Quá trình oxy hóa của chất béo - Cơ chế và cách ngăn chặn

Chất béo cũng có khả năng oxy hóa giống nhiều kim loại. Tuy nhiên, quá trình này lại hoàn toàn khác nhau. Bài viết dưới đây sẽ tổng hợp khái niệm về quá trình oxy hóa chất béo và cách ngăn chặn hiện tượng này.

1. Oxy hóa là gì?

Trong tự nhiên chúng ta thường thấy có 2 dạng phản ứng hóa học chính trong quá trình oxy hóa là oxy hóa và khử. Oxy hóa có thể có hoặc không oxi tham gia vào. Oxy hóa là sự mất đi các electron trong một phản ứng bởi phân tử, nguyên tử hoặc các ion. Sự oxy hóa xảy ra khi e tăng lên, và ngược lại được gọi là quá trình khử, xảy ra khi e giảm.

Một cách nữa của quá trình oxy hóa xảy ra là khi oxy được thêm vào một hợp chất, dẫn đến oxi được tác động đầu tiên đến chất đấy. Trong khi tác động oxy vào một hợp chất thường làm ảnh hướng đến sự mất đi và sự gia tăng trạng thái oxy hóa.

2. Quá trình oxy hóa chất béo là gì?

Quá trình oxy hóa chất béo, hay còn gọi là sự ôi hóa, là một phản ứng tự nhiên giữa axit béo chưa bão hòa với oxy tự do. Những axit béo này đều có mặt trong tất cả các loại mỡ và dầu thực vật, nhưng có rất nhiều trong một số loại dầu thực vật, đặc biệt như dầu đậu nành và dầu bắp. Oxy hóa dầu là một chuỗi các phản ứng hóa học không mong muốn có liên quan đến oxy làm suy giảm chất lượng của dầu. Sự oxy hóa cuối cùng tạo ra sự ôi trong dầu, với các hương vị và mùi đi kèm. Tất cả dầu đều ở trạng thái oxy hóa mà ta không thể dừng nó hoàn toàn nhưng có nhiều cách để giảm nó. Do đó, các nỗ lực nên được thực hiện để giảm quá trình oxy hóa ở mỗi giai đoạn sản xuất dầu.

Ví dụ, tỷ lệ axit béo bão hòa và chưa bão hòa trong dầu dừa là trên 11, trong khi ở dầu bắp chỉ 0.15; điều này cho thấy hàm lượng axit béo chưa no trong dầu bắp khá cao và vì vậy, nó rất dễ bị oxy hóa. Quá trình oxy hóa chất béo diễn ra mạnh hơn khi thức ăn tiếp xúc với không khí (mở bao thức ăn), ánh sáng, nhiệt độ cao và khi có mặt một số loại khoáng chất vô cơ nhất định như sắt và đồng. Đây là loại phản ứng tự xúc tác, và một khi đã bắt đầu, các axit béo sẽ bị oxy hóa liên tục cho đến khi hình thành và tích lũy các peroxide - sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa. 

Oxy hóa không phải là một phản ứng đơn lẻ, mà là một chuỗi các phản ứng phức tạp. Khi dầu bị oxy hóa, nó sinh ra một loạt các sản phẩm phân giải theo từng giai đoạn, bắt đầu bằng các sản phẩm oxy hóa chính (peroxit, dienes, acid béo tự do), sau đó là các sản phẩm thứ cấp (carbonyl, aldehyde, trienes) và cuối cùng là các sản phẩm thứ ba.Quá trình oxy hóa tiến triển ở các tốc độ khác nhau tùy thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng, lượng oxy có sẵn và sự hiện diện của độ ẩm và kim loại (như sắt). Các acid béo không bão hòa này có các liên kết đôi phản ứng giữa các nguyên tử carbon của chúng, trong khi chất béo bão hòa không có liên kết đôi nên chúng bị oxy hóa chậm hơn.

3. Cơ chế của quá trình oxy hoá chất béo

Sự tự oxy hóa chất béo là phản ứng dây chuyền được khởi đầu bằng sự tạo thành các gốc tự do từ các phân tử acid béo.

