Quá trình ôxy hóa là một loại phản ứng hóa học trong đó electron được chuyển sang chất ôxy hóa, có khả năng tạo các gốc tự do sinh ra phản ứng dây chuyền phá hủy tế bào sinh vật khi có mặt của ôxy. Gốc tự do là bất cứ phân tử hóa chất nào chỉ có một điện tử duy nhất (electron mang điện âm) hay một số lẻ điện tử. Gốc tự do điện tích luôn không cân bằng, có xu hướng lấy điện tử từ phân tử khác và tạo ra gốc tự do mới gây ra sự rối loạn chức năng của tế bào. Chính do chứa điện độc thân mà gốc tự do có hoạt tính rất mạnh, nó luôn sẵn sàng thực hiện ôxy hóa, nhận điện tử của chất mà nó tiếp xúc (để ghép đôi với điện tử độc thân của nó) và làm chất bị nó ôxy hóa bị hủy hoại nặng nề.
Những gốc như superoxyde, hydroxyl, peroxyl, hydroperoxyl, nitric oxyde và nitrogen dioxyde được coi là gốc tự do.
Nguồn gốc hình thành các gốc tự do (OH, O2-, NO,..) như tia UV, bức xạ ion hóa, ô nhiễm không khí, hút thuốc, trao đổi chất, sự cháy, căng thẳng,... Các gốc tự do là nguyên nhân gây tổn thương tế bào, proein, acid nucleic, DNA,...và dẫn tới các căn bệnh nguy hiểm như ung thư, lão hóa, tiểu đường, tim mạch,... Do đó, để tránh sự gây hại của gốc tự do thì cần thiết phải loại bỏ chúng bằng cách sử dụng các chất chống ôxy hóa bổ sung như VTM (A, C, E,...), polyphenol, flavonoid, anthocyanin, carotenoid [11].
14 1.3.2. Chất chống ôxy hóa
1.3.2.1. Khái niệm chất chống ôxy hóa [5]
Chất chống ôxy hóa là một loại hóa chất giúp ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình ôxy hóa chất khác. Chất chống ôxy hóa giúp ngăn quá trình phá hủy này bằng cách khử đi các gốc tự do, kìm hãm sự ôxy hóa bằng cách ôxy hóa chính chúng.
Bất kỳ chất nào ngăn ngừa hay làm chậm sự ôxy hóa đều được gọi là chất chống ôxy hóa.
1.3.2.2. Cơ chế hoạt động của chất chống ôxy hóa [5]
Các chất chống ôxy hóa hoạt động theo các cơ chế khác nhau, dựa vào cơ chế hoạt động phân loại chất chống ôxy hóa thành 2 nhóm là chất chống ôxy hóa sơ cấp và chất chống ôxy hóa thứ cấp
Chất chống ôxy hóa sơ cấp
Chất chống ôxy hóa sơ cấp hoạt động theo cơ chế phá vỡ chuỗi phản ứng. Cơ chế này được giải thích như sau: Các gốc tự do có chứa điện tử độc thân chưa ghép đôi nên hoạt động kích hoạt sự ôxy hóa. Khi quá trình ôxy hóa xảy ra lại tạo thành các gốc tự do và tiếp tục tham gia kích hoạt làm cho quá trình ôxy hóa diễn ra ngày càng mãnh liệt hơn. Những hợp chất có khả năng nhường nguyên tử hydro làm trung hòa gốc tự do và nhờ nó làm chậm hoặc ngăn chặn quá trình ôxy hóa được gọi là chất chống ôxy hóa.
Các phản ứng xảy ra như sau:
R● + AH RH + A● RO● + AH ROH + A● ROO● + AH ROOH + A● R● + A● RA
RO● + A● ROA ROO● + A● ROOA
Chất chống ôxy hóa thứ cấp
Chất chống ôxy hóa thứ cấp không chuyển các gốc tự do thành phân tử ổn định, nhưng nó có tác dụng tạo phức với ion kim loại ức chế xúc tác cho quá trình ôxy hóa, nhường nguyên tử hydro cho chất chống ôxy hóa sơ cấp, phân hủy hydropeoxyde thành các phân tử không phải là gốc tự do, ức chế hoạt động của ôxy nguyên tử, hấp thụ tia cực tím hoặc khử ôxy.
15
1.3.2.3. Chất chống ôxy hóa trong thực phẩm [5]
Chất chống ôxy hóa trong thực phẩm bao gồm hai nhóm chính:
Chất chống ôxy hóa tự nhiên: chất được tách chiết từ nguyên liệu tự nhiên hay được chuyển hóa bằng con đường sinh học như sử dụng tế bào của chính nó hoặc sử dụng enzyme. Một số chất chống ôxy hóa được thu nhận từ tự nhiên như retinoid (Vitamin A), ∝-tocopherol (Vitamin E); acid ascorbic (Vitamin C), polyphenol, carotenoid, acid amin, saccharic, selenium,...
