Mechanizm inicjacji procesu:

Inicjacja peroksydacji następuje na skutek procesu homolitycznego (podział wiążącej pary elektronów pomiędzy fragmentami rozpadającej się cząsteczki – każdy z fragmentów zachowuje po jednym elektronie). Kwas tłuszczowy LH rozpada się na węglowy rodnik rodnik alkilowy L* i wodór H*. Wodór przyłącza się do wodoronadtlenku OH*, w rezultacie czego powstaje cząsteczka wody, a rodnik alkilowy ulega dalszym przemianom.

Utlenianie fotosensybilizowane:

- obejmuje reakcję alkenu z tlenem w obecności światła i odpowiedniego sensybilizatora (uczulacza), Takie sensybilizatory jak chlorofil lub erytrozyna przekształcają tlen w jego bardziej reaktywny stan singletowy. W tym stanie tlen reaguje z alkenem bez wytwarzania rodnika (reakcja „enowa”), przyłączając się do jednego z węgli olefinowych (podwójnego wiązania). Ta reakcja połączona z migracją podwójnego wiązania i zmianą jego konfiguracji cis w trans jest niezależna od ciśnienia tlenu i nie wykazuje wyraźnie mierzalnego okresu indukcji. Jest inhibowana przez „wygaszacze” tlenu singletowego jak np. beta-karoten lub tokoferole. Nie oddziałują na nią przeciwutleniacze. W wyniku ataku tlenu singletowego na podwójne wiązanie tworzą się wodoronadtlenki alkilowe w konfiguracji trans

Fotosensybilizowane utlenianie jest dużo szybsze niż autooksydacja, a różnice w reaktywności pomiędzy kwasem oleinowym, linolowym i linolenowym są w przybliżeniu proporcjonalne do liczby występujących w nich wiązań podwójnych. Istnieją przypuszczenia, że autooksydacja naturalnych tłuszczów może być zainicjowana przez fotoutlenianie, wskutek obecności w nich określonych barwników. Powstałe w wyniku fotosensybilizowanego utleniania wodoronadtlenki rozpadając się tworzą rodniki, które mogą zapoczątkować reakcję łańcuchową autooksydacji.

Przebieg procesu autoutleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych:

1. Inicjacja (zapoczątkowanie reakcji) – homolityczne oderwanie wodoru i utworzenie węglowego rodnika alkilowego L* w obecności inicjatora.

2. Propagacja (rozwijanie reakcji) – reakcja rodnika z O₂ i utworzenie rodnika nadtlenkowego LOO*, który następnie reaguje z nienasyconym lipidem (alken –LH) i tworzy się wodoronadtlenek kwasu tłuszczowego (LOOH) i nowy rodnik lipidowy L*. Nowo powstały rodnik reaguje z O₂ tworząc rodnik nadtlenkowy LOO*. W ten sposób autooksydacja staje się rodnikowym procesem łańcuchowym.

3. Terminacja (zakończenie reakcji) – reakcja łańcuchowa może być zakończona (co oznacza przerwanie łańcucha) na skutek rekombinacji rodników i tworzenia się nierodnikowych produktów, które nie są ani inicjatorami ani propagatorami reakcji.

L* + L* -> L-L

LOO* + LOO* -> L=O + LOH + O₂

LOO* + L* -> L=O + LOH

Rola prooksydantów (w tym metali przejściowych) oraz antyoksydantów w procesie peroksydacji (opis + reakcje):

1. Prooksydanty – substancje przyspieszające proces utleniania.

• Jony metali przejściowych mogą inicjować peroksydację:

1. Inicjacja bezpośrednia

M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ + 2H -> Mⁿ⁺ + 2* + H⁺

1. Inicjacja pośrednia

Mⁿ⁺ + O² -> M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ + O₂^- ------ dysmutacja --- H₂O₂

Mⁿ⁺ + H₂O₂ -> M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ + OH* + OH^-

• Jony metali przejściowych uczestniczą w reinicjacji:

LOOH + Mⁿ⁺ -> LO* + OH^- + M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺

` LOOH + M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ -> LOO* + Mn⁺ + H⁺

• Jony niektórych metali (Cu, Fe, Co, Mn, Cr) nawet w ilościach śladowych (0,1 -1 µg/g) bardzo silnie przyspieszają reakcję rozpadu wodoronadtlenków. Jony metali katalizują wszystkie reakcje zachodzące podczas utleniania lipidów, a więc również powstawanie wodoronadtlenków i ich dalsze przemiany. Stąd tak ważną sprawą jest deaktywacja jonów metali np. za pomocą czynników chelatujących (kwasu cytrynowego, kwasu fosforowego, lecytyny i innych).

