TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BÀI TIỂU LUẬN: SỰ OXY HÓA CHẤT BÉO TRONG THỰC PHẨM Môn : HÓA HỌC THỰC PHẨM GIẢNG VIÊN : ThS NGUYỄN THỊ VÂN LINH LỚP : 13DTP01 NHÓM :3 2014 MỤC LỤC Tên Trang Mục lục…………………………………… Danh sách hình và bảng ……………………………………………………2 Danh sách nhóm ……………………………………………………………3 Lời mở đầu ………………………………………………………… I Tổng quan về chất béo:………………………………………………… Chất béo là gì? .5 2.Phân loại ………………………………………………………………6 2.1 Phân loại theo nguồn gốc chất béo: ………………………………6 2.2.Phân loại theo các thức chế biến………………………………… 2.3 Phân loại theo tính chất hóa học………………………………… Thành phần cấu tạo, công thức đơn giản và phức tạp: …………………8 Tính chất vật lý và hóa học:……………………………………………9 Acid béo chuyển hóa là gì ? 11 Chất béo chuyển hóa là gì? 11 Chất béo chuyển hóa có ở đâu ……………………………………….11 Chuyển hóa chất béo …………………………………………………12 9.Vai trò của chất béo………… ……………………………………… 13 II Khái quát chung về gốc tự và sự oxy hóa:………………………….13 1.Gốc tự do…………………………………… ……………………….13 2.Sự oxy hóa……………………………………………………………15 III Sự oxy hóa chất béo thực phẩm………… …………………… 16 1.Sự oxy hóa chất béo…………………………….……………………16 Cơ chế phản ứng oxy hóa chất béo thực phẩm……………… 16 2.1 Cơ chế phản ứng oxy hóa hóa học:………………………………21 2.2 Sự oxy hóa sinh học………………………………………………21 2.2.1 Khái niệm oxy hóa sinh học:…………………………………21 2.2 2.Cơ chế oxy hóa sinh học:…………………………………… 21 2.3 Ơi hố ceto………………………………………………………………22 3.Các yếu tố ảnh hưởng……………………………………….…… …22 IV Chống oxy hoá…………………………………………………………24 1.Khái niệm chất chống oxy hóa………………………………………24 Chức chất chống oxy hóa…………………… ………………24 3.Cơ chế chất chống oxy hóa…………………………………….……25 Danh sách các hình và bảng: Tên trang Hình Công thức cấu tạo của chất béo…………………………………………….7 Hình Sự chuyển hóa chất béo ở gan…………………………………………… 12 Hình Nguyên nhân gây gốc tự do…………………………………………… 13 Hình Quá trình gây hại của gốc tự do…………………………………………….15 Hình Sự khởi động chuỗi phản ứng của các gốc tự do:………………………… 17 Hình Quá trình gây hại của gốc tự do…………………………………………….19 Sơ đồ 1: Ảnh hưởng của các sản phẩm từ sự oxy hóa chất béo đến thực phẩm……20 Bảng 1: Qua bảng thống kê về % acid béo no và không no ……………………… 10 Danh sách nhóm: STT Họ và tên MSSV Hoàng Kiều Anh 1311517673 Nguyễn Thị Mỹ Dung 1311525034 Quảng Thị Hồng 1311518722 Nguyễn Thanh Thảo 1311526117 Nguyễn Thanh Sang 1311518745 LỜI MỞ ĐẦU Lipid chất có vai trò quan trọng đối với thể người cũng chế biến thực phẩm Nó là thành phần bản ( lipid, glucid, protein ) cấu thành bữa ăn và quá trình hoạt động sinh lí của thể Nhu cầu chất béo chiếm từ 15%-30% tổng lượng khẩu phần ăn Trong công nghệ thực phẩm, lipid giúp tăng độ cảm quan của thực phẩm và phong phú thêm cho các sản phẩm Ngoài những tác động tích cực, chất béo củng có những tác động tiêu cực đến sản phẩm và người không bảo quản, chế biến đúng cách Trong bài tiểu luận này, chúng em sẽ trình bày sơ lươc về chất béo và sự oxy hóa của chất béo thông qua chủ đề: “SỰ OXY HÓA CHẤT BÉO TRONG THỰC PHẨM” Trong quá trình làm bài tiểu luận này, chúng em đã rất cố gắng tìm kiếm tài liệu củng không tránh khỏi những sai xót Do đó, chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến của cô để có bài báo cáo hoàn thiện SỰ OXY HÓA CHẤT BÉO TRONG THỰC PHẨM I Tổng quan về chất béo: Chất béo là gì? Định nghĩa: Chất béo bao gồm nhóm các hợp chất hòa tan các dung môi hữu và thường không hòa tan nước Về mặt hóa học, chất béo là triglycerides, este của glycerol và vài loại axit béo Chất béo có thể tồn tại ở dạng rắn lỏng ở điều kiện nhiệt độ phòng phụ thuộc vào cấu trúc và thành phần của chúng Mặc dù các từ "dầu", "mỡ" và "lipid" đều dùng để chất béo, "dầu" thường được dùng để chất béo ở dạng lỏng điều kiện phòng bình thường, "mỡ" là chất béo ở thể rắn điều kiện phòng bình thường "Lipid" được dùng để cả chất béo ở thể lỏng và rắn, với những chất liên quan khác, thường dùng ngữ cảnh y học hóa sinh "Dầu" thường được dùng để chất không hòa trộn với