lý thuyết về sự oxi hóa của dầu mỡ

luận văn về lý thuyết về sự oxi hóa của dầu mỡ

PHẦN I: LÝ THUYẾT VỀ SỰ OXI HÓA DẦU MỠ THỰC PHẨM

I. SỰ OXI HÓA DẦU [8]

1. Các dạng oxy

Độ bền oxi hóa của dầu là khả năng chống lại sự oxi hóa suốt trong quá trình sảnxuất và bảo quản Khả năng chống lại sự oxi hóa được diễn tả như khoảng thờigian cần thiết để đạt đến điểm tới hạn của sự oxi hóa dù cho có sự thay đổi vềcảm quan hoặc biến đổi đột ngột trong quá trình oxi hóa hay không Độ bền củadầu là một giá trị quan trọng để xác định chất lượng cũng như khả năng bảo quảndầu sự oxi hóa dầu làm sinh ra các hợp chất lạ cũng như phá hủy các acid béothiết yếu có trong dầu

Sự oxi hóa dầu xảy ra theo hai cơ chế: tự oxi hóa và sự oxi hóa quang học Cả hailoại oxy đều có thể phản ứng với dầu Oxy khí quyển ở trạng thái tam bội 3O2, cònmột dạng khác là oxy đơn bội dạng singlet 1O2 3O2 phản ứng với các gốc tự do vàlà nguyên nhân của sự tự oxi hóa Tính chất hóa học của 3O2 để có thể phản ứnggốc lipid có thể giải thích theo orbital phân tử (hình 1)

3O2 ở trạng thái nền, với 2 electron không cặp đôi trong orbital 2πp 3O2 cómoment từ tính cố định với 3 mức trạng thái năng lượng dưới từ trường Vì vậy,

3O2 được gọi là trạng thái tam bội 3O2 là một gốc với 2 orbital không cặp đôitrong phân tử Nó có thể phản ứng với các hợp chất có gốc tự do trong điều kiệnbình thường theo nguyên tắc trao đổi spin Sự oxi hóa quang học chỉ xảy ra trongđiều kiện có ánh sáng, chất nhạy ánh sáng và oxy dạng đơn bội 1O2

Cấu hình electron lớp 2πp của 1O2 như hình 2õ Vì một orbital trong lớp 2πp đượccặp đôi, còn orbital còn lại hoàn toàn trống nên 1O2 có một mức năng lượng dướitừ trường và nó có ái lực điện tử 1O2 phản ứng dễ dàng với các hợp chất có mậtđộ điện tử cao như các liên kết đôi của acid béo không bão 1O2 có mức nănglượng 93,6 kJ, trên mức năng lượng cơ bản của 3O2 Trong dung môi, 1O2 bị vôhoạt do năng lượng của nó bị vận chuyển vào dung môi Thời gian tồn tại của nótrong dung môi nước, hexane, carbon tetrachloride lần lượt là 2, 17, 700 µs(Merkel 1972; Kearn 1975)

2 Cơ chế oxi hóa dầu

2.1 Sự tự oxi hóa dầu

Sự tự oxi hóa dầu xảy ra theo 3 bước: khởi mạch, phát triển mạch và kết thúc mạch

ROOH → RO• + •OH2ROOH → ROO• + RO• + H2OKhởi mạch oxy hóa bậc 2 dưới xúc tác kim loại

Mn+ + ROOH → RO• + −OH + M(n+1)+

M(n+1)++ ROOH → ROO• + H+ M(n)+

Hình 1: Cấu hình orbital phân tử của oxy tam bội 3 O 2

Hình 2: Cấu hình điện tử của orbital phân tử lớp 2πp trong 1 O 2

Sự tự oxi hóa dầu cần acid béo hay acylglycerol ở dạng gốc tự do Các acidbéo và acylglycerol thì ở trạng thái đơn bội không gốc tự do nên khó có thể phảnứng với 3O2 Khi acid béo hoặc acylglycerol mất đi một nguyên tử hydro nó sẽ tạothành các gốc tự do trong bước khởi mạch Nhiệt độ, ánh sáng và kim loại xúc táccó thể thúc đẩy phản ứng này xảy ra nhanh hơn Năng lượng cần thiết để loại bỏmột nguyên tử hydro ra khỏi phân tử acid béo hoặc acylglycerol tùy thuộc vào vịtrí của nguyên tử hydro Các nguyên tử hydro gần liên kết đôi, đặt biệt là cácnguyên tử H gần kề hai liên kết đôi rất dễ loại đi Năng lượng để loại bỏ nguyêntử H ở vị trí C-8, C-11, C-14 của acid linoleic lần lượt là 75, 50, 75 kCal/mol (Minvà Boff, 2002).

Các gốc alkyl (R•) phản ứng với 3O2 để hình thành gốc peroxy(ROO•) Phảnứng giữa alkyl và 3O2 xảy ra rất nhanh trong điều kiện khí quyển Do đó, nồng độcủa lipid alkyl rất thấp so với gốc peroxy Gốc peroxy hấp thu điện tử từ các phântử lipid khác và phản ứng với điện tử này để tạo thành hydroperoxide (ROOR) vàmột gốc peroxy khác Những phản ứng này xúc tác cho các phản ứng khác và sựtự oxi hóa lipid được gọi là phản ứng mạch gốc tự do Tốc độ hình thành peroxyvà hydroperoxide chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và oxy Khi các gốc tự do phản ứngvới nhau, các sản phẩm không gốc tự do sẽ tạo thành và phản ứng kết thúc

Hydroperide là sản phẩm bậc 1 của sự oxi hóa dầu Chất này bền ở nhiệt độphòng và khi không có mặt của kim loại xúc tác Tuy nhiên, khi có mặt kim loạivà ở nhiệt độ cao, nó bị phân hủy thành các gốc alkoxy để sau đó hình thành nênaldehyde, ketone, acid, ester, alcolhol và các hydro carbon mạch ngắn Con đườngphân hủy hydroperoxide là bẽ gãy liên kết giữa oxy-oxy để tạo ra gốc alkoxy vàgốc hydroxy Năng lượng hoạt hóa để bẽ gãy liên kết này là 46 kcal/mol, thấphơn năng lượng cần thiết để bẽ gãy liên kết oxy-hydro Sau đó, alkoxy sẽ trải quasự phân chia β hóa của liên kết C-C để tạo ra các hợp chất oxo và gốc alkylkhông no Sau khi tái sắp xếp điện tử, thêm gốc hydroxy hay vận chuyển hydro,sản phẩm oxy hóa bậc hai cuối cùng là aldehyde, ketone, alcolhol và hydrocarbon mạch ngắn.

Hình 3: Sự hình thành hydroperoxide trong sự tự oxi hóa của acid linoleic

Thời gian cần thiết để hình thành sản phẩm bậc hai tùy thuộc vào loại dầu.Các sản phẩm oxi hóa bậc hai hình thành ngay lập tức sau khi hydroperoxide hìnhthành đối với dầu olive và dầu bông Tuy nhiên, dầu hướng dương và dầu rum,sản phẩm oxi hóa bậc hai chỉ tạo thành khi nồng độ hydroperoxide là đáng kể.

2.2 Sự oxi hóa quang học.

Sự oxi hóa dầu có thể được thúc đẩy bởi ánh sáng, đặc biệt là khi có mặt của chấtnhạy ánh sáng như chlorophyll Các chất nhạy ánh sáng(Sen), ở trạng thái đơnbội, hấp thu ánh sáng rất nhanh và chúng trở nên cực kỳ hoạt động Các chấtdạng hoạt động này có thể quay trở về trạng thái nền bằng các phát ra ánh sáng

Hình 4: Cơ chế phân hủy hydroperoxide để tạo thành sản phẩm oxi hóa bậc 2

Các chất nhạy ánh sáng dạng tam bội (3Sen*) có thể nhận điện tử từ tác chất đểhình thành nên các gốc (loại I-hình 6) Các chất nhạy quang học dạng triplet nàycũng phản ứng với để hình thành nên anion superoxide Các anion superoxidenày sẽ bị phân hủy cho ra hydroperoxide và hydroperoxide này phản ứng vớisuperoxide để cho ra oxy đơn bội 1O2, trong sự hiện hiện của kim loại như sắt vàđồng.

bị vô hoạt

Tốc độ của phản ứng loại I và loại II phụ thuộc vào loại chất nhạy ánh sáng, tácchất và phụ thuộc vào nồng độ của tác chất và oxi Các chất đã bị oxi hóa nhưphenol, amine hay những chất có tính khử như quinon thường phản ứng theo loại I.Trong khi đó, các chất chưa bị oxi hóa hay bị khử như olefin, diene, các hợp chấtthơm thường phản ứng theo loại II Sự oxi hóa của chất nhạy ánh sáng là nguyênnhân gây ra sự oxi hóa dầu theo sự khởi mạch của oxy đơn bội 1O2

