Những mối tương đồng giữa chất bảo quản và chất kháng sinh

NHỮNG MỐI TƯƠNG ĐỒNG GIỮA CHẤT BẢO QUẢN VÀ CHẤT KHÁNG SINH Những cơ chế ức chế của các chất kháng sinh đã được biết là có liên quan đến một trong hai lĩnh vực hoạt động sau: (1) ảnh hưởng đến sự hình thành, tính thẩm thấu và tính bền vĩnh của thành tế bào. (2) Làm mất tính tổ chức của các vi cấu trúc bên trong tế bào. Có rất ít dữ liệu có thể so sánh như chất bảo quản thực phẩm được sử dụng thông thường. Nhưng dường như chúng có thể làm việc thông qua những cơ chế tương tự. Nếu chấp nhận dữ liệu từ chất kháng sinh như là những nguyên lý sinh học thông thường được minh hoạ sau. Đó là sự liên quan của thành tế bào được rút ra từ thí nghiệm của Stetzenbegr and Bennett vàTruby & Bennett trong nghiên cứu phenol. khả năng ức chế của phenol có thể tương quan với hệ số phân bố giữa các pha hữu cơ và hơi và sự phân bố thiên về pha hữu cơ là kết quả của Hydrogen liên kết giũa phenolic hydroxyl và pha hữu cơ bởi lực hút prôton. Do vậy nó đã cho biết rằng Lipit vi khuẩn có khả năng chứa các hợp chất phenolic có liên kết hydro là một chức năng tự nhiên và hàm lượng Lipit. Khái niệm đó đã được làm sáng tỏ trong 1 nghiên cứu về trichloro phenol & Staphylococus aurcus trong nuôi cấy có trộn lẫn với 1 vài loài VK gram âm như protcus mirabilis, Salmonella schottmucllcri và acrobacter acrogenes. Trong hỗn hợp nuôi cấy cần 1lượng trichlorophenol lớn hơn còn khi các tế bào gram âm bị khử bởi nhiệt độ thì cần 1 lượng ít hơn một chút và lượng này cần ít hơn khi tế bào gram âm bị khử mỡ. Hàm lượng chất béo của các tế bào gram âm có liên quan tới yêu cầu lượng trichlorophenol trong hỗn hợp nuôi cấy. Các tác giả này hơn nữa đã chỉ ra rằng protein và cacbonhydrat ở thành tế bào xác định tính nhạy cảm của tế bào với phenol, H liên kết giữa các thnàh phần cấu tạo của thành tế bào và phenol ảnh hưỏng tới khả năng của các hợp chất. các nghiên cứu này đã đề xuất rằng các hợp chất paraben không làm ức chế bởi cùng một cơ chế sinh hoá như là của axit bezoic; hợp chất Paraben như là các loại phenol. Trong trường hợp của axit sorbic, Melnick và cộng sự của ông đã đề nghị rằng axit này đưa vào hoạt động tĩnh của nó nhờ sự tham gia của enzym khử H ở tế bầo mà thông thường là khử H của axit béo như là bước đầu tiên trong quá trình chuyển hoá. Tonge đã trích dẫn một giả thuyết của Kodiced rằng axit béo không no bám trên màng tế bào chất gây trở ngại đến cơ chế vận chuyển, nhưng ông thiên về cơ chế mà ở đó quá trình hình thành gốc tự do là do việc loại bỏ H+ của nhóm methylene không bền, a thành liên kết đôi. Các gốc này kết hợp với oxy để tạo thành các peroxit mà các chất này lần lượt phân huỷ để tạo thành các gốc tự do mới, các gốc tự do đó gắn chắc vào các vị trí trên màng tế bào. Trong khi chưa có 1 thuyết rõ ràng nào được đưa ra thì Bosund đã nghiên cứu một cách kỹ lưỡng về phương thức hoạt động của axit benzoic và salicylic. ông đưa ra một giả thuyết rằng sự hoạt động của chúng có thể liên quan đến khả năng hoà tan cao lipit của chúng mà lẽ ra phải làm cho chúng tĩch luỹ trên màng tế bào hoặc trên các cấu trúc khác nhau và bề mặt của tế bào vi khuẩn. Sau này thuyết đó được biết đến nhờ việc quan sát thu nhận lăp đi lập lại mà các chất bảo quản