Bài 1 Phụ Gia Chống Oxy Hóa.docx

BÀI 1 PHỤ GIA CHỐNG OXY HÓA Chương 1 Tổng quan 1 1 Tổng quan và nguyên liệu 1 1 1 Giới thiệu Khi chế biến, đặc biệt là bảo quản các sản phẩm thực phẩm thường xảy ra các quá trình và các loại phản ứng[.]

BÀI 1 PHỤ GIA CHỐNG OXY HÓA

Chương 1: Tổng quan

1.1 Tổng quan và nguyên liệu

1.1.1 Giới thiệu

- Khi chế biến, đặc biệt là bảo quản các sản phẩm thực phẩm thường xảy ra các quá trình

và các loại phản ứng oxy hóa khác nhau làm biến đổi phẩm chất và giảm giá trị của thực phẩm

- Các biểu hiện thường thấy của sự oxy hóa chất béo là phát sinh mùi vị xấu, thay đổi màu sắc, thay đổi độ nhớt của sản phẩm, làm mất chất dinh dưỡng,…Đối với sản phẩm rau quả, sự oxy hóa làm sẫm màu rau quả, làm mất chất dinh dưỡng,…

- Biện pháp ngăn ngừa sự oxy hóa thực phẩm: sử dụng bao bì đặc biệt để cách ly sản phẩm giàu chất béo với các tác nhân làm tăng quá trình oxy hóa; Rót đầy, hút chân không, làm đầy không gian tự do bằng cách sử dụng khí trơ, Đặc biệt, biện pháp được sử dụng hiệu quả là cho vào thực phẩm các chất kìm hãm quá trình oxy hóa thực phẩm, gọi là phụ gia chống oxy hóa

- Biện pháp ngăn ngừa sự oxy hóa thực phẩm: sử dụng bao bì đặc biệt để cách ly sản phẩm giàu chất béo với các tác nhân làm tăng quá trình oxy hóa; Rót đầy, hút chân không, làm đầy không gian tự do bằng cách sử dụng khí trơ, Đặc biệt, biện pháp được sử dụng hiệu quả là cho vào thực phẩm các chất kìm hãm quá trình oxy hóa thực phẩm, gọi là phụ gia chống oxy hóa

1.1.2 Mục đích thí nghiệm

- Bài thí nghiệm này nhằm giúp sinh viên tìm hiểu về vai trò của phụ gia chống oxy hóa trong thực phẩm, bổ sung kiến thức thực tiễn và thực hành các thao tác

1.1.3 Nguyên liệu

- Mẫu rau quả: bố sung phụ gia acid citric, acid ascorbic, sulfit,…

- Mẫu chất béo (dầu, mỡ, …): bổ sung phụ gia BHA, BHT, vitamin E, acid citric,…

1.1.4 Chỉ tiêu khảo sát

- Bài thí nghiệm này nhằm giúp sinh viên tìm hiểu về vai trò của phụ gia chống oxy hóa trong thực phẩm, bổ sung kiến thức thực tiễn và thực hành các thao tác

- Xác định chỉ số acid, chỉ số peroxit, chỉ số iod,…của mẫu chất béo có bổ sung phụ gia và mẫu đối chứng

1.2 Tổng quan về phụ gia

1.2.1 Cơ chế quá trình oxy hóa chất béo:

Sự tự oxy hóa chất béo là phản ứng dây chuyền được châm ngòi bằng sự tạo thành các gốc tự do từ các phân tử acid béo

 Giai đoạn đầu:

RH + O2 R + OOH

Bước khởi đầu có thể được tăng cường bởi nguồn năng lượng như khi gia nhiệt hoặc chiếu sáng Ngoài ra các hợp chất hữu cơ, vô cơ (thường tìm thấy dưới dạng Fe và Cu) cũng là những chất xúc tác có ảnh hưởng rất mạnh, kích thích quá trình oxy hóa xảy ra

 Giai đoạn lan truyền:

R + O2 ROO (gốc peroxide)

ROO + R’H R’ + ROOH (hydroperoxide)

 Giai đoạn kết thúc:

ROO + ROO ROOR + O2

ROO + R ROOR

R + R R-R

Các gốc Alkyl R phản ứng với oxy để hình thành gốc peroxit ROO Phản ứng giữa

O2 và alkyl xảy ra rất nhanh trong điều kiện khí quyển Do đó, nồng độ của alkyl rất thấp

so với peroxide Gốc peroxit hấp thu điện tử từ các phân tử lipid khác và phản ứng với điện tử này để tạo thành hydroperoxide ROOH và 1 peroxit khác Những phản ứng này xúc tác cho các phản ứng khác Sự tự oxy hóa lipid được gọi là phản ứng gốc tự do Khi các gốc tự do phản ứng với nhau, các sản phẩm không gốc tự do sẽ tạo thành và phản ứng kết thúc Ngoài hiện tượng tự oxy hóa, lipid còn có thể tự oxy hóa bằng enzyme lipoxygenase

 Cơ chế của chất chống oxy hóa:

Những chất chống oxy hóa ngăn chặn sự hình thành những gốc tự do (những chất có electron riêng lẻ) bằng cách cho đi nguyên tử hydro Khi cho đi nguyên tử hydro bản thân những chất chống oxy hóa cũng trở thành những chất tự do nhưng những gốc này hoạt tính kém Sau đó gốc tự do của lipid (R) kết hợp với gốc tự do của chất chống oxy hóa (A) tạo thành những hợp chất bền

Phản ứng của chất chống oxy hóa với gốc tự do:

R + AH RH + A

RO + AH ROH + A

ROO + AH ROOH + A

R + A RA

RO + A ROA

ROO + A ROOA

1.2.2 Tổng quan về phụ gia Butylated hydroxytoluen (BHT)

 Công thức cấu tạo:

Hình 1.2.1 Công thức cấu tạo của BHT

 Cơ chế chống oxy hóa:

Chất này hoạt động tương tự như là một vitamin E tổng hợp, chủ yếu hoạt động như một chất ngăn chặn quá trình oxy hoá, một quá trình không bão hòa trong đó các hợp chất hữu cơ bị tấn công bởi ôxy trong khí quyển BHT chống oxy hoá xúc tác phản ứng bằng cách chuyển đổi các gốc tự do peroxy trong liên kết hydroperoxides Điều này tác động đến chức năng chống oxi hoá bằng cách nó sẽ quyên góp một nguyên tử hydro:

RO2 + ArOH → ROOH + ARO

RO2 + ArO → nonradical sản phẩm

R là alkyl hoặc aryl, và nơi ArOH là phenolic của BHT hoặc có liên quan đến chất chống oxy hóa Người ta thấy rằng BHT liên kết với hai gốc tự do peroxy Ngoài ra, nó còn là chất thuộc nhóm chất chống oxi hóa có hiệu quả và được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm có nhiều chất béo Do đó có tác dụng bảo quản thực phẩm, ngăn ngừa sự

hư hỏng và ôi khét của hương liệu Ngoài ra nó còn có tác dụng ổn định và nhũ hóa cho

shortening Sử dụng đơn lẻ một mình hoặc kết hợp với BHA, Propyl galat (PG) và axit citric, sử dụng trong shortening, dầu thực vật, thức ăn động vật, mỡ lát, ngũ cốc, sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì rẻ tiền

Lưu ý: Phụ gia chống oxy (BHT, BHA…) không ngăn cản được quá trình tự oxy

hóa của dầu, không khắc được hậu quả oxy hóa…

1.2.3 Tocopherol – Vitamin E:

 Công thức phân tử: C29H50O2

 Công thức cấu tạo:

Hình 1.2.2 Công thức cấu tạo α-tocopheroltocopherol

Khối lượng phân tử: 430.71 g/mol

Tocopherol có dạng dầu màu vàng nhạt hoặc nâu đỏ, không mùi, nhớt

Tính tan: không tan trong nước, hòa tan rất tốt trong dầu thực vật, trong rượu ethylic, ether etylic và ether dầu hỏa

Tocopherol khá bền với nhiệt, có thể chịu được nhiệt đến 170oC khi đun nóng trong không khí nhưng bị phá hủy nhanh bởi tia tử ngoại Trong những tính chất của tocopheol, tính chất quan trọng hơn cả là khả năng bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa khác nhau Trong thao tác kỹ thuật bảo quản, người ta dùng dung dịch pha trong dầu, không chứa ít hơn 31% tocopherol

Tocopherol có tác dụng chống oxy hóa hiệu quả nhất đối với mỡ động vật, carotenoid và vitamin A Mặc dù được phân bố rộng rãi trong tự nhiên, được chấp nhận ở nhiều quốc gia, được chứng minh có hiệu quả chống oxy hóa trong các loại thực phẩm nhưng nó chỉ được sử dụng hạn chế vì nhìn chung nó vẫn kém hiệu quả hơn so với các chất chống oxy hóa phenolic

