Οξείδωση λιπαρών Χρήση Αντιοξειδωτικών

3ο Πανελλήνιο Συνέδριο ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΤΑΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΤΟΜΕΑ ΤΩΝ ΛΙΠΙ ΙΩΝ Ελληνικό Φόρουµ Επιστήµης και Τεχνολογίας Λιπιδίων (Greek Lipid Forum) Αντιοξειδωτική δράση καροτινοειδών έναντι της οξειδωτικής υποβάθµισης γαλακτωµάτων τύπου ηλιελαίου σε νερό Χαρίκλεια ηµάκου, Σωτήριος Κιόκιας & Βασιλική Ωραιοπούλου Εργαστήριο Χηµείας & Τεχνολογίας Τροφίµων, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Οξείδωση λιπαρών Χρήση Αντιοξειδωτικών Η οξείδωση των λιπαρών στα τρόφιµα επηρεάζει τόσο τις οργανοληπτικές τους ιδιότητες, δίνοντας τη χαρακτηριστική ταγγή γεύση και οσµή όσο και τη διατροφική τους αξία, λόγω παραγωγής τοξικών προϊόντων, ώστε πολύ συχνά να τα καθιστούν µη αποδεκτά και ακατάλληλα για κατανάλωση. Το χηµικό αυτό φαινόµενο παρουσιάζει ιδιαίτερο οικονοµικό ενδιαφέρον στη βιοµηχανία τροφίµων, καθώς τα παραπροϊόντα της οξείδωσης υποβαθµίζουν ποιοτικά τα έλαια και τα τρόφιµα που περιέχουν λιπαρά, ενώ µειώνουν τη διατηρησιµότητά τους. Η οξείδωση των λιπαρών έχει πλήρως µελετηθεί σε απλά συστήµατα τροφίµων (π.χ. σε φυτικά έλαια), ωστόσο χρίζει περαιτέρω έρευνας σε συστήµατα, όπου η λιπαρή φάση βρίσκεται διεσπαρµένη, όπως σε γαλακτώµατα ελαίου σε νερό. Τέτοια παραδείγµατα τροφίµων ευρείας κατανάλωσης αποτελούν η µαγιονέζα, τα διάφορα dressings, τα µαλακά τυριά τύπου spread κ.α.

Χρήση Αντιοξειδωτικών Αντιοξειδωτικά Καθυστερούν το στάδιο έναρξης της οξείδωσης Μειώνουν το ρυθµό της οξείδωσης Συνθετικά αντιοξειδωτικά: BHA, BHT, PG Φυσικά αντιοξειδωτικά: τοκοφερόλες, ασκορβικό οξύ φλαβονοειδή, καροτινοειδή.

Φυσικά αντιοξειδωτικά - Καροτινοειδή Τα καροτινοειδή συντίθενται µόνο από φυτά και προσδίδουν έντονο κίτρινο, πορτοκαλί ή κόκκινο χρώµα σε πολλά τρόφιµα φυτικής προέλευσης. Είναι πολυενικοί υδρογονάνθρακες που βιοσυνθέτονται από οκτώ ισοπρενικές οµάδες και έχουν αντίστοιχα ανθρακική αλυσίδα 40 ατόµων άνθρακα. Είναι σηµαντικά στη διατροφή των ανθρώπων και των ζώων καθώς εµφανίζουν τη βιολογική δράση της βιταµίνης Α. Η κατανάλωσή τους έχει σχετιστεί µε µειωµένες πιθανότητες εµφάνισης καρκίνου και µε την προστασία έναντι της εµφάνισης καρδιαγγειακών παθήσεων. Τέλος, εµφανίζουν αντιοξειδωτικές ιδιότητες τόσο σε βιολογικούς ιστούς, όσο και σε συστήµατα τροφίµων. Τα καροτινοειδή µπορεί να δράσουν είτε ως πρωτογενή αντιοξειδωτικά δεσµεύοντας ελεύθερες ρίζες, είτε ως δευτερογενή αποδιεγείροντας το οξυγόνο από την απλή διεγερµένη κατάστασή του ( ι Ο 2 ).

