III. Một số phƣơng pháp nghiên cứu hoá sinh
3.3.2. Ôi hoá do phản ứng oxyhoá khử
Đây là dạng phổ biến nhất trong bảo quản các lipit. Thƣờng phân biệt 2 loại: ôi hoá hoá học và ôi hoá sinh học.
Ôi hoá hoá học là quá trình tự oxy hoá. Khi đó xảy ra sự tấn công các gốc axit béo tự do cũng nhƣ kết hợp bởi oxy phân tử. Sản phẩm đầu tiên là hydro peroxyt, từ đó tạo nên aldehit no và không no, xeton, axit mono và dicacboxylic, aldeaxit, xetoaxit, epoxit…
Hydro peroxyt rƣợu xeton aldehit axit R – CH – CH2 – R‟ + RCH = CH – R‟ R – CH – CH2 – R‟ OOH O O
72
Ôi hoá sinh học gồm sự ôi hoá do enzim lipoxygenaza và sự ôi hoá xeton.
Khi lipit bị ôi hoá, thƣờng bị mất hoạt tính vitamin, các sản phẩm oxy hoá của lipit thƣờng làm vô hoạt enzim, có khả năng phản ứng cao với protein. Lipit bị oxy hoá kìm hãm sự phát triển của động vật
3.3.2.1. Cơ chế của quá trình ôi hoá hoá học
Xảy ra theo 3 giai đoạn.
Giai đoạn 1: Phát sinh
Phản ứng đƣợc khơi mào bằng một vài phân tử lipit (RH) bị oxy hoá để tạo thành gốc tự do.
R - gốc của axit béo no hoặc không no tự do hoặc gốc của axit béo trong phân tử glixerit
H - nguyên tử H ở Cỏ so với nối đôi hoặc nguyên tử H của nhóm metylen bất kỳ trong axit béo no
Khi có oxy hoà tan thì tƣơng tác giữa RH ban đầu với oxy sẽ xảy ra một cách mạnh mẽ.
RH + O2 R + HO2
Trƣờng hợp khi nồng độ RH cao thì có thể xảy ra phản ứng tam phân RH + O2 + HR1 R + H2O2 + R1
Gốc tự do cũng có thể phát sinh khi có ion kim loại giao chuyển M3+ + RH M2+ + R + H
M2+ + ROOH M3+ + RO + OH
Giai đoạn 2: Phát triển.
Gốc tự do R hoặc RO đƣợc tạo thành trong quá trình khơi mào sẽ bắt đầu chuỗi chuyển hoá oxy hoá.
R + O2 RO2
RO2 + RH ROOH + R
Từ hydro peroxyt sẽ phân mạch để cho những gốc tự do khác. ROOH RO + OH
Hoặc 2 ROOH RO2 + H2O + RO Hoặc ROOH + RH RO + H2O + R
Giai đoạn 3 : Kết thúc
Việc đứt mạch, mất các gốc tự do xảy ra chủ yếu do kết quả tƣơng tác của các gốc theo cơ chế lƣỡng phân.
Năng lƣợng hoạt hoá các phản ứng này rất nhỏ ( 1 –2 kcal/mol) nên vận tốc phản ứng rất lớn.
3.3.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến vận tốc oxy hoá
- Ảnh hƣởng của axit béo tự do : axit béo tự do có tác dụng xúc tác quá trình oxy hoá, làm tăng nhanh sự phân giải hydro peroxyt thành các gốc
- Ảnh hƣởng của oxy : vận tốc tự oxy hoá phụ thuộc vào lƣợng oxy trong môi trƣờng - Ảnh hƣởng của nhiệt độ : nhiệt độ có ảnh hƣởng lớn đến tốc độ phản ứng hoá học. Nhiệt độ 40 - 450C và cao hơn sự phân giải hydro peroxyt sẽ tăng.