có tính axit như benzoic, sorbic.. là rất linh động ở pH thấp. Nó thường được nghĩ rằng các phân tử không phân ly có ảnh hưởng nhiều hơn các phân tử bị ion hoá. Bosund lưu ý rằng các phân tử không phân ly có khả năng hoà tan trong chất béo cao và hoà tan trong nước thấp so với các ion âm. Nghiên cứu có ý định làm sang tỏ phương thức hoạt động hoá sinh của các chất bảo quản thực phẩm mà đã được thừa nhận dường như khó khăn hơn so với việc làm rõ phương thưc hoạt động của chất kháng sinh. Các chất bảo quản khá đơn giản về quan hệ, các hợp chất không đặc biệt trong sự tương phản đối với các phức hợp, các cấu trúc đăc trưng cao trong các chất kháng sinh. Vì vậy các chất bảo quản có thể được mong đợi để tái hoạt động kém hơn ở các vị trí kết gắn của tế bào và thậm trí kém đặc trưng hơn, nhưng rõ ràng đó là sự cần thiét để áp dụng cho các nghành hoá sinh đối với việc nghiên cứu các hợp chất này để hiểu rõ hơn chức năng của chúng. Những nghiên cứu có thể tạo ra các chất bảo quản mới có đặc trưng và giá trị cao hơn. CHƯƠNG 4 Chất chống ôxi hóa hay chất ổn định thực phẩm Lời giới thiệu Công nghệ chống ôxy hóa đóng vai trò quan trọng trong việc sử dụng/dùng các chất béo và dầu như là các nguyên liệu thô trong quá trình chế biến thực phẩm và quá trình tiếp thị các thực phẩm chứa các chất béo trong các điều kiện hiện đại. Hiểu theo nghĩa thông thường, việc sử dụng các chất chống ôxi hóa đúng cách và có hiệu quả phụ thuộc vào sự hiểu biết cơ bản của: (1) hóa học về các chất béo và dầu, (2) cơ chế của sự ôxi hóa, và (3) chức năng của một chất chống ôxi hóa để chống lại sự hư hỏng do oxi hóa. Các chất chống ôxi hóa, để có hiệu quả, thì phải sử dụng chung với những nguyên liệu thô tốt, đúng phương pháp, quá trình bao gói và bảo quản ở điều kiện thích hợp. Chúng sẽ không làm tăng chất lượng của sản phẩm có giá trị thấp. Phương pháp chống ôxi hóa tốt được phổ biến, không gây ra mùi, vị hoặc màu sắc cho thực phẩm hoàn chỉnh khi sử dụng ở các điều kiện thích hợp. Các nhân tố gây ảnh hưởng đến quá trình ôxi hóa và độ ổn định mùi vị của thực phẩm giàu chất béo sẽ được miêu tả, nhưng sẽ được tập trung nhiều hơn vào sự thảo luận về công nghệ chống ôxi hóa giúp cho người đọc giải quyết những vấn đề bắt gặp trong xử lý thương mại các chất béo và thực phẩm giàu béo. Sự tham khảo đối với những bài báo gốc và những bài tổng hợp đã được tập hợp lại trong một tài liệu chi tiết hơn cho những ai quan tâm hoặc cho sự thảo luận về khía cạnh lý thuyết của ứng dụng các chất chống oxi hóa. Sự ôxy hóa Thành phần chính của hầu hết thực phẩm gồm có cacbonhydrat, chất béo, protein và nước. Trong khi mối quan tâm cơ bản của chúng ta là quá trình oxi hoá làm giảm giá trị mùi và vị của chất béo và các thành phần chất béo trong các loại thực phẩm, một cuộc thảo luận chung về các kiểu ôxi hoá khác nhau sẽ cung cấp để người đọc định hướng và có thể chẩn đoán được những vấn đề đặc trưng. Các kiểu oxi hóa khác nhau sẽ được thảo luận riêng rẽ; tuy nhiên, chúng thường xảy ra đồng thời, đặc biệt trong các thực phẩm phức tạp/rắc rối và trong khá nhiều trường hợp thường kèm theo sự hư hỏng không do quá trình oxi hóa. Cacbonhydrat Sự oxi hóa thành phần cacbonhydrat của hầu hết các sản phẩm thực phẩm được nhận ra bởi sự biến