nước và có cảm giác nhờn Ví dụ dầu mỏ hay tinh dầu, bất kể cấu trúc hóa học Chất béo là dạng lipid, chúng được phân biệt với các dạng lipid khác bởi cấu trúc hóa học và tính chất vật lý Loại chất béo này có vai trò rất quan trọng đối với các dạng sự sống, hỗ trợ cho các chức cấu trúc và chức trao đổi chất Chúng là phần quan trọng chế độ ăn của các sinh vật dị dưỡng (bao gồm cả người) Chất béo và lipid được chia nhỏ thể bởi các enzyme được gọi là lipases sản sinh tuyến tụy Lipid hay là chất béo là nhóm hợp chất hữu tự nhiên rất phổ biến tế bào động vật và thực vật , có thành phần hoa học và cấu tạo khác có tính chất chung là khơng hòa tan nước mà hòa tan các dung môi hữu (ether, chloroform, benzene, toluene,…) Lipid là hợp phần cấu tạo quan trọng của các màng sinh học, là nguồn cung cấp lượng, nguồn cung cấp các vitamin A, D, E, K và F cho thể Lipid góp phần tạo kết cấu cũng tính cảm vị đặc trưng của rất nhiều thực phẩm *Một số loại chất béo thường gặp: - Chất béo động vật: mỡ heo, dầu cá, bơ, mỡ cá voi - Chất béo thực vật: đậu phộng, đậu nành, hướng dương, vừng, dừa, dầu ôlive, bơ, ca cao Phân loại chất béo: 2.1 Phân loại theo nguồn gốc chất béo: - Chất béo có nguồn gốc từ động vật gồm: mỡ gà, mỡ heo, bò, dầu cá, bơ làm từ sữa (phân biệt với bơ thực vật margarin hay bơ lạc) - Chất béo có nguồn gốc từ thực vật: dầu ăn từ các loại hạt, quả đậu nành, hướng dương, cải, olive, gấc, vừng (mè) v.v 2.2.Phân loại theo các thức chế biến: chủ yếu dành cho dầu thực vật - Chiết xuất: là bước đầu tiên quá trình sản xuất dầu Các loại hạt, quả có dầu được ép lạnh dùng hóa chất dùng máy quay ly tâm để chiết xuất dầu Dầu này đem sử dụng sẽ có tên unrefined oil (hoặc cold pressed) Dầu chưa qua tinh luyện có màu đậm và mùi vị nồng, giữ được các loại vitamin khoáng chất hạt/quả, thường dùng để trộn salad nấu ở nhiệt độ thấp - Tinh luyện (refined): sau ép, dầu sẽ qua quá trình gia nhiệt và dùng hóa chất để “tẩy rửa”, loại bỏ các tạp chất, tạo cho dầu ăn có màu sắc mùi vị đồng nhất và thời gian sử dụng lâu Dầu tinh luyện có màu sáng, hầu không có mùi vị mùi rất nhẹ dùng để chiên xào nhiệt độ cao 2.3 Phân loại theo tính chất hóa học + Chất béo bão hòa (saturated fat): chiếm phần lớn bơ làm từ sữa, mỡ động vật, đông đặc ở nhiệt độ thường Chất béo bão hòa có hại cho thể + Chất béo không bão hòa (unsaturated fat): chủ yếu các loại dầu thực vật, dầu cá Đây là nhóm chất béo tốt, đóng góp lớn vào nên bổ sung cho gia đình Quan trọng nhất nhóm này là omega 3-6-9 * Một số loại chất béo thường dùng: Để sử dụng dầu mỡ đúng, người ta vào độ sôi (điểm bốc hơi) của dầu Dầu nào chịu nhiệt cao được dùng để chiên rán, dầu có nhiệt độ sôi thấp dùng để xào và trộn rau củ ăn sống Dưới là đặc tính Bơ động vật: chứa 2/3 là chất béo bão hòa, có nhiệt độ sôi thấp vì vậy nên dùng lượng nhỏ để dùng nấu ăn làm nước sốt, ướp thịt cá, làm bánh Bơ thực vật: là dầu thực vật được hydro hóa để thành biến dầu dạng lỏng sang dạng sệt dạng thỏi rắn Quá trình chế biến này chuyển các chất béo không bão hòa dầu thực vật sang chất béo bão hòa, vì vậy bơ thực vật càng đặc thì càng nhiều chất béo bão hòa Vì vậy nên tránh dùng bơ thực vật loại cứng, có thể dùng loại mềm Dầu cá: dầu cá bổ sung chất béo omega và omega Loại dầu này chủ yếu được bào chế dưới dạng viên nang và bổ sung qua đường uống thực phẩm chức năng, không dùng nấu nướng Dầu olive: lưu ý là các loại dầu olive đều có tỉ lệ chất béo bão hòa/không bão hòa (khoảng 14/86) Tuy nhiên dầu olive được chia thành các loại là chất lượng, phương pháp chế biến, tỉ lệ acid khác -Dầu olive siêu nguyên chất (tạm dịch từ extra-virgin olive oil): được chiết xuất từ phương pháp ép lạnh nên giữ nguyên màu sắc, hương vị của trái olive, màu xanh lục, mùi vị quả còn đậm đặc Dầu siêu nguyên chất có tỷ lệ acid dưới 0.8%, nhiều các chất chống oxy hóa, nhiệt độ sôi thấp nên dùng để trộn rau salad trộn vào cháo, súp, canh cho bé - Dầu olive nguyên chất (virgin olive oil): có cách sản