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【行业】食品抗氧化剂、天然抗氧化剂及其作用机理
日期:2020-06-10 16:30:00.0

   


食品的变质,除了受微生物的作用而发生腐败变质外,还会和空气中的氧气发生氧化反应,导致食品中的油脂酸败、褪色、褐变、风味变劣及维生素破坏等,甚至产生有害物质,从而降低食品质量和营养价值。误食这类食品有时甚至会引起食物中毒,危及人体健康。在食品中添加抗氧化剂可以防止食品发生氧化变质。


食品抗氧化剂的定义


抗氧化剂是指能防止或延缓食品氧化性和延长贮存期的食品添加剂。具有抗氧化作用的物质有很多,但可用于食品的抗氧化剂应具备以下条件:①具有优良的抗氧化效果;②本身及分解产物都无毒无害;③稳定性好,与食品可以共存,对食品的感官性质(包括色、香、味等)没有影响;④使用方便,价格便宜。


食品抗氧化剂的分类


目前,对食品抗氧化剂的分类尚没有一个统一的标准。由于分类依据不同,就会产生不同的分类结果。

按来源可分为人工合成抗氧化剂(如BHA、BHT,PC等)和天然抗氧化剂(如茶多酚、植酸等)。

按溶解性可分为油溶性、水溶性和兼溶性3类。油溶性抗氧化剂有BHA、BHT等;水溶性抗氧化剂有维生素C、茶多酚等,兼溶性抗氧化剂有抗坏血酸棕榈酸酯等。

按作用方式可分为自由基吸收剂,金属离子螯合剂、氧清除剂、过氧化物分解剂、酶抗氧化剂、紫外线吸收剂或单线态氧淬灭剂等。


食品抗氧化剂的作用机理


由于抗氧化剂种类较多,抗氧化的作用机理也不尽相同,归纳起来,主要有以下几种:

1.是通过抗氧化剂的还原作用,降低食品体系中的氧含量;

2.是中断氧化过程中的链式反应,阻止氧化过程进一步进行;

3.是破坏、减弱氧化酶的活性,使其不能催化氧化反应的进行;

4.是将能催化及引起氧化反应的物质封闭,如络合能催化氧化反应的金属离子等。

下面以油脂自动氧化酸败和食品酶促氧化褐变为例,对抗氧化剂的作用机理加以简单介绍。

抗氧化剂对油脂氧化的抑制

天然油脂暴露在空气中会自发地发生氧化反应,生成低级脂肪酸、醛、酮等,产生恶劣的酸臭和口味变坏等,是油脂及含油食品败坏变质的主要原因。油脂的自动氧化遵循自由基(也称游离基)反应机制,首先脂肪分子(以RH表示)被热、光或金属离子等自由基引发剂活化后,分解成不稳定的自由基R·和H·。

当有分子氧存在时,自由基与氧气反应生成过氧化物自由基,此过氧化物自由基又和脂肪分子反应,生成氢过氧化物和自由基R·,通过自由基R·的链式反应又再传递下去,直到自由基和自由基或自由基和自由基失活剂(以x表示)相结合,产生稳定化合物时,反应才结束。

此过程中产生许多短链羰基化合物,如醛、酮、羧酸等,是产生酸败和劣昧的主要物质,而大量过氧化物的存在,对人体也会产生不良结果。

抗氧化剂的作用机理最主要是终止链式反应的传递,模式如下(以AH表示抗氧化剂):

AH+ROO·ROOH+A·+AH+R·A·MszHq

抗氧化剂的自由基A·没有活性,它不能引起链式反应,却能参与一些终止反应。如:

 A· A·→AA       A· ROO·→ROOA_

油脂类抗氧化剂主要有丁基羟基茴香醚(BHA)、二丁基羟基甲苯(BHT)、没食子酸丙酯(PG)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)、生育酚(维生素E)等,它们皆属于酚类抗氧化剂,在形成自由基后比较稳定,其原因可解释为:氧原子上不成对单电子能与苯环上的π电子云作用,发生共轭效应。这种共轭的结果使成对电子并不固定在氧原子上,而是部分分布到苯环上。这样,自由基的能量就有所降低,不再引发链式反应,起到了抗氧化作用。

食品酶促氧化褐变的抑制

酶促氧化褐变是食品中酚氧化酶催化酚类物质发生氧化形成醌及其聚合物的一类反应。由于反应生成了黑色素类物质,使食品的颜色加深,从而影响了食品的外观质量。

发生酶促氧化褐变需要3个条件:酚氧化酶,氧、适当的酚类物质,这3个条件缺一不可。因此抑制食品酶促氧化褐变便可从这3个条件考虑。由于从食品中除去酚类物质的可能性较小,可以采用的主要措施就是破坏和抑制酚氧化酶的活性及消除氧。在食品中添加适量的抗氧化剂,通过还原作用,消耗掉食品体系中的氧,就可起到防止食品的酶促氧化褐变。




天然抗氧化剂




随着人们对食品安全性要求的提高和对化学合成品的安全事件疑虑增加,人们期待着开发出安全且高效的天然抗氧化剂。
我国允许使用的天然抗氧化剂品种正在不断增加,除列入食品营养强化剂的维生素E(生育酚)外,目前有抗坏血酸系列、茶多酚、植酸、甘草抗氧化物、脑磷脂、迷迭香提取物等,特别是异抗坏血酸钠用量逐年迅速增加。
1、维生素C
又名L-抗坏血酸,简称VC,为白色或略带淡黄色的结晶或粉末,无臭,味酸,熔点190-192℃(分解)。易溶于水,干燥状态较稳定,但水溶液很容易被氧化分解,在中性或碱性溶液中尤甚;重金属离子可促进其氧化分解,遇光照颜色逐渐变深,因此,应避光密闭保存。
本品能和氧结合成为除氧剂,抑制对氧敏感的食物成分的氧化;能还原高价金属离子,对鳌合剂起增效作用;具有治疗坏血病、解毒及维护毛细血管通透性等作用。目前主要的生产工艺有天然物提取法、莱氏法和两次发酵法。
实际使用中,本品可应用于许多食品中,包括水果、蔬菜、肉、鱼、饮料及果汁等。应用于腌制肉制品,抗坏血酸作为发色助剂,0.02%--0.05%的添加量,可有效地促进肉红色的亚硝基肌红蛋白的产生,防止肉制品的褪色,同时抑制致癌物质亚硝胺的生成。应用于果汁和碳酸饮料,0.005%—0.002%的添加量可有效防止饮料变色和变味。应用于水果和蔬菜加工,主要用来抑制褐变,保持风味和颜色。
2、茶多酚
茶多酚是茶叶中所含的一类多羟基酚类化合物,简称为TP。主要化学成分为儿茶素类(黄烷醇类)、黄酮及黄酮醇类、花青素类、酚酸及缩酚酸类、聚合酚类等化合物的复合体。其中儿茶素类化合物为茶多酚的主体成分,约占茶多酚总量的65%一80%。儿茶素类化合物主要包括儿茶素(EC)、没食子儿茶素(EGC)、儿茶素没食子酸酯(ECG)和没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)4种物质。
茶多酚具有较强的抗氧化作用,尤其酯型儿茶素EGCG,其还原性甚至可达VC的100倍。4种主要儿茶素化合物中,抗氧化能力为EGCG>EGC>ECG>EC>BHA,且抗氧化性能随温度的升高而增强,对动物油脂的抗氧化效果优于对植物油脂的效果,与VE、VC、卵磷脂、柠檬酸等配合使用,具有明显的增效作用,也可与其他抗氧化剂联合使用。
3、植酸
又名环已六醇六磷酸酯、肌醇六磷酸,简称PA,黄色至黄褐色粘碉状液,水溶液强酸性,遇高温易分解。植酸有很强的抗氧化能力,与VE混合使用,具有相乘的抗氧化作用。植酸分子中的12个酸羟基都能对金属离子起鳌合作用,在低pH值下可定量沉淀铁离子,中等pH值或高pH值下可与所有的其他多价金属离子形成不溶性鳌合物。
我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760-2014)规定:用于对虾保鲜,可按生产需要适量使用,允许残留量为20mg/kg;用于食用油脂、果蔬制品、饮料和肉制品,最大使用量为0.2g/kg。
实际应用中,植酸常作为抗氧化剂及金属离子鳌合剂,用于防止食品的氧化、褐变或褪色。
在植物油中添加0.01%即可明显地防止植物油的酸败;用于水产品罐头,植酸可以防止鸟粪石结晶的形成和变色的产生,添加0.1%-5%的植酸可防止贝类罐头变黑;
添加0.1%%的植酸和1%的柠檬酸钠可防止蟹肉罐头出现蓝斑;添加0.01%-0.05%的植酸与0.3%的亚硫酸钠,防止鲜虾变黑效果甚好,且可避免二氧化硫残留量过高,植酸也可用于水果及蔬菜的保鲜,经对黄瓜、西红柿、香蕉等的试验均有明显效果;
对于肉类制品,植酸可以鳌合其肌红蛋白中的铁,防止由铁催化引起的脂肪氧化;植酸也可用于制酒工业的除金属剂、水的软化剂及保健饮料的快速止渴剂。


来源:中国食物与营养 作者:李银聪,阚建全,柳中

(文章转自食品工业科技公众号,仅供参考侵删)


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