Quá trình oxy hóa là quá trình phản ứng hóa học xảy ra, trong đó electron
được chuyển sang chất oxy hóa 3, 10.
Trong lipid cá có một lượng lớn acid béo không no đa nối đôi nên chúng rất
bằng sự giải phóng một nguyên tử hydro từ carbon trung tâm của cấu trúc pentadien là cấu trúc có trong hầu hết các nhánh acyl của acid béo chứa hơn một nối đôi:
-CH=CH-CH2-CH=CH- -CH=CH-C•H-CH=CH- + H•
Gốc tự do (L•) phản ứng rất nhanh với oxy không khí tạo thành peroxy của gốc tự do (LOO•), peroxy của gốc tự do lại có thể lấy một hydro từ một nhánh acyl khác để hình thành một lipid hydroperoxyt (LOOH) và một gốc lipid tự do mới (L•). Sự lan truyền của phản ứng dây chuyền này sẽ tiếp tục mãi đến khi một gốc tự do được loại ra bằng các phản ứng với gốc tự do khác mà phản ứng của chúng sẽ tạo thành gốc (A•) kém hoạt động hơn nhiều. Phản ứng dây chuyền sẽ tạo thành một lượng tương đối lớn hydroperoxyt. Với xúc tác của các ion kim loại nặng, hydroperoxyt dễ dàng bị bẻ gãy thành các sản phẩm tự oxy hóa thứ cấp với mạch carbon ngắn hơn. Các sản phẩm thứ cấp này phần lớn là các aldehyt, xeton, rượu và một phần nhỏ là các acid carboxylic và các alkan-gây nên những mùi rất khác nhau và
trong một số trường hợp còn gây mất màu làm cho sản phẩm có màu hơi vàng 3.
Các ion kim loại rất quan trọng trong bước đầu tiên của sự tự oxy hóa lipid- quá trình khởi đầu-trong việc xúc tác hình thành các gốc phản ứng với oxy, chẳng hạn như gốc hydroxyl (OH•). Gốc này lập tức phản ứng với lipid hoặc các phân tử khác tại nơi nó được tạo ra. Hydroperoxyt của acid béo cũng có thể được tạo thành dưới tác động của enzyme lipoxygenaze mà hàm lượng của loại enzyme này lại khác nhau ở các mô cơ cá khác nhau. Các enzyme có hoạt độ khá cao được tìm thấy trong mang và dưới da của nhiều loài cá. Enzyme này không bền và có lẽ chỉ quan
Hình 1.5. Quá trình tự oxy hóa của lipid không no 1.6.3. Tác hại của quá trình oxy hóa lipid
Oxy hóa lipid là một trong những nguyên nhân chính gây suy giảm chất lượng trong cơ thịt cá. Quá trình oxy hóa lipid xảy ra làm giảm hương vị, mùi, màu
sắc, cấu trúc và sinh ra các hợp chất độc hại (Kanner, 1994) 40.
Quá trình oxy hóa lipid tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau. Sản phẩm cấp một chủ yếu của quá trình oxy hóa chất béo là hợp chất không mùi hydroperoxyde. Tuy nhiên các hợp chất này thường không bền nên dễ dàng bị oxy hóa để tạo thành các sản phẩm cấp hai mà chủ yếu là malondialdehyde, alkanes, ketones, esters, rượu, acid và các hydrocarbons. Trong đó, các aldehydes được xem là thành phần chính làm cho sản phẩm có mùi ôi thiu. Các sản phẩm cấp hai của quá trình oxy hóa lipid sẽ tiếp tục bị oxy hóa để tạo thành các sản phẩm cấp ba, hoặc liên kết với các thành phần cấu thành nên protein như acid nucleic, acid amine, peptide để tạo thành các phức chất mang mùa nâu sẫm như aldehyde, xeton, rượu và một phần nhỏ là các acid carboxylic và các alkan. Vì vậy, quá trình oxy hóa lipid là một trong những nguyên nhân chính làm giảm chất lượng thực phẩm vì làm giảm giá trị dinh dưỡng và cảm quan của sản phẩm.
