Sostanze ad attività antiossidante:
presenza negli alimenti e influenza dei
trattamenti tecnologici
Giovanni Lercker e Tullia Gallina Toschi
Dipartimento di Scienze degli Alimenti
Università degli Studi di Bologna
Le sostanze grasse si ossidano….
prima o poi
Dopo un certo tempo le sostanze grasse si ossidano,
sviluppando cattivi odori e composti indesiderati
Alimenti contenenti sostanze grasse, una volta
riscaldati, si ossidano più rapidamente
Molte sostanze grasse si ossidano anche se poste in
contenitori privati dell’aria
Diverse sostanze grasse si ossidano anche a bassa
temperatura
Ossidazione della frazione lipidica
• Enzimatica (lipossidasi)
– Lipossigenasi
– Lipoperossidasi
• Chimica
– Autossidazione
– Ossidazione fotosensibilizzata
Ossidazione: reazione
radicalica?
L’ossidazione delle sostanze
grasse, nel suo insieme, ha un
andamento radicalico
Possiede un periodo di induzione
(a), uno di propagazione (b) ed
uno di spegnimento (c)
Alcune delle reazioni che
avvengono non sono di tipo
radicalico
PROMOZIONE DELL’OSSIDAZIONE
DIRETTA
Raggi ultravioletti (hν)
Ossigeno singoletto (O2*)
Perossidi
Calore ad elevata temperatura
INDIRETTA
Raggi ultravioletti
Metalli di transizione (Fe, Cu, ecc.)
Calore
OSSIDAZIONE DEI LIPIDI
• L’innesco dell’ossidazione si attua sulla
superficie lipidica che viene a contatto con
l’ossigeno (aria, o altre specie reattive
dell’ossigeno, ROS); una volta innescata si
può propagare anche in ambiente anaerobico
• L’unica difesa è affidarsi all’antiossidazione
DEFINIZIONE DI ANTIOSSIDANTE
• Antiossidante è ogni sostanza o un’azione
capace di evitare, ritardare o prevenire negli
alimenti lo sviluppo della rancidità o di altre
degradazioni dell’aroma dovuti ad ossidazione
• Per convenzione, una sostanza si comporta da
antiossidante quando interagisce
proteggendone un’altra più importante
ANTIOSSIDANTE IDEALE
•
•
•
•
•
•
Sicuro nell’impiego
Non impartisce odori, aromi e colori sgradevoli
Attivi a basse concentrazioni
Facili da incorporare nel sistema alimentare
Dovrebbe sopravvivere ai processi di cottura
Disponibile a costi modesti
Funzioni degli antiossidanti
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Spazzino di radicali
Donatore di atomi d’idrogeno
Donatore di elettroni
Distruttore di perossidi
“Quencer” dell’ossigeno “singoletto”
Inibitore di enzimi ossidanti (lipossidasi)
Sinergico in compagnia di altri antiossidanti
Agente chelante di metalli
Agente riducente
Meccanismo di azione
degli antiossidanti antiradicalici
ROO°
RO°
R°
+
+
+
A−H
A−H
A−H
ROOH + A°
ROH
+ A°
RH
+ A°
ROO°
RO°
+
+
A°
A°
ROOA
ROA
ROOH + AH
RO° + A° + H2O
Conservazione delle sostanze
grasse
• Per gli aspetti antinutrizionali
• Per gli aspetti organolettici
• Per la conservazione delle caratteristiche
dei prodotti di qualità
Antiossidanti
Tipo I - Gli "inattivatori" di radicali liberi, come il BHA (butil-idrossi-anisolo),
BHT (butil-idrossi-toluolo), PG (propil-gallato), il TBQ (ter-butil chinone)
e i tocoferoli.
Tipo II - Quelli che prevengono la formazione di radicali liberi, come l’agente
chelante EDTA (acido etilen-diammino-tetracetico), l’acido citrico e
varie forme di acido ascorbico; il loro meccanismo di azione è soprattutto
quello di bloccare i metalli (metal scavengers).
Tipo III - Fattori ambientali, come la temperatura o l’abbassamento della pressione
dell’ossigeno.
FONTI DI ANTIOSSIDANTI
NATURALI
Piante
Oli di semi e di frutti
Cereali
Fagioli
Vegetali, frutti
Cere da foglie
Cortecce e radici
Spezie
Piante medicinali
Alghe
Prodotti microbici
Prodotti animali
Prodotti fermentati
Idrolizzati proteici
Prodotti della reazione di Maillard
Altri
Rosmarino, origano,
salvia, timo,
Genesi dei
carotenoidi
Strutture dei diversi flavonoidi
1. Carnosolo
2. Rosmanolo (7α-)
3. Isorosmanolo
4. Epirosmanolo (7β-)
5. Rosmaridifenolo
6. Rosmarichinone
7. Acido caffeico difenol glicoside
8. Acido rosmarico
9. Derivato dell’acido rosmarico
10. Flavonoide del timo
11. Flavonoide del timo
12. Capsicina (irritante)
13. Nuovo componente non irrirante
14. Amide dell’acido ferulico con la
tirosina
15. Derivato della piperina
16. Pigmento giallo della curcuma
17. Pigmento giallo della curcuma
18. Tetraidro curcumina
M. Namiki, Antioxidants/antimutagens in food, Crit. Rev.Food Sc. Nutr., 29, 273-300 (1990).
Particolari
componenti
del seme di
SESAMO
FLAVONOIDI
ANTIOSSIDANTI
M. Namiki, Antioxidants/antimutagens
in food, Crit. Rev.Food Sc. Nutr., 29,
273-300 (1990).
Principali fonti di antiossidanti
catechinici
F. Mattivi et al., 2001
Attività antiossidante di alcuni composti a struttura flavonoide
Periodo di induzione
con Rancimat (ore) b
Controllo
Olio di mais deodorato a
Lardo
Isoflavoni
Daidzeina (7,4’-diidrossi)
Genisteina (5,7,4’-tetraidrossi)
Calconi
Buteina
Okanina
Acidi fenolici
Acido protocateuico (acido 3,4-diidrossibenzoico)
Acido gallico (acido 3,4,5-triidrossibenzoico)
Acido cumarico (acido p-idrossicinnamico)
Acido ferulico
Acido caffeico (acido 3,4-diidrossicinnamico)
Acido diidrossicaffeico
Acido clorogenico (estere caffeoil chinico)
Acido chnico
Esteri fenolici
Propil gallato
Miscellanea
β-Catechina
Esperedina metilcalcone
Asculetina (6,7-diidrossicumarina)
a
b
A
1,3
B
0,35
1,4
2,6
-
94
97
-
120
145
495
505
105
4,8
28,6
0,8
2,0
23,3
31,4
-
435
21,8
410
135
-
15,5
0,0004 Molare in olio di mais deodorato (110 h per arrivare a NP = 50).
0,05 % di composto testato nel lardo, batch A o B.
FENOLI, BIOFENOLI E
POLIFENOLI DEGLI OLI DI OLIVA
Acidi fenolici e derivati
Alcoli fenolici
Secoiridoidi
Lignani
Flavoni
Antocianidine
In totale (in media) = 200-300 mg/Kg
TUTTI I COMPOSTI FENOLICI SONO POTENTI
ANTIOSSIDANTI, CON AZIONE ANTI-INFIAMMATORIA
PRINCIPALI ANTIOSSIDANTI
CARATTERISTICI DEGLI OLI D’OLIVA
Contenuto orientativo di tococromanoli (mg/Kg) negli oli vegetali (P. Schuler, in Food
Antioxidants (B.J.F. Hudson Ed.) Elsevier Applied Science, London, 1990, p.99).
Olio/grasso
di
Cocco
Cotone
Granella di mais
Germe di mais
Oliva
Palma
Arachide
Colza
Cartamo
Soia
Girasole
Mandorla
Germe di grano
Tocoferoli
----------------------------------------------α
β
γ
δ
5 – 10
40 – 560
60 – 260
0
300 – 430
1 - 20
1 – 240
0
180 – 260 tracce
80 – 330
180 – 280
340 – 450
30 – 120
0 – 20
350 – 700 20 – 40
560
560 - 1200 660 - 810
Tocotrienoli
------------------------------------------α
β
γ
δ
5
5
5
tracce
1 – 20
270 – 410
0
400 – 900
1 - 50
0
0 - 240 0
450 – 790
5 - 60
0
0
320
70
120 - 150 20 - 40 260 - 300 70
130 – 590 10 – 20
380 – 590 10 – 20
70 – 190 230 – 240
250 – 930 50 – 450
0
0
0
10 – 50
1 - 10
590
450
260
270
20 - 90 80 - 190
-
D. Rajalakshmi, S. Narasimhan, in Food Antioxidants, D.L.Madhavi, S.S. Deshpante and D.K. Salunkhe Eds.,
Cap. 3, Marcel Dekker, USA, 1996
Contenuto di acido L-ascorbico (vitamina C) in alimenti
rappresentativi (G.M. Jaffe, in Kirk-Othmer Enciclopedia
of Chemical Technology, Vol. 24, Wiley-Interscience,
New York, 1978, p. 8.)
Alimento
vegetali
Asparagi
Broccoli (Brussel)
Cavoli
Cavolfiori
Carote
Cavoli ricci
Porri
Cipolle
Fagioli
Prezzemolo
Pepe
Patate
Spinaci
Pomodori
frutti
Mele
Banane
Pompelmi
Guava (pero delle Indie)
Biancospino (bacche)
Aranci, limoni
Pesche
Ananas
Rosa canina
Fragole
carni, pesci e latte
Carni vitello maiale e pesci
Fegato, reni
Carne bovina
acido L-ascorbico
(mg/100 g)
15 – 30
90 – 150
30 – 60
60 – 80
9
120 – 180
15 – 30
10 – 30
10 – 30
170
125 - 200
10 – 30
50 - 90
20 - 33
10 - 30
10
40
300
160 – 180
50
7- 14
17
1000
40 - 90
≤2
10 – 40
1-2
Contenuto di acido citrico in alcuni frutti e vegetali (E.F. Bouchard, E.G. Merritt, in KirkOthmer Enciclopedia of Chemical Technology, Vol. 6, Wiley-Interscience, New York, 1978, p.
150.).
Frutto/vegetale
frutti
Limoni
Pompelmi
Mandarini
Aranci
Ribes rosso
Ribes nero
Lampone
Ribes
Fragole
Mele
vegetali
Patate
Pomodori
Asparagi
Rape
Fagioli
Melopoponi
Granella di mais
Lattuga
Melanzana
Acido citrico/citrato
%
4,0 – 8,0
1,2 – 2,1
0,9 – 1,2
0,6 – 1,0
0,7 – 1,3
1,5 – 3,0
1,0 – 3,0
1,0
0,6 – 0,8
0,008
0,3 – 0,5
0,25
0,08 – 0,2
0,05 – 1,1
0,05
0,007 – 0,025
0,02
0,016
0,01
D. Rajalakshmi, S. Narasimhan, in Food Antioxidants, D.L.Madhavi, S.S. Deshpante and D.K. Salunkhe Eds.,
Cap. 3, Marcel Dekker, USA, 1996
Effetto dell’acido citrico sulla stabilità ossidativa dell’olio di soia (H.G. Dutton, A.W. Schwab, H.A. Moser,
J.B. Cowan, j. Am. Oil Chem. Soc., 25, 385 (1948)).
Numero di perossidi (condizioni del saggio A O M, dopo 8 ore)
con ac. citrico
senza ac. citrico
Controllo
10,7
46,6
Cloruro ferrico (3,0)
125
293
Cloruro manganoso (3,0)
13,1
85,4
Cloruro di cobalto (3,0)
9,1
239
Cloruro di cromo (3,0)
17,8
153
Cloruro di rame (3,0)
291
294
Sale (ppm)
STABILITÀ E CARATTERISTICHE
ORGANOLETTICHE IN RELAZIONE
ALL’ANTIOSSIDAZIONE
olio
additivoa
Mantenimento
dell’aromac
Olio da insalata
Nessuno
0,02% IC
0,15% SC
shelf-life
relativa
(settimane) b
5
7
7,5
Margarina
Nessuno
0,02% IC
0,15% SC
5
14+
14+
165
550+
700+
Nessuno
0,02% IC
0,15% SC
7
14+
14+
315
625+
600+
Olio parzialmente
idrogenato
a
IC = isopropil citrato; SC = stearil citrato.
Numero di settimane con valutatazione superiore a mediocre.
c
Shelf-life relativa x grado di accettabilità.
b
215
325
425
Attività antiossidante dell’ascorbil palmitato (AP) in oli vegetali a 45 °C (W.M. Cort, J. Am.
Oil Chem. Soc., 51, 321 (1974)).
Giornia necessari a raggiungere il numero di perossidi 70 (meq di O2 attivo/Kg sostanza
grassa.
OLIO
Antiossidante
Olio di
Olio di girasole
Olio di
Olio di mais
cartamo
arachide
Nessuno
7
6
15
12
AP (0,01%)
11
10
26
21
AP + PG + TPDA
(0,01% ciascuno)
25
22
46
31
BHA (0,02%)
8
8
15
15
BHT (0,02%)
10
9
15
13
PG (0,02%)
16
19
26
21
AP = ascorbil palmitato; PG = propil gallato; TDPA = acido tiodipropionico; BHA = butil idrossianisolo; BHT =
di-ter-butil idrossitoluolo.
D. Rajalakshmi, S. Narasimhan, in Food Antioxidants, D.L.Madhavi, S.S. Deshpante and D.K. Salunkhe Eds.,
Cap. 3, Marcel Dekker, USA, 1996
Livelli di BHA e di BHT impiegati in pratica in diversi prodotti alimentaria.
Prodotto
Livello % di BHA
Livello % di BHT
Grassi animali
Oli vegetali
Prodotti da forno
Cereali
Purea disidratata di patate
Oli essenziali
Chewing gum base
Canditi
Materiali di confezionamento
per alimenti
0.001 – 0,01
0,002 – 0,02
0,01 – 0,04
0,005 – 0,02
0,001
0,01 – 0,1
Fino a 0,1
Fino a 0,1b
0,02 – 0,1
0.001 – 0,01
0,002 – 0,02
0,01 – 0,04
0,005 – 0,02
0,001
0,01 – 0,1
Fino a 0,1
/
0,02 – 0,1
a
Spesso impiegato in combinazione con altri antiossidanti, quali BHT (BHA) gallati e acido citrico.
b
Calcolato sul grasso.
D. Rajalakshmi, S. Narasimhan, in Food Antioxidants, D.L.Madhavi, S.S. Deshpante and D.K. Salunkhe Eds.,
Cap. 3, Marcel Dekker, USA, 1996
Confronto del comportamento antiossidante di alcuni antiossidanti di sintesi, valutato
attraverso il saggio AOM (Active Oxygen Method) (E.R. Shervin and J.W. Thompson, Food
Technol., 21(6), 912 (1967)).
Trattamento con
Controllo
0,010 di TBHQ
0,020 di TBHQ
0,030 di TBHQ
0,010 di BHA
0,020 di BHA
0,030 di BHA
0,010 di BHT
0,020 di BHT
0,030 di BHT
0,010 di PG
0,020 di PG
0,030 di PG
Ore necessarie per ottenere un numero di perossidi
pari a 20
pari a 70
pari a 70
pari a 70
Strutto
Olio di
Olio di soia Olio di
cotone
cartamo
4
9
11
6
23
24
29
40
38
34
41
29
55
42
53
77
27
9
12
8
36
9
10
6
42
9
10
7
12
10
12
10
18
11
13
7
33
13
15
8
12
19
21
13
20
30
26
10
42
37
31
12
TBHQ = ter-butil idrochinone; BHA = butil idrossianisolo; BHT = di-ter-butil idrossitoluolo; PG = propil
gallato.
D. Rajalakshmi, S. Narasimhan, in Food Antioxidants, D.L.Madhavi, S.S. Deshpante and D.K. Salunkhe Eds.,
Cap. 3, Marcel Dekker, USA, 1996
TEST DI OSSIDAZIONE
ACCELERATA
OLIO DI GIRASOLE
controllo + 3%
PC
+ 3% PC
+ 0,2% GTE
+ 0,2% GTE + 3% PC
(fresca)
+ 3% PC (fresca) + 3% PL
0,2% GTE
+0,2% GTE
OSI time 4,50
(ore)
4,66
3,96
18,78
5,55
4,63
20,25
SD
0,09
0,03
0,64
1,87
0,36
0,51
0,43
CV%
2,0
0,6
16,2
10,0
6,5
11,0
2,1
PC = fosfatidil colina; GTE = estratto di tè verde; PL = fosfolipidi.
Condizioni sperimentali T = 110 °C; flusso d’aria = 150 ml/min
Stabilità delle patate chips fritte in olio di cotone con vari antiossidanti, valutata a 45 °C.
Antiossidante
(0,02%)
Nessuno
BHA
AP
BHT
PG
DLTDP
Giorni per
raggiungere la
rancidità
10
10
15
14
24
14
BHA = butil idrossianisolo; AP = ascorbil palmitato; BHT = di-ter-butil idrossitoluolo; PG = propil gallato;
DLTDP = dilauril tiodipropionato..
D. Rajalakshmi, S. Narasimhan, in Food Antioxidants, D.L.Madhavi, S.S. Deshpante and D.K. Salunkhe Eds.,
Cap. 3, Marcel Dekker, USA, 1996
Effetto sinergico dei fosfati Attività antossidante dei tocoferoli relativamente ad antiossidanti
sintetici (B.T. Lehmann, B.M. Watts, J. Am. Oil Vhem. Soc., 28, 475 (1951).)
Giornia necessari all’insorgenza di rancido a 45 °C
Fosfati
Controllo
Soluzione tamponeb
DSP
STP
SHMP
IMP
2
2
3
7
8
Tocoferolo
0,005%
4
7
12
-
BHA
0,005%
22
43
48
57
64
PG
0,005%
11
7
18
28
28
a
tempo richiesto per decolorare metà del carotene presente (addizionato).
concentrazione, 0,1% in pH 7,5 di tampone borato.
DSP = ortofosfato disodico; STP = tripolifosfato di sodio; SHMP = esametafosfato di sodio;
IMP = metafosfato insolubile o sale di Maddrell; BHA = butil idrossianisolo; PG = propil gallato.
b
D. Rajalakshmi, S. Narasimhan, in Food Antioxidants, D.L.Madhavi, S.S. Deshpante and D.K. Salunkhe Eds.,
Cap. 3, Marcel Dekker, USA, 1996
TEST ACCELERATI DI STABILITÁ
• Test di ossidazione accelerata (Saggio
AOM, Rancimat® test e OSI® time)
• Test di invecchiamento accelerato (T = 4060 °C)
• Test di termo-ossidazione (T > 110 °C)
LIMITI DEI TEST DI
OSSIDAZIONE ACCELERATA
• CONSUMO DELL’OSSIGENO
• VELOCITÁ DI REAZIONE DIPENDENTE DALLA
CONCENTRAZIONE DELL’OSSIGENO
• SPOSTAMENTO DELLA FINE DEL PERIODO D’INDUZIONE
• DOVREBBERO ESSERE CONSIDERATE LE REAZIONI DI
CICLIZZAZIONE E DI POLIMERIZZAZIONE
• ANTIOSSIDANTI TERMOLABILI
• ANTIOSSIDANTI VOLATILI
• Frankel E.N., Trends Food Sci. Technol., 4, 220-225 (1993)
EFFETTI DELLA CONSERVAZIONE
• In tutti i casi la conservazione riduce
l’attività antiossidante, in maniera differente
per tipo di antiossidante e per le condizioni
di conservazione
• In alcuni casi durante la conservazione
l’idrolisi provoca la liberazione di
antiossidanti, riducendo la diminuzione
dell’attività antiossidante
EFFETTI DEI PROCESSI DI
TRASFORMAZIONE
• La trasformazione tecnologica riduce l’attività
antiossidante andando a eliminare gli antiossidanti
in misura differente
• In generale i processi che prevedono
riscaldamenti a temperature elevate riducono
maggiormente il potere antiossidante
• I prodotti della reazione di Maillard, quando
formati, riducono la distruzione degli antiossidanti
FATTORI PRO-OSSIDANTI E SCELTE DI
ANTIOSSIDAZIONE
Pro-ossidanti
Anti-ossidanti
Acidi grassi insaturi
Riduzione dell'insaturazione degli acidi
grassi
Scambio
gassoso,
rimozione
dell'ossigeno
Confezionamento sotto vuoto
Rimozione degli ioni metallici
Complessazione dei metalli
Rimozione della luce, confezionamento
opaco
"Spazzino" di radicali
Ossigeno, ossigeno attivo
Ioni di metalli pesanti e chelati metallici
Luce e pigmenti coloranti
Radiazione elettromagnetica ad elevata
energia
Radicali perossidi liberi
Riscaldamento
Lipossigenasi
Tempo
Contenuto di umidità (molto basso o
molto alto)
Antiossidanti
Refrigerazione
Inattivazione enzima
Scelta di periodo breve della shelf life
Umidità intermedia
Bilancio antiossidanti-proossidanti
nell’intestino
Tocoferoli e tocotrienoli
Coenzima Q
Carotenoidi
Flavonoidi
Acido ascorbico
Spezie, oli essenziali
Vitamina A
Seleno-metionina
Mantenimento del
sistema antiossidante
=
Buona salute
PUFAs ossidati
Ossisteroli
Inquinanti organici persistenti
Fe2+ e Cu+
Nitriti
Metalli pesanti
Micotossine
Alcoli
Sistema antiossidante
compromesso
=
Cattiva salute
K.P. SURAI et al., Nutritional Genomics & Functional Foods, 1 (1), 1-20 (2003)
CONCLUSIONI
• L’ossidazione delle sostanze grasse è spesso un’attività con
esito negativo
• L’antiossidazione e un processo complesso
• Gli antiossidanti naturali sono numerosissimi
• La misura del potere antiossidante è critica
• La presenza di più antiossidanti può essere più o meno efficace
• Ciascun antiossidante ha un intervallo ottimale di
concentrazione in cui è attivo
• Gli antiossidanti sono additivi indispensabili
• Le fonti naturali di antiossidanti sono molteplici
• Conservazione e trasformazione tecnologica riducono l’attività
antiossidante
• Previsione della shelf life in relazione all’ossidazione
