ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΑΛΕΞΙΟΣ ΒΛΑΜΗΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ. ΠΑΤΡΑ, εαρινό εξάμηνο

Transcript

1 ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΑΛΕΞΙΟΣ ΒΛΑΜΗΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ ΠΑΤΡΑ, εαρινό εξάμηνο

2 Ενότητα γ Λίπη και έλαια (λιπίδια)

3 Ορισμός Ουσίες διαλυτές σε οργανικούς διαλύτες, αλλά αδιάλυτες στο νερό

4 Ρόλος λιπιδίων (λίπη και έλαια) Πηγή ενέργειας Μεταφορείς λιποδιαλυτών βιταμινών Κύρια πηγή γεύσης στις τροφές Δομή ορμονών και μεμβρανών Νευρικό σύστημα Θερμική μόνωση του σώματος Γαλακτοματοποιητές Mold Releasing and Anti-spattering Agent

5 Μέρος Α Τύποι λιπιδίων

6 Μέρος Α Τύποι λιπιδίων 1. Λιπαρά οξέα 2. Ουδέτερα λίπη και έλαια 3. Κηροί 4. Φωσφολιπίδια 5. Στερόλες 6. Λιποδιαλυτές βιταμίνες

7 1. Λιπαρά οξέα O R C OH Όξινη ομάδα, πολικό άκρο, υδροφιλικό Μη πολικό άκρο, υδροφοβικό, λιποδιαλυτό

8 Κορεσμένα και ακόρεστα λιπαρά οξέα

9 Κορεσμένα λιπαρά οξέα O CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C OH 1 Οκτανοϊκό οξυ

10 Ακόρεστα λιπαρά οξέα O CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH CH CH 2 C OH 1 3-οκτενοϊκό οξύ O CH 3 CH CH CH 2 CH CH CH 2 C OH 1 3, 6 οκτοδιενικό οξυ Συντομογραφία: 8:1 (D3) 8:2 (D3,6)

11 Διπλός δεσμός: cis και trans λιπαρά οξέα

12

13 Cis και Trans λιπαρά οξέα H H O CH 3 (CH 2 ) 7 C C (CH 2 ) 7 C OH 10 9 Cis 9 - Octadecenoic Acid (ολεϊκό) H CH 3 (CH 2 ) 7 C C (CH 2 ) 7 H O C OH Trans 9 - Octadecenoic Acid (ελαϊδικό οξύ)

14 cis Ελαϊκό Λινολεϊκό cis cis trans cis α Λινολενικό trans cis

15 Λιπαρά οξέα

16 Πολυακόρεστα λιπαρά οξέα Λινολεϊκό οξύ: Λινολενικό οξύ: Αραχιδονικό οξύ: Cis, cis, 9, 12 - Octadecadienoic οξύ Cis, cis, cis 9, 12, 15 - Octadecatrienoic οξύ Cis, cis, cis, cis 5, 8, 11, 14 - Eicosatetraenoic οξύ Λινολεϊκό οξύ +1 δδ Λινολενικό οξύ +1 δδ Αραχιδονικό οξύ

17 Φυσικώς υπάρχοντα ακόρεστα λιπαρά οξέα R CH 2 [ CH CH CH 2 CH CH ] n CH 2 C OH O 1. Μορφή Cis 2. Eλεύθερα με διπλούς δεσμούς 3. Η ανθρακική αλυσίδα έχει ζυγό αριθμό

18 Ονομασίες κορεσμένων λιπαρών οξέων Κοινή Συστεμική Τύπος Πηγή Bουτυρικό Βουτανοϊκό CH 3 (CH 2 ) 2 COOH βούτυρο Καπροϊκό Εξανοϊκό CH 3 (CH 2 ) 4 COOH βούτυρο, καρύδα, χουρμάδες Καπρυλικό Οκτανοϊκό CH 3 (CH 2 ) 6 COOH Καπρικό Δεκανοϊκό CH 3 (CH 2 ) 8 COOH καρύδα, χουρμάδες, ξηροί καρποί, βούτυρο Lauric Δωδεκανοϊκό CH 3 (CH 2 ) 10 COOH Μυριστικό Tetradecanoic CH 3 (CH 2 ) 12 COOH καρύδα, χουρμάδες, ξηροί καρποί, ζωικό λίπος Παλμιτικό Hexadecanoic CH 3 (CH 2 ) 14 COOH Σε όλα τα ζώα και μερικά φυτά Στεαρικό Octadecanoic CH 3 (CH 2 ) 16 COOH Ζωικό και φυτικό λίπος Aραχιδικό Εικοσανοϊκό CH 3 (CH 2 ) 18 COOH Λάδι αραχίδας

