Методи оцінки антиоксидантного потенціалу в лікарських та наукових продуктах харчування

Франсуаза Марк 1 *, Андре Давін 2, Лоуренс Деглен-Бенбрагім 1, Карін Ферран 1, Мішель Бакко 1 і П'єр Фріч 3

1 Лабораторія аналізу та біологічної цінності їжі, Університетський відділ наук Аген, Університет Бордо 1, проспект Мішеля Серреса, 47000 Ажен, Франція
2 Лабораторія хімічної інженерії, UMR 5503 CNRS/UPS/INP-ENSIACET, 118, маршрут де Нарбонн, 31077 Тулуза Седекс 4, Франція
3 Інсерм, лабораторія ДБЖ, EA 2405, CHU Rangueil, Університет Тулузи III, 31054 Тулуза, Франція

Контроль окислення є важливим для управління розвитком біологічних систем у їх складності, особливо у випадку з продуктами харчування, деградація яких може мати наслідки для безпеки харчових продуктів. Різні методи оцінки антиоксидантної активності харчової добавки представлені після вивчення фону та механізмів окислення. Антиоксидантну активність оцінюють або аналізуючи утворені продукти (зокрема гідропероксиди) більш-менш прямими фотометричними методами, або вимірюючи ефективність сполуки в захопленні вільних радикалів. Методи порівняння захоплення добавки з контрольним антиоксидантом Trolox ® застосовуються до різних продуктів незалежно від гідрофільності або гідрофобності середовища.

Контроль окислення необхідний для управління еволюцією складної біологічної системи, особливо в продуктах харчування, деградація яких може мати наслідки для продовольчої безпеки. Після опису контексту та механізмів окислення представлено кілька аналітичних методів для оцінки адитивного антиоксидантного потенціалу. Ця оцінка проводиться або шляхом кількісної оцінки продуктів (зокрема гідропероксидів) з використанням прямих або непрямих фотометричних методів та хімічного титрування відповідними реагентами, або щодо ефективності захоплення вільних радикалів за допомогою модельованих систем, які можуть їх генерувати. Методи, засновані на порівнянні здатності до захоплення радикалів між добавкою та Тролоксом (зокрема, еквівалентна антиоксидантна здатність Тролокс ®, TEAC), можуть застосовуватися до багатьох продуктів, незалежно від гідрофільності та гідрофобії середовища.

Незважаючи на видиму відносну стабільність та турботу про її збереження, усі харчові продукти зазнають погіршення. Їх обробка (переробка, упаковка, зберігання тощо) виводить оброблену продукцію з початкового стану. Для підтримання бажаного стану їжі можуть бути використані певні фізичні практики (варіння у вакуумі, упаковка у модифікованій атмосфері тощо), але використання добавок, що додаються до препаратів, є простим та економічним способом подолання окисних змін, головне спричиняють деградацію, крім мікроорганізмів. Перевага «природних» антиоксидантів ставить проблему їх ефективності. З розширенням торгівлі готовими стравами органи охорони здоров’я дозволяють додавати більше добавок, залежно від видів їжі та допоміжних речовин. Якщо ігнорувати складність кінцевого споживаного корму, це може призвести до серйозних токсикологічних проблем через синергію або похідні продукти. Ця знахідка ставить проблему оцінки присутності добавок відповідно до складових їжі. Їх використання у рецептурах має приносити додаткову цінність їжі, не завдаючи шкоди здоров’ю людей.

З огляду на це, планується перегляд відповідних методів дозування, щоб оцінити ефективність антиоксидантів та обмежити додавання доз, суворо важливих для досягнення цілей збереження. У цьому бібліографічному дослідженні використовуються прямі або непрямі методи, пристосовані або пристосовані для оцінки антиоксидантного потенціалу добавок.

Вміст води, стабільність біопрепаратів та окисно-відновний потенціал

Встановлюється постійний баланс між вологістю атмосфери та водою, яка присутня у продукті. Розчинні сполуки (солі, цукри, спирти, гідрофільні групи тощо) мобілізують воду шляхом сольватації. Якщо вміст води в атмосфері зростає, адсорбція води відбувається в послідовних шарах зростаючого ступеня свободи при їх віддаленні від опори. Aw (співвідношення кількості вільної та загальної води) як у продукті, так і в атмосфері в рівновазі рівні для даної температури тета, отже:

або: aw (завжди від 0 до 1) = (%) відносна вологість/100.

Реакційна здатність продукту пов'язана з його aw. Якщо для біологічної активності необхідна вільна вода, вона пригнічує реакції сполук із суворим гідрофобним характером (ліпіди) або реакцію Майяра 1. Фігура 1 узагальнює різні зміни, що відповідають за деградацію залежно від активності води aw [1]. Окислення відбувається за участю або без участі молекулярного кисню; це визначається як втрата електронів, антагоністичний коефіцієнт посилення, що відповідає зменшенню. Згідно з цією концепцією, окислювально-відновний потенціал (E ° окс/червоний) може бути призначений кожній окислювальній/відновлювальній парі, пара, що має високий потенціал, може теоретично окислювати ті, що мають нижчі потенціали. E ° окс/червоний в системі вимірюється щодо електрохімічного потенціалу водневого електрода, зафіксованого за звичайною умовою 0,0 вольт при рН = 0.