Khi bị oxy hóa lipid, thực phẩm sẽ thay đổi màu sắc và kết cấu, tạo ra các mùi vị xấu có mùi ôi khét và mất đi các acid béo thiết yếu như: acid oleic, acid
linoleic, acid palmitoleic, các vitamine tan trong dầu như A, D, E, carotenoids bị phá hủy làm giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm. Do đó, các thực phẩm bị oxy hóa lipid sẽ tổn thất giá trị dinh dưỡng rất lớn, khó tiêu hóa, có hại cho sức khỏe của người tiêu dùng, đặc biệt là gây thiệt hại về kinh tế cho người sản xuất.
1.6.4. Các chất chống oxy hóa
Các chất chống oxy hóa là các hợp chất có khả năng làm chậm lại, ngăn cản hoặc đảo ngược quá trình oxy hóa các hợp chất có trong tế bào của cơ thể
(Jovanovic và Simic, 2000; Lachman và cộng sự, 2000; Singh và Rajini, 2004) 10.
Dựa trên nguyên tắc hoạt động, các chất chống oxy hóa được phân thành hai loại: các chất chống oxy hóa bậc một và các chất chống oxy hóa bậc hai. Các chất chống oxy bậc một khử hoặc kết hợp với các gốc tự do do đó kìm hãm pha khởi phát hoặc bẻ gãy dây chuyền phản ứng của quá trình oxy hóa. Các chất chống oxy hóa bậc hai kìm hãm sự tạo thành các gốc tự do (hấp thụ các tia cực tím; tạo phức với các kim loại kích hoạt sự tạo gốc tự do như Cu, Fe; vô hoạt oxy đơn) (singh và
Rajini, 2004; Rollanhd, 2004) 10.
Một số chất chống oxy hóa tự nhiên
Các hợp chất polyphenol
Các hợp chất polyphenol là một trong các nhóm sản phẩm trao đổi chất bậc hai chủ yếu của thực vật , rất đa dạng về cấu trúc và chức năng. Ở thực vật, các hợp
chất phenol tạo màu cho thực vật (anthocyanin); bảo vệ thực vật trước tia cực tím,
chống lại sự oxy hóa; là hợp chất tín hiệu cho sự cộng sinh giữa thực vật và vi khuẩn nốt sần; bảo vệ thực vật trước sự tấn công của vi sinh vật gây hại (như vi khuẩn gây thối rễ ở khoai tây); là vật liệu góp phần vào độ bền chắc của thực vật và sự thấm của thành tế bào đối với nước và khí (Chirinos và cộng sự, 2007; Al-
Saikhan và cộng sự, 1995) 10. Đối với các thực phẩm, các hợp chất phenol là
những chất hoạt động giữ vai trò chủ đạo quyết định hương vị của nhiều loại sản phẩm có nguồn gốc từ thực vật. Chúng ảnh hưởng đến màu sắc và vị của hầu hết các sản phẩm thực phẩm và ở một mức độ nhất định chúng tham gia vào các quá trình tạo ra các cấu tử thơm mới tạo nên hình thơm đặc biệt cho sản phẩm (Lê Ngọc
Tú, 2003) 10. Về mặt y học, việc sử dụng các thực phẩm giàu các hợp chất phenol như trà, rượu vang đỏ được chứng minh là có lợi cho sức khỏe. Tác dụng tốt này có được là do khả năng kháng oxy hóa của các hợp chất phenol.