19 Ονομασίες ακόρεστων λιπαρών οξέων Κοινή Συστημική Τύπος Πηγή A. Μονοεθενοϊκά οξέα Ολεϊκό Cis 9-octadecenoic C 17 H 33 COOH Φυτικά και ζωικά λίπη Ελαϊδικό Trans 9-Octadecenoic C 17 H 33 COOH ζωικά λίπη B. Δι εθενοϊκά οξέα Λινολεϊκό 9,12-Octadecadienoic C 17 H 31 COOH Γ. Tρι εθενοϊκά οξέα αραχίδα, λιναρόσπορος, βαμβακόσπορος Λινολενικό 9,12,15-Octadecatrienoic C 17 H 29 COOH Λιναρόσπορος, σπορέλαια Ελεοστεαρικό 9,11,13-Octadecatrienoic C 17 H 29 COOH Λίπη σπόρου αραχίδος Δ. Tέτρα εθενοϊκά οξέα Mοροκτικό 4,8,12,15-Οctadecatetraenoic C 17 H 27 COOH ιχθυέλαια Aραχιδονικό 5,8,11,14-είκοσιτέτραενοϊκό C 19 H 31 COOH Ίχνη στα ζωικά λίπη

20 Λιπαρά οξέα (%) σε λίπη και έλαια Λιπαρό οξύ Bούτυρο καρύδα Βαμβάκι (σπόρος) σογιέλαιο : : : : :3 2 8

21 Λιπαρά οξέα στα τρόφιμα

22 Σημείο τήξεως και διαλυτότητα στο νερό Διαλυτότης Λιπαρό οξύ Σ.Τ.(C) mg/100 ml στο H 2 O C4-8 - C C C C C C C

23 Σημείο τήξεως και διαλυτότητα στο νερό x Σημείο τήξεως x x x x Διαλυτότητα Μήκος ανθρακικής αλυσίδας

24 Επίδραση των διπλών δεσμών στο σημείο τήξεως Λιπαρό οξύ Σ. Τ. (C) 16: :1 1 18: : :2-5 18: : :4-50 Σ.Τ. x x x x # Διπλών δεσμών

25 Απαραίτητα λιπαρά οξέα Mόνο δύο απαραίτητα λιπαρά οξέα (EFA) έχουν περιγραφεί για τον άνθρωπο: το α-λινολενικό οξύ (ω-3) και το λινολεϊκό (ω-6). cis cis Άλλα λιπαρά οξέα που μπορεί να είναι δυνητικά απαραίτητα περιλαμβάνουν το γ- λινολενικό (ω-6), δωδεκανοϊκό (κορεσμένο), και το παλμιτολεϊκό (μονοακόρεστο)

26 Σημαντικά λιπαρά οξέα για τη διατροφή που προκύπτουν από τα απαραίτητα ή προσλαμβάνονται από τα τρόφιμα EPA (Eicosapentaenoic acid) 20:5(n-3). Omega-3, all-cis eicosa-5,8,11,14,17 pentaenoic acid DHA (Docosahexaenoic acid) 22:6 (n-3). Οmega-3, all-cis -docosa-4,7,10,13,16,19-hexaenoic acid

27 2. Ουδέτερα λίπη και έλαια

28 Εστέρες τριακύλ γλυκερόλης (τριγλυκερίδια ) H 2 C HC H 2 C OH OH OH + HO HO HO O C R O C R O C R O H 2 C O C R O HC O C R O H 2 C O C R + 3H 2 O γλυκερόλη 3 λιπαρά οξέα τριγυκερίδιο

29 Γλυκερίδια H 2 C OH HC OH O H 2 C O C (CH 2 ) 16 CH 3 Mονοακύλ γλυκερόλη (Mονογλυκερίδιο) O H 2 C O C (CH 2 ) 16 CH 3 HC OH O H 2 C O C (CH 2 ) 16 CH 3 Διακύλ γλυκερόλη (διγλυκερίδιο) H 2 C O HC O H 2 C O O C (CH 2 ) 16 CH 3 ( C 18 ) O C (CH 2 ) 14 CH 3 (C 16 ) O C (CH 2 ) 16 CH 3 (C 18 ) Tριακύλγλυκερόλη (Tριγλυκερίδιο) (b παλμιτυλική διστεαρίνη)

30 Mονοακύλ γλυκερόλη (Moνoγλυκερίδιο)

31 Tριακύλ γλυκερόλη (τριγλυκερίδιο)

32 Tριακύλ γλυκερόλη

33 Τριγλυκερίδιο λιναρελαίου Λινολεϊκό οξύ α-λινολεϊκό οξύ Ολεϊκό οξύ

34 Σημείο τήξεως τριγλυκεριδίων Tριγλυκερίδιο ΣΤ ( C) C6-15 C12 15 C14 33 C16 45 C18 55 C18:1 (cis) -32 C18:1 (trans) 15

35 Λίπη και έλαια στην παγκόσμια αγορά Φυτικά έλαια- 68% Ζωικά λίπη- 28% Ιχθυέλαια- 4%

36 Μέρος Β (αυτο)οξείδωση λιπιδίων

37 Η οξείδωση των λιπιδίων δεν ευνοείται θερμοδυναμικά Απαιτεί την παρουσία καταλύτη που θα: Αφαιρέσει ένα ηλεκτρόνιο από το οξυγόνο ή το διπλό δεσμό των ανθράκων Θα αλλάξει τα σπιν του οξυγόνου K. M. Schaich στο Bailey s Industrial Oil and Fat Products, Sixth Edition, Six Volume Set. Edited by Fereidoon Shahidi. Copyright # 2005 John Wiley & Sons, Inc. Αλληλεπίδραση μονήρους Ο με διπλό δεσμό R H O O R ' R O O H R'

