkub, et täpselt määrata, milline valk selle mõju eest vastutab ja kuidas seda suuremas mahus toota.

Artikkel "Cryo-protective effect of ice-binding proteins produced by Pseudomonas fluorescens AQP671 on wholegrain wheat bread dough during freezing and frozen storage" ilmus ajakirjas JWT.