Việc sử dụng chất chống oxy hoá tự nhiên trong thực phẩm đã có từ rất lâu. Phương pháp xông khói, ướp gia vị cho sản phẩm thịt, cá, phô mai và các thực phẩm giàu chất béo khác đã đóng góp một phần để làm chậm sự ôi hoá của chúng.
>> Xem lại phần 1: Chất chống oxy hoá tổng hợp.
Định nghĩa
Nói chung, thuật ngữ “chất chống oxy hoá tự nhiên” để chỉ những hợp chất có trong tự nhiên và có thể chiết xuất chúng từ các mô động và thực vật và những chất đó cũng có thể được hình thành do sự nấu nướng hoặc chế biến các thành phần của động vật và thực vật dùng cho thực phẩm. Tuy nhiên, hiện nay trên thị trường có 2 hợp cho tocopherol tổng hợp là γ, δ-tocopherol, với mã INS tương ứng là 308, 309. Chất chống oxy hoá tự nhiên được tìm thấy trong hầu hết các loại thực vật, vi sinh vật, nấm và trong mô động vật. Phần lớn các chất chống oxy hoá tự nhiên là các hợp chất phenolic, trong đó những nhóm quan trọng nhất là các hợp chất tocopherol, flavonoid và các acid phenolic.
Tocopherols
Tocopherols là nhóm chất chống oxy hoá được biết rõ nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. Chúng được phân loại thành tocopherol (Toc) và tocotrienol (Toc – 3). Mỗi loại này có chứa 04 đồng phân (isomer α β γ δ) và như vậy, tổng cộng có tới 8 đồng phân tocopherol. Trong số này, tuy α – tocopherol là chất chống oxy hoá quan trọng nhất về hiệu quả sinh học nhưng nhìn chung, nó có hoạt tính chống oxy hoá trong các loại dầu ăn thấp hơn so với các tocopherol khác. Các tocopherol có chức năng chống oxy hoá do chúng cho gốc peroxyl của chất béo 1 nguyên tử hydrogen từ nhóm OH. Năng lực cho hydrogen của các tocopherol trong các loại chất béo rắn, dầu ăn và lipoprotein theo thứ tự δ > β > γ > α. Trong sản phẩm dầu bơ (butter oil), người ta thấy cường độ chống oxy hoá của α – tocopherol yếu hơn so với γ – tocopherol.
Các hợp chất tocopherol rất bền với sự gia nhiệt và do đó sử dụng hiệu quả trong các loại bánh (cracker, pastry, khoai tây chiên,…). α – tocopherol có hiệu quả hơn do làm tăng độ bền oxy hoá và làm giảm tốc độ oxy hoá. Trong thực phẩm, các hợp chất tocopherol là chất chống oxy hoá tương đối yếu. Khi phản ứng với gốc tự do, chúng chuyển thành các quinone và các hợp chất khác, cũng như chuyển thành các polymer với chất béo bị oxy hoá. Các hợp chất tocopherol cũng ức chế sự oxy hoá chất béo bằng việc làm sạch các phân tử 1O2).
Ascorbyl palmitate (còn gọi là vitamin C, palmitate) được xem là hợp chất chống oxy hoá có bản chất bán tự nhiên do nó là phản ứng tổng hợp, tạo ra ester của vitamin C với acid palmitic. Sự hình thành hợp chất này giúp acid ascorbic có thể tan trong dầu ở nồng độ tương đối thấp thấp. Ascorbyl palmitate được xem là chất cộng hưởng rất hiệu quả với α – tocopherol vì nó giúp tái tạo hoạt lực chống oxy hoá hợp chất α – tocopherol.
Flavonoids
Flavonoids bao gồm một nhóm lớn các hợp chất phenolic có trong thực vật tự nhiên. Chúng có một khung carbon C6-C3-C6 đặc trưng. Cấu trúc cơ bản của các hợp chất này bao gồm 2 vòng thơm được liên kết với nhau bằng một chuỗi béo 3 carbon mà bình thường nó được ngưng kết thành vòng pyran hoặc vòng furan. Flavonoids bao gồm các nhóm hợp chất favone, flavonol, isoflavone, lavonone và chalcone có trong tất cả các mô thực vật bậc cao. Các hợp chất flavone và flanovel đặc biệt có nhiều trong lá và cánh hoa, trong đó flanovol có phổ biến hơn flavones. Các hợp chất flavonoid phổ biến là apigenin, chrysin, luteolin, datiscetin, quercetin, myricetin, morin và kaemperol. Gần 90% các flavonoid trong thực vật nằm ở dạng glycoside. Khả năng ức chế sự oxy hoá chất béo của các flavonoids đã được ghi nhận rất nhiều, cả trong sản phẩm chất béo tự nhiên cũng như chất béo trong mô hình nghiên cứu. Các hợp chất flavonoid có chức năng của chất chống oxy hoá là do chúng làm sạch các gốc tự do, bao gồm các anion superoxide, gốc peroxyl của chất béo và các gốc hydroxyl. Cơ chế hoạt động của một số hợp chất flavonoid chọn lọc còn bao gồm sự ngăn chặn các phân tử 1O2 ), hoá vòng kim loại cũng như ức chế enzyme lipoxygenase.