Ризики псування їжі залежно від активності води. Активність води (aw) - це відношення тиску пари води в їжі до тиску пари чистої води при тій же температурі. Значення aw змінюється від 0 (сухий продукт до того, що вся вода пов'язана з їжею, а отже, без реакційноздатної якості) до 1 (вся вода є безкоштовною). До ав 1 відповідає чиста вода без розчиненої речовини, до якої важко дістатися і особливо підтримувати її (права ордината синім кольором). Крива червоного кольору представляє окислювальні ризики: коли вода дуже зв’язана, окислення відбувається безпосередньо; від певного ступеня свободи води окислення стає ферментативним (незалежно від того, ензими чи екзогени ферменти, що походять від мікроорганізмів чи середовища). Сіра крива відповідає реакціям Майяра, неферментативним, які протистоїть проміжним зволоженням ферментативним побурінням, головним чином відповідним окисленню поліфенолів. Криві у світло-зеленому, темно-зеленому та чорному кольорах відповідають області впливу бактеріології (відповідно цвілі, дріжджів та бактерій), яка обмежена наявністю вільної води (згідно з [1]).

Як під час зберігання, так і під час процесів трансформації не можна гарантувати підтримку задовільного середнього рівня aw (0,2-0,3).

Нагадування про процеси окислення: наслідки та контроль

Механізми окислення біологічних ненасичених сполук (жирних кислот, каротиноїдів, поліфенолів тощо) часто є радикальними реакціями з молекулярним киснем [2–4] і мають три основні фази.

Тригерна фаза, де утворюється перший вільний радикал. Розриву протона сприяє як нагрівання (молекулярне збудження), так і випромінювання або каталізатори (метали, такі як Cu, Fe, Co, Mn, Ni ...).

Фаза поширення, де фіксований кисень дає пероксильний радикал, який реагує з іншою молекулою і призводить до вільного неорадикалу та гідропероксиду.

Нестійкі гідропероксиди розпадаються на більш короткі сполуки [2].

Фаза термінації, де різні радикали рекомбінуються.

В цілому, цей процес призводить до вуглеводнів, альдегідів, кетонів, кислот, складних ефірів, перкислот, пероксидів, а також до продуктів полімеризації. Під своїм впливом їжа виявляє втрату харчових або органолептичних якостей (прогорклість, зміна кольору тощо).

Щоб обмежити окислення, харчова промисловість може знизити рівень кисню (занурення, вакуум, атмосфера азоту), уповільнити реакції охолодженням або заморожуванням, знищити ферменти окислення (поліфенолоксидази) відбілюванням та використовувати антиоксиданти, що стримують окислення, викликане молекулярним киснем.

Обмежуючи ризики вільних радикалів, наявність антиоксидантів у поєднанні з іншими методами є важливою для стабільності продуктів. Якщо окислення відбувається лише в результаті реакції з киснем, то антиоксидант є антиоксидантом.

Роль та основні типи дієтичних антиоксидантів

Ідеальний дієтичний антиоксидант, який легко вбудовується та ефективний у низьких дозах, є нетоксичним, не викликаючи кольору, запаху чи небажаного смаку. Стійкий до технологічних процесів, він стійкий у готовій продукції.

Молекули оксиду/червоного кольору з низьким вмістом E °, здатні сповільнювати, затримувати або запобігати процесам окислення [5], насправді є запобіжними або кінцевими агентами, здатними уникати чи захоплювати вільні радикали. Профілактична дія блокує ініціювання шляхом комплексування каталізаторів, реагування з киснем або відхилення від харчових впливів світла або випромінювання.

Як агенти термінації (вилучення радикалів) антиоксиданти перетворюють радикали на більш стійкі сполуки та блокують фазу розповсюдження. Такий ефект обумовлений часто ароматичною • донорною структурою H, у випадку похідних фенолу (токофероли, поліфеноли, флавоноїди ...).

Багато поліфенолів рослинного походження: вітамін Е (d-токоферол), флавоноїди та флавони, каротиноїди та вітамін С (L-аскорбінова кислота) є природними антиоксидантами (рис. 2) [6]. Деякі з них (β-каротин, лікопен ...) використовуються як барвники.

Основні природні (або синтезовані) сполуки з антиоксидантними властивостями. Вітаміну Е багато в зародках пшениці, зелених овочах та жирних речовинах. Флавони та флавоноїди містяться у фруктах, вині, чаї. Каротиноїди містяться в моркві, червоних і жовтих фруктах, зелених овочах (β-каротин), помідорах (лікопін). Вітаміну С багато в цитрусових, червоних фруктах, ранній картоплі, брокколі.

Інші синтетичні фенольні сполуки, такі як BHT (3,5-дітертіобутил-4-гідрокситолуол), BHA (3-тертіобутил-4-гідроксианізол), TBHQ (третіобутилгідроксихінон) та PG (пропілгаллат), дозволені в деяких продуктах харчування.