Σκοπός της παρούσας εργασίας Η µελέτη της αντιοξειδωτικής δράσης των καροτινοειδών σε γαλακτώµατα ηλιελαίου σε νερό σε συνδυασµό µε το ρυθµό της οξειδωτικής τους υποβάθµισης. Τα φυσικά εκχυλίσµατα καροτινοειδών, που χρησιµοποιήθηκαν, ήταν διαφορετικής πολικότητας και εξετάστηκαν σε γαλακτώµατα σταθεροποιηµένα µε Tween 20 ή µίγµα γαλακτοµατοποιητών Tween 20 + Na-CAS, σε ίση αναλογία. Τα φυσικά εκχυλίσµατα καροτινοειδών ήταν προσφορά της εταιρείας Overseal Foods Ltd. (Swadlincote, UK).

Κατηγορίες καροτινοειδών Καροτινοειδή Καροτένια: β-καροτένιο λυκοπένιο Ξανθοφύλλες: λουτεΐνη (εκχύλισµα του φυτού marigold) καψανθίνη (εκχύλισµα πάπρικας) νορβιξίνη (αννάτο εκχύλισµα) βιξίνη (αννάτο εκχύλισµα)

οµή Καροτινοειδών β-καροτένιο λυκοπένιο Σχήµα 1. οµή των εξεταζόµενων καροτενίων της παρούσας εργασίας

Ξανθοφύλλες λουτεΐνη (marigold εκχύλισµα) HO O H καψανθίνη (εκχύλισµα πάπρικας) H O O O H νορβιξίνη (εκχύλισµα αννάτο) C O O H C O O H βιξίνη (εκχύλισµα αννάτο) C O O H C O O C H 3 Σχήµα 2. οµή των εξεταζόµενων ξανθοφυλλών της παρούσας εργασίας

Υλικά ιεσπαρµένη φάση: ηλιέλαιο (30%) + καροτινοειδή (1g L - 1 ). Συνεχής φάση: νερό Γαλακτοµατοποιητές: Tween 20, πρωτεΐνες γάλακτος (καζεΐνες Na-CAS) (2% 2%). Οµογενοποίηση: οµογενοποιητής υψηλής πίεσης 2 σταδίων (20, 300bar) APV Lab 1000 (Albertslung( Albertslung, Denmark). Συνθήκες οξείδωσης: Υδατόλουτρο µε ανακίνηση σε θερµοκρασία 60 C. & Μέθοδοι Ανάλυση της σύστασης των φυσικών εκχυλισµάτων των καροτινοειδών µε HPLC. Μέτρηση των συζυγών διενίων (CD - 232nm) Μέτρηση των ενώσεων που αντιδρούν µε το θειοβαρβιτουρικό οξύ (TBARs - 532nm) Μέτρηση της µείωσης της απορρόφησης (Α) στο µέγιστο µήκος κύµατος (λmax) του κάθε καροτινοειδούς κατά τη διάρκεια της οξείδωσης.

Γαλακτώµατα µε καροτινοειδή Γαλάκτωµα µε β-καροτένιο Γαλάκτωµα µε λουτεΐνη (marigold εκχύλισµα) Γαλάκτωµα µε αννάτο εκχύλισµα νορβιξίνης Γαλάκτωµα αναφοράς Γαλάκτωµα µε λυκοπένιο Γαλάκτωµα µε εκχύλισµα πάπρικας Γαλάκτωµα µε αννάτο εκχύλισµα βιξίνης Εικόνα 1. Γαλακτώµατα ηλιελαίου (30%) µε διαφορετικά καροτινοειδή (1g L -1 ) σταθεροποιηµένα µε µίγµα 2 % Tween 20 + Na-CAS (1:1).

HPLC αναλύσεις των φυσικών εκχυλισµάτων των καροτινοειδών Πίνακας 1. Σύσταση και (λ max ) των σκευασµάτων και των φυσικών εκχυλισµάτων των καροτινοειδών, που χρησιµοποιήθηκαν στα γαλακτώµατα. Καροτινοειδή β-καροτένιο (97 %) λυκοπένιο (10.6 %) Εκχύλισµα marigold (9 %) Εκχύλισµα πάπρικας (8.3 %) Εκχύλισµα αννάτο πλούσιο σε βιξίνη (85 %) Εκχύλισµα αννάτο πλούσιο σε νορβιξίνη (4 %) λ max (nm) 452 472 443 471 458 455 % Συγκέντρωση καροτινοειδών χρωστικών 100 % β-καροτένιο 100 % λυκοπένιο 83 % all-trans λουτεΐνη 12 % ζεαξανθίνη 5% 13-cis λουτεΐνη 60% καψανθίνη 30% καψορουµπίνη 10% β-καροτένιο 100 % βιξίνη 100 % νορβιξίνη

Αποτελέσµατα Οξειδωτικός Παράγοντας (OF) των συζυγών διενίων (CD) και των ενώσεων που αντιδρούν µε το θειοβαρβιτουρικό οξύ (TBARS) δείχνει τη µεταβολή στη συγκέντρωση: OF = (Cτελική - Cαρχική) ) / (Cτελική αναφ. Cαρχική αναφ.) Η οξειδωτική υποβάθµιση αυξάνει µε τη σειρά: a >b > c >d > e >f.