xuất tương tự dầu siêu nguyên chất được ép từ loại quả chín chút, vì vậy dầu có tỷ lệ acid khoảng 2% Cách sử dụng cũng giống siêu nguyên chất - Dầu olive thông thường (pure olive oil olive oil): pha trộn giữa dầu olive được tinh luyện và chút dầu siêu nguyên chất để lấy mùi Loại này thích hợp dùng để nấu ăn xào rán - Dầu olive mùi nhẹ (light extra-light olive oil): là loại dầu đã qua chế biến để loại bỏ mùi, có màu vàng sáng Thường dùng để xào, rán thức ăn Dầu đậu nành: phổ biến nhất có dầu đậu nành Simply (Cái Lân) và Dầu nành tinh luyện (Tường An) Dầu đậu nành tinh luyện nhìn chung thích hợp cho đa mục đích chiên xào, trộn, ướp Nhiệt độ sôi vào khoảng 230 độ C Dầu hạt cải (Canola oil): có nhãn hàng Simply (Cái Lân) và dầu ăn cao cấp Canola (Tường An) cũng đều là dầu tinh luyện Dầu hạt cải được đánh giá cao bởi tỉ lệ giữa omega và omega rất hợp lý để hấp thụ tốt nhất Dầu hạt cải tinh luyện cũng được sử dụng cho cả chiên xào, nướng, trộn, ướp Nhiệt độ sôi khoảng 230 độ C Dầu mè (vừng): được chia thành loại dầu mè tinh luyện (nhãn hiệu Tường An) và dầu mè thơm ( có nhãn Meizan và Vocarimex) Dầu mè tinh luyện cũng dùng tương tự các loại dầu tinh luyện khác Dầu mè thơm được ép từ mè đã rang vàng chủ yếu dùng để ướp đồ ăn, làm nước xốt Dầu hướng dương, dầu lạc (đậu phộng): phở biến và thị trường cũng có loại dầu tinh luyện Vì vậy cách thức sử dụng cũng tương tự các loại dầu ăn tinh luyện khác Dầu gấc: có loại viên nang uống liền chứa 100% chiết xuất từ màng gấc và dầu gấc đóng chai pha trộn giữa dầu gấc (40%) và đậu nành (60%) Dầu gấc nhiều betacaroten (tiền vitamin A) để chống khô mắt Dầu gấc dùng để trộn vào thức ăn xôi, cháo Các loại dầu tổng hợp: bao gồm dầu ăn thông thường (cooking oil) và dầu ăn trẻ em - Dầu ăn thông thường nhãn thường ghi chung chung là dầu ăn (cooking oil): gồm nhiều loại dầu tinh luyện dầu cọ, đậu nành, dầu hạt cải, dầu mè v.v được pha trộn với tỉ lệ khác để cho dầu có được nhiệt độ sôi cao, thường dùng để chiên sâu thức ăn Dầu cọ hiện dùng vì tỉ lệ chất béo bão hòa rất cao tới 50% - Dầu ăn trẻ em: (như Kiddy, Vio extra) cũng bao gồm đủ loại dầu ăn được trộn lẫn vào để thỏa mãn mong muốn “đủ chất” cho trẻ em Dầu này cho thẳng vào cháo, súp, canh của trẻ em Thành phần cấu tạo, công thức đơn giản và phức tạp: - Thành phần cấu tạo: Ester của glycerol và các acid béo Hình Công thức cấu tạo của chất béo - Công thức đơn giản: Glyceride là ester của glycerol và acid béo ( R1, R2, R3 là các gốc hidrocacbon no không no) - Công thức phức tạp: có cấu trúc phúc tạp nhiều so với chất béo đơn giản Tính chất vật lý và hóa học: - Tính chất vật lý: + Điểm tan chảy Điểm tan chảy phụ thuộc vào số C của acid béo, acid béo có chuỗi C dài thì điểm tan chảy cao và ngược lại Nhưng acid béo có C lẻ có điểm tan chảy thấp acid béo có số C nhỏ nó đơn vị Ngoài ra, độ tan chảy còn phụ thuộc vào số nối đôi phân tử acid béo, acid béo chứa nhiều nối đôi thì điểm tan chảy càng thấp + Độ sôi Acid béo có chuỗi C dài thì độ sôi càng cao, thường áp dụng tính chất này để tách các acid béo khỏi + Tính hòa tan nước Acid béo có chuỗi C ngắn dễ hòa tan nước vì có nhóm COOH Mạch cacbon càng dài, cấu trúc càng it liên kết đôi thì độ hòa tan nước càng thấp - Tính chất hóa học: Phản ứng thủy phân: sản phẩm tạo thành là glyxerin, triglyxerin diglyxerin Phản ứng xà phòng hóa: Dưới tác dụng của acid, bazo enzyme lypase, lipid bị thủy phân thành glyxerol và acid béo Từ đó thấy rõ là ăn nhiều gluxit sẽ gây béo phì (thí dụ vỗ động vật ngũ cốc) và thiếu gluxit thể sẽ huy động mỡ, gây giảm dự trữ mỡ, thể gầy sút Đó là kết quả của cân giữa hai hệ thống sinh mỡ và tiêu mỡ 9.Vai trò chất béo : Chất béo có vai trò tham gia vào cấu trúc thể Ở người trưởng thành, có khoảng 18-24% trọng lượng thể là chất béo Chất béo là chất thiết yếu, có mặt ở màng tế bào và các màng nội quan của tế bào nhân và ti thể, vì vậy đóng vai trò quan trọng các hoạt động sống của tế bào Chất béo cũng có vai trò dự