Giai đoạn khởi đầu:

RH + O2 → Ro + oOOH
RH → Ro+ Ho

Bước khởi đầu này có thể được xúc tác bởi một số yếu tố như: oxy, ánh sáng (tia UV), nhiệt lượng, và cả các ion kim loại của Fe, Cu..

Giai đoạn lan rộng:

Ro + O2 → ROOo (gốc peroxide)
ROOo + R’H → R’o + ROOH (hydroperoxide)

Giai đoạn kết thúc:

ROOo + ROOo → ROOR + Oo
ROOo + Ro → ROOR
Ro + Ro → R-R

Những phản ứng này xúc tác cho các phản ứng khác. Sự tự oxy hóa lipid được gọi là phản ứng gốc tự do. Khi các gốc tự do phản ứng với nhau, các sản phẩm không gốc tự do sẽ tạo thành và phản ứng kết thúc. Ngoài hiện tượng tự oxy hóa, lipid còn có thể bị oxy hóa bằng enzyme lipoxygenase.

4. Cách ngăn chặn quá trình oxy hóa chất béo

Một số yếu tố khác nhau có thể được kiểm soát để giảm lượng oxy hóa xảy ra trong dầu. Bao gồm:

a) Nhiệt độ: là yếu tố góp phần số một của quá trình oxy hóa trong dầu. Nếu có thể hãy giảm nhiệt độ xuống mức thấp nhất có thể trong suốt quá trình chế biến, vận chuyển và sản xuất.

b) Tiếp xúc với oxy (trong không khí): sẽ là chất xúc tác để sản xuất các gốc tự do. Để giảm quá trình oxy hóa, bịt kín tất cả các thùng chứa với khoảng trống nhỏ nhất có thể, giảm diện tích dầu tiếp xúc với không khí và / hoặc che dầu bằng khí trơ (như nitơ) tại tất cả các điểm có thể.

c) Ánh sáng (UV): có thể kích hoạt dòng thoái hóa oxy hóa. Giảm sự tiếp xúc của dầu với ánh sáng trực tiếp bằng cách sử dụng hộp đựng bằng thủy tinh / nhựa có màu nâu hoặc túi nhựa màu đen.

d) Độ ẩm: kết hợp với các yếu tố khác này có thể đẩy nhanh quá trình oxy hóa. Nếu có thể hãy giới hạn lượng nước trong dầu dưới 0,2%.

e) Kim loại biến đổi: đặc biệt là các kim loại biến đổi như sắt và đồng, có thể đóng vai trò là chất gây oxy hóa. Nếu có thể cần thay đổi thiết bị (ví dụ: không có van bằng đồng), giới hạn thời gian tiếp xúc và / hoặc loại bỏ các kim loại biến đổi khỏi dầu để giảm quá trình oxy hóa.

f) Chất chống oxy hóa: Các chất chống oxy hoá thường được thêm vào dầu để phòng ngừa quá trình tự oxy hóa trong thời gian bảo quản. Các chất chống oxy hoá chỉ có thể trì hoãn quá trình oxy hóa bằng cách ổn định các axit béo phản ứng, nhưng nếu có đủ thời gian tiếp xúc, những axit béo cũng sẽ phản ứng với oxy tự do. Các chất chống oxy hoá phổ biến gồm có ethoxyquin, butylated hydroxytoluene, axit citric propyl gallate, vitamin C và vitamin E. Những chất chống oxy hoá sau thường rất đắt tiền và khó có thể được sử dụng như chất chống oxy hoá trong thức ăn, tuy nhiên khi được bổ sung với hàm lượng tương đối cao vì mục đích khác, các chất này cũng góp phần chống oxy hóa cho thức ăn.

Những chất chống oxy hóa tự nhiên được chiết xuất từ các loại gia vị và thảo mộc giàu polyphenol. Những sản phẩm thương mại có nguồn gốc từ các loại gia vị như đinh hương, quế, kinh giới, thì là, tỏi và rau mùi; hoặc chiết xuất từ thảo mộc như cây xô thơm, húng tây, kinh giới, ngải giấm, bạc hà, kinh giới và lá hương thảo. Một số chất tạo màu như như carotene, beta-carotene, astaxanthin, zeaxanthin, lutein và canthaxantin cũng có hoạt tính chống oxy hoá.