• Działalność prooksydacyjna askorbinianu wymaga niskiego jego stężenia i obecności jonów metali

1. Antyooksydanty (przeciwutleniacze) – substancje hamujące proces utleniania.

Naturalne tłuszcze mają w swym składzie charakterystyczne antyoksydanty, z tym, że oleje roślinne mają ich na ogół więcej niż tłuszcze zwierzęce. Oddziaływanie przeciwutleniaczy na przebieg procesu utleniania może być różne. Mogą one np. bezpośrednio przerywać rodnikową reakcję łańcuchową lub działać hamująco poprzez wiązanie tlenu lub niektórych prooksydantów obecnych w środowisku reakcji.

Termin „przeiwutleniacze żywności” dotyczy na ogół tych związków, które przerywają rodnikową reakcję łańcuchową. Są one efektywne już w małych stężeniach np. 0,001-0,1%, niektóre z nich mają określone optymalne stężenia (np. tokoferol 0,05%), których przekroczenie może spowodować zmniejszenie ich aktywności, a nawet działać prooksydatywnie.

Większość przeciwutleniaczy ma charakter fenolowy lub aminowy i ze względu na pochodzenie można je podzielić na naturalne i syntetyczne.

• Ważniejsze przeciwutleniacze naturalne:

- tokoferole: bardzo rozpowszechnione w świecie roślinnym, zwierzęta nie mogą syntetyzować tych związków, ale mogą je magazynować w wątrobie; są objęte ogólną nazwą witamina E

- kwas nordihydrogwajaretowy (NDGA)

- kwas galusowy i jego pochodne

• Ważniejsze przeciwutleniacze syntetyczne:

- di-tert-butylohydroksytoluen (BHT)

- mono-tert-butylohydroksyanizol (BHA)

- estry kwasu galusowego (np. galusan propylu i oktylu)

Mechanizm działania przeciwutleniaczy (AH) polega na przerwaniu łańcucha reakcji rodnikowej wg schematu:

AH + R* -> RH +A*

AH + RO* -> ROH + A*

AH + ROO* -> ROOH + A*

Powstające rodniki A* reagując między sobą lub z innymi rodnikami dezaktywują się:

A* + A* -> AA

A* + R* -> RA

A* + RO* -> ROA

Sposoby zapobiegania albo hamowania procesu w żywności bogatej w tłuszcze:

Liczba przeciwutleniaczy dopuszczonych do stosowania w artykułach żywnościowych jest bardzo ograniczona i różna w różnych państwach, co wynika z obowiązujących przepisów. Dotyczy to także ich stężenia. W Polsce do ochrony tłuszczów i produktów tłuszczowych jest dozwolone dodawanie tokoferoli naturalnych i syntetycznych. Ograniczone zastosowanie mają BHA i galusany.

Zasada metody oznaczania dialdehydu malonowego:

Dialdehyd malonowy (MDA) to jeden z produktów peroksydacji lipidów. Reaguje z kwasem tiobarbiturowym tworząc różową barwę roztworu. Reakcja ta zachodzi w wysokiej temperaturze i środowisku kwasowym.

Oznaczanie dialdehydu malonowego w mięsie rozpoczyna się od pomiaru absorbancji wzorca MDA (o określonym stężeniu w µmol/dm³ i składzie: woda destylowana, TEP, mieszanina TBA-TCA) przy długości fali 532 nm. Na podstawie wyniku absorbancji wzorca MDA liczy się stężenie MDA w mięsie wykorzystując wynik absorbancji supernatantu. Wynik podaje się w µmolach MDA/g mięsa. Otrzymany wynik to stężenie TBARS (substancji reagujących z kwasem tiobarbiturowym).

Obliczenia i wyniki

Zad. 1.

Absorbancja przy długości fali 532 względem wody:

L – 0,037

LAC – 1,158

LACE – 0,072

LACB – 0,007

LC – 0,509

LA – 0,238

LAE – 0,002

Zad. 2.

Absorbancja supernatantów przy dł. fali 532 nm względem ślepej próby odczynnikowej:

Mięso surowe – 0,242

Mięso gotowane – 0,238

Absorbacnja wzorca MDA – 0,367

0,367 – 2,5 µmol/dm³

0,242 – x

x₁ = 1,65 µmol/dm³

0,367 – 2,5 µmol/dm³

0,238 – x

x₂ = 1,62 µmol/dm³

Objętość wszystkich odczynników: 20 (BHT) + 20 (BHT) + 5000 (TBA-TCA) + 700 (woda z mięsa; w mięsie 70% wody) = 5740 µl = 5,74 ml

1,65 µmol – 1000 ml

X - 5,74 ml

X₁ = 0,00947 µmol MDA/g mięsa surowego

1,62 µmol – 1000 ml

X - 5,74 ml

X1 = 0,0093 µmol MDA/g mięsa gotowanego