trữ lượng, điều hòa hoạt động, bảo vệ thể trước những thay đổi về nhiệt độ Các nghiên cứu về dinh dưỡng bản khẳng định chất béo khẩu phần ăn của người có vai trò là cung cấp lượng và hấp thu vận chuyển các vitamin tan dầu mỡ Đậm độ lượng của chất béo cao nhất các chất sinh lượng gram chất béo đốt cháy thể cung cấp 38kj, tương ứng với 9kcal, gấp lần so với chất đạm (Protein) và chất đường bột (Glucid) Chất béo là dung môi vận chuyển (carrier) các vitamin tan dầu mỡ (như vitamin A, D, E và K) Các vitamin này vào thể phần lớn phụ thuộc vào hàm lượng của chất béo thực phẩm Điều đó có nghĩa là lượng chất béo khẩu phần ăn thấp sẽ dẫn đến giảm hấp thu các vitamin này Điều này làm cho chất béo trở nên quan trọng vì các vitamin tan dầu có vai trò quan trọng đối với các chức thị giác, khả đáp ứng miễn dịch, tạo máu, tăng trưởng và chống lão hóa, Trong chế biến thực phẩm, chất béo có vai trò tạo hương vị thơm ngon, cảm giác no lâu II Khái quát chung về gốc tự và sự oxy hóa: Gốc tự do: Nguyên tử là thành phần bản nhất và nhỏ nhất cấu tạo nên chất Phân tử bao gồm các nhóm nguyên tử gắn kết với bởi hoạt động của các cặp electron Đôi quá trình phản ứng hóa học, electron bị kéo khỏi vị trí cố hữu của nó phân tử và tạo thành gốc tự Các gốc tự là sản phẩm của sự trao đổi chất tế bào, hình thành oxy tương tác với các phân tử, giống quả táo bổ bị chuyển sang màu nâu tiếp xúc với oxy Nguyên tử gốc tự các có electron đơn khiến chúng rất thiếu ổn định và các phân tử có hoạt tính cao này 'ăn cắp' các electron từ phân tử khác; quá trình này được gọi là quá trình oxy hóa Sau đó các gốc tự có hoạt tính cao bắt đầu phản ứng dây chuyền (giống hiệu ứng domino) gây các tổn thương tế bào bao gồm phá hoại DNA (axit deoxyribonucleic), chất béo, protein và màng tế bào, dẫn đến rối loạn chức tế bào 13 Để ngăn chặn các gốc tự do, thể của bạn sẵn hệ thống chống oxy có nhiệm vụ tương tác với các gốc tự để ngăn chặn quá trình ôxy hoá Sự cân giữa các gốc tự và chất chống oxy hóa rất cần thiết cho sức khỏe Sự thiếu hụt chất chống oxy hóa tạo hội cho các gốc tự phát triển và lấn át khả tự cân của thể Nguồn gốc hình thành các gốc tự (OH., O2.-, NO.,…) tia UV, xạ ion hóa, ô nhiễm không khí, hút thuốc, trao đởi chất, sự cháy, căng thẳng,… Các gốc tự là nguyên nhân gây tổn thương tế bào, protein, axit nucleic, DNA,… và dẫn tới các bệnh nguy hiểm ung thư, lão hóa, tiểu đường, tim mạch…Do đó, để tránh sự gây hại của các gốc tự thì cần thiết phải loại bỏ chúng cách sử dụng các chất chống ôxi hóa bổ sung VTM A, VTM C, VTM E, polyphenol,… Hình Nguyên nhân gây gốc tự Về bản chất, gốc tự là electron độc thân Các gốc tự rất không ổn định và nhạy cảm Chúng tìm kiếm những electron khác để hình thành cặp electron mới Các gốc tự gây hại chúng kéo electron từ các tế bào bình thường Ảnh hưởng của gốc tự do: + Chúng có thể gây tổn thương cho tất cả các chất liệu và mô thể Mô mỡ là nơi bị tổn thương sớm nhất và thương gặp nhất, vì đó là mô co xu hướng đặc biệt dễ bị oxy hóa Gốc tự gây chuỗi phản ứng liên tục xảy các chất mỡ và chúng có thể bị chặn đứng bởi chất chống oxy hóa + Các gốc tự có thể gây tổn hại cho các acid nucleic bản + Gốc tự còn làm tổn thương protein 14 Hình Quá trình gây hại của gốc tự 2.Sự oxy hoá: * Chất oxy hóa: Một hợp chất hóa học có khả chuyển giao các nguyên tử ôxy Một chất thu các điện tử phản ứng ôxi hóa khử Định nghĩa là dễ áp dụng cho những gì mà phần lớn người hay được đọc về nó Nó cũng là nghĩa mà phần lớn các nhà hóa học hữu hay sử dụng Trong cả hai trường hợp, chất ô xi hóa bị khử phản ứng hóa học Hiểu cách đơn giản thì: • • • • Chất ôxi hóa bị khử Chất khử bị ôxi hóa Tất cả các nguyên tử phân tử đều có thể gán cho số ơxi hóa Giá trị này bị thay đổi có chất ôxi hóa tác dụng lên chất nền Phản ứng ôxi hóa khử diễn các điện tử được trao đổi 15 Sự oxy hóa là loại phản ứng hóa học đó electron được chuyển sang chất oxi hóa, có khả tạo các gốc tự sinh phản ứng dây chuyền phá hủy tế bào sinh