Оцінка антиоксидантної ефективності добавки

Вимірювання антиоксидантного потенціалу та моніторинг процесів окиснення підходять комплексно, визначаючи продукти, що виникають в результаті окислення, або оцінюючи здатність реакційних моделей до поглинання радикалів. Перший, старий режим вимагає попереднього знання сполук, що є результатом окислення. Дійсно, ці методи шукають певні функціональні групи (альдегіди, кетони, дикарбоніли тощо) у похідних вихідних складових. Другий стосується кількості затриманих радикалів та кількості використовуваного антиоксиданта.

Оцінка продуктів, отриманих в результаті окислення

Ефективність антиоксидантів (в перерахунку на коефіцієнт інгібування, IR) відповідає:

a, b, c - концентрації окислених похідних, відповідно, без антиоксиданту та у присутності антиоксиданту, що перевіряється після інкубації та без антиоксиданту перед інкубацією. Дозування продуктів, що утворюються (зокрема гідропероксидів), здійснюється більш-менш прямими фотометричними методами (Таблиця I).

Методи оцінки продуктів, одержаних в результаті окислення.

Оцінка здатності сполуки поглинати вільні радикали

Утворення та захоплення радикала ABTS • + антиоксидантом-донором H •. Радикал ABTS • + (поглинаючи при 734 нм) утворюється шляхом відбирання е-електрона від атома азоту в ABTS. У присутності тролоксу (або донорного антиоксиданта H) відповідний атом азоту захоплює H •, що призводить до ABTS +, що призводить до того, що розчин знебарвлюється [28].

Також використовуються інші методи, такі як автоматизований метод ORAC (поглинаюча здатність радикалів кисню) [30–33], метод із використанням стабільного радикала DPPH (2,2-дифеніл-1-пікрилгідразил) [20, 34–37], вимірювання здатності відновлювати Fe3 + до Fe2 + [38] та електронно-резонансний спектроскопічний метод (ЕПР) [38, 39].

Висновки

Основні методи оцінки антиоксидантного потенціалу чистого продукту або сумішей були обговорені та згруповані відповідно до їх принципів. Вони засновані на визначенні продуктів, одержуваних в результаті окислення, або, навпаки, вимірюють ефективність речовини для знешкодження радикалів, часто надаючи H-форму. .

Серед методів оцінки цікавими є методи порівняння придатності продукту з методом Trolox ® (зокрема, методом TEAC). Дійсно, вони безпосередньо вимірюють реакційну здатність донорної сполуки H •, не досліджуючи продукт розпаду. Лабораторне дослідження методу TEAC показало, що він застосовується у різних розчинниках (диметилсульфоксид, метанол, етанол або фосфатний буфер) незалежно від гідрофільності та гідрофобії. Автоматизований метод ORAC відрізняється від методу TEAC та DPPH [40] в динамічній оцінці антиоксидантної активності за допомогою патологічно активних радикалів. За допомогою диверсифікованих методів оцінки стає можливим, з одного боку, відстежувати розвиток природних речовин, що знаходяться в сировині, що відіграє антиоксидантну роль, і, можливо, розглянути можливість збагачення для досягнення бажаної якісної мети, а з іншого боку, випробовувати як консерванти різні молекули, що використовуються для інших цілей (наприклад, харчовий барвник). За цих умов "антиоксидантний ад'ювант", результат співпраці між технологами та дієтологами, може стати набагато точнішим, одночасно ефективним при меншому ризику.

За відсутності електрохімічного електрода, що забезпечує прямий доступ до рівня та важливості захисту від окислення, різні представлені методи дозволяють, залежно від досліджуваного харчового середовища, проводити оптимальну та цілеспрямовану оцінку антиоксидантного потенціалу. Вони взаємодоповнюють одне одного, без того, щоб один міг стати основним посиланням.

Реакції Майяра - це складний набір реакцій, що використовують у біологічних або агропродовольчих субстратах сполуки з відновлювальними групами та аміносполуки, які реагують між собою, утворюючи більш-менш ароматичні та кольорові речовини.

Список літератури

Список картин

Методи оцінки продуктів, одержаних в результаті окислення.

Список малюнків

Утворення та захоплення радикала ABTS • + антиоксидантом-донором H •. Радикал ABTS • + (поглинаючи при 734 нм) утворюється при відриві електронного електрона від атома азоту в ABTS. У присутності тролоксу (або донорного антиоксиданта H) відповідний атом азоту захоплює H •, що призводить до ABTS +, що призводить до того, що розчин знебарвлюється [28].

Поточні показники використання показують сукупний підрахунок переглядів статей (повнотекстові перегляди статей, включаючи перегляди HTML, завантаження PDF та ePub, відповідно до наявних даних) та подання тез на платформі Vision4Press.

Дані відповідають використанню на платформі після 2015 року. Поточні показники використання доступні через 48–96 годин після публікації в Інтернеті та оновлюються щодня по днях тижня.

Початкове завантаження метрик може зайняти деякий час.