- Ảnh hƣởng của trạng thái lipit : bề mặt tiếp xúc của chất béo với không khí càng lớn thì vận tốc oxy hoá càng cao. Vận tốc tự oxy hoá còn phụ thuộc vào chiều dày của lớp. Khi lớp dày thì oxy hoá xâm nhập khó. Giảm nhiệt độ đến lúc chất béo chuyển sang trạng thái rắn thì vận tốc oxy hoá cũng giảm.
- Ảnh hƣởng của ion kim loại chuyển tiếp : các ion cũng nhƣ các hợp chất của kim loại chuyển tiếp có tác dụng xúc tác sự oxy hoá lipit
- Ảnh hƣởng của năng lƣợng mặt trời và tia ion : năng lƣợng ánh sáng đặc biệt là tia cực tím và tia ngắn của quang phổ nhìn thấy có tác dụng xúc tác quá trình oxy hoá lipit.
- Ảnh hƣởng của nƣớc : ngƣời ta nhận thấy rằng, nƣớc có tác dụng làm tăng tính ổn định của chất béo sữa đối với sự oxy hoá ở nhiệt độ 950C. Ngƣời ta nhận thấy rằng ở 500
C, nƣớc không có ảnh hƣởng gì đến mỡ lợn.
- Ảnh hƣởng của các yếu tố kìm hãm.
3.3.2.3. Cơ chế của quá trình ôi hoá sinh hoá học
- Ôi hoá do enzim lipoxydaza
Trong quá trình khai thác cũng nhƣ bảo quản, lipit và đặc biệt là dầu mỡ, có thể bị oxy hoá dƣới tác dụng xúc tác của enzim lipoxydaza để tạo thành những sản phẩm khác nhau.
Cơ chế tác dụng của enzim lipoxydaza (lipoxygenaza ) R + R R + RO2 RO2 + RO2 Sản phẩm phân tử R – CH = CH – CH2 – CH = CH – R‟ + lipoxygenaza + O2 R – CH = CH – CH – CH = CH – R‟O tạo phức
74
Lipoxygenaza có nhiều trong hạt đậu tƣơng và trong hạt hoà thảo. pH tối ƣu của lipoxygenaza của đậu tƣơng là 9,0 và của các cây khác là 7,0. Lipoxygenaza của động vật có pH tối ƣu từ 4 – 7.
- Ôi hoá xeton
Thƣờng đặc trƣng đối với lipit có chứa axit béo no, phân tử lƣợng trung bình và thấp. VD: trong bảo quản bơ và margarin khi bị nhiễm nấm mốc thƣờng xảy ra kiểu oxy hoá này. Dƣới tác dụng của các enzim của vi sinh vật, axit béo bị oxy hoá và kết quả tạo ra các chất có mùi khó chịu. Sơ đồ phản ứng nhƣ sau:
3.3.2.4. Sự oxy hoá các axit béo trong cơ thể sinh vật
Trong mô động vật cũng nhƣ thực vật, các axit béo còn bị chuyển hoá theo một đƣờng hƣớng riêng, thực hiện theo từng nấc, mỗi nấc axit béo lại bị cắt ngắn đi một mảnh 2 cacbon ra khỏi phân tử.
Đối với axit béo chƣa no, trƣớc tiên phải đƣợc khử thành axit béo no sau đó mới bị oxy hoá theo con đƣờng đó.
R – CH = CH – CH2 – CH = CH – R‟OOH tạo gốc kép lipoxygenaza
R – CH = CH – CH = CH – CH – R‟OOH lipoxygenaza
trans
R – CH = CH – CH = CH – CH – R tạo hydro peroxyt lipoxygenaza trans OOH R – CH = CH – CH = CH – CH – R + lipoxygenaza OOH cis trans R – CH2 – CH2 – COOH R – C – CH2 – COOH
axit béo O axit - xetonic
R – C – CH2 – COOH O O - CO2 + H2O ROOH + CH3 – COOH R – C – CH3 + CO2 O O axit - xetonic alkylmetylxeton