vật Trong sản xuất, bảo quản và chế biến thực phẩm, sự oxy hoá chất béo là nguyên nhân hạn chế thời gian bảo quản thực phẩm III Sự oxy hóa chất béo thực phẩm: Sự oxy hóa chất béo: Các chất béo chứa nhiều acid béo không no oleic, linoleic, linolenic,… phân tử chứa nhiều nối đôi Nối đôi C = C ở gốc axi không no của chất béo bị oxi hóa chậm bởi oxi khơng khí, oxy hóa tạo thành các hydroperoxide, hợp chất này tiếp tục phân giải thành các sản phẩm có mùi khó chịu (mùi ôi, tanh, mùi kim loại, mùi thực phẩm cũ,andehit ) Do đó chất béo không no được xem là hợp chất không bền,là nguyên nhân của hiện tượng dầu mỡ để lâu bị ô thiu Hình hydroperoxide Dù phản ứng oxi hóa thuộc loại bản đời sống có thể ngăn chận nó, chẳng hạn động thực vật trì hệ thống rất nhiều loại chất chống oxi hóa glutathione, vitamin C, Vitamin E, enzime catalase, superoxide dismutase Chất chống oxi hóa yếu hay còn gọi là chất ức chế có thể phá hủy tế bào Phản ứng oxy hóa chất béo: Có hai kiểu phản ứng oxy hóa không no: Phản ứng tự oxy hóa ( oxy hóa hóa học ) Phản ứng oxy hóa dưới tác dụng của enzyme lipoxygenase ( oxy hóa sinh học): số enzyme có khả xúc tác phản ứng tạo sản phẩm trung gian, góp phần thúc đẩy quá trình oxy hóa chất béo diễn nhanh 16 2.1 Cơ chế phản ứng oxy hóa hóa học: Bao gồm gian đoạn: khởi tạo, lan truyền, kết thúc Khởi tạo: sự tạo thành các gốc tự peroxy, alkoxy, alkyl RH R + H M3+ ROO + H + M2+ RCOOH + M2+ RO + OH + M3+ RCOOH + 2RCOOH RO + ROO + H2O Sự khởi động chuỗi phản ứng các gốc tự do: Có hai nhóm phản ứng bản liên quan đến việc khởi động quá trình oxy hóa: Các phản ứng vượt qua rào cản lượng ngăn cản phản ứng giữa oxy và chất béo, phản ứng chuyển các hydroperoxide thành các gốc tự Ngoài ra, các enzyme xúc tác phản ứng tạo H2O2 cũng đóng vai trò quan trọng quá trình oxy hóa chất béo Hình Sự khởi động chuỗi phản ứng của các gốc tự do: 17 Quang oxy hóa là quá trình oxy hóa vượt rào cản lượng Người ta nhận thấy độ bền của thực phẩm chứa chất béo giảm có mặt áng sáng Áng sáng là nguyên nhân gây quá trình oxy hóa theo hai cách sau: Các chất “nhạy cảm” (sensitizer) có mặt thực phẩm được kích hoạt bởi ánh sáng sẽ phản ứng với chất tạo các gốc tự do, các gốc này sẽ khởi động quá trình oxy hóa chất béo Một dạng chất nhạy cảm khác có khả chuyển oxy từ trạng thái bản sang trạng thái kích thích Oxy được hoạt hóa sẽ phản ứng với acid béo không no theo chế “cyclo – addition” tạo hydroperoxide: Các kim loại nặng góp phần khởi động quá trình oxy hóa chất béo chúng tham gia vào phản ứng phân hủy các hydroperoxide tạo thành các gốc tự Trong dầu mỡ và thực phẩm nói chung chứa lượng vết các ion kim loại nặng (Fe,Cu,Co,…), chúng có thể là thành phần của nguyên liệu thực phẩm xâm nhập vào thực phẩm từ thiết bị chế biến, bao bì thực phẩm Các ion kim loại ở trạng thái oxy hóa thấp sẽ phân hủy hdroperoxide dễ các kim loại ở thái oxy hóa cao Protein chứa heme có mặt thực phẩm hemoglobin, myoglobin, cytochrom C thường làm tăng quá trình oxy hóa chấ béo ở động vật, tạo nên mùi khó chịu Đối với các chất béo thực vật, quá trình này diễn có mặt các enzyme catalase, peroxidase Các hợp chất heme phân hủy hydroperoxide với tốc độ cao so với ion Fe, đó chúng làm tốc độ phản ứng diễn nhanh Lan truyền: tạo các sản phẩm trung gian là các monohydroxyperoxide không mùi, không vị R + O2 ROO ROO + RH RO + RH RCOOH ROH + R + R Kết thúc phản ứng: tạo thành các hợp chất alkan và alken phân tử lượng thấp,dễ bay elthan, pentan; các hợp chất carbonyl (aldehyde, ceton) gây mùi cho thực phẩm 18 Tự oxy hóa chất béo là quá trình biến đổi acid béo không no có mặt oxy Quá trình này đươc khởi tạo việc tạo thành các gốc tự Thông thường phản ứng xảy nhóm Mêtyl cận kề nối đôi của C =C Sản phẩm đầu tiên của quá trình oxy hóa là các hydroperoxide (ROOH) Hình Quá trình gây hại của gốc tự Sơ đồ 1: Ảnh hưởng của các sản phẩm từ sự oxy hóa chất béo đến thực phẩm 19 Các biểu hiện thường thấy của sự oxy hóa chất béo là: phát sinh