Chất chống ôxy hóa tổng hợp: chất được tạo thành bằng con đường hóa học. Một số chất chống ôxy hóa tổng hợp được sử dụng rộng rãi như butylated hydrotolene (BHT), butalated hydroanisole (BHA), propyl gallate (PG), ethoxyquin, nordihydroguai acetic acid (NDGA), 2,4,5-trihydrobutyrophenone (THBP), octylgallate (OG), tertiary butyl hydroquinone (TBQH).
Chất chống ôxy hóa tự nhiên:
Vitamin A: Vitamin A là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho con người, nó không tồn tại dưới dạng một hợp chất duy nhất, mà dưới dạng một vài dạng.
Tất cả các dạng Vitamin A đều có vòng Beta-ionon và gán vào nó là chuỗi isoprenoit. Cấu trúc này là thiết yếu cho độ hoạt động sinh hóa của vitamin.
Vitamin C: Đây là chất chống ôxy hóa có trong huyết tương, nó khử gốc tự do và không cho gốc tự do xâm nhập vào các phân tử cholesterol. Ngăn ngừa không cho gốc tự do xâm nhập qua màng tế bào, giúp mau lành vết thương, kích thích sản xuất kháng thể. Vitamin C có nhiều trong cam, dâu, ớt xanh, cà chua, quýt và dễ bị phân hủy khi gia nhiệt nên ăn sống các loại thực phẩm có tác dụng tốt hơn.
Hình 1. 3. Vitamin A [23]
16
Vitamin E: có vai trò là chất chống ôxy hóa thông qua việc loại trừ sự ôxy hóa lipit và sự xuất hiện các gốc tự do làm phân hủy các acid béo chưa bão hào. Các thực phẩm giàu vitamin E như đậu xanh, xà lách, lạc, lúa mì, ngô, cà rốt, trứng gà, thịt bò, cá mè,..
Flavonoid: Các chất chống ôxy hóa này đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường sức khỏe tâm thần khi có tuổi tác. Hoa quả và trái cây có múi như cam là nguồn phong phú của chất flavonoid.
Hình 1. 4. Cấu trúc của Vitamin C [25]
Hình 1. 5. Cấu trúc của Vitamin E [24]
Hình 1. 6. Cấu trúc của flavonoid [22]
17
Isoflavone: Chất chống ôxy hóa này có tác dụng đáng kể trong việc ngăn chặn các bệnh. Nó có nhiều trong đậu nành. Isoflavone không chỉ làm giảm đáng kể nguy cơ ung thư dài hạn mà còn giúp giảm bớt các triệu chứng mãn kinh và cải thiện sức khỏe của xương.
Carotenoic: 𝛽-caroten trong nhóm carotenoic là tiền chất của Vitamin A khi vào cơ thể thì được hấp thụ chuyển hóa thành vitamin A. 𝛽-carote có nhiều trong các loại rau quả như: cà rốt, cà chua, dưa hấu, bí ngô, rau ngót, rau đay, cần tây, rau dền, rau hung, đu đủ chín, quýt,...
Peptide: là một chuỗi các acid amin tương tự như protein nhưng ngắn hơn.
Peptide được chiết xuất từ các acid amin tự nhiên làm kích thích sản xuất collagen và tăng tác dụng chống ôxy hóa. Trong cơ thể động vật, thực vật và các sinh vật khác đều tồn tại một hợp chất có bản chất peptide làm nhiệm vụ bảo vệ là lectic. Vì có khả năng liên kết đường ruột một cách đặc biệt và chọn lọc nên lectin có thể kết tủa các tác nhân tế bào lạ có cấu trúc đường xâm nhập vào cơ thể để bảo vệ cơ thể.
Selen: selen có nhiều trong cá biển và lòng đỏ trứng, dầu oliu, gan động vật, hạt ngũ cốc nguyên hạt và nấm ăn. Selen ngoài tác dụng hoạt hóa vitamin E còn có mặt trong một số enzyme dọn sạch lipo-peroxyde ngăn cản sự sản sinh các gốc tự do thứ cấp.
Chất chống ôxy hóa tổng hợp
Các chất chống ôxy hóa tổng hợp phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
Không độc
Có hoạt tính chống ôxy hóa cao ở nồng độ thấp
Hình 1. 7. Cấu trúc của isoflavone [56]
18
Có thể tập trung được trên bề mặt pha dầu
Bền trong các điều kiện kỹ thuật của quá trình chế biến thực phẩm
Các chất chống ôxy hóa tổng hợp thường được sử dụng là: BHT (Butylated hydroxytoluen), BHA (Butylated hydroxyanisole), tocopherol tổng hợp, TBHQ (Tertbutyl hydroquinone), dodecyl gallate, propyl gallate, propyl gallate, ascorbyl palmitate,...