 Cơ chế chống oxy hóa

Vitamin E có khả năng ngăn chặn phản ứng của các gốc tự do bằng cách nhường một nguyên tử hydro của gốc phenol cho gốc lipoperoxide (LOO) để biến gốc tự dọ này thành hydroperoxide (LOOH) Phản ứng xảy ra như sau:

Hoặc trong quá trình phản ứng, tocopherol (tocopherol – OH) bị chuyển hóa thành gốc tocopheryl (tocopherol – O) bền nên chấm dứt những phản ứng gốc Gốc tocopheryl

bị khử oxy để trở lại thành tocopherol bởi chất khử là oxy hòa tan trong nước

Khi tốc độ oxy hóa dầu thấp, tocopheryl phản ứng với nhau để hình thành tocopheryl quinone Khi tốc độ oxy hóa dầu cao, tocopheryl phản ứng với gốc peroxy để hình thành phức tocopherol – peroxy (T – OOR) Phức này có thể bị thủy phân thành tocopheryl quinone và hydroperoxyde

To + To  T + Tocopheryl quinone

To + ROOo  [T – OOR] T – OOR]  Tocopheryl quinone + ROOH

Hiệu quả chống oxy hóa của tocopherol phụ thuộc vào dạng đồng phân và nồng độ

sử dụng Khả năng dập tắc gốc tự do cao nhất ở δ-tocopherol, tiếp theo là γ-, β-, α-tocopherol Hàm lượng tocopherol cần thiết để chống ôi hóa chất béo tùy thuộc vào độ bền oxy hóa của chúng Độ bền oxy hóa của tocopherol càng thấp thì hàm lượng tocopherol cần dung càng thấp α-tocopherol có độ bền thấp nhất trong số các đồng phân tocopherol, cần dùng với nồng độ 100 ppm thì thể hiện hoạt tính chống oxy hóa cao nhất của nó Trong khi đó, β- và γ-tocopherol có độ bền oxy hóa cao hơn nên để thể hiện hoạt tính oxy hóa cao nhất, cần dùng nồng độ tương ứng của 2 đồng phân này là 250 và 500 ppm

1.2.4 Tổng quan về phụ gia Butylated hydroxyanisole (BHA):

 Công thức cấu tạo:

BHA là hỗn hợp của hai đồng phân Trong phân tử BHA, nhóm tert – butyl ở vị trí ortho hay meta cản trở nhóm – OH nên hạn chế hoạt tính chống oxy hóa nhưng trong vài trường hợp hiệu ứng không gian này lại bảo vệ được nhóm – OH

Hình 1.2.3 Công thức cấu tạo của BHA

 Cơ chế tác dụng:

Cơ chế tác dụng tương tự BHT, là chất ngăn ngừa phản ứng dây chuyền của quá trình ôi hóa của chất béo BHT hoạt động theo cơ chế cho điển tử để khống chế gốc R tự

do BHA hấp thụ qua thành ruột non, tham gia quá trình trao đổi chất, là chất nghi ngờ gây dị ứng hoặc ung thư Do tồn tại trong mô tế bào và tham gia một số quá trình trao đổi chất Đây là chất chống oxi hóa có hiệu quả đối với mỡ động vật và các sản phẩm bánh nướng, ổn định sản phẩm cuối cùng, và thường được sử dụng trong shortening, dầu thực vật, sản phẩm khoai tây, soup, chewing gum, ngũ cốc, được sử dụng rộng rãi nhất trong các sản phẩm giàu chất béo, không có tác dụng với dầu thực vật không bão hòa Thường được sử dụng kết hợp với các chất chống oxi hóa khác

1.2.5 Tổng quan về phụ gia Tertiary butylhydroquinone (TBHQ):

 Công thức cấu tạo:

Hình 1.2.4 Công thức cấu tạo của TBHQ

 Cơ chế tác dụng:

Về cơ bản thì cơ chế của TBHQ cũng giống như các chất chống oxi hóa gốc phenol.