mùi-vị xấu, thay đổi màu sắc, làm mất mùi tự nhiên của các loại tinh dầu, thay đổi độ nhớt của sản phẩm 2.2 Sự oxy hóa sinh học: 2.2.1 Khái niệm oxy hóa sinh học: oxy hoá sinh học là oxy hoá hydo đã tách từ những chất bị oxy hoá để tạo thành nước Trong tế bào sống, hydro của chất không có khả tự tác dụng với oxy khơng khí, đó cần có quá trình hoạt hoá hydro chất hay oxy khơng khí nhờ các enzym đặc hiệu xúc tác 2.2.2 Cơ chế oxy hóa sinh học: Giai đoạn đầu oxy hoá các hợp chất hữu tế bào tiến hành với sự tham gia của các dehydrogenase có coenzym là NAD + (nicotinamid-adenin-dinucleotitd) hay NADP+ (nicotinamid-adenin-dinucleotitphosphat) Hydro chất bị oxy hoá sẽ gắn vào các coenzym đó sau: SH2 + 2e- + NAD+ (NADP+) > S+NADH + H+(NADPH + H+) Từ NADH hay NADPH, hydro lại chuyển tới dehydrogenase có nhóm ngoại (prosthetic) là FAD (flavin- adenin- dinucleotid) : NADH + H+ + FAD > NAD+ + FADH2 Tiếp đó, hydro lại chuyển từ FADH sang các hợp chất khác và cuối chuyển tới oxy để tạo thành nước Sản phẩm phân giải và oxy hoá sinh học chất béo và hydratcarbon là CO2 và nước, còn sản phẩm phân giải axit amin và các hợp chất chứa nitơ là CO2, H2O, ure và NH+3 Các chất bị oxy hoá dehydrogenase và pyridinnucleotid diễn thành những chuỗi phản ứng và chu trình phản ứng có quan hệ mật thiết với Những đường phân giải hydratcarbon (glycolyse, pentosophosphat, ), phân giải axit béo ( b-oxy hoá) và protein, v.v đều kết thúc chu trình Krebs (citric hay di-, tricarboxylic) Những chất bị oxy hoá chu trình Krebs giải phóng là các hydro và các hydro này bị oxy hoá chuỗi hô hấp Như đã nói, oxy hoá sinh học cũng có số điểm tương tự với quá trình đốt cháy các chất hữu ngoài thể, ví dụ về mặt nhiệt lượng tạo thành oxy hoá phân tử gam glucose thì quá trình oxy hoá sinh học hay đốt cháy đều thu được 673 kcal/mol Tuy nhiên, ở tế bào sống có hàng loạt các đặc tính riêng biệt Các đặc tính này hình thành quá trình tiến hoá lâu dài và hướng theo đường sử dụng lượng tới mức cao nhất Giữa oxy hoá sinh học và quá trình đốt cháy có số điểm khác bản sau : a) Đốt cháy xảy ở ngoài thể và ở nhiệt độ cao, còn oxy hoá sinh học xảy ở nhiệt độ thấp, lại có tốc độ rất cao b) Đốt cháy giải phóng lượng ở dạng nhiệt, còn oxy hoá sinh học lượng giải phóng không ở dạng nhiệt mà còn ở cả dạng liên kết hoá học, đó phải kể tới vai trò quan trọng của các liên kết cao ATP c) Phản ứng đốt cháy xảy giai đoạn, còn oxy hoá sinh học chất bị oxy hoá dần dần chuyển thành các sản phẩm đơn giản và cuối bị oxy hoá hoàn toàn, nghĩa là xảy thành chuỗi phản ứng nhiều giai đoạn 20 d) Đốt cháy nhờ tác dụng nhiệt, còn oxy hoá các chất hữu thể sống phụ thuộc vào các enzym - chất xúc tác và điều chỉnh sinh học Toàn quá trình oxy hoá chất hữu bao gồm nhiều giai đoạn nhau, giai đoạn các enzym tương ứng xúc tác Trong quá trình khai thác cũng bảo quản, lipid mà đặc biệt là dầu mỡ có thể bị oxy hoá dưới tác dụng xúc tác của enzyme lipoxydaza để tạo những sản phẩm khác Lipoxydaza hay lipoxygenaza là những enzyme oxy hoá khử, xúc tác sự oxy hoá các acid béo không no chứa 2,3 nối kép (hoạt nhiều hơn) acid linoleic, linolenic và arachidic Điểm đặc biệt là lipoxygenaza oxy hoá dạng cis- cis còn dạng cis- trans trans- trans thì hoàn toàn không có tác dụng Cơ chế tác dung của lipoxygenaza sau: R – CH = CH - CH2 – CH = CH +R’+ lipoxygenaza +O2 R – CH = CH - CH2 – CH = CH +R’O2 tạo phức R – CH = CH - *CH – CH = CH - R’OOH tạo gốc kép R – CH = CH - CH = CH - *CH - R’OOH OOH R – CH = CH - CH = CH - CH - R tạo hydro peoxyt R – CH = CH - CH = CH - CH - R + lipoxygenaza OOH Tippel và Boyer cho phân tử linoleat đều bị oxy hoá trực tiếp dưới tác dụng của enzyme Đầu tiên, tạo thành hợp chất phức hợp giữa linoleat, oxy và lipoxigenase Tiếp đó, gốc kép được tạo thành kết quả của sự chuyển hoá hydro từ linoleat tới oxy Một nối đôi được chuyển chỗ để tạo nên hệ thống nối đôi liên hợp Phức hợp bị phân ly giải phóng enzym lipoxidase và hydroperoxyd có dạng cis-trans