1O2 có thể phản ứng hóa học với các phân tử khác hay vận chuyển năng lượng vàochúng Khi 1O2 phản ứng với các acid không bão hòa, phần lớn các hydroperoxideđược hình thành theo phản ứng ene (hình 7) 1O2 có thể phản ứng với các liên kếtđôi có mật độ điện tử cao mà không cần có sự hình thành các gốc alkyl và hìnhthành các hydroperoxide tại các liên kết đôi đó Khi hydroperoxide được hìnhthành, có sự di chuyển liên kết đôi và hình thành các acid béo dạng trans

Hình 5: Trạng thái hoạt động và vô hoạt của chất nhạy ánh sáng

Hydroperoxide, được hình thành từ 1O2, bị phân hủy theo cơ chế giống nhưhydroperoxide bị phân hủy trong sự tự oxi hóa

II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG SỰ OXI HÓA DẦU [8]

Sự oxi hóa lipid chịu ảnh hưởng bởi thành phần acid béo, quá trình xử lý dầu,năng lượng nhiệt hay ánh sáng, nồng độ và loại oxy, acid béo tự do, mono- vàdiacylglycerol, kim loại, peroxide, các hợp chất bị oxi hóa nhiệt động, chất màuvà chất chống oxi hóa

1 Thành phần acid béo tự do trong dầu

Hình 6: Phản ứng của chất nhạy ánh sáng với tác chất

Hình 7: Sự hình thành allyl hydroxide từ acid oleic bởi phản ứng ene

Dầu càng ít bão hòa thì càng dễ bị oxi hóa hơn dầu bão hòa nhiều hơn Khimức độ không bão hòa gia tăng, cả tốc độ ôi hóa và số lượng sản phẩm oxi hóa

cơ bản sau thời gian khởi mạch sẽ tăng lên Dầu nành, dầu hướng dương, dầu rum(IV>130) bảo quản trong bóng tối có khoảng thời gian khởi mạch ngắn đáng kể

so với dầu dừa và dầu cọ (IV<20) Dầu có chứa nhiều acid oleic hoặc stearichoặc dầu được hydrogen hóa thường có độ bền oxi hóa cao Tốc độ tự oxi hóadầu phụ thuộc đáng kể vào sự hình thành các acid béo và các gốc alkylacylglycerol Mặc khác, tốc độ hình thành các gốc này phụ thuộc vào loại acidbéo hay aculglycerol Tốc độ tự oxi hóa tương đối của acid oleic, linoleic,linolenic theo tỉ lệ1:40-50:100 dựa trên sự hấp thu oxi (Min and Bradley 1992)Sự khác biệt trong tốc độ oxi hóa dạng 1O2 giữa các acid béo thì thấp hơn sovới tốc độ tự oxi hóa Tốc độ phản ứng giữa 1O2 với acid stearic, oleic, linoleic,linolenic lần lượt là 1,2.104; 5,3.104; 7,3.104; 10.104 M-1s-1 (Vever Bizet, 1989).Dầu nành phản ứng với 1O2 với tốc độ 1,4.105 M-1s-1 trong methylene chloride ở

20oC (Lee và Min, 1991) Loại acid béo không bão hòa, các dien liên hợp hoặckhông liên hợp, triene có ít ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng giữa lipid và 1O2

2 Quá trình xử lý dầu

Phương pháp xử lý dầu có ảnh hưởng đến độ bền oxi hóa của dầu Độ bền oxihóa của dầu nành giảm dần theo quá trình xử lý tẩy mùi, tách sáp, tinh luyện vàtẩy màu Đối với dầu bông trích ly bằng hexane, thời gian khởi mạch ở 90oC là10,5±1,9h thấp hơn so với dầu vừng là 8,1±0,7h Độ bền oxi hóa của dầu thuđược từ quả óc chó trích ly bằng phương pháp chất lỏng siêu tới hạn giảm đi đángkể so với phương pháp ép Quá trình rang hạt rum và hạt vừng làm tăng độ bềnoxi hóa của dầu do có sự hình thành các sản phẩm Maillard Các chất này đóngvai trò như những chất chống oxi hóa tự nhiên

3 Nhiệt độ và ánh sáng

Sự tự oxi hóa dầu và sự phân hủy hydroperoxide tăng lên khi nhiệt độ tăng.Sự hình thành các sản phẩm tự oxi hóa trong giai đoạn khởi mạch giảm xuống ởnhiệt độ thấp Nồng độ hydroperoxide tăng lên cho đến bước phát triển mạch.Tốc độ phân hủy hydroperoxide của dầu cá trích ở 50oC trong tối thì cao hơn tốcđộ hình thành hydroperoxide

Nhiệt độ ít ảnh hưởng đến sự oxi hóa 1O2 do năng lượng hoạt hóa thấp (từ 0-6kcal/mol) Yếu tố ảnh hưởng nhiều hơn là ánh sáng Aùnh sáng có bước sóng càng

ngắn càng ảnh hưởng sự ôi hóa dầu Khi nhiệt độ gia tăng thì ảnh hưởng của ánhsáng đối với sự ôi hóa lipid giảm.

4 Oxy

Sự oxi hóa dầu có thể xảy ra khi có sự tiếp xúc giữa dầu, oxy và chất xúc tác.Nồng độ và loại oxy cũng ảnh hưởng đến sự oxi hóa dầu Nồng độ oxy trong dầuphụ thuộc vào áp suất riêng phần trên mặt thoáng của nó Khi lượng oxi trongdầu càng nhiều thì sự oxi hóa càng nhiều Oxi hòa tan trong dầu nhiều hơn trongnước và trong dầu thô nhiều hơn trong dầu tinh luyện Aûnh hưởng của nồng độoxy đến sự oxi hóa dầu tăng ở nhiệt độ cao và có sự hiện diện của loại

Tốc độ oxi hóa dầu thì không phụ thuộc vào nồng độ oxi khi nồng độ oxi nàycao Khi nồng độ oxy giảm xuống, tốc độ oxi hóa lipid phụ thuộc vào nồng độ oxinhưng không phụ thuộc vào nồng độ lipid Khi hàm lượng oxi trên mặt thoángdầu trên 4-5% thì tốc độ tự oxi hóa của dầu sẽ không phụ thuộc vào nồng độ oximà phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ lipid Ngược lại, khi hàm lượng oxi trên mặtthoáng dầu thấp hơn 4%, tốc độ tự oxi hóa dầu phụ thuộc vào hàm lượng oxi vàkhông phụ thuộc vào nồng độ lipid Sự oxi hóa dầu bông ở 50oC trong tối đượcxác định bằng phương pháp độ hấp thu oxy và chỉ số peroxide sẽ càng lớn khinồng độ oxy trên mặt thoáng ít nhất là 0,5%, còn khi hàm lượng oxi nhiều hơn1% thì sự oxi hóa dầu giảm

Oxi và dầu có thể dễ phản ứng với nhau hơn khi lượng dầu mẫu ít hoặc tỷ lệgiữa diện tích bề mặt/ thể tích(S/V) chứa dầu lớn Khi tỷ lệ S/V tăng và với

hàm lượng oxi thấp, tốc độ oxi hóa dầu ít phụ thuộc vào hàm lượng oxi Bề mặtcủa vật chứa dầu có thể đóng vai trò như chất xúc tác khử.