38 Aπαιτούμενη ενέργεια (kcal/mol) για τη διάσπαση διαφορετικών δεσμών Η-C 103 kcal 65 kcal 65 kcal 85 kcal λιπαρό οξύ OH ή άλλες ελεύθερες ρίζες, hn Ανακατανομή Συζευγμένο διένιο

39 Τα σημαντικά λιπίδια που οξειδώνονται είναι τα ακόρεστα ολεϊκό, λινολεϊκό και λινολενικό

40

41 Αρχή: Η (αυτο)οξείδωση λιπιδίων είναι ένα φαινόμενο που απαρτίζεται θεωρητικά από 3 στάδια: Στάδιο 1 Έναρξη αυτοοξείδωσης από αυτοκατάλυση που προκαλεί μία αρχική οξείδωση (αφυδρογόνωση) η οποία δίνει μία ελεύθερη ρίζα. Στάδιο 2 Η αρχική ελεύθερη ρίζα προκαλεί διαδοχικες αφυδρογονώσεις (οξειδώσεις) ( μόρια!). Τα παραγόμενα λιποϋπεροξείδια προκαλούν νέες αφυδρογονώσεις. Οι ελεύθερες ρίζες αντιδρούν με τα παραγόμενα λιποϋπεροξείδια και δίνουν νέες ρίζες. Στάδιο 3 Οι αλυσίδες διαδοχικών ελευθέρων ριζών τερματίζονται με τη δημιουργία ενώσεων στις οποίες δεν υπάρχουν πλέον ελεύθερες ρίζες.

42 K. M. Schaich στο Bailey s Industrial Oil and Fat Products, Sixth Edition, Six Volume Set. Edited by Fereidoon Shahidi. Copyright # 2005 John Wiley & Sons, Inc. Στάδιο 1 Έναρξη αυτοοξείδωσης από αυτοκατάλυση που προκαλεί μία αρχική οξείδωση (αφυδρογόνωση) η οποία δίνει μία ελεύθερη ρίζα

43 Στάδιο 1 (1) Στάδιο 2 Η αρχική ελεύθερη ρίζα (L 1 ) προκαλεί διαδοχικες αφυδρογονώσεις (οξειδώσεις) (2.1) (2.2)

44 Σταδίο 2.1: σχηματισμός ρίζας υδροϋπεροξειδίου (2.1)

45 K. M. Schaich στο Bailey s Industrial Oil and Fat Products, Sixth Edition, Six Volume Set. Edited by Fereidoon Shahidi. Copyright # 2005 John Wiley & Sons, Inc. Στάδιο 2.3 Τα παραγόμενα λιποϋπεροξείδια (L n OOH) προκαλούν νέες αφυδρογονώσεις και νέες ελεύθερες ρίζες

46 Στάδιο 2.4 K. M. Schaich στο Bailey s Industrial Oil and Fat Products, Sixth Edition, Six Volume Set. Edited by Fereidoon Shahidi. Copyright # 2005 John Wiley & Sons, Inc. Οι ελεύθερες ρίζες (από το στάδιο 3) αντιδρούν με υπάρχοντα λιπίδια και λιποϋπεροξείδια και δίνουν νέα λιποϋπεροξείδια και νέες ρίζες

47 Σύνοψη Στάδιο 1 Στάδιο

48 K. M. Schaich στο Bailey s Industrial Oil and Fat Products, Sixth Edition, Six Volume Set. Edited by Fereidoon Shahidi. Copyright # 2005 John Wiley & Sons, Inc.

49 Περίληψη

50 Στάδιο 3 K. M. Schaich στο Bailey s Industrial Oil and Fat Products, Sixth Edition, Six Volume Set. Edited by Fereidoon Shahidi. Copyright # 2005 John Wiley & Sons, Inc. Οι αλυσίδες διαδοχικών ελευθέρων ριζών τερματίζονται με τη δημιουργία ενώσεων στις οποίες δεν υπάρχουν πλέον ελεύθερες ρίζες: εξουδετέρωση των ελευθέρων ριζών Τα τελικά προϊόντα της οξείδωσης είναι μικρής αλυσίδας καρβονυλικές ενώσεις υπεύθυνες για την εμφάνιση ταγκής γεύσης

51

52 Μέρος Γ Ένζυμα και λιπιδία: λιποοξυγονάση και λιπάση

53 Λιποοξυγονάση: οξείδωση λιπιδίων Σε ελαιόσπορους, όσπρια, σιτηρά και φύλλα Καταλύει την απευθείας οξείδωση των λιπιδίων με cis-cis 1,14 πενταδεκανοϊκές ομάδες σε υδροϋπεροξείδια. Δρα σε χαμηλές θερμοκρασίες Ανώμαλες γεύσεις και οσμές σε κατεψυγμένα και αφυδατωμένα λαχανικά (μπιζέλια)

54 Λιπάση: υδρόλυση λιπιδίων Tριγλυκερίδιο Λιπάση λιπαρά οξέα Τα C 4 λιπαρά οξέα (βουτυρικό) και άλλα μικρής αλυσίδας προσδίδουν άσχημες οσμές Λιπάση O CH 2 O C (CH 2 ) 2 CH 3 O CH O C (CH 2 ) 4 CH 3 O CH 2 O C (CH 2 ) 16 CH 3

55 Μέρος Δ Τάγγιση λιπιδίων

56 Τάγγιση: υποβάθμιση της γεύσεως των λιπιδίων Υδρολυτική τάγγιση Λιπάση Τα ελεύθερα λιπαρά οξέα προσδίδουν οσμή Οξειδωτική τάγγιση Οξείδωση μέσω ελευθέρων ριζών (κυρίως), λιποοξυγονάσης (λιγότερο) Aλδεΰδες και άλλες ενώσεις προσδίδουν οσμή

57 Oξειδωτική τάγγιση: κλασσική περίπτωση οξείδωσης λιπιδίων Αρχή Δημιουργία πρώτης ελεύθερης ρίζας Διάδοση Οι ελεύθερες ρίζες αντιδρούν και μεταφέρουν τα ασύζευκτά τους ηλεκτρόνια σε άλλες ενώσεις (δημιουργία λιποϋπεροξειδίων) Tερματισμός Σχηματισμός προϊόντων χωρίς ελεύθερες ρίζες (αποσύνθεση λιποϋπεροξειδίων)

58 Παράγοντες που επηρρεάζουν την οξειδωτική τάγγιση 1. Είδος λιπαρών οξέων 2. Θερμοκρασία 3. Ενεργότητα νερού 4. Ιόντα μετάλλων 5. Οξυγόνο 6. Φως

59 1. Είδος λιπαρών οξέων Aριθμός, θέση, στερεοϊσομέρεια λιπαρών οξέων στο τριγλυκερίδιο Τα cis οξειδώνονται πιο γρήγορα από τα trans, έχουν πιο δραστικούς διπλούς δεσμούς Η οξείδωση των λιπιδίων αυξάνει με το βαθμό ακορεστότητος: Oλεϊκό 1 Λινολεϊκό 10 Λινολενικό 100

60 2. Θερμοκρασία Ρυθμός αυτοοξείδωσης και μηχανισμός αντιδράσεων Σε χαμηλές Τ: δεν επηρεάζεται ο ακόρεστος χαρακτήρας των λιπών, τα κορεσμένα λιπαρά οξέα δεν συμμετέχουν στην οξειδωτική τάγγιση Σε υψηλές Τ: Ένα σημαντικό ποσοστό διπλών δεσμών κορένυται Τα κεκορεσμένα λιπαρά οξέα συμμετέχουν στην οξειδωτική τάγγιση

61 3. Ενεργότητα νερού (υγρασία) Πολύπλοκη επίδραση Στα αφυδατωμένα (ενεργότητα a w <0.3) η οξείδωση ταχύτατη Για 0,55<a w <0,85 έχουμε επιβράδυνση της οξείδωσης Για a w 3 (μονομοριακή στιβάδα νερού) έχουμε αναστολή της οξείδωσης Αντίδραση του νερού με υπεροξείδια με αποτέλεσμα τη μείωση της συγκέντρωσής τους Ενυδάτωση μεταλλικών καταλυτών που υποβοηθούν τις οξειδώσεις Παραγωγή αδιαλύτων, μη δραστικών υδροξειδίων από μεταλλικούς καταλύτες Το νερό διευκολύνει τις ελεύθερες ρίζες να αντιδράσουν και με άλλα συστατικά

62 Επίδραση της ενεργότητας του νερού στην: οξείδωση των λιπιδίων μη ενζυμική αμαύρωση

63 4. Κατάλυση του σταδίου τερματισμού 4. Ιόντα μετάλλων Τα ιόντα βαρέων μετάλλων (Cu, Fe, Co, Mn, Ni) είναι δραστικοί καταλύτες της οξείδωσης των λιπιδίων σε ιχνοποσότητες 1. Αποσύνθεση υπεροξειδίων: 2. Απευθείας αντίδραση με μη οξειδωμένο λιπίδιο (έναρξη): M n+ + LH M (n-1)+ + H + + L 3. Ενεργοποίηση του μοριακού Ο 2 για παραγωγή μονήρους Ο και ρίζας υπεροξειδίου M n+ + Ο 2 M (n+1)+ + Ο 2 -e - 1 Ο 2 + H + HO 2

64 Figure 1: Generation of reactive oxygen species and defense systems in the cell. M red or M ox, reduced or oxidized form of metals; SOD, superoxide dismutase; GSH, reduced glutathione; GSSG, oxidized glutathione; GR, glutathione reductase; GPx, glutathione peroxidase; NADPH or NADP +, reduced or oxidized nicotinamide adenine dinucleotide phosphate; VC, vitamin C; VE, vitamin E.

65 Molecular orbital scheme or the three electronic configurations of molecular oxygen, O 2. Shown from left to right are: The singlet oxygen a¹δg excited state, the singlet oxygen b¹σg + excited state, and the triplet ground state X³Σg. The 1s molecular orbital is omitted for simplicity. Note that the states only differ in the spin and the occupancy of oxygen's two degenerate antibonding πg-orbitals

66 5. Οξυγόνο Σε περιορισμένες ποσότητες Ο (χαμηλή πίεση), ο βαθμός αυτοοξείδωσης αυξάνει με αύξηση της μερικής πίεσης Σε συστήματα με μεγάλο λόγο επιφανείας/όγκου, η ταχύτητα οξείδωσης είναι μεγάλη και ανεξάρτητη από την πίεση του Ο (αφυδατωμένα τρόφιμα) Για επιβράδυνση της υποβάθμισης-τάγγισης χρησιμοποιούνται υλικά συσκευασίας με μικρή διαπερατότητα στο Ο

67 6. Φως Το ορατό και υπεριώδες φως επιταχύνουν την οξείδωση των λιπιδίων (φωτοοξείδωση) Το φαινόμενο συνδέεται με τη δράση χρωστικών ουσιών όπως η χλωροφύλλη και η φαιοφυτίνη τα φυτά, η αιμοσφαιρίνη και φωτοπορφυρίνη στα ζώα: Οι ουσίες αυτές απορροφούν ενέργεια από το φως, τη μεταφέρουν στο οξυγόνο (από Ο τριπλής κατάστασης σε Ο απλής) το οποίο αντιδρά αμέσως με το λιπίδιο, οπότε δημιουργούνται υπεροξείδια. Αναστολείς φωτοοξείδωσης Όχι τα συνήθη αντιοξειδωτικά, αλλά ουσίες που προκαλούν απόσβεση του Ο απλής κατάστασης όπως η β-καροτίνη, ο συνδυασμός της με τοκοφερόλη, χηλικές ενώσεις Νι

68 Επίδραση διαχύτου φωτός στην φωτοοξείδωση του ελαιολάδου o-διαφανείς πλαστικές φιάλες - Καλυμμένες με αλουμινόχαρτο

69 Μέρος Ε Επίδρασή της οξείδωσης των λιπιδίων στην ποιότητα των τροφίμων

70 Γεύση και οσμή Ανάπτυξη ανεπιθυμήτων γεύσεων και οσμών από καρβονυλικές ενώσεις μικρού βάρους Υγρασία, σύσταση, συνθήκες διατήρησης, τελικά προϊόντα οξείδωσης Μικρή υγρασία: στεατώδης γεύση Μεγάλη υγρασία: μεταλλική, ψαριού χαρτονιού, κιμωλίας, μπαγιάτικη Αναστροφή γεύσης: επιστροφή παλιάς γεύσης σε εξευγενισμένα έλαια από αυτοοξείδωση του λινολεϊκού οξέως Σε έλαια με υψηλή περιεκτικότητα σε πολυακόρεστα Προέρχεται από ακόρεστες αλδεΰδες (1: ), γρήγορα αντιληπτή Χρώμα Χάσιμο χρωμάτων-καταστροφή στα καροτενοειδή σε αφυδατωμένα λαχανικά (και από δράση λιποξυγονάσης) Αντιδράσης Μεγιάρ μεταξύ αμινομάδων πρωτεϊνών και καρβονυλικών ενώσεων από οξείδωση των λιπιδίων Κιτρινωπή χροιά σαν σκουριά στα κατεψυγμένα και παστά ψάρια

71 K. M. Schaich στο Bailey s Industrial Oil and Fat Products, Sixth Edition, Six Volume Set. Edited by Fereidoon Shahidi. Copyright # 2005 John Wiley & Sons, Inc.

72 Σχηματισμός μαλοναλεδεΰδης από εξενάλη O CH 3 -CH 2 -CH=CH-CH 2 -C H Αρχή - H O CH 3 -CH-CH=CH-CH 2 -C H CH 3 -CH=CH-CH-CH 2 -C O H + O 2 O CH 3 -CH=CH-CH-CH 2 -C O H O + H Διάδοση CH 3 -CH=CH + H Tερματισμός CH 3 -CH=CH-CH-CH 2 -C O O O H CH 3 -CH=CH-CH-CH 2 -C O CH 3 -CH=CH 2 O - OH H H O H C-CH 2 -C O H Mαλοναλδεΰδη

73 Δομή-Σύσταση Μεταφορά ελευθέρων ριζών από τα λιπίδια στις αμινομάδες ιστιδίνης πρωτεϊνών Δημιουργία πλέγματος από αλληλοσυνδεόμενες πρωτεΐνες Σκληρότητα και ελαστικότητα κατεψυγμένων ψαριών Abstract: Oxidised lipids interact with proteins causing undersirable changes in the nutritional and functional properties, including a loss of amino acids, cross-linking and damage to proteins and DNA. Proteins including egg lysozyme, egg ovalbumin, fish myosin and amino acids arginine, lysine and histidine were exposed to oxidised lipids methyl linoleate and oil extracted from Atlantic mackerel (Scomber scombrus). A strong central singlet signal was induced in the proteins and amino acids which was detected by ESR spectroscopy and assigned to the carbon radical (g value range ± ); with ovalbumin and fish myosin a downfield shoulder, attributed to the sulphydryl group (g value 2.014±2.017), was also observed. The above changes in the proteins were accompanied by an increase in fluorescence indicating the formation of cross-links. Synthetic antioxidants such as butyl hydroxytoluene (BHT) and butyl hydroxyanisole (BHA) as well as natural antioxidants ascorbic acid and a-tocopherol inhibited the development of both the free radical signal and fluorescence when added to the proteins prior to incubation with oxidised lipids; the central singlet signal attributed to the carbon radical was reduced by 10±50%. This paper clearly indicates direct free radical transfer from oxidised lipids to amino acids and proteins which results in protein denaturation and the formation of insoluble aggregates in fish flesh on storage.

