Tác hại của quá trình ôxy hóa lipid
Quá trình ôxy hóa lipid là nguyên nhân chính làm giảm giá trị cảm quan của thực phẩm do quá trình ôxy hóa làm biến đổi màu sắc theo chiều hướng xấu, tạo ra các sản phẩm thứ cấp gây mùi khó chịu, làm biến đổi trạng thái cơ thịt và giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm [51].
Ôxy hóa lipid là quá trình diễn ra phức tạp, kết quả là tạo ra các sản phẩm khác nhau. Sản phẩm cấp một chủ yếu của quá trình ôxy hóa lipid là các hợp chất không mùi hydroperoxyde. Tuy nhiên, hợp chất này thường không bền nên dễ dàng bị ôxy hóa để tạo thành các sản phẩm cấp hai chủ yếu là malondialdehyde, alkane, keton, rượu, ester, acid và các hydrocacbons. Trong đó, các aldehyde được xem là thành phần chính làm cho sản phẩm có mùi ôi thiu [38]. Các sản phẩm cấp hai của quá trình ôxy hóa lipid sẽ tiếp tục bị ôxy hóa để tạo thành các sản phẩm cấp ba, hoặc liên kết với các thành phần cấu thành nên protein như acid nucleic, acid amin, peptid cũng như các chất tạo ra do quá trình ôxy hóa protein để tạo thành các phức chất mang màu nâu sẫm [56, 70]. Từ đó làm sản phẩm thủy sản bị biến màu, giảm giá trị cảm quan, sản sinh ra một số sản phẩm có mùi khó chịu và có tính độc, gây mất an toàn cho người tiêu dùng. Sản phẩm ôxy hóa thường làm vô hoạt enzyme đặc biệt là enzyme tiêu hóa. Ngoài ra chúng có khả năng phản ứng với protein tạo hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thủy phân. Quá trình ôxy hóa lipid diễn ra ngay sau khi đánh bắt, trong quá trình bảo quản nguyên liệu, chế biến và bảo quản sản phẩm. Do đó, việc đưa ra những biện pháp ngăn ngừa quá trình ôxy hóa là vô cùng cần thiết.
Ảnh hưởng của quá trình ôxy hóa lipid đến chất lượng thực phẩm được thể hiện trên Hình 1.1 [8].
Hình 1.1. Sơ đồ ảnh hưởng của sự ôxy hóa chất béo đến chất lượng thực phẩm
Hạn chế quá trình ôxy hóa
Cắt tiết được xem là một trong những công đoạn quan trọng trong việc hạn chế quá trình ôxy hóa lipid và protein và ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm cá phi lê. Nếu công đoạn này thực hiện triệt để nghĩa là loại bỏ hết máu trong cơ thịt cá sẽ tạo cho miếng cá phi lê có màu trắng đẹp, tránh hiện tượng tụ máu và biến màu trên bề mặt miếng phi lê [71]. Ngược lại, máu cá không được loại bỏ triệt để sẽ là nguyên nhân làm giảm chất lượng một cách nhanh chóng, đặc biệt là myoglobin và hemoglobin, rất dễ bị ôxy hóa làm cho miếng cá phi lê bị biến màu, biến mùi làm giảm giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng. Thêm vào đó, sản phẩm của quá trình ôxy hóa myoglobin và hemoglobin, cũng như ion sắt thoát ra trong quá trình ôxy hóa myoglobin và hemoglobin sẽ thúc đẩy quá trình ôxy hóa lipid [14]. Một số công trình đã công bố cho thấy myoglobin và hemoglobin là hai thành phần chính có trong máu cá, chúng rất dễ bị ôxy hóa làm cho miếng cá phi lê bị biến màu, biến mùi làm giảm giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng. Flechtenmacher [23] kết luận rằng các thành phần chính trong máu cá đặc biệt là myoglobin và hemoglobin rất dễ bị ôxy hóa làm cho miếng cá phi lê bị biến màu, biến mùi và làm giảm giá trị cảm quan. Các sản phẩm của quá trình ôxy hóa myoglobin và hemoglobin có khả năng thúc đẩy quá trình ôxy hóa lipid [44, 65]. Ion sắt thoát ra trong quá trình ôxy hóa hemoglobin đóng vai trò
Lipid
Peroxyde
Vitamine Chất màu Protein
Thay đổi giá trị dinh dưỡng Mất màu, làm thay đổi màu
Thay đổi cầu nối S-S
Ôxy hóa protein
Aldehyde, alcol, acid, epoxyde, cetone, polyme, ôxy hóa sterol,…
quan trọng trong việc thúc đẩy quá trình ôxy hóa lipid. Cơ chế của quá trình này là do ion sắt tham gia vào phản ứng khử một electron của các acid béo trở thành các gốc tự do [14]. Lee và cộng sự [39] đã nghiên cứu ảnh hưởng của aldehyde về sự ổn định oxymyoglobin (OxyMb) cá ngừ và vai trò của OxyMb đến quá trình ôxy hóa chất béo của cá ngừ vây vàng. Kết quả cho thấy aldehyde (hexanal, hexenal, và 4- hydroxynonenal) được sinh ra trong quá trình ôxy hóa chất béo có thể tăng tốc quá trình ôxy hóa OxyMb cá ngừ. Đồng thời myoglobin cũng là tác nhân mạnh cho quá trình ôxy hóa lipid của cá ngừ. Nguyễn Văn Minh và cộng sự [58] đã nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp cắt tiết cá tuyết trong nước biển và trong nước đá lỏng đến chất lượng của cá trong quá trình bảo quản lạnh. Kết quả cho thấy, cá tuyết được cắt tiết trong nước đá lỏng có chất lượng tốt hơn và thời hạn bảo quản dài hơn so với cá tuyết cắt tiết trong nước biển. Theo kết quả nghiên cứu của Maqsood và Benjakul [47], cá chẽm được cắt tiết trước khi bảo quản trong nước đá có hàm lượng các chất ôxy hóa lipid (hydroperoxyde, TBARS) thấp hơn nhiều so với cá chẽm không được cắt tiết. Cắt tiết còn làm giảm đáng kể hàm lượng myoglobin và hemoglobin có trong cơ thịt cá chẽm, màu sắc của miếng cá phi lê trắng hơn.