đổi màu sắc và mất mùi. Sự đổi màu này, thường có màu nâu hoặc nâu vàng nhưng thường xuất hiện sự chuyển dần sang màu xám hoặc màu vàng, có thể phát hiện ra bởi hai kiểu phản ứng phổ biến. Kiểu thứ nhất, được biết như là phản ứng Maillard hoặc phản ứng “nâu hoá”, thường được coi là sự phản ứng giữa cacbonhydrat và các amino axit và/hoặc các cấu tử nitơ khác nhau và các axit hữu cơ. Sự đổi màu của các hoa qủa tươi đã bóc vỏ và rau củ chứa đựng lượng cacbonhydrat mức cao, thông thường là do phản ứng kiểu – Maillard. Sự đổi màu tương tự được thấy trong một vài sản phẩm cá đóng hộp và cho rằng nguyên nhân là do phản ứng của riboza tự do với protein amino axit. Sự kiểm soát kỹ lưỡng nhiệt độ chế biến thường được dùng để giảm việc chuyển thành màu nâu trong các sản phẩm cá đóng hộp. Các sản phẩm hải sản đã tiệt trùng bằng chiếu xạ bị đổi màu rất xấu là do phản ứng nâu hóa không xúc tác bởi enzyme. Chất chống oxy hóa và hợp chất sulfur đioxyt được tìm thấy để làm giảm sự đổi màu này trong các miếng chả cá tuyết đã chiếu xạ. Nói chung, phản ứng nâu hóa kiểu Maillard có thể bị ức chế bằng cách sử dụng axit ascorbic, citric và các axit hữu cơ khác (..) Kiểu oxy hóa cacbonhydrat thứ hai là thường kết hợp với các enzyme khác nhau, như là peroxidaza và catalaza. Phản ứng nâu hóa này thường hay kèm theo sự mất hương – vị được mô tả như “ hay-like” (giống như cỏ khô). Chất phụ gia thường không có hiệu quả trong việc ngăn chặn enzyme gây ra sự đổi màu hoặc mất mùi. Những phản ứng loại này thường bị ức chế bởi quá trình xử lý nhiệt để khử hoạt tính những enzyme đó () Kiểu đổi màu thứ ba thường tìm thấy trong các thực phẩm chứa cacbonhydrat là sự mất màu do quá trình oxy hóa của các sắc tố tự nhiên. Các sắc tố này (carotenoit,...) trải qua quá trình oxy hóa bởi các phản ứng dạng – gốc tự do. Nhiều bằng chứng đã được tập hợp lại cho biết rằng sự mất màu trong các thực phẩm có hàm lượng carotene cao có thể bị ức chế bằng cách sử dụng các chất chống oxy hóa ứng với loại - thực phẩm. Tuy nhiên, vấn đề chủ yếu, là tìm ra phương pháp để đạt được sự tiếp xúc thích hợp giữa chất chống oxy hóa hòa tan trong dầu và carotene mà được phân tán ở khắp nơi trong thực phẩm chứa hàm lượng nước khá cao. Các chất béo Trong khi sự hư hỏng do vi sinh vật là một nhân tố quan trọng nhất để đánh giá được việc bảo quản phần cacbonhydrat và protein của các sản phẩm thực phẩm, thì sự oxy hóa (đặc biệt sự oxy hóa không khí) là nhân tố chính trong quá trình giảm chất lượng của chất béo và các phần béo của thực phẩm. Các chất béo và các hợp chất giống chất béo bị hư hỏng do oxy hóa mà kết quả là mất hương vị và mất mùi thơm đặc trưng. Trong những trường hợp cá biệt các độc tố tạo ra từ sản phẩm phụ do phản ứng oxy hóa. Nói chung, quá trình oxy hóa chất béo không tiến tới điểm mà các sản phẩm phụ có độc tố là nhân tố. Phần béo đó tác động trở lại ở bất kỳ thời gian đã định là khá nhỏ. Nó được đánh giá rằng không nhiều hơn 10% phân tử không no có thể bị đứt gãy do sự oxy hóa không khí. Tuy nhiên, các sản phẩm do sự oxy hóa chất béo có hiệu lực nhận cảm và ảnh hưởng bất lợi đến tính tiêu thụ của thực phẩm. Sự oxy hóa chất béo có thể chia thành bốn loại: Sự thủy phân: Sự tạo thành của glycerol và các axit béo tự do