74 J Sci Food Agric 79, 1809±1816 (1999)

75 J Sci Food Agric 79:1809±1816 (1999)

76 Μέρος ΣΤ Αντιοξειδωτικά και λιπίδια

77 Αντιοξειδωτικά, γενικές ιδιότητες: Συνέργεια Ουσίες που επιβραδύνουν τις οξειδώσεις Στα λιπίδια: ιδιαίτερα επιθυμητή η δράση τους στην αναστολή του σταδίου έναρξης Φυσικές ή συνθετικές φαινολικές ενώσεις (πχ καπνός) Δεσμευτές μετάλλων Δεσμευτές ελευθέρων ριζών (πρωτογενών και δευτερογενών) Κιτρικό, EDTA Φαινολικά αντιοξειδωτικά Βουτυλική υδροξυανισόλη (BHA) Βουτυλική υδροξυτολουένη (BHT) Προπυλεστέρες του γαλικού oξέως (PG) Tοκοφερόλη (βιταμίνη Ε)

78 Παράδειγμα δράσης αντιοξειδωτικού: Παγίδευση ελεύθερης ρίζας από ασκορβικό οξύ Αναγωγή οξειδωμένης βιταμίνης Ε από ασκοβικό οξύ in vivo 8/v3/d/may/d1-10.htm

79 Το σύστημα θειορεδοξίνης στα θηλαστικά Η TrxR τους έχει ευρύ φάσμα υποστρωμάτων επειδή περιέχει Sec Free Radic Biol Med Dec 1;31(11):

80 fig1: Primary intracellular oxidation, reduction, and degradation pathways for vitamin C. Enzymes involved in GSH- and NADPH-dependent reduction of dehydroascorbic acid (DHA) are highlighted, with the primary cytosolic enzymes in bold.(14) Abbreviations: AA, ascorbic acid; AFR, ascorbate free radical (also known as semidehydroascorbic acid); DHA, dehydroascorbic acid; DKG, diketogulonic acid; GSH, reduced glutathione; GSSG, oxidized glutathione.

81

82 Επίδραση αντιοξειδωτικού στο ρυθμό οξείδωσης λιπιδίου (Α) λίπος χωρίς αντιοξειδωτικό (Β) λίπος με αντιοξειδωτικό

83 Αντιοξειδωτικά Επιθυμητές ιδιότητες στα τρόφιμα Να μην είναι τοξικό Να μη μεταβάλλει το φυσικό άρωμα και χρώμα Να είναι αποτελεσματικό σε μικρή συγκέντρωση Να είναι λιποδιαλυτό Να διατηρεί τη δραστικότητά του καθόλη τη διάρκεια της επεξεργασίας και διατήρησης των τροφίμων Να είναι εύκολη η παρασκευή και προμήθειά του Να είναι φθηνό

84 π.χ.: γιαούρτι με πολυακόρεστα w3 λιπαρά οξέα ω3 λιπ.οξ. νερό ομογενοποίηση Παστερίωση Αποθήκευση/μεταφορά ω3 γαλάκτωμα γάλα Συστατικά καλλιέργειας Παστερίωση Ομογενοποίηση Συσκευασία Ζύμωση Αποθήκευση

85 Επίδραση μονοακόρεστου ελαϊκού οξέως στην απόπτωση ηπατικών κυττάρων Προστασία από κορεσμένα λίπη ελαϊκό στεαρικό

86 Interruption of triacylglycerol synthesis in the endoplasmic reticulum is the initiating event for saturated fatty acid induced lipotoxicity in liver cells FEBS Journal Volume 278, Issue 3, pages , 23 DEC 2010 DOI: /j x

87 FEBS Journal Volume 278, Issue 3, pages , 23 DEC 2010 DOI: /j x

88 Μέρος Ζ Επίδραση των κατεργασιών των τροφίμων στις λειτουργικές και θρεπτικές ιδιότητες των λιπιδίων

89 Επίδραση των κατεργασιών των τροφίμων στις λειτουργικές και θρεπτικές ιδιότητες των λιπιδίων 1. Θέρμανση 2. Ψύξη 3. Κατάψυξη 4. Αφυδάτωση

90 1. Θέρμανση Λίπη και έλαια Χαρακτηριστικά κατά το τηγάνισμα: Χαμηλές τιμές υπεροξειδίων τα οποία αποσυντίθενται γρήγορα Προϊόντα αποσύνθεσης: λακτόνες, αλκοόλες, οξέα, εστέρες λακτόνες: κυκλικοί εστέρες, συμπύκνωση αλκοόλης και οξέως στο ίδιο μόριο Επιθυμητή γεύση, πιθανότατα χάρη στην εξαφάνιση των πτητικών προϊόντων αποικοδόμησης. Τηγανητά: απόσταξη με υδρατμούς Πολυμερισμός ελαίων στο στάδιο τερματισμού της αυτοοξείδωσης, αύξηση ιξώδους Ελλάτωση βαθμού ακορεστότητος. Πρώτα οξειδώνονται τα πολυακόρεστα Απελευθέρωση λιπαρών οξέων από το λίπος, ιδιαίτερα κατά το τηγάνισμα

91 1. Θέρμανση Παράγοντες που επηρρεάζουν τις αλλαγές κατά το τηγάνισμα Θερμοκρασία, χρόνος, συνεχές ή διακοπτόμενο, υπολείμματα μετάλλων Συσκευή τηγανίσματος: λόγος επιφανείας/όγκου ελαίου Στους βαθμούς παράγονται πτητικά και μη πτητικά προϊόντα, διμερή και πολυμερή, κυκλικά και μη τα οποία σε υπερβολικά ψηλές συκεντρώσεις είναι τοξικά σε πειραματόζωα Έλεγχος υποβάθμισης γίνεται με τον προσδιορισμό των «ολικών πολικών συστατικών» (ΟΠΣ). Η περιεκτικότητα σε ΟΠΣ είναι 5-8% πριν τη θέρμανση Όταν τα ΟΠΣ φτάσουν το 27%, τα έλαια πρέπει να απορρίπτονται Στην Ελλάδα απορρίπτονται στο 10-15%, αλλά δεν υπάρχουν αγορανομικές διατάξεις Ελαιόλαδο Αυξημένη αντίσταση στην οξείδωση: 10% ΟΠΣ όταν στα σπορέλαια 10-15%

92 1. Θέρμανση Διεργασίες που πραγματοποιούνται στα τρόφιμα κατά το τηγάνισμα Γενικά Απελευθέρωση νερού από το τρόφιμο στο έλαιο: επιτάχυνση της υδρολύσεως Δημιουργία στρώματος νερού στην επιφάνεια του ελαίου που εμποδίζει την μεταφορά οξυγόνου στο έλαιο Παραγωγή πτητικών συστατικών Προσρόφηση ελαίου στο τρόφιμο (35% λίπος στα τσιπς) Απελευθέρωση ενδογενών λιπιδίων του τροφίμου Κρέας Τήξη του λίπους, διάρρηξη λιπωδών κυττάρων, διάσπαση σε πτητικά προϊόντα, όπως αλδεΰδες, κετόνες, αλκοόλες, οξέα, υδρογονάνθρακες, απόκτηση οσμής-γεύσεως Γάλα Μείωση αποκορυφωτικής ικανότητος εξαιτίας της αδρανοποίησης των ανοσοσφαιρινών Σε πάνω από 100 βαθμούς παράγονται λακτόνες και μεθυλοκετόνες (δρυμεία γεύση) Πάνω από 120, ενδοεστεροποίηση τριγλυκεριδίων Ελλάτωση της ταχύτητος αυτοοξείδωσης από την απελευθέρωση σουλφυδριλικών ομάδων που δρουν ως αντιοξειδωτικά

93

94 Μικύλλια καζεΐνης Λιποσφαιρίδιο Γάλα: γαλάκτωμα σφαιριδίων λίπους και εναιώρημα μικυλλίων καζεΐνης (καζεΐνη, ασβέστιο, φώσφορος) σε υδατική φάση που περιέχει λακτόζη, πρωτεΐνες ορού γάλακτος (β λακτοσφαιρίνη, α-λακταλβουμίνη, αλβουμίνη βοείου ορού και ανοσοσφαιρίνες) και ορισμένα ιχνοστοιχεία (I, Mg, Zn, K κ.α.)

95 Ομογενοποίηση Στο γάλα έχει σκοπό τον τεμαχισμό των λιποσφαιρίων, ώστε να μην συναθροίζονται και ανέρχονται στην επιφάνεια Τεμαχισμός Αποθήκευση

96 2. Ψύξη Κρέας Από -1 έως +1 C, όχι πήξη Έκθεση στο φώς, Ο 3, UV επιταχύνουν την οξείδωση των λιπιδίων: υποβάθμιση γεύσης Απόλυτα σκοτεινό περιβάλλον, αντιοξειδωτικά: τοκοφερόλη, βιταμίνη Ε, γλουταμινικό Νa, επιβραδύνουν την οξείδωση του λίπους Γάλα Από 3 έως 4 C έχουμε αλλαγές στις ιδιότητες της λιπαρής φάσης: κρυστάλλωση των υγρών τριγλυκεριδίων, ρήξη της μεμβράνης τους, άνοδος του ελεύθερου λίπους στην επιφάνεια, συσσωμάτωση, κορύφωση Ψύξη υπό των 10, θέρμανση στους 30 και ξανά ψύξη στους 3 έως 4 διαρρηγνύουν την μεμβράνη των λιποσφαιριδίων, τα τριγλυκερίδια καθίστανται προσιτά στην λιποπρωτεϊνική λιπάση (θερμική αποδιάταξη στους C), της υδατικής φάσης με αποτέλεσμα την τάγκιση του λίπους Η ψύξη ευνοεί την οξείδωση του λίπους: περιορίζεται η ανάπτυξη μικροοργανισμών, περισσότερο διαθέσιμο Ο 2 για οξειδώσεις

97 3. Κατάψυξη Κρέας Θερμοκρασίες <-10. Οξείδωση του λίπους και από λιπολυτικά ένζυμα: τάγγιση. Η σύνθεση των λιπαρών οξέων του λίπους επηρεάζει κατά πολύ την οξείδωσή τους. Κρέατα με μικρό αριθμό ακορέστων λιπαρών οξέων (βοδινό) είναι πιο σταθερά στην οξείδωση απ ότι κρέατα με πολλά ακόρεστα λιπαρά οξέα (ψάρια, χοιρινό). Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τις οξειδώσεις λίπους: Διάρκεια ωρίμανσης (απώλεια αντιοξειδωτικών ουσιών), παρουσία αιμοσφαιρίνης (περιεκτικότητα αίματος), συσκευασία (αεροστεγής;), έκθεση στο φως, τεμαχισμός (επαφή λίπους με αιμοσφαιρίνη όπως στον κιμά), θερμοκρασία διατήρησης. Για a w 3 (μονομοριακή στιβάδα νερού) έχουμε αναστολή της οξείδωσης Εμφανίζεται τάγγιση διότι ο διαχωρισμός νερού κατά την κρυστάλλωση στερεί τα λιπίδια από την προστατευτική επίδραση της στιβάδας του νερού Γάλα Αποσταθεροποίηση του γαλακτώματος του λίπους, αύξηση ελαιώδους υφής

98 4. Αφυδάτωση Στα αφυδατωμένα (ενεργότητα a w <0.3) η οξείδωση ταχύτατη Κρέας Τα υψηλά ακόρεστα στα ψάρια και το χοιρινό δεν ευνοούν αποθήκευσή τους σε αφυδατωμένη μορφή για μεγάλη χρονική περίοδο χωρίς άλλη προστασία (αντιοξειδωτικά) Καλύτερη διατήρηση αφυδατωμένων μαγειρεμένων παρά αφυδατωμένων ωμών (λιποοξυγενάση) Γάλα Οξείδωση λόγω της μεγάλης επιφάνειας που παρουσιάζουν οι κόκκοι Οξείδωση από λιπάση, ταγγή γεύση Γεύση ψαριού από οξείδωση ακόρεστων συστατικών παρουσία υγρασίας και αζωτούχων ενώσεων Στεαρώδης γεύση, περισσότερο στο πλήρες γάλα παρά στο άπαχο

99 Μέρος Η Φυσικές αντιοξειδωτικές ιδιότητες στα τρόφιμα Το παράδειγμα του κρασιού

100 The Lancet, volume 241, 1993

101 The Lancet, volume 241, 1993

102 Antioxidants in wine SIR,-Enthusiasm for recent reports1,2 that constituents of red wine may act as antioxidants of low-density lipoproteins (LDL) and so exert an anti-atherogenic effect should be tempered by some scepticism. First, it is not clear how many of these constituents are absorbed; also, we do not know which of the many plant phenolics we consume daily in fruit and vegetables are absorbed from the gut. Second, Frankel et all overstate the antioxidant effect of wine constituents by comparing them with vitamin E; vitamin E added externally to isolated LDL is poorly incorporated and so exerts only weak antioxidant activity. By contrast, vitamin E absorbed from the diet is incorporated into LDL and exerts substantial antioxidant activity. Third, many plant phenolics bind and reduce iron ions and can have oxidative effects on molecules other than lipids (such as proteins and DNA) in the presence of iron/ Indeed, a few flavinoids accelerate LDL oxidation. Several plant phenolics are genotoxic to isolated cells, apparently by oxidative mechanisms.6 Since human atherosclerotic lesions contain available iron and copper ions, the net effect of plant phenolics on atherosclerosis cannot easily be predicted. The characterisation of antioxidants should include more than studies upon lipids.8 Pharmacology Group, King s College, London SW3 6LX, UK BARRY HALLIWELL

103 SIR,- The paradoxical association of a high-fat diet with a low incidence of coronary heart disease is not confined to red wine drinkers. Red wine may add phenolic antioxidants and when taken with meals inhibit platelet thrombosis among the French, 2 but the Eskimo exist mainly on the co3 lipids (eicosapentaenoic acid) of oily fish, which lyse thrombi by enhancing prostacyclin at the expense of thromboxane. 3 What is not quite so obvious is that the frozen tundra must provide the Eskimo with adequate antioxidants---as does the Japanese habit of eating oily fish raw and, perhaps, the addition of vitamin E to pure cod liver oil. Down the centuries the herring has been a major part of the British diet, but the Dutch cornered the market with their skill at salting and tight packing in barrels, largely to prevent oxidation. This may partly explain the low incidence of angina pectoris 100 years ago. Norwood, 26 Gorse Road, Blackburn BB2 6LZ, UK GEOFFREY P. WALSH 1. Frankel EN, Kanner J, German JB, Parks E, Kinsella JE. Inhibition of oxidation of human low-density lipoprotein by phenolic substances in red wine. Lancet 1993; 341: Renaud S, de Lorgeril M. Wine, alcohol, platelets, and the French paradox for coronary heart disease. Lancet 1992; 339: Walsh GP. The history of the herring and with its decline: the significance to health. Med Hypotheses 1986; 20:

104 Journal of Nutrition SERAFINI ET AL 1998

105 Journal of Nutrition SERAFINI ET AL 1998

106 Journal of Nutrition SERAFINI ET AL 1998

107 TEΛOΣ