Αντιοξειδωτική δράση καροτινοειδών Πίνακας 2. Οξειδωτική υποβάθµιση γαλακτωµάτων ηλιελαίου σε νερό στους 60 C, µε διαφορετικά καροτινοειδή (1g L -1 ), σταθεροποιηµένα µε Tween 20 (2 %). Γαλακτώµατα αναφοράς β-καροτένιο λυκοπένιο λουτεΐνη πάπρικα νορβιξίνη βιξίνη OF CD - 232nm µετά από 15 ηµέρες 1.00 ± 0.00 a 0.86 ± 0.04 b 0.75 ± 0.03 c 0.68 ± 0.07 c 0.72 ± 0.16 c 0.64 ± 0.03 c 0.41 ± 0.02 d OF TBARs -532nm µετά από 27 ηµέρες 1.00 ± 0.00 a 0.81 ± 0.00 b 0.76 ± 0.01 c 0.50 ± 0.00 e 0.38 ± 0.02 f 0.57 ± 0.00 d 0.37 ± 0.01 f

Αντιοξειδωτική δράση καροτινοειδών Πίνακας 3. Οξειδωτική υποβάθµιση γαλακτωµάτων ηλιελαίου σε νερό στους 60 C, µε διαφορετικά καροτινοειδή (1g L -1 ), σταθεροποιηµένα µε (2 %) µε Tween 20 + Na-CAS (1:1). Γαλακτώµατα αναφοράς β-καροτένιο λυκοπένιο λουτεΐνη πάπρικα νορβιξίνη βιξίνη OF CD - 232nm µετά από 27 ηµέρες 1.00 ± 0.00 a 0.82 ± 0.18 a 0.83 ± 0.18 a 0.59 ± 0.13 b 0.37 ± 0.09 b 0.56 ± 0.00 b 0.35 ± 0.02 c OF TBARs -532nm µετά από 27 ηµέρες 1.00 ± 0.00 a 0.73 ± 0.10 b 0.59 ± 0.08 b 0.25 ± 0.07 c 0.05 ± 0.02 e 0.68 ± 0.00 b 0.17 ± 0.01 d

Μελέτη της συγκέντρωσης του καροτινοειδούς Για τα πιο δραστικά καροτινοειδή, τα εκχύλισµατα πάπρικας και αννάτο (βιξίνη), µελετήθηκε η επίδραση της συγκέντρωσης κατά τη διάρκεια αυτοξείδωσης των γαλακτωµάτων τύπου λάδι σε νερό. Παρασκευάστηκαν γαλακτώµατα ηλιελαίου (30%) σε νερό, σταθεροποιηµένα µε 2% µίγµα Tween 20 Na-CAS (1:1), στα οποία προστέθηκε στη λιπαρή φάση πάπρικα σε συγκεντρώσεις 0.25, 0.5, 0.75, 1 and 1.5g L -1, και βιξίνη σε συγκεντρώσεις 0.5, 0.75, 1, 1.5g L -1. Τα αποτελέσµατα εκφράστηκαν ως: OF = (Cτελική - Cαρχική) ) / (Cτελική αναφ. Cαρχική αναφ.)

Επίδραση της συγκέντρωσης 1.20 1.00 0.80 OFCD 0.60 0.40 0.20 0.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 Concentration (g/l) OFCD πάπρικα OFCD βιξίνη Σχήµα 3. Επίδραση της συγκέντρωσης (0.5-1.5 g L -1 ) των φυσικών εκχυλισµάτων πάπρικας και αννάτο, πλούσιο σε βιξίνη, στη οξειδωτική υποβάθµιση γαλακτωµάτων ηλιελαίου σταθεροποιηµένα µε (2 %) µίγµα Tween 20 + Na-CAS (1:1).