Vitamine C
Vitamine C có khả năng vô hoạt các gốc tự do rất tốt do nó có thể chuyển cho các gốc tự do hai nguên tử hydro của nó và khi đó nó trở thành dehydroascorbic
acid (Pincemail và cộng sự, 1998; Pincemail, 2006) 10. Ngoài ra, vitamine C còn
có khả năng hoạt động hiệu lực với các chất chống oxy hóa khác trong cơ thể như vitamine E , carotenoid và flavonoid. Khi có sự tiếp xúc giữa vitamine E và gốc tự do peroxide của acid béo, vitamine E chuyển điện tử của nó cho gốc tự do nhưng đồng thời nó trở thành gốc tự do tocopheryl (vitamine E ở dạng oxy hóa). Vitamine C tiến hành khử gốc tocopheryl thành vitamine E nguyên dạng, sẵn sàng vô hoạt các gốc tự do peroxide mới. Các catotenoid và các flavonoid khi vô hoạt các gốc tự do cũng được hoàn nguyên với cơ chế tương tự bởi vitamin C. Điều này góp phần hạn chế sự tự kích hoạt oxy hóa của các gốc vitamine E và flavonoid (Burke và
cộng sự, 2001; Jovanvic và Simic, 2000) 10.
Các carotenoid
Các caorotenoid là các hợp chất màu hữu cơ có trong thực vật và một số sinh vật có khả năng quang hợp. Chúng đem lại màu vàng đến đỏ cho thực vật đồng thời tham gia quá trình quang hợp với vai trò là sắc tố phụ. Đối với con người, các carotenoid là các chất chống oxy hóa quan trọng vì nó có mặt trong rất nhiều loại thực phẩm đồng thời nó có khả năng hoạt động trong môi trường chất béo là nơi rất dễ xảy ra sự oxy háo và gây hậu quả nghiêm trọng (màng tế bào).
Khác với vitamine C và polyphenol không được tích lũy trong cơ thể mà bị thải ra ngoài qua con đường nước tiểu (Jovanovic và Simic, 2000; Tapiero và cộng
sự, 2002) 10, các carotenoid với đặc điểm hòa tan trong chất béo được tích lũy
trong cơ thể, xâm nhập dễ dàng vào các vị trí dễ bị oxy hóa như màng tế bào do đó hiệu quả chống oxy hóa của chúng cao hơn các chất oxy hóa hòa tan trong nước
Vitamine E
Vitamine E tồn tại ở tám dạng trong tự nhiên: bốn dạng tocopherol và tocotrienol. Tính chất hòa tan trong chất béo của vitamine E giúp chúng có khả năng thâm nhập sâu vào các màng sinh học vốn chứa nhiều acid béo không no và ngăn cản chuỗi phản ứng oxy hóa lipid. Các vitamine E sẽ chuyển hydro của nó cho các gốc tự do peroxide. Gốc tocopheryl tạo thành được khử về trạng thái ban đầu nhờ vitamine C
(Niki và cộng sự, 1995; Huang và cộng sự, 2002; Pincemail, 2006) 10.
1.6.5. Cơ chế hoạt động của chất chống oxy hóa tự nhiên-polyphenol
Các hợp chất phenol rất đa dạng về cấu trúc. Tùy cấu trúc mạch cacbon mà
được phân thành phenol đơn giản (C6), acid phenolic, flavonoid (C6-C3-C6), stilbene
(C6-C2-C6) và lignine (C6-C2)n (Scalbert và Wiliamson, 2000) 10. Đến lượt mình,
cấu trúc của các hợp chất phenol lại quyết định cơ chế hoạt động chống oxy hóa. Các cơ chế chống oxy hóa của các hợp chất phenol như sau:
Khử và vô hoạt các gốc tự do nhờ thế oxy hóa khử thấp.
Tạo phức với các ion Fe2+ và Cu2+.
Kìm hãm hoạt động của các enzyme có khả năng tạo gốc tự do như
xanthine oxidase.
Các hợp chất flavonoid (Fl-OH) nhờ thế oxy hóa khử thấp có thể khử các
gốc tự do như peroxyl, alkoxyle và hydroxyle bằng cách nhường nguyên tử hydro
(Jovanovic và Simic, 2000) 10.
Fl-OH + R Fl-O + RH (Với R là gốc tự do)
Gốc flavonoid tự do (Fl-O) sau đó lại kết hợp với một gốc tự do khác để tạo thành hợp chất bền (Hình 1.6).