Sự tương tác giữa nhiệt độ và nồng độ oxi ảnh hưởng đến sự tạo thành cáchợp chất bay hơi trong dầu bông ở điều kiện trong tối Sự tạo thành 2-pentenalvà 1-pentene-3-one có thể xảy ra ở 50oC nhưng ở 35oC thì không có

Tốc độ phản ứng giữa dầu và oxy tùy thuộc vào loại oxy Tốc độ phản ứngcủa oxy singlet 1O2 thì cao hơn so với 3O2 bởi vì 1O2 có thể phản ứng trực tiếp vớilipid 3O2 chỉ phản ứng với lipid ở trạng thái gốc tự do Linoleate phản ứng với

1O2 nhanh hơn 1430 lần so với 3O2

5 Các thành phần phụ hiện diện trong dầu

Thành phần chính của dầu là TAG, ngoài ra còn có các thành phần phụ khác như acid béo tự do, mono-và diacylglyceride, kim loại, phospholipd, peroxide, chlorophyll, carotenoid, hợp chất phenolic và tocopherol Một vài trong số chúng làm tăng tốc độ oxi hóa, một số đóng vai trò như những chất chống oxi hóa

5.1. Acid béo tự do(FFA), nomo-và diacylglyceride

Dầu thô chứa nhiều các acid béo tự do và quá trình tinh luyện dầu làm giảmhàm lượng các acid béo tự do này Dầu nành thô chứa khoảng 0,7% acid béo tự

do, còn trong dầu tinh luyện chỉ chứa khoảng 0,02% FFA Dầu vừng thô chứa0,72% FFA nhưng sau khi tẩy màu chỉ còn khoảng 0,56% FFA (Kim và Choe,2005) Các acid béo tự do dễ bị oxi hóa hơn các acid béo được ester hóa Các acidbéo đóng vai trò như những chất kích thích sự oxi hóa dầu Chúng có những nhómchức ưa nước và ưa dầu Các nhóm carbonyl của FFA thường hòa tan kém trongdầu vì thế các FFA có khung hướng tập trung ở trên bề mặt Điều này là nguyênnhân làm giảm ứng suất bề mặt của dầu và kết quả là làm tăng tốc độ khuyếchtán của oxi vào dầu, thúc đẩy sự oxi hóa dầu

Thông thường, mono- và diacylglyceride có hàm lượng từ 0,07 -0,11 và 1,05 –1,2% KL dầu nành Chúng đóng vai trò như những chất hỗ trợ sự oxi hóa dầu.Chúng cũng làm giảm ứng suất bề mặt dầu và do đó làm tăng tốc độ oxi hóa dầu

5.2. Kim loại

Dầu thô chứa các kim loại chuyển tiếp như sắt và đồng Kim loại làm tăng sựoxi hóa dầu do chúng làm giảm năng lượng hoạt hóa trong bước khởi mạch của sựtự oxi hóa xuống khoảng 60-104 kJ/mol Kim loại phản ứng trực tiếp với lipid đểhình thành nên các gốc alkyl lipid Chúng cũng sản sinh ra các loại oxi hoạt động

như 1O2, gốc hydroxy từ 3O2 và hydrogen peroxide Gốc alkyl lipid và oxy hoạtđộng thúc đẩy sự oxi hóa dầu Đồng thúc đẩy sự phân hủy hydroperoxide nhanhgấp 50 lần so với, còn Fe2+ thì thúc đẩy sự phân hủy này nhanh gấp 100 lần so với

Fe3+ Phản ứng giữa kim loại và lipid xảy ra theo sơ đồ sau:

ROOH + Fe2+(Cu+) → RO•+ Fe3+(Cu2+) + OH−

ROOH + Fe3+ (Cu2+) → ROO•+ Fe2+(Cu+) + H+

Fe2+ có tính hoạt động cao hơn so với Fe3+ trong sự phân hủy hydroperoxide

Fe3+ cũng gây phân hủy các hợp chất phenolic như acid caffeic trong dầu olive vàlàm giảm độ bền oxi hóa của dầu này

Hoạt tính hỗ trợ oxi hóa của sắt có thể bị ngăn chặn bởi lactoferrin trong dầucá hoặc dầu nành trong khoảng nhiệt độ từ 50-120oC Lactoferrin có thể kết hợpvới sắt làm giảm bề mặt hoạt động của sắt Vì thế sự oxi hóa dầu giảm xuống

5.3 Phospholipid

Dầu thô có chứa phospholipid như phosphatidyl ethanolamine, phosphatidylcholine, phosphatidyl inositol, phsphatidyl serine và acid phosphatidic nhưngphần lớn chúng bị loại bỏ trong quá trình tinh luyện dầu Phospholipid vừa đóngvai trò là chất chống oxi hóa vừa là chất hỗ trợ sự oxi hóa dầu tùy thuộc vào hàmlượng phospholipid và kim loại xúc tác Sự oxi hóa của docosahexaenoic acidgiảm xuống khi phối trôn nó với dầu theo tỷ lệ 1:1

Cơ chế chống oxi hóa dầu của phospholipid vẫn chưa được giải thích cụ thểnhưng những nhóm phân cực đóng một vai trò quan trọng, đặc biệt là cácphospholipid chứa Nitơ như phosphatidylcholine và phosphatidylethanolamine cóhiệu quả chống oxi hóa dưới mọi điều kiện Phospholipid làm giảm sự oxi hóabằng cách cô lập kim loại Nồng độ thích hợp cho pohpholipid thể hiện hoạt tínhchống oxi hóa là 3-60 ppm Phophospholipid bổ sung vào dầu nành với nồng độ 5-

như chất hỗ trợ sự ôi hóa dầu Theo Yoon[8], phospholipid chỉ thể hiện hoạt tínhchống oxi hóa khi có sự hiện diện của sắt bằng cách cô lập sắt Trong dầu nànhtinh luyện, khi hàm lượng kim loại rất thấp thì phospholipid lại thể hiện vai trò làchất hỗ trợ sự ôi hóa Cơ chế của sự ôi hóa domphospholipid là do trongphospholipid có các nhóm ưa nước Các nhóm này làm giảm ứng suất bề mặt dầunen làm tăng tốc độ khuyếch tán oxi vào dầu Vì thế, sự oxi hóa dầu được thúcđẩy nhanh hơn.

5.4 Chlorophyll

Chlorophyll thường có mặt trong các loại dầu thực vật Dầu olive, dầu hạt cải,dầu nành thô và dầu nanh tinh luyện có hàm lượng chlorophyll lần lượt là 10 ppm;5-35 ppm; 0,3 ppm; 0,08 ppm (Salvador 2001, Psomiadou và Tsimidou 2002).Chlorophyll và các sản phẩm phân hủy của chúng như pheophytins vàpheophorbides đóng vai trò như những chất làm tăng độ nhạy ánh sáng để sinh ra

1O2 trong sự có mặt của ánh sáng và oxy khí quyển 3O2 và làm tăng sự ôi hóa dầu.Pheophytins vàpheophorbide đều có độ nhạy ánh sáng cao hơn chlorophyll Dầunành được tinh sạch bằng cột sắc ký silicagel sẽ không có chứa chlorophyll vàdầu này không sinh ra các sản phẩm bay hơi (theo Lee và Min 1988) Còn dầunành tinh luyện được bổ sung chlorophyll sẽ làm tăng hàm lượng chất bay hơiđáng kể Tuy nhiên, sự ôi hóa do chlorophyll chỉ xảy ra trong điều kiện có ánhsáng chiếu vào dầu, còn trong tối thì không Ngược lại, trong điều kiện bóng tối,chlorophyll lại có thể đóng trò là chất chống oxi hóa bằng cách chúng nhườngđiện tử cho các gốc tự do để hình thành nên các gốc bền (theo Endo1985, FrancisvàIsabel 1992)

5.5 Các hợp chất bị oxi hóa nhiệt động

Quá trình tinh luyện dầu làm sản sinh ra hợp chất bị oxi hóa như cyclic vànoncyclic carbon-to-carbon- dimer, trimer, hydroxy dimer và dimer, trimer chứaliên kết carbon-oxy Các hợp chất này làm tăng tốc độ ôi hóa dầu ở 55oC và tốcđộ ôi hóa tăng khi hàm lượng các chất này tăng Lipid hydroperoxide cũng đóngvai trò như chất hỗ trợ sự ôi hóa Sự phân hủy hydroperoxide làm sản sinh ra cácchất bị oxi hóa nhiệt động Chính các chất này có tác dụng như những chất nhũhóa làm giảm ứng suất bề mặt của dầu và vì thế làm tăng tốc độ oxi hóa dầu

5.6 Chất chống oxi hóa

Dầu thô chứa các chất chống oxi hóa tự nhiên như tocopherol, tocotrienol,carotenoid, hợp chất phenolic và sterol Chất chống oxi hóa là những chất làmgiảm thời gian cảm ứng của sự oxi hóa hay làm chậm tốc độ oxi hóa Các chất

chống oxi hóa sàng lọc các gốc tự do như gốc alkyl lipid, gốc peroxy lipid, cô lậpkim loại chuyển tiếp, dập tắt các oxy singlet 1O2 và vô hoạt các chất làm tăng độnhạy quang học cho dầu.