Từ hydroperoxyd sẽ chuyển hoá cách bình thường để tạo aldehyd, ceton và những phẩm vật oxy hóa khác 21 Nhiều hợp chất hữu là những chất kìm hãm của lipoxygenase (propygalat, diphenylamin và oxyquinolin) Tác dụng kìm hãm của những chất này là ở chỗ làm giảm tốc độ oxy hoá linoleat và hấp thụ oxy 2.3 Ơi hố ceton: Thường đặc trưng đối với lipid có chứa acid béo no, phân tử lượng trung bình và thấp Chẳng hạn, bảo quản bơ và margarin bị nhiễm nấm mốc(Aspergilus, Penicillium) thường xảy kiểu ôi hoá này Dưới tác dụng của enzym của vi sinh vât, acid béo bị oxy hoá và decarboxyl hoá mà kết quả là tạo các alkylmetylceton có mùi khó chịu Sơ đồ phản ứng sau: R – CH2- CH2 – COO R – C – COO + HOH O ROOH + CH3 - COOH R – C – COOH O R – C – CH3 + CO2 O Các yếu tố ảnh hưởng đến sự oxy hóa chất béo: Sự oxy hóa chất béo chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: độ no của chất béo, ionkim loại, chất xúc tác sinh học, nhiệt độ, không khí, các chất chống oxy hóa chất béo, chất trợ chống oxy hóa chất béo… Để nắm rỏ các yếu tố ảnh hưởng đến khả oxy hóa chất béo cần tìm hiểu các vấn đề sau: • Thành phần acid béo: Chất béo là hỗn hợp ester của các acide béo no và không no với glycerin Sự hiện diện của các nối đôi, các acide béo không no dễ bị oxy hóa các chất béo no Phản ứng sẽ gia tăng tỉ lệ nối đôi càng cao Ví dụ: tốc độ oxy hóa (tương đối) của số chất béo tỉ lệ sau: Arachidonic : Linolenic : 40 : 20 : Linoleic 10 : : Oleic Vị trí nối đơi cũng vị trí hình học của nối đôi cũng có tác dụng đến tốc độ phản ứng Các acid ở dạng cis bị oxy hóa nhanh dạng trans Mạch acide béo có các nối đôi cộng hưởng cũng làm tăng tốc độ phản ứng Sự oxy hóa các chất béo no xảy rất chậm tại nhiệt độ thường, tại nhiệt độ cao (chiên, xào…) sự oxy hóa chất béo no mới có thể xảy 22 * Acide béo tự Acide béo tự (FFA) bị oxy hóa rất nhanh so với các ester - glycerin Khi nghiên cứu chất béo hiện diện thực phẩm ở giai đoạn đầu ti ên, hầu hết đều có sự hiện diện của các chất chống oxy hóa thiên nhiên Trong thí nghiệm thêm vào 0,1% FFA thì hiệu quả chống oxy hóa của tocopherol giảm rõ rệt vì acide béo tự có tác dụng xúc tác quá trình oxy hóa * Nồng độ oxy Tại áp suất cao (cung cấp oxy không hạn chế) tốc độ oxy hóa của chất béo tùy thuộc vào áp suất O2 Tại áp suất thấp tốc độ oxy hóa tỉ lệ với áp suất O2 * Diện tích bề mặt Tốc độ oxy hóa chất béo tỉ lệ với diện tích bề mặt tiếp xúc của thực phẩm với khơng khí Trong trường hợp các sản phẩm nhủ tương D/N thì tốc độ oxy hóa chất béo được tính toán sở sự khuếch tán oxygen qua pha chất béo * Nhiệt độ Thông thường thì sự oxy hóa chất béo gia tăng theo nhiệt độ Do sự hòa tan của oxy phụ thuộc vào nhiệt độ vì vậy tác động của yếu tố oxy quá tr ình oxy hóa tại nhiệt độ cao là rất Sự phụ thuộc của nhiệt độ quá trình oxy hóa chất béo được biểu thị công thức: Trong đó: K: số tốc độ phản ứng A: số Entropy (không phụ thuộc vào nhiệt độ) Ea: lượng hoạt hóa R: số khí lý tưởng T: nhiệt độ Kelvin • Ở nhiệt độ thấp từ - 27 đến 500C tốc độ oxy hóa thay đởi Nhưng ở nhiệt độ cao tốc độ phản ứng gia tăng đáng kể tăng nhiệt độ, lượng peroxide tạo thành tăng, ở nhiệt độ cao 450C tốc độ phân giải hydroperoxide tăng * Độ ẩm Tốc độ phản ứng oxy hóa chất béo phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm (Aw) của sản phẩm Oxy hóa chất béo có thể xảy tại Aw rất nhỏ (Aw < 0.1 sữa bột), Aw càng cao thì tốc độ oxy hóa chất béo càng cao 23 * Số nối đôi có chất béo * Hàm lường chất béo có thực phẩm * Trạng thái chất béo: bề mặt tiếp xúc giữa khơng khí và chất béo càng lớn thì vận tốc oxy hóa càng cao Sự có mặt của chất chống oxy hóa: có tác dụng kìm hãm làm chấm dứt các phản ứng oxy hóa chất béo * Áp suất riêng phần của oxy, vận tốc phản ứng tự oxy hóa phụ thuộc vào lượng oxy môi trường * Áng sáng * Các ion kim loại : sự hiện diện của ion kim loại sẽ xúc tác quá trình oxy hóa chất béo • Các xúc tác sinh học IV.Chống oxy hóa Khái niệm chất chống oxy hóa: Chất chống oxy