Các flavonoid có các nhóm hydroxyl tự do có chức năng làm sạch gốc tự do, các hợp chất có nhiều nhóm hydroxyl, đặc biệt ở trong vòng B, sẽ tăng hoạt tính chống oxy hoá. Các nhóm hydroxyl trong vòng B nằm ở những vị trí hoạt tính chính yếu để làm gián đoạn chuỗi oxy hoá. Khi nghiên cứu về hoạt tính phản ứng, tính toán hệ số cân bằng phản ứng của một số flavonoid, catechol và các chất chống oxy hoá phenolic tiêu chuẩn, các nhà khoa học đã xác định rằng các hợp chất flavonoid không vận hành như những chất chống oxy hoá truyền thống, chẳng hạn như α – tocopherol, mà chúng chỉ thể hiện hoạt tính bẻ gãy chuỗi phản ứng ở một mức độ vừa phải. Hoạt tính chống oxy hoá của các flanovol, chẳng hạn như các hợp chất anthocyanin, bị ảnh hưởng rất lớn bởi cơ chất và các điều kiện xúc tác cho sự oxy hoá.
Acid phenolic
Các acid phenolic, chẳng hạn như p – hydroxybenzoic, 3,4 – dihydroxybenzoic, vanillic, syringic, p – coumaric, caffeic, ferulic, sinapic, chlorogenic và acid rosmarinic cũng có mặt phổ biến trong thực vật. Chúng thường tồn tại ở dạng ester của acid hữu cơ hoặc dạng glycoside.
Vị trí và mức độ hydroxyl hoá là điểm quan trọng cơ bản trong việc xem xét hoạt tính chống oxy hoá. Các nhà khoa học đã thiết lập được mối quan hệ giữa cấu trúc của nhiều acid phenolic và hoạt tính chống oxy hoá của nó. Polyphenol có hiệu quả hơn monophenol. Đưa một nhóm hydroxyl thứ hai vào vị trí ortho hoặc para sẽ làm tăng hoạt tính chống oxy hoá. Hiệu quả ức chế sự oxy hoá của monophenol tăng khi thay thế 1 hoặc 2 nhóm methoxy. Sự kết hợp 2 acid phenolic làm tăng hiệu quả chống oxy hoá, ví dụ như acid ros-marinic chống oxy hoá tốt hơn acid caffeic, vì acid ros-marinic là ester của acid cafeic với acid 3,4 – dihydroxyphenyllactic. Ester của acid caffeic với một gốc đường sẽ làm giảm hoạt tính của nó, ví dụ acid chlorogenic kém hiệu quả hơn acid caffeic.
Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm
Từ năm 1980, theo nhu cầu và xu hướng sử dụng phụ gia thân thiện với sức khỏe của người tiêu dùng, các nhà khoa học và sản xuất thực phẩm đã tập trung nghiên cứu và đưa vào sử dụng các chế phẩm, hợp chất có nguồn gốc tự nhiên, đặc biệt là các chiết xuất từ các loại gia vị tự nhiên để bào vệ thực phẩm chống lại sự oxy hoá. Các loại chế phẩm này chứa chủ yếu các hợp chất flavonoid, carotenoid có chức năng chống oxy hoá khá hiệu quả. Ngoài vai trò chống oxy hoá chất béo để bảo vệ thực phẩm, các nhà khoa học còn tin rằng chúng tiếp tục có vai trò chống các gốc tự do trong cơ thể, đóng góp cho việc phòng ngừa bệnh tật khi con người ăn thực phẩm đó.
>> Xem lại phần 1: Chất chống oxy hoá tổng hợp.
Tài liệu tham khảo
[1] Erich Luck, Martin Jager. Antimicrobial Food Additives. Germany: Springer, 1996.
[2] Thomas E. Furia. Handbook of food additive. Volume I, Bostom: CRC press, 1972.
Thanh Bình RD VNO