Chất chống oxi hóa có thể nhường điện tử cho các gốc tự do để chuyển chúngthành các chất không gốc tự do bền Các chất chống oxi hóa theo kiểu này chínhlà các monohydroxy hoặc polyhydroxy phenolic Bất kỳ chất nào có điện thế khửnhỏ hơn điện thế khử của gốc tự do đều có thể nhường điện tử cho gốc tự do nếuphản ứng động học thuận lợi Điện thế khử chuẩn 1 điện tử của alkoxy, peroxy vàgốc alkyl của các acid béo không bão hòa lần lượt là 1600, 1000 và 600 mV Điệnthế chuẩn của các chất chống oxi hóa thường khoảng 500mV hoặc thấp hơn Vìthế, các chất chống oxi hóa sẽ phản ứng với gốc peroxy trước khi các gốc peroxynày kịp phản ứng với các phân tử lipid khác để hình thành nên gốc tự do Bất kỳgốc chống oxi hóa nào được tạo thành do sự kết hợp giữa chất chống oxi hóa vàlipid đều có năng lượng thấp hơn peroxy do cấu trúc cộng hưởng của nó

Các chất tạo phức với kim loại như acid phosphoric, acid citric, acid ascorbicvà EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid) làm giảm sự o xi hóa dầu theo cùngmột cách thức như nhau Chúng có thể chuyển sắt, đồng thành phức không hòatan hoặc gây cản trở không gian đối với sự hình thành các phức kim loại-hydroperoxide Hiệu quả chống oxi hóa của acid citric tăng khi hàm lượng của nótăng và thường cần nhiều hơn 150ppm acid citric để vô hoạt 1ppm kim loại

Một vài chất chống oxi hóa dập tắt các 1O2 hoặc chất nhạy ánh sáng 1O2 đượcdập tắt theo cả cơ chế vật lý và hóa học Theo cơ chế vật lý, 1O2 bị chuyển thành

3O2 bởi sự vận chuyển năng lượng hay điện tích Theo cơ chế hóa học, các chấtchống oxi hóa phản ứng với 1O2 và tạo thành các chất chất oxi hóa bị oxi hóa

5.7 Tocopherol

Tocopherol là chất chống oxi hóa quan trọng trong dầu Dầu hạt cải, dầuhướng dương và dầu ngũ cốc co chứa hàm lượng cao tocopherol, còn dầu cọ thìchứa ít hơn Tuy nhiên trong dầu cọ có chứa α-, γ -, δ-tocotrienol

Hình 8: Sự bền hóa cộng hưởng của một chất chống oxi hóa

Tocopherol cạnh tranh với các acid béo không bão hòa và với các gốc peroxy.Gốc peroxy phản ứng với tocopherol nhanh hơn nhiều(v=104 -109 M-1s-1) so vớilipid (v=10 -60M-1s-1) Một pah6n tử tocopherol có thể bảo vệ 103-108 phân tửacid béo không bão hòa khi chỉ số peroxide thấp Tocopherol có thể chuyển mộtđiện tử ở vị trí hydroxy thứ 6 ở vòng chroman của nó sang gốc peroxy và dập tắtgốc peroxy này Tocopherol(T) có điện thế khử khoảng 500 mV nhường điện tửcho gốc peroxy(ROO•)(có điện thế khử là 1000 mV) và hình thành nênhydroperoxide(ROOH) và gốc tocopheroxy(T•) Gốc tocopheroxy bền hơn gốcperoxy do cấu trúc cộng hưởng của nó Vì thế, sự oxi hóa dầu giảm xuống trongbước phát triển mạch của quá trình tự ôi hóa dầu Gốc tocophroxy có thể phảnứng với nhau hay với các hợp chất khác tùy thuộc vào tốc độ oxi hóa dầu Khi tốcđộ oxi hóa dầu thấp, tocopheroxy phản ứng với nhau để hình thành tocopherylquinone Khi tốc độ oxi hóa dầu cao, tocopheroxy phản ứng với gốc peroxy đểhình thành nên phức tocopherol-peroxy(T-OOR) Phức này có thể bị thủy phânthành tocopheryl quinone và hydroperoxide.

T + ROO• − → T + ROOH

T• + T• → T + Tocopheryl quinone

T• + ROO• → [T − OOR] → Tocopheryl quinone + ROOHHiệu quả chống oxi hóa của tocopherol phụ thược vào dạng đồng phân vànồng độ sử dụng Khả năng dập tắt gốc tự do cao nhất ở δ-tocopherol, tiếp theo là

γ -, β-, and α-tocopherol Hàm lượng tocopherol cần thiết để chống ôi hóa dầu tùythuộc vào độ bền oxi hóa của chúng Độ bền oxi hóa của tocopherol càng thấp thìhàm lượng tocopherol cần dùng càng thấp α-tocopherol có độ bền thấp nhất trongsố có đồng phân tocopherol, cần dùng với nồng độ 100 ppm thì thể hiện hoạt tínhchống oxi hóa cao nhất của nó Trong khi đó, γ- và δ-tocopherol có độ bền oxihóa cao hơn, cần nồng độ 250 và 500 ppm để thể hiện hoạt tính chống oxi hóa caonhất

Tocopherol, đặc biệt là α-tocopherol, đóng vai trò như chất hỗ trợ sự oxi hóa khinồng độ của chúng trong dầu cao Khi nồng độ peroxy rất thấp, các gốctocopheroxy lôi kéo điện tử từ lipid để tạo thành tocopherol và gốc alkyl lipid Sựhình thành alkyl lipid sẽ làm tăng tốc độ ôi hóa dầu Khả năng thúc đẩy sự oxihóa thể hiện cao nhất ở α-tocopherol, tiếp theo là γ- và δ-tocopherol Giá trịngưỡng để α-tocopherol thể hiện như chất hỗ trợ oxi hóa trong dầu nành là 60-70ppm Khi trong dầu càng ít α –tocopherol thì giá trị ngưỡng này càng thấp Khảnăng gây oxi hóa của α –tocopherol giảm khi nhiệt độ tăng, ngay cả ở nồng độcao Acid ascorbic có thể làm giảm các gốc tocopheroxy theo sơ đồ sau:

T• + RH → T + R•

R• + O2 → ROO•

T• + Asc → T + Dehydroascorbic acidNgoài ra, tocopherol còn làm giảm sự oxi hóa dầu do ánh sáng theo cơ chếdập tắt 1O2 Khả năng dập tắt 1O2 tùy thuộc vào hàm lượng và loại tocophetol Ởnồng độ 1.10-3M, hoạt tính triệt tiêu 1O2 giảm theo thứ tự sau α-> γ ->δ-tocopherol Tuy nhiên, ở nồng độ 4.10-3M thì không có sự khác biệt Tocopherolcó thể hình thành một phức vận chuyển điện tích ([T+–O2]1) với 1O2 bằng cách cho

1O2 điện tử Phức [T+–O2]1ở trạng thái đơn bội sẽ thông qua hệ thống vận chuyểnnội phân tử sẽ hình thành nên phức ở trạng thái tam bội [T+–O2]3 và sản phẩmchuyển hóa cuối cùng là tocopherol và oxy dạng ít hoạt động hơn 3O2 Quá trìnhnày không liên quan đến các phản ứng hóa học nên quá trình này gọi là dập tắtvật lý:

T + 1O2→ [T+-1O2]1→ [T+-1O2]3→ T + 3O2

Hình 9: Sự oxi hóa của oxy đơn bội với α-tocopherol

5.8. Carotenoid

β-carotene có thể làm giảm sự oxi hóa lipid bằng cách lọc ánh sáng, dập tắt

1O2, vô hoạt chất nhạy ánh sáng và loại bỏ các gốc tự do Theo Fakourelis, carotene có thể làm giảm sự oxi hóa dầu olive trong điều kiện ánh sáng ở 25obằng cách lọc bỏ các các ánh sáng có bước sóng 400 và 500nm Trong sự hiệndiện đồng thời của chlorophyll, β-carotene làm giảm sự oxi hóa dầu nành bằngcách dập tắt 1O2 Quá trình dập tắt 1O2 xảy ra theo cơ chế vận chuyển năng lượngtừ 1O2 sang β-carotene mà không có hình thành các sản phẩm oxi hóa Cáccarotenoid ở trạng thái kích thích này sẽ quay về trang thái năng lượng cơ bảnbằng cách giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt theo sơ đồ sau:

β-1O2 + 1Carotenoid → 3O2 + 3Carotenoid•

3Carotenoid• → Carotenoid + HeatMột phân tử β-carotene có thể dập tắt 250-1000 phân tử 1O2 với tốc độ1,3.1010 M-1s-1 Quá trình dập tắt 1O2 phụ thuộc vào số nối đôi liên hợp củacarotenoid Các carotenoid có ít nhất 9 nối đôi liên hợp như β-carotene, lycopene,lutein là những chất dập tắt 1O2 hiệu quả, trong khi đó phytoene, phytofluene, ζ-carotene thì không có hiệu quả.Khả năng dập tắt 1O2 gia tăng khi số nối đôi liênhợp của carotenoid gia tăng α-carotene và lycopene có khả năng dập tắt 1O2 caohơn so với β-carotene