Sắt và đồng là những kim loại đảm nhận những vai trò sinh lý nhất định trong cơ thể như tham gia vận chuyển oxy (hemoglobin), cofactor của nhiều enzyme (Fe đối catalase, Cu đối với superoxyde dismutase). Tuy nhiên các kim loại này có thể tham gia phản ứng Fenton và Haber để tạo nên các gốc tự do (Favier,
2003; Gardes và cộng sự, 2003) 10. Các flavonoid có khả năng tạo phức với các
kim loại này và hạn chế tác dụng xấu của chúng (Hình 1.7). Fe3+ + O2- → Fe2+ + O2
H2O2 + Fe2+(Cu+) → OH + OH- + Fe3+(Cu2+) Phản ứng Fenton
O2- + H2O2 → OH + OH- + O2 Phản ứng Haber-Weiss
Hình 1.7. Cơ chế tạo phức giữa các flavonoid và các ion kim loại (Men+)
(Nicole, 2001; Marfak, 2003) 10
Hình 1.8. Các vùng cấu trúc đảm bảo khả năng chống oxy hóa của polyphenol
Khả năng chống oxy hóa của các hợp chất phenol phụ thuộc chặt chẽ vào đặc điểm cấu tạo của chúng. Các bộ phận đảm nhiệm chức năng chống oxy hóa của
phenol được giới thiệu ở hình 1.8 (Nicole, 200; Amic và cộng sự, 2003) 10. Đó là:
Các nhóm hydroxyl ở dạng ortho của vòng B có khả năng cho điện tử.
Liên kết đôi giữa C2 và C3 và nhóm ceton ở C4 đảm bảo việc phân bố điện
lại điện tử cho vòng B.
Các nhóm hydroxyl ở C3 và C5 cùng với nhóm ceton ở C4 đảm bảo khả
CHƯƠNG 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên vật liệu và hóa chất
2.1.1. Nguyên liệu rong mơ S. mcclurei
Nguyên liệu sử dụng trong đề tài này là rong mơ (S. mcclurei), được thu mua
tại Thành phố Nha Trang (Khánh Hòa). Nguyên liệu rong mơ dạng tươi (10 kg) được rửa sạch tạp chất và muối, sau đó phơi khô dưới ánh nắng mặt trời đến độ ẩm là 16,51%. Rong khô được nghiền nhỏ rồi đem bảo quản trong các túi PA trong điều kiện hút chân không, ở nhiệt độ phòng đến khi sử dụng.
2.1.2. Nguyên liệu cá thu S. commerson
Cá thu (S. commerson) nguyên con được mua tại chợ Vĩnh Hải, Thành phố
Nha Trang (Khánh Hòa), cá được bảo quản bằng nước đá trong thùng xốp cách nhiệt và vận chuyển về phòng thí nghiệm khoa Công nghệ Thực Phẩm, trường Đại học Nha Trang để tiến hành các xử lý tiếp theo.
2.1.3. Hóa chất và thuốc thử
Acid tricloaxetic (TCA) và ethanol được sản xuất tại Trung Quốc; 1,1-Diphenyl-
2-picrylhydrazyl (DPPH), thuốc thử Folin–Ciocalteu, Potassium ferricyanide (K3(Fe[CN]6),
Aluminium chloride (AlCl3) và Sodium carbonate (Na2CO3) được mua từ công ty Sigma
Ardrich (Hoa Kỳ); Thiobarbituric acid (TBA) và acid gallic mua từ công ty Wako (Nhật Bản). Tất cả hóa chất sử dụng trong nghiên cứu đạt hạng phân tích.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Quy trình bố trí thí nghiệm tổng quát
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát
Rong mơ S. mcclurei tươi Nghiền rong Lọc Dịch chiết Bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng polyphenol tổng số và khả năng chống
oxy hóa (tổng năng lực khử, khả năng khử gốc tự do DPPH)
Bảo quản sản phẩm polyphenol từ dịch chiết
rong mơ S. mcclurei
Chiết
Bố trí thí nghiệm xác định độ ẩm Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của điều kiện chiết (nồng độ dung môi, nhiệt độ, thời gian, số lần chiết và sóng siêu âm) đến hàm lượng polyphenol tổng
số và khả năng chống oxy hóa
Bố trí thí nghiệm áp dụng dịch chiết
rong mơ S. mcclurei để hạn chế sự oxy
hóa lipid trên thịt cá thu bảo quản lạnh
Rửa
Giải thích quy trình:
Rong mơ tươi được thu mua tại Thành phố Nha Trang (Khánh Hòa). Nguyên liệu rong mơ dạng tươi (10 kg) được rửa sạch tạp chất và muối, sau đó phơi khô dưới ánh nắng mặt trời đến độ ẩm là 16,51%. Rong khô được nghiền nhỏ rồi đem bảo quản trong các túi PA trong điều kiện hút chân không, ở nhiệt độ phòng đến khi sử dụng. Sau đó rong được đem về phòng thí nghiệm của khoa Công nghệ Thực Phẩm, trường Đại học Nha Trang để tiến hành nghiên cứu. Chọn rong khô để nghiên cứu nhằm mục đích: rong khô có hàm ẩm nhỏ góp phần hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng rong, ức chế các quá trình tổng hợp và chuyển hóa trong rong. Bên cạnh đó, rong khô gọn, nhẹ nên được bảo quản dễ dàng, ít chiếm diện tích chứa đựng và thuận lợi trong việc vận chuyển trong quá trình tiến hành nghiên cứu. Đồng thời, khi hàm lượng ẩm trong nguyên liệu giảm, tốc độ trích ly tăng lên vì nước tác dụng với protein và các chất háo nước khác ngăn cản sự dịch chuyển của dung môi thấm sâu vào trong nguyên liệu, làm chậm quá trình khuếch tán.
Nghiền rong: Dùng máy nghiền để nghiền nhỏ rong vì rong nhỏ sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc giữa rong với dung môi, góp phần phá vỡ cấu trúc tế bào rong, tạo điều kiện thuận lợi cho các chất hòa tan trong dung môi.
Rong sau khi được nghiền nhỏ, một phần nhỏ được đem đi xác định độ ẩm. Chiết: Hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa (năng lực khử, khả năng khử gốc tự do DPPH) đều bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố trong quá trình chiết như nồng độ dung môi, nhiệt độ, thời gian, số lần chiết và sóng siêu âm. Do đó, tại công đoạn chiết này sẽ tiến hành bố trí các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố trên để tìm môi trường chiết cho hoạt tính mong muốn cao.
Lọc: Mẫu sau khi chiết sẽ được lọc qua giấy lọc để thu dịch có chứa hợp chất cần thiết, loại bỏ những tạp chất không tan như cặn và bã rong.
Dịch chiết thu được sẽ được đem đi bố trí các thí nghiệm xác định hàm lượng polyphenol tổng số và khả năng chống oxy hóa (tổng năng lực khử, khả năng khử gốc tự do DPPH).
Sau khi xác định được môi trường chiết thích hợp cho hàm lượng polyphenol và khả năng chống oxy hóa cao thì tiến hành bố trí thí nghiệm áp dụng dịch chiết rong để hạn chế oxy hóa lipid trên thịt cá thu bảo quản lạnh.
Phần dịch chiết chưa sử dụng sẽ được bảo quản lạnh. 2.2.2. Thí nghiệm xác định độ ẩm của rong mơ khô
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ ẩm của rong mơ khô Sơ đồ bố thí nghiệm xác định độ ẩm được mô tả ở hình 2.2.
Sấy cốc đến khối lượng không đổi: Cốc được rửa sạch, úp khô, sấy ở nhiệt
độ 105C trong khoảng 1 giờ, lấy ra làm nguội trong bình hút ẩm rồi cân, sau đó sấy