El oscurecimiento o encafecimiento o empardeamineto de ciertos alimentos de origen vegetal tienen su origen en las fenolasas, esto sucede cuando han sufrido algún daño de tipo fisico y que exponen su tejido al aire, el hecho de que este cambio no se efectué en las células intactas indica que existe un microambiente anaeróbico dentro del fruto que inhibe el mecanismo y que, además, la enzima y el sustrato se encuentran en compartimientos celulares separados que no permiten llevar a cabo la reacción en el estado original.
Las enzimas que caracterizan a esta transformación pertenecen a las oxidoreductasas y se conocen con diferentes nombres: fenoloxidasa,tirosinasa, catecolasa, polifenoloxidasa, polifenolasa y fenolasa, siendo este último la mayor aceptación (clasificación EC1.10.18.1) y su nombre técnico es la o-difenil-oxígeno-oxidorreductasa. Abundan en frutas (manzana, plátano, pera, fresa, durazno), en cítricos no se han reportado actividades intensas, en hongos como Pleorotus y Agaricus se encuentra presente tanto en forma activa como latente y tiene una fuerte actividad.
Los sustratos más comunes son los compuestos insaturados, principalmente los que estructuras de monofenoles o de o-difenoles, como la tirosina, los flavonoides, y los Caninos en el café o en el cacao, las antocianinas, el ácid o clorogénico, el ácido cafeíco, la adrenalina y el catecol.
Existen sustancias similares (m-difenoles) que actúan como inhibidores de la reacción mediante inhibición competitiva como el guayacol o el resorcinol. Cabe indicar que la intensidad del oscurecimiento en la manzana está en función de la actividad de la fenolasa y de la concentración de los polifenoles que sirven de sustrato. Los productos finales de estas reacciones son macromoléculas muy complejas, resultado de la copolimerización de los sustratos y dependiendo de la intensidad de esta transformación, las melaninas varían su color desde amarillo hasta un café oscuro.
Las enzimas requieren de iones cobre como cofactor, con un pH óptimo de 5 a 7 y tienen estructuras oligoméricas, en donde cada monómero tiene su factor correspondiente. El etileno acelera las reacciones por lo que se recomienda almacenar en condiciones en que no se genere este gas.
Muchas de las fenolasas presentan dos tipos de actividad catalítica por las cuales se lleva este oscurecimiento: actividad de fenol hidroxilasa y actividad de polifenol oxidasa o catecolasa, el primer mecanismo es de menor velocidad. Como ya se mencionó la intensidad de una u otra actividad enzimática depende del sustrato, de tal manera que algunos productos que tienen o-fenoles en estado natural no efectuan la hidroxilación, como el catecol que siendo un difenol orto, se transforma directamente a la correspondiente benzoquinona por la acción oxidarte de la polifenoloxidasa.
Las ortoquinonas así formadas se pueden polimerizar fácilmente y producir las correspondientes melaninas, este paso no requiere de la enzima y esta exclusivamente en función de las condiciones de temperatura, pH, potendial redox, etc. Dada la poca aceptación que tienen los alimentos dañados por las reacciones de obscurecimiento enzimático, se han utilizado diferentes métodos par a controlarlas. Los métodos comerciales más comunes son el tratamiento térmico, los sulfitos, los ácidos y el uso de atmósferas modificadas. La intensidad del calentamieno para inactivar las enzimas depende de muchos factores, ya cada una tiene una determinada termosensibilidad. Y se debe considerar el efecto que estos tratamientos tienen sobre otros atributos sensoriales principalmente. En caso de usarse se recomienda tratamientos e 70 a 90°C por corto tiempo.
En el caso de utilizar sulfitos, metabisulfitos, bisulfitos y anhídrido sufuroso, elmecanismo que sigue es el de establecer un complejo de quinona-sulfito que evita que la quinona se polimerice o bien que actué sobre la enzima y altere su estructura proteínica.
Usualmente se recomienda una concentración residual de 20 ppm de SO2 libre. Existen otros compuestos que se pueden utilizar como donadores de un sulfhidrilo libre como la cisteína pero generalmente son más caros para su uso industrial.
En el caso de los ácidos, quien no ha escuchado de adicionar limón al guacamole como una forma de retardar su oscurecimiento, y es que se le adicionan ácidos ascórbico, málico, fosfórico y cítrico como conservadores, ya que al presentar una capacidad reductora convierten las quinonas en sus respectivos fenoles, actuando en ocasiones como secuestrantes de cobre e impidiendo la formación de la enzima activa, o en ocasiones directamente sobre la enzima.
En el caso de atmósferas modificadas, sigue siendo un método costoso por lo que se restringe a productos con alto valor agregado. Existen nuevas alternativas como el uso de enzimas que transforman los compuestos fenolicos en productos tipo lactonas.