Carotenoid vô hoạt các chất nhạy ánh sáng bằng cách hấp thu năng lượng từchúng Các carotenoid hoạt hóa này sẽ quay trở lại trạng thái nền bằng cáchphóng thích năng lượng của nó vào trong dầu Theo Lee(2003), carotenoid cóđiện thế khử 1electron cao Eo’ =1060mV Do đó, chúng khó có thể nhường điện tửcho alkyl (Eo’ =600 mV) hoặc gốc peroxy (Eo’ =770-1440 mV) của các acid béokhông bão hòa Tuy nhiên, β-carotene có thể nhường điện tử cho gốc hydroxy(Eo’

=2310 mV) và hình thành gốc carotene Gốc carotene là một loại gốc bền do sựkhông định vị của các electron không cặp đôi thông qua hệ thống các nối đôi liênhợp Khi nồng độ oxy thấp, gốc carotene này có thể phản ứng với các gốc khácnhư gốc peroxy để tạo thành sản phẩm không còn gốc tự do Cơ chế như sau:

Car + HO• → Car• + H2O Car• + ROO•→ Car-OORGốc peroxy có thể phản ứng với carotene để tạo thành gốc carotene-peroxy(ROO-Car), đặc biệt là khi áp suất riêng phần của oxy cao hơn 150 mmHg

Gốc carotene-peroxy sẽ phản ứng với 3O2 rồi lipid để tạo thành gốc alkyl lipid,trong bước phát triển mạch theo sơ đồ sau:

ROO• + Car → ROO − Car ROO – Car + 3O2 → ROO − Car − OO•

ROO − Car − OO• + R’H → ROO − Car − OOH + R’•

5.9 Các hợp chất phenolic khác

Các hợp chất phenolic khác trong dầu cũng có hoạt tính chống oxi hóa Dầuvừng (IV =109) có độ bền oxi hóa tốt Tốc độ tự oxi hóa của dầu vừng ở 60oCthấp hơn so với dầu ngũ cốc, dầu rum và dầu nành Dầu vừng thu được từ các hạtvừng đã rang có độ bền oxi hóa cao hơn so với dầu thu được từ các hạt vừng chưarang Độ bền oxi hóa của dầu vừng có liên quan đến sự hiện diện của lignan vàtocopherol Hợp chất lignan trong dầu vừng bao gồm sesamin, sesamol,sesamolin, sesaminol, sesamolinol (Hình 10) Sesamin là hợp chất lignan chứanhiều hơn hết trong dầu vừng chưa rang Sasamol có hàm lượng thấp trong dầuvừng chưa rang nhưng trong dầu vừng đã rang, hàm lượng cao hơn Sesamol hìnhthành bởi phản ứng thủy phân sesamolin suốt trong quá trình tinh luyện dầu.Sesamol được chuyển đổi thành sesamol dimer rồi thành sesamol dimer quinone.Sesamol và sesaminol có hoạt tính chống oxi hóa cao hơn so với sesamin

Sesamol đóng vai trò như chất chống oxi hóa trong điều kiện ánh sáng cũngnhư trong tối Sesamol có hoạt tính chống oxi hóa thấp hơn α-tocopherol trong sựoxi hóa quang học bởi chlorophyll, nhưng hoạt tính chống oxi hóa xấp xỉ δ-tocopherol ở cùng nồng độ phân tử Cơ chế chống oxi hóa của sesamol là dập tắtcác oxy đơn bội 1O2

Dầu vừng cũng chứa các phytosterol như campesterol, stigmasterol, sitosterol, 4,5-avenasterol Sitosterol vừa đóng vai trò là chất hỗ trợ sự oxi hóa dolàm gia tăng độ hòa tan oxy trong dầu, vừa đóng vai trò là chất chống oxi hóa yếubằng cách cạnh tranh sự oxi hóa với lipid

β-Dầu olive rất bền oxi hóa Các hợp chất phenolic chính trong dầu bao gồm tyrosol(4-hydroxyphenylethanol), hydroxytyrosol (3,4-dihydroxyphenylethanol),

hydroxybenzoic acid, oleuropein, caffeic acid, vanillic acid, p-coumaric acid, dẫnxuất của tyrosol và hydroxytyrosol Các hợp chất phenolic này đóng vai trò nhưnhững chất chống oxi hóa trong bước khởi mạch của sự tự oxi hóa bằng cách dập

và trở nên không hiệu quả trong việc cô lập sắt Tuy nhiên, hydroxytyrosol,tyrosol, acid vanillic, acid p-coumaric không bị oxi hóa bởi sắt

Hình 10: Các acid phenolic hiện diện trong dầu

PHẦN I I : LÝ THUYẾT VỀ CÁC CHẤT CHỐNG OXI HÓA

I. CƠ CHẾ CHỐNG OXI HÓA [14]

1. Ức chế sự tạo thành các nhóm chất chứa oxi hoạt động, triệt tiêu các gốc tự

do bằng cách cô lập các ion kim loại, giảm hydroperoxide và hydrogenperoxide hoặc bằng cách kết hợp superoxide và 1O2

2. Chọn lọc các gốc tự do: bắt giữa các gốc tự do, ức chế phản ứng oxi hóa ban

đầu cũng như phá vỡ chuỗi phản ứng dây chuyền Polyphenol cũng là mộtnhóm các chất chống oxi hóa chọn lọc gốc tự do quan trọng

• Nhóm chất ưa nước: Vitamin C, uric acid, bilirubin, albumin

• Nhóm chất ưa béo: Vitamin E, ubiquinol, carotenoid, flavonoid

Thức ăn là nguồn cung cấp chất chống oxi hóa tự nhiên rất quan trọng Chúng tacó thể thu các chất chống oxi hóa tự nhiên từ trái cây, thảo dược và gia vị…

Bảng 1: Bảng phân loại và cơ chế hoạt động của chất chống oxi hóa [14]

Phân loại chất

chống oxi hóa Cơ chế hoạt tính chống oxi hóa

Ví dụ về chất chống

oxi hóaCác chất chống

oxi hóa đúng

nghĩa

Vô hoạt các gốc lipid tự do Hợp chất phenolic

Chất làm bền

hydroperoxide

Ngăn chặn sự phân hủy hydroperoxide

Chất hỗ trợ Tăng hoạt tính cho chất chống oxi hóa

Chất dập tắt oxy

Chất làm giảm

hydroperoxide

Giảm lượng hydroperoxide theo cách

II. CÁC CHẤT CHỐNG OXI HÓA TỰ NHIÊN [1,9]

và viatmin C Bên cạnh đó, một số chất chống oxi hóa có nguồn gốc thực vậtnhư flavonoid đã được ứng dụng rộng rãi trong những năm gần đây, đặc biệt làubiquitous.

Nhóm các polyphenol có hoạt tính chống oxi hóa bao gồm vitamin A, vitamin E, coenzyme Q, vitamin C, flavonoid…

1 Cấu trúc cơ bản

Hiệu quả chống oxi hóa của các chất chống oxi hóa tự nhiên phụ thuộc vàohydro của nhóm polyphenol trong phản ứng với gốc tự do, độ bền của của gốcchống oxi hóa tạo thành trong phản ứng gốc tự do, nhóm chức trong cấu trúcphân tử Thành phần của các nhóm chức trong phân tử của các chất chống oxihóa tự nhiên rất quan trọng vì liên quan đến sự tham gia phản ứng gốc tự do củacác chất này

Khả năng nhường oxi của nhóm chức methyl, ethyl, tertiary butyl ở vị trí-ortho và -para so với nhóm hydroxyl sẽ làm tăng hoạt tính chống oxi hóa củapolyphenol Nếu có thêm một nhóm hydro ở các vị trí này thì tác dụng cũngtương tự Nhóm chức ở vị trí ortho, ví dụ như 1,2-dihydroxybenzene có khuynhhướng tạo liên kết hydro nội phân tử trong phản ứng gốc tự do, sẽ làm bền gốcphenoxy

Nhóm methoxy (-OCH3) ở vị trí ortho so với nhóm hydroxy có thể làm yếuhoạt tính chống oxi hóa do không tạo được liên kết hydro nội phân tử

Các chất chống oxi hóa tự nhiên có thể tạo phức với ion kim loại Phức kimloại làm bền dạng oxi hóa của ion kim loại, làm mất khả năng xúc tác phản ứngoxi hóa khử của các ion này

2. Cấu tạo và cơ chế hoạt động của một vài chất chống oxi hóa

2.1 Chất chống oxi hóa tổng hợp

Hình 11: Liên kết hydro nội phân tử của một phenol

Các chất chống oxi hóa tổng hợp phổ biến nhất là các hợp chất phenolic nhưbutylated hydroxyanisol (BHA)14, butylated hydroxy-toluene (BHT)15, tertiarybutylhydroquinone (TBHQ)16, và các ester của acid gallic như propyl gallate(PG)17 Các chất này luôn được thay thế bởi các alkyl để cải thiện độ bền của nótrong dầu mỡ Hàm lượng cao nhất cho phép sử dụng là 0,02% (200ppm) KL dầumỡ.

Đối với dầu thực vật, các chất chống oxi hóa tổng hợp thường dùng nhất làBHA, BHT, TBHQ Các chất này bền ở nhiệt độ cao và vì thế thường dùng đểlàm bền dầu khi chiên hay nướng Gallate thường ít dùng vì nó có khuynh hướnghình thành các hạt đen với ion sắt và không bền nhiệt

Cơ chế chống oxi hóa chính của các chất này là bắt giữ các gốc tự do trong dầuHiện nay, do pháp hiện độc tính của chúng nên những chất này ngày càng ít sửdụng và được thay thế bởi các chất chống oxi hóa có nguồn gốc tự nhiên

2.2 Chất chống oxi hóa tự nhiên

Hình 12: Cấu tạo phân tử của một vài chất chống oxi hóa tổng hợp

Thành phần các nhóm chức, vị trí các nhóm chức trong phân tử chất chống oxihóa có liên quan trực tiếp đến hoạt tính chống oxi hóa của các chất này.

Phần đầu đã trình bày hoạt động của một vài chất chống oxi hóa có sẵn trongdầu mỡ Đó là tocopherol, tocotrienol, carotenoid….Vì vậy, phần sau đây chỉ đềcặp đến các chất chống oxi trích ly từ thực vật, có khả năng bổ sung vào dầu mỡnhằm mục đích tăng khả năng bảo quản dầu mỡ

Sự tạo thành liên kết hydro nội phân tử ở caffeic acid làm tăng khả năngchống oxi hóa so với frulic acid và p-coumaric acid Nhóm methoxy ở vị trí orthocủa acid frulic làm cho gốc phenoxy bền hơn, do đó acid ferulic có hoạt tínhchống oxi hóa mạnh hơn acid p-coumaric

Sự tương tác giữa các nhóm chức trong phân tử có thể làm thay đổi hoạt tínhchống oxi hóa của các chất Nhóm chức allylic được cho rằng có khả năng làmbền gốc phenoxy Do đó, các dẫn xuất của cinnamic acid có hoạt tính chống oxihóa mạnh hơn so với nhóm dẫn xuất của acid benzoic

2.2.2 Flavonoid

Flavonoid là một nhóm lớn của các phenolic tự nhiên Chúng được đặt trưngbởi mạch carbon C6-C3-C6 Cấu trúc cơ bản của những hợp chất này bao gồm 2vòng thơm được liên kết bởi một mạch 3 carbon Flavanoid bao gồm flavone,

Hình 13: Cấu tạo phân tử của một vài acid phenolic

flavonol, isoflavone, flavonone và chalcone, trong đó, flavone và flavonol là phổbiến nhất

Cơ chế chống oxi hóa của flavonoid theo các cách sau: loại bỏ gốc tự do ( các anionsuperoxide, gốc peroxy và gốc hydroxyl), triệt tiêu oxy đơn bội 1O2, cô lập kim loạivà ức chế enzyme lipoxygenase

Flavonoid có những nhóm hydroxyl đóng vai trò như những chất triệt tiêu gốctự do Các nhóm chức hydroxyl trong vòng B là những vị trí ngăn chặn sự oxi hóa

cơ bản nhất

Hình 14: Cấu tạo phân tử của một vài flavonoid

Cũng như trong các hợp chất phenolic khác, vị trí và số lượng các nhómhydroxy ảnh hưởng đến hoạt tính của flavonoid Mức độ nhường điện tử tùythuộc vào hai nhóm hydroxy ở vị trí ortho trên vòng B Khi có thêm một nhóm –

OH ở vị trí 5’ cũng làm tăng hoạt tính chống oxi hóa của flavonoid

Ví dụ: Myricetin có 3 nhóm –OH nên hoạt động hơn so với quercetin(2 nhóm–OH) và hesperitin(1 nhóm –OH)

−OH ở C3(alglycone) tăng khả năng chống oxi hóa hơn so dạng glycosilate

Nhóm –OH trên vòng A, ở vị trí 5,7 hoặc 7,8 tăng hoạt tính chống oxi hóa

Flavonoid có nhóm −OH ở vị trí ortho trên vòng B hoặc có nhóm –OH đều có thểkết hợp mạnh với các gốc tự do

Khả năng tạo phức với ion kim loại của flavonoid cần phải có cấu trúc3’,4’−dihydroxy, quan trọng hơn là C4 quinone cà C3 hoặc C5−OH

Isoflavone là hợp chất có cấu trúc flavonoid tìm thấy nhiều ở họ

Leguminoseae Genistein và 7-β-glucoside, genistein là các isoflavone có hoạttính chống oxi hóa cao Nhóm –OH ở C4’ làm isoflavone có hoạt tính chống oxihóa Khi có thêm nhóm –OH ở C5, hoạt tính chống oxi hóa tăng lên đáng kể

Hình 15: Cơ chế cô lập kim loại của flavonoid

Anthocyanin và anthocyanidin là sản phẩm chuyển hóa của flavonone Khảnăng tạo phức với ion kim loại do các nhóm –OH ở C3’ và C4’ trên vòng b Khảnăng phản ứng với các gốc tự do của anthocyanidin cũng phụ thuộc vào cấu trúc–OH ở vị trí ortho Khác với flavonoid, khi thêm –OH vào vị trí C5’ không làmtăng hoạt tính của anthocyanidin.

Dạng ngưng tụ của anthocyanidin tạo thành proanthocyanidin polymer( nhưtanin ngưng tụ) có hoạt tính chống oxi hóa mạnh do có chứa nhiều nhóm –OH.Tannin thủy phân chứa các liên kết glucose với acid gallic và/hoặchexahydroxydiphenic acid qua các cầu ester Liên kết này có thể bị phá vỡ trongđiều kiện kiềm hoặc acid tạo thành glucose và các tiểu phân phenolic Do đó,tannin cũng có tác dụng chống oxi hóa dưới một số điều kiện nhất định

Hình 16: Cấu trúc của các isoflavone từ họ Leguminoseae

III. CÁC LOÀI THỰC VẬT CÓ CHỨA CHẤT CHỐNG OXI HÓA

1. Các chất chống oxi hóa từ rau quả

Rau quả bao gồm các loại thân và củ(carot, khoai tây, củ cải đường…), rau ănlá(cải bắp, cải bông ), lá trà, hành, tỏi, tiêu, cà chua… đã được dùng như nhữngchất chống oxi hóa tự nhiên trong nhiều lĩnh vực Pratt và Watt[14], nhận ra rằnglá hành có tiềm năng chống oxi hóa cao gấp hai lần so với vỏ khoai tây, ớt xanhvà cao gấp 4 lần khả năng chống oxi hóa của cà chua cho acid linoleic Cũngphương pháp trên, Gazzani [14] đã cho thấy rằng phần lớn dịch trích rau quả lạihỗ trợ quá trình oxi hóa lúc đầu mới trích ly Sự hỗ trợ quá trình oxi hóa cao ởthực vật củ, cà chua, ớt đỏ Đối với carrot, rau cần tây, tỏi, nấm, zucchini và đặcbiệt là dịch trích củ, hoạt tính chống oxi hóa gia tăng khi đun sôi và hoạt tính hỗ

Hình 17: Cấu trúc phân tử của một vài anthocyanidin và anthocyanin được

phân lập từ thực vật

trợ sự oxi hóa giảm xuống Điều này là bởi ở nhiệt độ cao, peroxidase bị vô hoạtnên hoạt tính tiền oxi hóa mới phát huy tác dụng Kahkonen đã nghiên cứu hiệuquả dịch trích thực vật đối với sự oxi hóa methyl linoleate tinh khiết ở nồng độ

5000 ppm trên khối lượng chất khô thực vật Hoạt tính chống oxi hóa theo trật tựsau: đậu, rau ăn (kiềm hãm 37%) > dưa chuột, lá đậu (35%)> đậu (28%) > hành(11%) > carrot (10%) Trong khi đó, hoạt tính chống oxi hóa của dịch trích từ vỏcủ cải đường, vỏ khoai tây rất cao, lên đến 86-99% Bằng phương pháp ORAC,Cao et al [9] đã thu được kết quả như sau về hoạt tính chống oxi hóa của thựcvật: cải xoăn(cải xúp)> tỏi > rau bina > cải bắp bruxel > chồi linh lăng > bông cảixanh >củ cải đường > ớt đỏ > hành > hạt ngũ cốc > eggplant > súp lơ > khoai tây

>khoai tây ngọt > cải bắp > lá rau diếp > xơ đậu > carrot > bí vàng > rau diếplạnh > cần tây> dưa leo Kết quả theo phương pháp FRAP cho các dịch trích thựcvật như sau:đậu, tỏi, hành, măng tây, củ cải đường, khoai tây and bông cải xanhcó hiệu quả cao trong việc kìm hãm sự oxi hóa của Lipid tỷ trọng thấp(LDL) valipid tỷ trọng rất thấp(RLDL)

Kết quả thu được dựa trên những hợp những hợp chất chống oxi hóa có sẵntrong dịch trích thực vật mà không có sự phân lập từng chất riêng Đó là các hợpchất: acid phenolic, tocopherol, carotenoid, acid ascorbic

2 Các thực vật họ thân củ

Carrot có hoạt tính chống oxi hóa thấp hơn so với các loại rau quả khác Dịchtrích từ lá và vỏ carrot có hoạt tính chống oxi hóa ở 40oC, trong khi dịch carrottươi không có hoạt tính này Đun sôi carrot trong 30 phút sẽ cải thiện đáng kểhoạt tính chống oxi hóa trong quá trình oxi hóa acid linoleic và β-carotene

Khoai tây(Solanum tuberosum) là một nguồn chống oxi hóa tốt như acid

ascorbic, α-tocopherol và hợp chất phenolic Theo Lugasi, dịch trích khoai tâytrong ethanol chứng tỏ khả năng nhận điện tử đáng kể bằng cách dùng diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH) và làm giảm phản ứng Fe3+→Fe2+ Đặc biệt, vỏ khoaitây có hoạt tính chống oxi hóa cao Các hợp chất có hoạt tính phân lâp được từkhoai tây, đặc biệt là trong vỏ, là dẫn xuất của acid cafeic như chlorogenic acid,caffeoylquinic acid Những hợp chất này là nguyên nhân của phản ứng hóa nâu

do enzyme và đóng vai trò như chất chống oxi hóa trong khoai tây ngọt Dịchtrích từ khoai tây ngọt có hoạt tính chống oxi hóa

Dịch trích từ khoai tây tím có hoạt tính chống oxi hóa cao hơn khoai tây trắng

anthocyanin như pelargonidin-3-rutinoside-5-glucoside, peonidin glycoside trongkhoai tây tím.

Vỏ củ cải đường(Bate vulgaris L và Beta vulgaris esculeta) cũng có hoạt tính

chống oxi hóa tương tự khoai tây

3 Thực vật họ cải bắp

Đây là một nhóm lớn chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh hoc nhưglucosinolate và các sản phẩm breakdown Theo Plumb [14], dịch trích từ cải

bông xanh(Brassica learacea L cv Italica L), cải bắp Brussels(B olearacea L Gemmifera), cải bắp đỏ (B olearacea L cv Rubra), cải bắp trắng (B olearacea L

cv Alba ) và súp lơ (B olearacea L cv Botrytis) có hoạt tính chống oxi hóa cao đối

với quá trình peroxide hóa lipid

Tuy nhiên cơ chế chống oxi hóa trong thực vật họ cải không liên quan đếnhàm lượng glucosilate mà là do các hợp chất hydroxylate polyphenol vàpolyphenol Ngược lại, cải bắp, súp lơ, cải Brussel lại hỗ trợ quá trình oxi hóa đốivới sự peroxide hóa lipid, do có chứa cytochrome đặc biệt, P450s

Cải xoăn (B olearacea L cv Acephala), cải bắp Brussels và cải bông xanh có

hoạt tính chống oxi hóa cao hơn súp lơ và các loại cải bắp khác Cải bắp trắng cókhả năng kĩm hãm sự oxi hóa cặp đôi của β-carotene và acid linoleic hơn 80%.Nếu cải bông xanh được đun sôi trong 5 phút thì khả năng kìm hãm nàlên đến96%

4. Hành (Allium cepa và Allium fistulosum L.)

Hoạt tính chống oxi hóa của lá hành và củ hành được nghiên cứu theo môhình chống oxi hóa lipid và phương pháp sàng lọc gốc tự do (1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl; DPPH) Hành đỏ và hành vàng có khả năng chống oxi hóa methyllinolate kém nhưng hoạt tính chống oxi hóa LDL lại cao Hoạt tính chống oxi hóa

Hình 18: Cấu trúc phân tử của các acid phenolic có trong cải bắp

sativum L) Theo Yin[14], sự hiện diện của lá hành, củ hành, lá tỏi, củ tỏi, hành

tây, lá hẹ đã kìm hãm đáng kể sự oxi hóa lipid trong hệ thống liposomephosphatidylcholine Allicin là chất chống oxi hóa trong lá tỏi Những loại raugiàu anthocyanin, như củ hành đỏ, có hoạt tính chống oxi hóa mạnh trong hệthống β-carotene và acid linoleic

5. Trà(Camellia sinesis)

Trà được sản xuất ở 3 dạng: trà xanh, trà oolong(lên men một phần) và tràđen(trà len men) Hoạt tính chống oxi hóa của các dịch trích trong nước giảmtheo thứ tự sau: trà oolong>trà xanh>trà đen Dịch trích trong ethanol của tràxanh, trà đỏ, trà vàng có hoạt tính chống oxi hóa mạnh cho dầu canola so vớiBHT Trong khi đó, trà oolong chỉ có hoạt tính trung bình vì có sự phân hủy mộtphần các polyphenol tự nhiên trong quá trình bán lên men Dịch trích trongethanol từ trà đen, trà xanh đậm, trà ginseng thì hầu như không có khả năngchống oxi hóa dầu canola do các polyphenol tự nhiên đã bị phân hủy hoàn toàn.Zandi[14] cho rằng dịch trích trong ethanol từ các lá trà già có hiệu quả trongviệc làm chậm lại sự oxi hóa dầu hạt cải ở 60oC với hàm lượng là 0,02-0,25% Látrà già, thường bị bỏ đi trong sản xuất trà, có thể là một nguồn thu chất chống oxihóa hữu ích

Có 3 nhóm polyphenol chính trong trà: catechin, theaflavin, theabrubigin.Catechin và theaflavin bao gồm (-)-epicatechin (EC), (-)-epicatechin gallate(ECG)44, (-)-epigallocatechin (EGC)45, (-)-epigallocatechingallate (EGCG)46,theaflavin (TF)47, theaflavin monogallate A(TF-1A)48, theaflavin monogallate B(TF-1B)49, theaflavin digallate50 Cấu trúc hóa hóa học của theabrubigin vẫn chưahiểu biết đẩy đủ Catechin là một thành phần lớn trong trà với hàm lượng EGCGcao Khả năng chống oxi hóa của trà tương quan với tổng hàm lượng phenolicchứa trong nó

Koketsu [14], đã chiên mì sợi trong mỡ heo, có bổ sung thêm polyphenol từtrà xanh Khi đó, độ bền oxi hóa của mì tương ứng với hàm lượng polyphenoltrong mỡ heo Bột catechin từ trà thô đã làm giảm sự hình thành peroxide trongmỡ heo ở 100oC, hiệu quả cao hơn khi dùng α-tocopherol hoặc BHA Dịch tríchtừ trà xanh chống lại sự oxi hóa lipid hiệu quả hơn nhiều so với dịch trích từ hoahồng trong dầu canola, mỡ heo và mỡ gà ở 100oC

Hình 19: Cấu trúc phân tử của các polyphenol chính trong trà

Catechin trong trà xanh (EGCG, ECG, EGC, EC) có khả năng kìm hãm tốtquá trình oxi hóa superoxide, lipoxygenase và lipid Tuy nhiên, theaflavin ít hiệuquả trong viêc kìm hãm quá trình peroxide hóa lipid.