Có tác dụng chống oxi hóa rất hiệu nghiệm, được sử dụng rất rộng rãi Có tác động hiệu quả đối với dầu mỡ đặc biệt là dầu thực vật, sử dụng trong khoai tây chiên, dầu bông, thịt

bò viên, ngũ cốc khô, pizza, nước sốt…

Chương 2: Quy trình thí nghiệm

2.1 Phương pháp tiến hành:

Rau quả/ chất béo

Xử lý

Bổ sung phụ gia

Xác định chỉ số acid, peroxyt, iod,…(với chất béo) Xác định vitamin C, quan sát màu sắc (với rau quả)

Kết quả

Vụn,

Phụ gia chống oxy hóa

2.1.1 Xác định chỉ số Acid

- Dưới tác dụng của các enzym thủy phân (lipaza, photpholipaza) khi có nước và nhiệt, triglycerit sẽ bị phân cắt ở mối liên kết este và bị thủy phân thành acid béo tự do

- Chỉ số acid là số mg KOH cần dùng để trung hòa acid béo tự do có trong 1g dầu hoặc

mỡ

Nguyên tắc:

- Dùng dung dịch kiềm chuẩn KOH 0,1N để trung hòa hết acid béo tự do có trong mẫu thử được hòa tan trong dung môi cồn trung tính với chỉ thị phenolphtalein

- Điểm tương đương nhận được khi dung dịch từ màu vàng (đặc trưng cho từng loại dầu) chuyển sang màu hồng nhạt và bền trong 30 giây

Phương trình phản ứng:

RCOOH + KOH RCOOK + H2O

Dụng cụ và thiết bị:

- 3 erlen 250 ml

- 1 buret 25 ml

- 1 pipet 10ml, 25 ml

- Bếp diện

- Bầu bóp

- Ống đong 100 ml

Hóa chất:

- Phenolphtalein 1%

- Etanol 96 – 99,8%

- Nước cất

- Dung dịch KOH 0,1N pha trong cồn, đựng trong chai nâu

đậy kín bằng nút cao su Dung dịch phải không màu hay có

màu vàng nhạt

Phương pháp tiến hành:

Lượng mẫu cân được lấy theo chỉ số acid dự kiến:

Chỉ số acid

dự kiến

Khối lượng mẫu thử (g)

Độ chính xác của phép cân

Mẫu dầu

Cho vào mẫu dầu

Lắc nhẹ, đun cách thủy

Chuẩn bằng KOH 0,1N đến hồng

Ghi nhận thể tích KOH tiêu tốn

Tính toán

Kết quả

100 ml cồn

Chuẩn bằng KOH

0,1N đến hồng

KOH 0,1N

Tính kết quả:

Chỉ số acid tính theo công thức:

AV = 56 ,11×V ×N×K

m

Trong đó:

56,11 : phân tử lượng của KOH (đvC)

V : thể tích dd KOH 0,1N tiêu tốn (ml)

N : nồng độ của dung dịch KOH (= 0,1N)

K : hệ số hiệu chỉnh dd KOH 0,1N

m : khối lượng mẫu dầu cần phân tích (g)

K= VHCl× NHCl× MKOH

VKOH

Số liệu và kết quả tính toán

*Nhận xét: Từ kết quả ở trên ta thấy mẫu dầu trắng (không có bổ sung phụ gia chống oxy hóa) có chất lượng thấp nhất (chỉ số acid cao nhất), tiếp theo là đến mẫu có bổ sung BHT

và mẫu dầu có chất lượng tốt nhất là mẫu có bổ sung Vitamin E (chỉ số acid thấp nhất) Vitamin E bền với nhiệt nên trong điều kiện thí nghiệm, khả năng chống oxy hóa hoạt động tốt, ngăn ngừa khả năng tự oxi hóa của dầu hiệu quả và nhờ vậy mà chất lượng mẫu dầu được bảo quản tốt Trong trường hợp mẫu dầu có bổ sung BHT, mặc dù có chứa phụ gia chống oxi hóa nhưng do BHT kém bền nhiệt hơn so với vitamin E nên hiệu quả ngăn ngừa khả năng tự oxi hóa của dầu thấp hơn so với vitamin E Đối với mẫu dầu trắng thì

do không có bổ sung phụ gia chống oxi hóa nên dưới tác dụng của điều kiện môi trường, quá trình tự oxi hóa trong dầu diễn ra mạnh mẽ làm cho chất lượng dầu giảm đi nhanh chóng Trong trường hợp này, khả năng chống oxi hóa của Vitamin E tốt hơn so với BHT

2.1.2 Xác định chỉ số peroxit:

- Chỉ số peroxyt (PoV) là lượng chất có trong mẫu thử được tính bằng mili đương lượng oxy hoạt tính làm oxi hoá KI trên 1kg mẫu dưới các điều kiện thao tác theo quy định

- Chỉ số này phản ánh sự ôi hóa của dầu mỡ

Nguyên tắc :

Dựa vào tác dụng của peroxyt với dung dịch KI tạo ra I2 tự do (trong môi trường acid acetic

và cloroform) Sau đó chuẩn độ I2 tự do bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột Điểm tương đương nhận được khi dung dịch chuyển từ màu tím đen sang không màu Phương trình phản ứng:

R1 CH CH R2

O O + 2KI + 2CH3COOH

R1 CH CH R2

O +2CH3COOK + H2O +I2

I2 + 2 Na2S2O3 = 2 NaI + Na2S4O6

Chú ý tiến hành thí nghiệm trong môi trường trung tính hoặc acid yếu Nếu tiến hành trong môi trường acid mạnh hoặc kiềm dễ xảy ra phản ứng oxi hoá của iod với oxi không khí gây sai

số lớn

Dụng cụ và thiết bị:

- Pipet 10ml

- 3 erlen nút nhám

- 1 bóp cao su

- 1 ống đong 50 ml

- 1 buret 25ml

- 1 becher 100ml

Hóa chất

- Cloroform:Acid acetic = 1:2

- Dung dịch KI bão hoà

- Na2S2O3 0.01N

- Chỉ thị hồ tinh bột 1%

Dung dịch KI bão hòa, được pha mới, làm sạch Iodat và Iot tự do Để kiểm tra KI bão hòa, thêm 2 giọt hồ tinh bột vào 0,5ml KI trong 30ml dung dịch CH3COOH : CHCl3 = 3 : 2 Nếu có màu xanh mà phải thêm hơn 1 giọt Na2S2O3 0,01N thì bỏ dung dịch KI này, chuẩn bị dung dịch

KI mới

Phương pháp tiến hành

Phép thử được tiến hành trong ánh sáng, lượng mẫu thử theo chỉ số peroxyt dự kiến phù hợp bảng sau

Chỉ số peroxyt dự kiến (meq/kg) Khối lượng mẫu thử (g)

Mẫu dầu

Cân vô erlen nút nhám

Hòa tan

Đậy bình, lắc mạnh 1 phút

Để trong tối 5 phút

Cho vào hỗn hợp

Kết quả

10ml CH3Cl

1ml KI bảo hòa

50ml H2O

Hồ tinh bột 1%

Chuẩn với Na 2 S 2 O 3 0,01N đến mất màu

Tính kết quả Ghi nhận thể tích Na2S2O3 tiêu tốn

Tiến hành thử mẫu trắng song song mẫu thử

Nếu kết quả của mẫu trắng vượt quá 0,1ml dung dịch Na2S2O3 0,01N thì thay đổi hóa chất

do không tinh khiết

Tính kết quả:

PoV = ( V1− V2)× N

Trong đó:

V1 : thể tích Na2S2O3 tiêu tốn cho mẫu thử (ml)

V2 : thể tích Na2S2O3 tiêu tốn cho mẫu trắng (ml) (0.3 ml)

N : nồng độ đương lượng của Na2S2O3

M : khối lượng mẫu thử (g)

Kết quả cuối cùng là trung bình cộng của 2 phép thử

Chú ý:

 Tiến hành trong môi trường acid trung hòa hoặc yếu (pH = 4 – 6)

 Nếu chuẩn ở môi trường acid mạnh thì dễ sinh ra phản ứng oxi hóa với oxi không khí,

do đó sẽ gây sai số tương đối lớn:

I+ O2 + H+ H2O + I2

 Nếu chuẩn độ ở môi trường kiềm thì:

I2 + OH IO + I + H2O

 Không được phép gia nhiệt (dùng nước cất nóng hoặc đun nóng dầu) trong khi chuẩn độ

vì Iod rất dễ bị thăng hoa ở nhiệt độ cao

 Khi cho hồ tinh bột vào cần tiến hành chuẩn độ ngay vì Iod hấp phụ mạnh lên bề mặt của

hồ tinh bột và có thời gian chui sâu vào cấu trúc của hồ tinh bột, do đó sẽ gây sai số lớn

 *Nhận xét: Nhận xét:Qua kết quả tính toán được thì chỉ số peroxyt của mẫu dầu có bổ sung phụ gia Vitamin E cao hơn so với mẫu dầu có bổ sung BHT, chứng