Qua đó cho thấy việc nghiên cứu tối ưu công đoạn cắt tiết cá bớp là rất cần thiết, nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng của các thành phần có trong máu cá còn sót lại trong cơ thịt đến chất lượng (sự ôxy hóa lipid) của sản phẩm.
Việc nghiên cứu áp dụng các phương pháp bao gói trong chế biến và bảo quản các sản phẩm thủy sản cũng được nghiên cứu ứng dụng nhiều trên thế giới. Mục đích là nhằm hạn chế những biến đổi không có lợi diễn ra trong quá trình chế biến và bảo quản, từ đó kéo dài được thời hạn bảo quản của sản phẩm. Hai phương pháp hiện đang được áp dụng rộng rãi trong sản xuất là bao gói hút chân không (Vacuum Packaging- VP) và bao gói có sự điều chỉnh thành phần không khí (Modified Atmosphere Packaging-MAP). Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng khi áp dụng hai phương pháp bao gói này và kết hợp với bảo quản ở nhiệt độ thấp sẽ giữ được chất lượng của sản phẩm thủy sản tốt hơn và thời hạn bảo quản dài hơn [18, 82]. Bao gói bằng phương pháp MAP có tác dụng hạn chế sự ôxy hóa lipid của sản phẩm. Theo kết quả nghiên cứu của Nolan và cộng sự [60], thực phẩm được bao gói trong điều kiện có CO2 và N2 sẽ làm giảm sự ôxy hóa lipid so với sản phẩm bao gói thông thường. Ngoài tác dụng hạn chế sự ôxy hóa lipid, khí CO2 còn có tác dụng làm giảm sự sinh trưởng
và phát triển của vi sinh vật, hạn chế các phản ứng hóa lý, kéo dài thời hạn bảo quản cho sản phẩm. Kết quả nghiên cứu của Taheri và cộng sự [76] về hiệu quả của bao gói chân không cho thấy hàm lượng acid béo tự do (FFA), sản phẩm ôxy hóa cấp một và cấp hai, độ ẩm và giá trị pH của các mẫu bao bì chân không thấp hơn so với mẫu đối chứng một cách đáng kể. Kết quả cho thấy, bao gói chân không rất hiệu quả trong việc làm giảm quá trình ôxy hóa lipid và tăng thời gian bảo quản của cá bớp phi lê đông lạnh [65].
Do đó, việc bao gói chân không hoặc kết hợp với các biện pháp chống ôxy hóa khác đang được khuyến khích sử dụng. Từ các kết quả nghiên cứu trên cho thấy, việc nghiên cứu áp dụng các phương pháp bao gói mới đối với sản phẩm cá bớp phi lê trong quá trình bảo quản đông là cần thiết.
Bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thấp sẽ hạn chế được sự ôxy hóa lipid, kéo dài thời hạn bảo quản vì giảm tốc độ phản ứng sinh hóa, giảm sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, ức chế hoạt động của enzyme. Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy quá trình ôxy hóa vẫn tiếp tục diễn ra khi các sản phẩm thủy sản được bảo quản đông lạnh [53, 61]. Theo kết quả nghiên cứu của Gormley và các cộng sự [25], sự ôxy hóa lipid của các sản phẩm thủy sản vẫn diễn ra khi sản phẩm được bảo quản ở nhiệt độ -60 oC. Sự dao động nhiệt độ trong quá trình bảo quản cũng làm tăng quá trình ôxy hóa lipid. Taheri và cộng sự [75] đãnghiên cứu sự thay đổi thành phần acid béo trong quá trình bảo quản cá bớp phi lê đông lạnh. Kết quả thu được cho thấy cá bớp có chứa một lượng lớn các acid béo không bão hòa đơn (MUFA) và acid béo không bão hòa đa (PUFA), đặc biệt là acid béo Omega3 và Omega6. Trong quá trình bảo quản đông lạnh 6 tháng có sự giảm đáng kể của các nhóm acid béo như MUFA, PUFA và n-3 PUFA, như cũng như tỷ lệ n-3/n-6. Tăng acid béo bão hòa (SFA) và giảm nồng độ PUFA chỉ ra quá trình ôxy hóa đang diễn ra, và điều này có ảnh hưởng quan trọng về chất lượng. Theo kết quả của nghiên cứu của Popelka và các cộng sự [63], hàm lượng các chất ôxy hóa lipid trong cơ thịt cá thu được bảo quản ở nhiệt độ ổn định -18oC thấp hơn nhiều so với cá thu bảo quản ở nhiệt độ dao động từ -18 oC đến -5 oC. Tuy nhiên, khi giảm nhiệt độ xuống sẽ làm tăng chi phí sản xuất, tăng giá thành sản phẩm. Do đó, cần phải nghiên cứu để chọn nhiệt độ bảo quản thích hợp nhằm đảm bảo chất lượng của sản phẩm, đồng thời hạn chế tối đa chi phí sản xuất.
lipid trong thực phẩm cũng là biện pháp đang được áp dụng rộng rãi. Các chất chống ôxy hoá có tác dụng ngăn quá trình phá hủy bằng cách khử đi các gốc tự do, kìm hãm sự ôxy hóa bằng cách ôxy hóa chính chúng. Các chất chống ôxy hóa bao gồm các chất chống ôxy hóa có nguồn gốc tự nhiên và các chất hóa học như acid ascorbic, vitamin E và các hợp chất phosphate [16]. Các chất chống ôxy hóa tự nhiên thông thường là các hợp chất polyphenol, tách chiết từ thực vật, rau củ, quả có tác dụng rất tốt trong việc hạn chế sự ôxy hóa lipid của sản phẩm thủy sản. Chất chống ôxy hóa tổng hợp như BHT (Butylated hydroxytoluen), TBHQ (Tertbutylhydroquinone) có tác dụng tốt trong chống ôxy hóa lipid. Tuy nhiên, chúng có khả năng gây ung thư và là tác nhân đột biến. Vì vậy, con người đã cố gắng sử dụng chất chống ôxy hóa tự nhiên thay cho chất chống ôxy hóa tổng hợp [10]. Chất chống ôxy hóa tự nhiên được sử dụng ngày càng nhiều, để bảo quản thịt và cá, chẳng hạn như tocopherols, các loại gia vị và thảo dược chiết xuất thực vật và acid ascorbic. Acid ascorbic có thể được sử dụng như một chất chống ôxy hóa từ đó làm tăng thời hạn sử dụng thực phẩm. Acid này là một chất chống ôxy hóa mạnh, được sử dụng trong dầu, cá phi lê và không có giới hạn lượng sử dụng acid ascorbic [10]. Theo kết quả nghiên cứu của Taheri và cộng sự [77] cho thấy cá được xử lý acid ascorbic 0.5% có hàm lượng acid béo tự do, sản phẩm ôxy hóa cấp 1 và cấp 2 thấp hơn nhiều so với mẫu đối chứng (không ngâm acis ascorbic). Nguyễn Văn Minh và các cộng sự [57] đã nghiên cứu tác dụng chống ôxy hóa của hỗn hợp mono-, di- và triphosphate đối với sản phẩm cá tuyết muối. Kết quả cho thấy hợp chất phosphate có tác dụng kìm hãm quá trình ôxy hóa lipid làm cho sản phẩm có màu sắc trắng hơn, các chỉ tiêu về ôxy hóa lipid thấp hơn so với sản phẩm không sử dụng hợp chất phosphate. Một số nghiên cứu cho thấy trong quá trình bảo quản đông các sản phẩm thủy sản, việc kết hợp giữa BHT và acid ascorbic có tác dụng hạn chế ôxy hóa lipid tốt. Acid ascorbic và tocopherol (vitamin E) đặc biệt có tác dụng chống ôxy hóa lipid ở điều kiện pH thấp và pH cao [59].
Từ những phân tích trên cho thấy, quá trình ôxy hóa lipid trong một sản phẩm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, để kiểm soát có hiệu quả quá trình ôxy hóa cần kết hợp việc tối ưu hóa các công đoạn quan trọng có ảnh hưởng lớn đến quá trình ôxy hóa (cắt tiết, bảo quản nguyên liệu, bao gói,...) với việc sử dụng chất phụ gia chống ôxy hóa một cách thích hợp.