Hoạt tính chống oxi hóa của các chất phụ thuộc vào hệ thống lipid, kim loạixúc tác, nhiệt độ, nồng độ chất chống oxi hóa, giai đoạn của quá trình oxi hóa vàphương pháp đánh giá sự oxi hóa lipid

Trong hệ thống β-caroten-linoleate, ECG có hoạt tính chống oxi hóa cao nhất,còn EGC là yếu nhất Trong mô hình oxi hóa lipoprotein, trật tự như sau: EGCG

> EGC > ECG > catechin

Huang [14] đã so sánh hoạt tính chống oxi hóa của catechin so với propyLgallate(PG) và acid gallic Trong sự oxi hóa dầu ngũ cốc ở 50oC, tốc độ hìnhthành hydroperoxide giảm theo thứ tự sau: GA > ECG > EGCG > EGC Trong hệnhũ tương nước trong dầu, polyphenol hoạt động như chất tiền oxi hóa, còn thứ tựkìm hãm hydroperoxide trong licithin liposome là: EGCG > EC≈ PG > catechin ≈ECG > EGC ≈ GA

6. Kinh giới (Origanum vulgare L)

Kinh giới thường được sử dụng như một loại gia vị hoặc rau ăn tươi rất phổbiến nhiều nơi trên thế giới Ngoài khả năng chống oxi hóa, nó còn thêm khảnăng chống vi sinh vật Abdalla và Roozen [14] cho rằng, khi trích ly bằngacetone, hoạt tính chống oxi hóa của nó trong dầu hướng dương hiệu quả hơntrong hệ nhũ tương 20% dầu trong nước ở điều kiện 60oC trong tối Các loài kinh

giới và họ hàng của chúng bao gồm Origanum onites, Satureja thymbra, Coridothymus capitatus, Origanum dictamnus…

Phân đoạn có thể hòa tan tron nước của dịch trích kinh giới trong methanolđược tinh sạch bằng cột polyamide chứa 5 hợp chất phân cực là acid rosmarinic,acid caffeic, protocatechuic61, glucoside của protocatechuic acid62 và một dẫnxuất của acid romarinic, 2-caffeoyloxy-3-[2-(4-hydroxybenzyl)-4,5-dihydroxy]-phenylpropionic acid63

Phân đoạn tan trong diethyl ether từ dịch trích trong ethanol gồm 4 flavonoidlà apigenin64, eriodictyol65, dihydroquercetin66 và dihydrokaemferol67 Trong dịchtrích bằng dung môi hexane có chứa α-, β-, γ-, δ-tocopherol

Tinh dầu thu được từ kinh giới chứa carvacrol và thymol Theo Lagouri et al[9], hiệu quả chống oxi hóa của kinh giới có liên quan đến sự hiện diện của cácđồng phân này Nhiều tác giả cho rằng mặc dù hai thành phần này có cơ chế

chống oxi hóa khác nhau nhưng hiệu quả chống oxi hóa của chúng là như nhauđối với sự tự ôi hóa của mỡ heo ở 37oC Tuy nhiên, thymol là chất chống oxi hóatốt hơn trong triacylglycerol của dầu hướng dương (TGSO) so với trongtriacylglycerol của mỡ heo(TGL).

7. Cây húng tây(cỏ xạ hương) (Thymus vulgaris L)

Húng tây thường dùng như một loại thảo dược để trị bệnh ho và như một gia

vị để tẩy mùi hoặc tạo mùi trong thực phẩm Hai monoterpene cơ bản trong húnglà thymol và carvacrol Hai hợp chất này là thành phần chính của tinh dầu húng.Ngoài ra, p-cumene-2,3-diol trong húng cũng có khả năng chống sự peroxide

Hình 20: Các polyphenol chính trong kinh giới

Khi trích ly trong môi trường acid yếu rồi tinh sạch bằng cột sắc ký, người tađã tìm thấy 5 biphenyl-dimer của thymol và carvacrol 71-75 và các flavonoidmethoxylate 76-78 Biphenyl còn là những chất tẩy mùi hiệu quả.

8. Húng cay (Satureja hortensis L)

Rau húng được sử dụng rất rộng rãi trong thực phẩm Yanishlieva vàMarinova[14] đã dùng dịch trích rau húng trong ethanol để bảo quản dầu hướngdương ở 100oC Kết quả là chúng có khả năng chống oxi hóa cao Đối với mỡheo, khả năng chống oxi hóa của dịch trích từ rau húng có hiệu quả hơn ở nhiệtđộ phòng hơn là ở 100oC Thêm 0,1-0,5 dịch trích trong ethanol vào dầu hướngdương đã kiềm hãm sự oxi hóa và sự thay đổi nhiệt động suốt trong quá trình

Hình 21: Các polyphenol chính trong cây húng tây

chiên dầu Tuy nhiên, chlorophyll trong rau húng được xem là một chất tăng độnhạy quang học đối với quá trình oxi hóa dầu.

Các hợp chất chống oxi hóa phân lập được từ rau húng là acid rosmarinic,carnosol acid carnosic, carvacrol và thymol Chúng là những thành phần trongtinh dầu của rau húng

9. Gừng(Zingiber officinale) và nghệ (Curcuma domestica)

Trong gừng (Zingiber officinale) có chứa hơn 30 chất có hoạt tính chống oxi

hóa Chúng được phân loại vào 2 nhóm là các hợp chất gingerol vàdiarylheptaoid72-79 Trong số các chất đó, các chất gây cay, gingerol79, shogaol80,zingerone81 thể hiện khả năng chống oxi hóa cao nhất

Trong nghệ, curcumin93 và dehydroxylate curcumin93-102 là hai chất có hoạt

tính chống oxi hóa tiềm năng Curcumin hạn chế sự oxi hóa methyl linoleatetrong hệ nhũ tương hữu cơ đồng nhất Curcumin có thể kết hợp với các gốc tự dođể tạo dimer trong bước khởi mạch của tiến trình oxi hóa lipid

Masuda và Jioe [14] cho rằng hoạt tính chống oxi hóa của cassmunin A-Cmạnh hơncurcumin bởi những hợp chất này còn có tính kháng viêm Jitoe đãnghiên cứu mối quan hệ giữa hoạt tính chống oxi hóa và hàm lượng curcumioidcủa các dịch trích acetone trong hệ thống acid linoleic-ethanol Kết quả chothấy, hoạt tính chống oxi hóa thu được cao hơn so với hoạt tính chống oxi hóa lýthuyết suy ra từ hàm lượng curcumioid Dịch trích gừng tươi có hoạt tính chốngoxi hóa cao hơn so với dịch trích đã bảo quản một thời gian

Hình 22: Các hợp chấât chống oxi hóa chính trong gừng

Hình 23: Các hợp chất chống oxi hóa chính trong nghệ

Trong hạt cau có 15% catechin và

polyleucoanthocyanidin,13-14% dầu béo với các

thành phần chính là laurin, myristin, olein Hoạt tính

alcaloid (0,15-0,67%) ở dạng kết hợp với tanin

Acaloid chính là arecolin (0,07-0,5%) và những

alcaliod phụ là arecaidin(arecain), guvacin,

guvacolin, arecolidin và isoguvacin

11. Mắc cỡ (Mimosa pudica L.)

Cây mắc cỡ mọc hoang ở nhiều nơi Thành phần chống oxi hóa có bản chất làalcaloid

12 Các loại thảo dược và gia vị khác.

Tiêu đen (Piper nigrum L) tác dụng mạnh trong việc làm giảm sự oxi hóa của

thịt bò nướng Các chất chống oxi hóa trong tiêu là các glycoside của flavonoidkaemeferol, rhamnetin, quercetin và các phenolic amide103-107

Ớt xanh (Capsicum frutescence L) và ớt đỏ( C annum L) có chứa các chất

chống oxi hóa là capsaicin108, capsaicinol109

Acid gallic và eugenol110 là hai chất có hoạt tính chống oxi hóa chính trong củ

hành (Eugenia caryophyllata) Isoeugenol111, hiếm gặp trong tự nhiên, có hoạttính chống oxi hóa rất cao so với eugenol trong sự oxi hóa của methyl oleate, mỡheo và dầu hướng dương

Khả năng chữa bệnh của nhân sâm (Salvia miltiorrhiza Bunge) một phần liên

quan đến khả năng chống oxi hóa mạnh của chúng Dịch trích nhân sâm tronghexane chống oxi hóa rất mạnh mỡ heo cả ở 100o và 180oC Các chất chống oxihóa chính trong nhân sâm là tanshinone I112, dihydrotanshinone I113, tanshinone

IIB114, methylene tanshinquinone115, cryptotanshinone116, danshenxinkun B117,miltirone I118, rosmariquinone, dehydrorosmariquinon119 Tashen quinone có khảnăng bắt các gốc lipid tự do để hình thành các gốc bền Do đó, chúng có thể ngănchặn quá trình tự oxi hóa lipid

Dịch trích từ cam thảo cũng có khả năng chống oxi hóa cao Người châu Aâu

thường khai thác loài cam thảo Glycyrrhiza glabra L Nước ta dùng chủ yếu loài cam thảo nam (Scoparia dulcis L) và cam thảo bắc (Radix Glycyrrhizae) Thành

phần chống oxi hóa chính trong cam thảo bắc và châu Aâu là saponin(glycyrrhizin) và flavonoid (liquiritin), còn trong cam thảo nam là amelin-có bảnchất là một alcaloid

Hình 24: Cấu trúc phân tử của arecolin