Μελέτη της απώλειας του καροτινοειδούς Επόµενος στόχος ήταν η µελέτη πιθανής συσχέτισης της αντιοξειδωτικής δράσης των καροτινοειδών και του ρυθµού απώλειας τους στα δύο συστήµατα γαλακτωµάτων τύπου λάδι σε νερό, που εξετάστηκαν. Η απώλεια των καροτινοειδών κατά τη διάρκεια οξείδωσης των γαλακτωµάτων εκφράστηκε ως: απώλεια Α = Ααρχική Ατελική, όπου Ααρχική: απορρόφηση του καροτινοειδούς στο λ max στην αρχή της οξείδωσης Ατελική: απορρόφηση του καροτινοειδούς στο λ max ανά τακτά χρονικά διαστήµατα κατά τη διάρκεια της οξείδωσης.

Οξειδωτική υποβάθµιση καροτινοειδών Aαρχική - Aτελική 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 χρόνος (h) β-καροτένιο λυκοπένιο λουτείνη πάπρικα νορβιξίνη βιξίνη Σχήµα 4. Απώλεια απορρόφησης κάθε καροτινοειδούς κατά τη διάρκεια οξείδωσης γαλακτωµάτων ηλιελαίου (30%) σταθεροποιηµένα µε 2 % Tween 20, στους 60 C.

Οξειδωτική υποβάθµιση καροτινοειδών 0.14 0.12 Aαρχική - Aτελική 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0 100 200 300 400 500 600 700 χρόνος (h) β-καροτένιο λυκοπένιο λουτείνη πάπρικα νορβιξίνη βιξίνη Σχήµα 5. Απώλεια απορρόφησης κάθε καροτινοειδούς κατά τη διάρκεια οξείδωσης γαλακτωµάτων ηλιελαίου (30%) σταθεροποιηµένα µε µίγµα 2 % Tween 20 + Na-CAS (1:1), στους 60 C.

Οξειδωτική υποβάθµιση εκχυλισµάτων πάπρικας, αννάτο (βιξίνης) Aαρχική - Aτελική 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0 200 400 600 800 1000 1200 χρόνος (h) Σχήµα 6. Απώλεια απορρόφησης εκχυλίσµατος πάπρικας σε συγκεντρώσεις (0,25 1,5 g L -1 ) κατά τη διάρκεια οξείδωσης γαλακτωµάτων ηλιελαίου (30%) σταθεροποιηµένα µε µίγµα 2 % Tween 20 + Na-CAS (1:1), στους 60 C. πάπρικα 0,25 g/l πάπρικα 0,5 g/l πάπρικα 0,75 g/l πάπρικα 1 g/l πάπρικα 1,5 g/l 0.10 Σχήµα 7. Απώλεια απορρόφησης εκχυλίσµατος αννάτο, πλούσιο σε βιξίνη, σε συγκεντρώσεις (0,5 1,5 g L -1 ) κατά τη διάρκεια οξείδωσης γαλακτωµάτων ηλιελαίου (30%) σταθεροποιηµένα µε µίγµα 2% Tween 20 + Na-CAS (1:1), στους 60 C. Aαρχική - Aτελική 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 χρόνος (h) βιξίνη 0,5 g/l βιξίνη 0,75 g/l βιξίνη 1 g/l βιξίνη 1,5 g/l

Γαλάκτωµα µε β -καροτένιο Γαλάκτωµα µε εκχύλισµα πάπρικας Γαλάκτωµα µε λυκοπένιο Γαλάκτωµα µε αννάτο εκχύλισµα νορβιξίνης Γαλάκτωµα µε λουτεΐνη (marigold εκχύλισµα) Γαλάκτωµα µε αννάτο εκχύλισµα βιξίνης Εικόνα 2. Γαλακτώµατα ηλιελαίου (30%) µε διαφορετικά καροτινοειδή (1g L-1) σταθεροποιηµένα µε µίγµα 2 % Tween 20, πριν και µετά από 23 ηµέρες οξείδωσης σε υδατόλουτρο υπό ανακίνηση στους 60 C.

