Die Oxidation von Fetten ist neben der Einwirkung von Mikroorganismen eine der Hauptursachen für den Verderb von Lebensmitteln. Sie führt zu Veränderungen von Aroma und Geschmack, Farbe, Verlust bestimmter Nährstoffe und zur Bildung potenziell schädlicher Substanzen, was zu einer Verkürzung der Haltbarkeit der Lebensmittel führt. Dieser Prozess hat erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen, da die Lebensmittel nicht mehr zum Verzehr geeignet sind.
Der oxidative Prozess von Fetten führt zu einer Verringerung des Nährwerts der Lebensmittel, da fettlösliche Vitamine zerstört und mehrfach ungesättigte Fettsäuren abgebaut werden.
Auch die Lebensmittelsicherheit kann beeinträchtigt werden, da die aus der Oxidation entstehenden Produkte toxisch sein können, einige flüchtige Produkte, Peroxide, Oxysäuren usw.
In diesem Artikel soll der oxidative Prozess von Lipiden und damit die Bedeutung der Verwendung von Antioxidantien beschrieben werden. Dazu konzentrieren wir uns auf den Oxidationsprozess von Fetten und die Hauptfaktoren, die die Oxidation von Fetten beeinflussen.
Fettoxidation
Die wichtigste Oxidationsform von Lipiden entsteht durch eine Kettenreaktion freier Radikale, bei der Peroxide und Hydroperoxide aus Fettsäuren und Sauerstoff gebildet werden, was als Autooxidationsprozess bezeichnet wird. Diese Verbindungen sind recht instabil, sodass sie aufgespalten werden können, wodurch weitere freie Radikale entstehen und eine Kettenreaktion ausgelöst wird.
Früher glaubte man, dass durch die Zugabe von Sauerstoff zum Fettsäuremolekül ein Vier-Atom-Ring als primäres Reaktionsprodukt entsteht. Dieses Molekül wird „Peroxid“ genannt. Tatsächlich entsteht jedoch ein Hydroperoxid, da Sauerstoff an das Alpha-Kohlenstoffatom der Doppelbindung gebunden wird. Dennoch hält sich die falsche Vorstellung hartnäckig, und Peroxide werden immer noch als Abbauprodukte von Fetten bezeichnet.
Die Autooxidation ist ein irreversibler Oxidationsprozess von Fetten. Sie lässt sich nicht vollständig vermeiden, kann jedoch durch die Zugabe von Antioxidantien verzögert werden.
Oxidationsprozess von Fetten
Der Oxidationsmechanismus besteht aus drei Phasen:
- Induktion: Die Initiatoren sind in der Regel Energie (Licht, Wärme usw.), Spuren von Schwermetallen und Radikalperoxide, die zur Entstehung aktiver freier Radikale führen. Die Energie bewirkt die Zersetzung der Fettsäure in ein freies Radikal und ein Wasserstoffion.
- Ausbreitung: Durch die Oxidation freier Radikale in Kombination mit anderen Fettsäuren entstehen Hydroperoxide und weitere freie Radikale, die wieder in die Oxidationskette eintreten. Andererseits bilden Hydroperoxide bei Energieeinwirkung Oxidrylgruppen und die oxidierte Form freier Radikale, die zusammen mit anderen Fettsäuren zu mehr Hydroperoxiden und neuen freien Radikalen führen. Schließlich setzen die Oxidrylgruppen zusammen mit anderen Fettsäuren Wasser und neue freie Radikale frei, die einer neuen Oxidation ausgesetzt sind.
- Ende: Die Menge der reaktiven Verbindungen ist riesig und beginnt miteinander zu interagieren. Die Konzentration der Peroxidradikale fällt, während sich die Bildung der Abbauprodukte zu stabilisieren beginnt. Aufgrund der Stabilität der aus den Abbruchreaktionen hervorgehenden Produkte wird die Oxidationsaktivität beendet. Die Autooxidation von Fetten wird weiterhin durch freie Radikale sowie durch die Einwirkung von Temperatur und Licht beeinflusst. Die Bildung neuer Ketten begünstigt die Beschleunigung der Gesamtreaktion, außerdem wird die Reaktionsfähigkeit durch die Anwesenheit bestimmter Metalle wie Kupfer und Eisen begünstigt.
Nach der vollständigen Zerstörung der Fettsäuren entstehen sekundäre Oxidationsprodukte, die für das Auftreten von Ranzigkeit verantwortlich sind.
Um die Oxidation von Fetten und das Ranzigwerden von Lebensmitteln zu verzögern oder zu verhindern, muss man wissen, wie man die Bildung der ersten freien Radikale oder ersten Hydroperoxide verhindert, da dies nur während der ersten Phase des Oxidationsprozesses, der Initiierung, möglich ist. Sobald der Oxidationsprozess jedoch die Ausbreitungsphase erreicht, kann er nicht mehr verzögert oder gestoppt werden.
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Faktoren, die die Oxidation beeinflussen
Die Faktoren, die die Oxidation beeinflussen, können intrinsisch und/oder extrinsisch für das Lebensmittel sein, d. h. sie können das Produkt und die angewandte Technologie betreffen. Einige der wichtigsten werden im Folgenden genannt (Dr. Paucar Penacho, Deterioration of Agroindustrial Products, 2014):
- Temperatur: Die Autooxidationsrate steigt mit der Temperatur. Dies kann sich nicht nur auf die Autooxidationsrate, sondern auch auf die Reaktionsmechanismen auswirken.
- Licht: Fettsäuren und ihre Peroxide sind farblose Substanzen, die sichtbares Licht nicht absorbieren. Daher kann davon ausgegangen werden, dass die Wirkung von sichtbarem Licht auf die Autoxidation nicht von größerer Bedeutung ist, es sei denn, es ist ein zusätzlicher Sensibilisator vorhanden. Ultraviolettes Licht wird jedoch in den ungesättigten Verbindungen stark absorbiert.
- Sauerstoff: Die Rate der Autooxidation steigt mit zunehmendem Sauerstoffdruck, bis sie eine konstante Reaktionsrate erreicht.
- Feuchtigkeit: Die Auswirkung der Wasseraktivität auf die Oxidationsrate von Lipiden ist sehr komplex. Ranzigkeit entwickelt sich sowohl bei sehr hoher als auch bei sehr niedriger Feuchtigkeit schnell. Die maximale Stabilität wird bei mittleren Feuchtigkeitswerten beobachtet, die den Werten einer Monoschicht entsprechen (Schutzwirkung von Wasser in Form einer Monoschicht).
- Ionisierende Strahlung: Eine der bemerkenswertesten Auswirkungen energiereicher Strahlung auf Lebensmittel ist eine deutliche Zunahme der Anfälligkeit für oxidatives Ranzigwerden.
- Katalysatoren: Schwermetallionen sind starke Katalysatoren für die Oxidation von Lipiden, verkürzen die Induktionszeit und erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es notwendig ist, gegen einen oder mehrere der Faktoren vorzugehen, die die Oxidation von Lipiden begünstigen, um sie zu hemmen, zu reduzieren oder zu verzögern.
Im weitesten Sinne wird jede Substanz oder jeder Wirkprozess, der dazu beiträgt, die Geschwindigkeit und/oder Ausdehnung oxidativer Prozesse zu begrenzen, als Antioxidans betrachtet. Nach diesem Konzept können drei Arten von Antioxidantien je nach ihrem Wirkmechanismus betrachtet werden. Die ersten beiden Arten sind mit der Zugabe chemischer Verbindungen verbunden, während die dritte ihre Wirkung bestimmten Faktoren in der Nahrung und/oder ihrer Verarbeitung verdankt.
In den nächsten Artikeln werden wir die Klassifizierung und Wirkung von Antioxidantien in Lebensmitteln im Detail analysieren.
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