hóa là loại phụ gia giúp ngăn chăn làm chậm quá trình oxy hóa chất khác Chất chống oxy hóa làm ngăn chăn quá trình phá hủy này cách khử các gốc tự do, kìm hãm sự oxy hóa cách oxy hóa chúng + Chất chống oxy hóa, chống oxy hóa, làm giảm tác dụng của quá trình oxy hóa nguy hiểm cách liên kết với với các phân tử có hại, giảm sức mạnh của chúng + Bất kì chất nào ngăn ngừa hay làm chậm quá trình oxy hóa đều được gọi là chất chống oxy hóa chức chất chống oxy hóa: - Làm chậm quá trình oxy hóa của chất hữu cơ,do đótăng thời gian hữu dụng thời hạn sử dụng của vật liệu đó - Làm giảm sự gia tăng cácgốc tự sinh từ quá trình chuyển hoá thể gây hại cho các tế bào - Trong chất béo và dầu, chống oxy hóa làm chậm sự khởi đầu củaquá trình oxy hóa làm chậm tốc độ của các phản ứng oxy hóa Oxyda-tion củalipid hóa học sản xuất hợp chất có mùi và hương vị khác vàtiếp tục ảnhhưởng đến các phân tử khác thực phẩm - Sử dụng chất chống oxy hóa là phụ giathực phẩm để trì chất lượng của thực phẩm và tăng thời hạn sử dụng nhưngkhông nâng cao chất lượng của thực phẩm 24 Chất chống ôxi hóa rất dễ bị biến đổi điều kiện môi trường, đặc biệt ở điều kiện nhiệt độ cao, ánh sáng xuyên thấu, các nguồn xạ,…Do đó, để hạn chế các biến đổi thì cần thiết phải sử dụng các biện pháp để bảo vệ chúng bao gói các bao bì tối màu, tránh các nguồn chiếu sáng, nguồn xạ, bảo quản ở nhiệt độ thấp,… 3.Cơ chế chống oxy hóa chất béo Gọi AH là chất chống oxy hóa chất béo Phản ứng chống oxy hóa chất béo xảy theo sơ đồ22 Sơ đồ 2: Phản ứng chống oxy hóa chất béo Chất trợ chống oxy hóa chất béo được thêm vào để tăng hiệu quả chống oxy hóa Các chất quan trọng thường được sử dụng là: acide citric và các ester monoglycerid citrat, acid ascorbic và ascorbyl palmitat Các ester lipophilic của acide citricm acid ascorbic có khả hòa tan dầu Thông thường: Citric + chất chống oxy hóa tổng hợp Ascorbic + tocopherol Chất trợ chống oxy hóa chất béo có các chức năng: - Tạo môi trường acide ổn định để chống oxy hóa chất béo - Loại bỏ hoạt tính các ion kim loại (tạo phức vô hại) - Loại bỏ oxy (oxy hóa ascorbic) - Phục hồi chống oxy hóa Cơ chế phục hồi chất chống oxy hóa SH + A → AH + S 25 Xét cho chất chống oxy hóa chất béo phụ gia thực chất là: + Ngăn chặn nguyên nhân gây phản ứng oxy hóa + Ngăn chặn các phản ứng lan truyền Có nhiều tiêu để đánh giá quá trình chống ôxi-hóa, đó tiêu thể hiện khía cạnh của hoạt động chốn gôxi-hóa, vậy nhiều tiêu sẽ phán ánh quá trình chống ôxi-hóa tổng thể Một số tiêu thường được sử dụng để đánh giá quá trình chống ôxi-hóa sau: a.Hoạt động quét gốc tự DPPH Cơ chế của hoạt động quét gốc tự DPPH là sự ghép đôi hydro và đình quá trình ôxi-hóa sự chuyển các gốc tự dosang trạng thái ổn định Như vậy, có mặt của chất chống ôxi hóa nó sẽkhử gốc tự DPPH và làm cho dung dịch bị giảm màu sắc, đó độ hấp thụ củadung dịch sẽ giảm Z.+AH = ZH + A (1) Trong đó: Z.: là gốc tự DPPH, AHlà chất chống ôxi hóa b.Hoạt động khử ion sắt 3+ Cơ chế của hoạt động khử ion sắt 3+ là sự ghép đôi electron và đình chỉphản ứng ôxi-hóa dây chuyền sự khử dạng ơxi-hóa thành dạng tự Nguồngốc của gốc tự hydroxyl là phản ứng Haber-Weiss, đó gốc tự dosuperoxyt khử Fe3+ thành Fe2+, sau đó nó xúctác cho phản ứng Fenton giữa Fe2+ và H2O2 Như vậy, có mặt của chất chống ôxi hóa nó sẽkhử gốc tự superoxyt nên hạn chế sự khử Fe3+thành Fe2+ vàlàm cho dung dịch giữ màu sắc, đó độ hấp thụ của dung dịch sẽ tăng lên O2.- + Fe3+= O2 + Fe2+ (2) Fe2+ + H2O2 = Fe3+ + OH- + OH (3) c.Hoạt động quét gốc H2O2 Hydroperoxyt có thể làm tăng sự hình thành gốc tự hydroxyltrong tế bào và gây độc Nguồn gốc của gốc tự hydroxyl là phản ứng Fentongiữa Fe2+ và H2O2 Fe2+ + H2O2= Fe3+ + OH- + OH (4) d.Hoạt động chuyển ion sắt 2+ Nguồn gốc của các gốc tự hydroxyl là phản ứng Fenton giữa Fe2+ và H2O2 Như vậy, khicó mặt của chất chống ôxi hóa sẽ hạn chế sự chuyển Fe2+thành Fe3+ nên màucủa dung dịch phản ứng sẽ nhạt hơn, đó độ hấp thụ sẽ giảm Fe2+ + H2O2 = Fe3+ + OH- + OH (5) 26