thường đặc trưng bởi mùi “xà phòng”. Phản ứng thuận nghịch này được xúc tác bởi axit, nhiệt độ cao và enzyme lipolytic. Các triglyxerit cũng như axit béo có các đoạn chuỗi ngắn hơn (6-12 nguyên tử cacbon) thường mất mùi vị sản phẩm do sự thủy phân. Sự ôi hóa: một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm. Thông thường nó bao trùm bởi rất nhiều mùi ôi khó chịu, thường được tạo thành do quá trình tự oxi hóa của các axit béo không no dẫn đến một hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi. 3. Sự hồi biến: một kiểu của sự giảm chất lượng hương và vị thường liên quan với rau, cá và dầu không no cao khác. Sự giảm chất lượng hương vị này xảy ra là do sự oxy hóa của axit loại – linolenic. 4. Sự trùng hợp: một thuật ngữ thường được dùng để mô tả sự liên kết ngang giữa hai nguyên tử các bon của các chất béo không no. Chất trùng hợp cũng được tạo thành bởi một liên kết oxy giữa hai chuỗi axit béo tại vị trí không no. Cả hai loại chất trùng hợp có thể chứa cấu trúc vòng. Chất chống oxy hóa có hiệu quả trong việc giảm sự ôi hóa và sự trùng hợp, nhưng không có tác dụng trong sự thủy phân hay sự hồi biến. Proteins - chất đạm Sự ôxy hóa của protein thực chất là một nhân tố thường không được nghĩ đến trong sự mất mùi và vị trong các sản phẩm thực phẩm. Protein bị hỏng bởi các enzyme thủy phân protein và bị biến tính (sự phân cắt các liên kết tĩnh điện) bởi nhiệt và các phản ứng thủy phân. Chúng không có cấu trúc liên kết đôi mà là oxy không bền. Các sắc tố thường kết hợp với protein, như là sắc tố hem (C34H33O4N4Fe), bị oxy hóa và nhanh chóng thay đổi màu sắc. Fox mô tả sự lấy oxy và sự chuyển hóa tương hỗ bởi sắc tố hem để oxymyoglobin và metmyoglobin được chuyển hoán liên tục. Sự giảm sắc tố màu trong trường hợp này không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ loại chất phụ gia nào. Do vậy, như sẽ trình bày sau, hemoglobin là một chất xúc tác có hiệu lực cho quá trình oxi hóa trong điều kiện tự bản thân chúng, các chất kìm hãm xúc tác khác nhau được sử dụng để ngăn chặn sự đổi màu trong thịt không thành công. Thông thường, các vật liệu bao gói có tính trao đổi khí chọn lọc sử dụng để điều chỉnh màu trong các sản phẩm chứa hemoglobin khác nhau.3 tố hem ( như là ấu trúc liên kết đôiẩm.. no Sự hư hỏng của lipit bởi Oxy Sự oxy hóa không khí (sự tự oxy hóa) của chất béo và các thực phẩm kiểu – chất béo thường có liên quan hoàn toàn đến các liên kết béo không no. Các chất béo no bị oxi hóa dần dần, và trong một vài trường hợp, sự nhiễm mùi và vị ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cuối. Tuy nhiên, thông thường quá trình oxy hóa chất béo mà tạo ra các hương mùi được mô tả bởi các nhà công nghệ thực phẩm như “ôi khét” hoặc “reverted”, liên quan gần như toàn bộ với phần không no của chuỗi béo. Dưới đây là các nhóm chủ yếu của chất béo bị ảnh hưởng bởi sự oxy hóa: Glyxêrit: Swern mô tả từ “chất béo” như chất rắn hay chính xác hơn là chất bán rắn, triglyxêrit ở nhiệt độ thường, nhưng trái lại từ “dầu” được sử dụng để mô tả triglyxêrit là chất lỏng dưới những điều kiện tương tự. Không có sự khác biệt rõ ràng được tạo ra giữa các khái niệm này bởi tính chất hóa học của chất béo và dầu. Triglyxêrit tạo thành nhóm quan trọng nhất của chất béo được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. Về cấu trúc, triglyxêrit là sản phẩm ngưng tụ của một phân tử glycerol với ba phân tử axit béo để tạo ra một phân tử triglyxêrit với nước (hình 1). Phản ứng dạng cấu trúc được chú giải ở hình 1 mà ở đó trọng lượng trội hơn trong phân tử glyxêrit là phần axit béo. Các axit béo đóng góp từ 94 – 96% tổng trọng lượng phân tử và bao gồm phần phản ứng, đặc biệt từ quan điểm về sự ổn định. Tính chất hóa học của chất béo và dầu là một phạm vi rất rộng thuộc hóa học các axit béo của chúng. Chú thích đặc biệt phần béo không no của các chuỗi axit béo được chỉ ra ở hình 1; là những vị trí hoạt hóa nhất mà bị ảnh hưởng bởi oxy và hyđro. Các chất béo tự nhiên chủ yếu gồm các triglyxêrit hỗn hợp, đó là những phân tử chứa nhiều hơn một axit béo, như là oleic và palmitic. Tỷ lệ giữa phần tử axit béo và thành phần cấu tạo nên phần tử glyxerit ảnh hưởng lớn đến các tính chất lý học bao gồm sự ổn định cho đến sự tự oxy hóa. Nhiều tài liệu đã mô tả thành phần cấu tạo của các chất béo khác nhau trong thực phẩm. Swern đã liệt kê thành phần cấu tạo của một vài chất béo chính trong thực phẩm. Mono- và diglyxerit không tìm thấy nhiều trong chất béo, trừ khi chúng đã bị thủy phân, một lượng nhỏ được tìm thấy ở hỗn hợp với triglyxerit trong hầu như tất cả các chất béo. Hỗn hợp của mono- và diglyxerit được tạo ra dễ dàng từ các axit béo hoặc chất béo và glyxerol, và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực phẩm như tác nhân làm thay đổi kết cấu. Hiện nay sản phẩm thương mại chứa trên 90% monoglyxerit có giá trị. Mono- và diglyxerit chứa một nửa axit béo không no và, do đó dễ bị oxy hóa theo một cách tương tự thành triglyxerit. Photphatit: Photphatit có liên quan đến chất béo và dầu trong cả mô thực vật và mô động vật. Chúng bao gồm một rượu polyhydric mà bị este hóa với một axit béo và với axit photphoric. Axit photphoric kết hợp lần lượt với một hợp chất chứa gốc nitơ, như là choline, betaine hoặc ethanol – amin. Hai photphatit phổ biến nhất là lecithin và cephalin ( hình 2). Chú ý rằng cấu trúc của photphatit khá giống với triglyxerit (hình 1). Phần không no của axit béo là tiêu điểm cho oxy tấn công. Photphatit tạo nên khoảng 1-2% của nhiều dầu rau thô và phần trăm chất béo động vật cao hơn. Ví dụ như lòng đỏ trứng chứa xấp xỉ 20% photphatit và dễ dàng bị oxy hóa trong những điều kiện nào đó. Các sắc tố: Lượng kiến thức đáng kể đã được phát triển trên các loại sắc tố khác nhau trong thực phẩm. Một vài loại tốt nhất được biết là carotenoit, như là caroten và lycopen. Cấu trúc của b caroten được chỉ ra ở hình 1. Lưu ý là phần không no của phân tử này dễ dàng bị ảnh hưởng bởi oxy. Beta caroten thay đổi màu sắc từ màu đỏ cam khá sẫm (cường độ màu phụ thuộc vào cấu tạo của caroten) tới sản phẩm bị oxy hóa mà có màu nhạt, xám hơi vàng. Vì caroten là một trong những sắc tố có lợi, oxi hoá trỏ nên rất quan trọng trong việc duy trì chất lượng. Tocopherol Tocopherol là một trong những chất chống oxi hoá tự nhiên rất quan trọng và có phổ biến trong cả mô động vật và thực vật. Dầu thực vật chứa một nồng độ cao các chất oxi hoá tự nhiên, bao gồm tocopherol cao hơn nhiều so với động vật do đó thường ổn định hơn trong việc giảm sự oxi hoá.