Συµπεράσµατα Στα γαλακτώµατα µε τοtween 20, τα καροτινοειδή (καροτένια και ξανθοφύλλες), καθυστέρησαν το ρυθµό οξείδωσης των λιπαρών σε σύγκριση µε το γαλάκτωµα αναφοράς. Στα πρωτεϊνικά γαλακτώµατα, τα πιο πολικά καροτινοειδή, οι ξανθοφύλλες (λουτεΐνη, πάπρικα, νορβιξίνη, βιξίνη) παρουσίασαν αντιοξειδωτική δράση σε σύγκριση µε τακαροτένια(β-καροτένιο και λυκοπένιο), τα οποία δε παρουσίασαν σηµαντική στατιστική διαφορά από το γαλάκτωµα αναφοράς, όσον αφορά στην παραγωγή των πρωτογενών προϊόντων οξείδωσης (CD). Την καλύτερη αντιοξειδωτική δράση και στα δύο συστήµατα γαλακτωµάτων, παρουσίασαν οι ξανθοφύλλες και ιδιαίτερα τα εκχυλίσµατα πάπρικας και αννάτο.

Συµπεράσµατα Υπήρξε συσχέτιση της αντιοξειδωτικής δράσης των εκχυλισµάτων πάπρικας και αννατο (βιξίνη) µε τη συγκέντρωση στην οποία προστέθηκαν. Συγκεκριµένα, τα γαλακτώµατα µε τις διαφορετικές συγκεντρώσεις εκχυλίσµατος πάπρικας (0-1.5g L -1 ) παρουσίασαν την παρακάτω σειρά οξειδωτικής υποβάθµισης (a >b >c >d >e): εκχύλισµα πάπρικας (0g L -1 ) a > (0.25g L -1 ) b > (0.50g L -1 ) c > (0.75g L -1 ) d >(1g L -1 ) e = (1.5g L -1 ) e Οµοίως, τα γαλακτώµατα που περιείχαν το αννάτο εκχύλισµα (βιξίνη) σε συγκεντρώσεις 1 και 1.5g L -1 δεν παρουσίασαν σηµαντική στατιστική διαφορά, όσον αφορά στην αντιοξειδωτική τους δράση. Παρατηρήθηκε η παρακάτω σειρά οξειδωτικής υποβάθµισης (a >b >c >d > e): αννάτο εκχύλισµα βιξίνης (0g L -1 ) a > (0.50g L -1 ) b > (0.75g L -1 ) c > (1g L -1 ) d = (1.5g L -1 ) d

Συµπεράσµατα Η αντιοξειδωτική δράση των καροτινοειδών µπορεί να θεωρηθεί ανάλογη του ρυθµού κατανάλωσης τους κατά τη διάρκεια της οξείδωσης των γαλακτωµάτων. Η απώλεια των καροτινοειδών στα γαλακτώµατα µε Tween 20 ήταν ταχύτερη από ότι στα πρωτεϊνικά γαλακτώµατα, γεγονός που µπορεί να αποδοθεί στην αντιοξειδωτική δράση της πρωτεΐνης. Στα πρωτεϊνικά γαλακτώµατα µε τις διαφορετικές συγκεντρώσεις των εκχυλισµάτων πάπρικας (0.25-1.5g L -1 ) και αννάτο (βιξίνης) (0.5-1.5g L -1 ), οµοίως η απώλεια των καροτινοειδών ήταν ανάλογη της συγκέντρωσης τους. Συγκεκριµένα, ηαύξηση της απώλειας τους ήταν η ακόλουθη (a > b > c > d): εκχύλισµα πάπρικας (1.5 g L -1 ) a > (1 g L -1 ) b =(0.75g L -1 ) b > (0.5g L -1 ) c >(0.25g L -1 ) d αννάτο εκχύλισµα βιξίνης (1.5 g L -1 ) a >(1 g L -1 ) b = (0.75g L -1 ) b > (0.5 g L -1 ) c Τα γαλακτώµατα µε τη µεγαλύτερη συγκέντρωση εκχυλίσµατος πάπρικας και βιξίνης, καταναλώθηκαν ταχύτερα, ενώ παρουσίασαν καλύτερη αντιοξειδωτική δράση, όσον αφορά στην παραγωγή των συζυγών διενίων.

3ο Πανελλήνιο Συνέδριο ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΤΑΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΤΟΜΕΑ ΤΩΝ ΛΙΠΙ ΙΩΝ Ελληνικό Φόρουµ Επιστήµης και Τεχνολογίας Λιπιδίων (Greek Lipid Forum) Τέλος Ευχαριστώ για την προσοχή σας Εργαστήριο Χηµείας και Τεχνολογίας Τροφίµων, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο