آنتي‌اكسيدان‌هاي

فصل اول
بررسی منابع
۱-۱- تاریخچه
آنتی‌اکسیدان‌ها احتمالاً خیلی پیش از آن که در تاریخ ثبت شوند برای نگهداری چربی‌ها مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در زمان‌های پیش از تاریخ گیاهان علفی و ادویه‌جات نه تنها برای طعم بخشیدن به غذا بلکه به واسطه خواص ضدعفونی و حفاظت‌کنندگی خود به کار می‌رفتند. اولین بار برتولت (۱۷۹۷) و پس از آن داوی (۱۸۱۷) گزارش کردند که برخی ترکیبات معین موجب کندی عمل واکنش‌‌کننده‌های اکسیداتیو می‌شوند.

شاید اولین گزارش دربارة استفاده از آنتی‌اکسیدان‌ها در چربی‌ها مربوط به دسچامیس (۱۸۳۴) باشد. وی مشاهده نمود که صمغ بنزوئین و عصارة درخت صنوبر قادر هستند فساد پمادهای ساخته شده با چربی خوک را کند نمایند. در نیمه قرن نوزدهم چورئوول ادعا کرد که چوب بلوط یک عامل ضدخشکی برای روغن بذر کتان است زیرا وی مشاهده کرده بود که روغن بذر کتان در ظروفی از جنس چوب بلوط بسیار کندتر از سایر سطوح طبیعی خشک می‌شود.

رایت (۱۸۵۲) مشاهده نمود که بومیان آمریکا در درة اوهایو از پوست نوعی درخت نارون برای محافظت چربی خرس استفاده می‌کردند. او دریافت که نارون در نگهداری کره هم مؤثر است. ۳۰ سال بعد پوست نارون به عنوان یک ماده آنتی‌اکسیدان به ثبت رسید.

دانش و اطلاعات امروزی در مورد خواص شیمیایی در جهت جلوگیری از تجزیه اکسیداتیو روغن‌ها و چربی‌ها با مطالعات کلاسیک مورئو و دووفرایز آغاز گردید. ضمن جنگ جهانی اول و کمی پس از آن این محققان بیش از ۵۰۰ ترکیب را برای فعالیت آنتی‌اکسیدان مورد آزمایش قرار دارند. این تحقیقات پایه‌ای و اهمیت گسترده اکسیداسیون در کلیه عملکردهای صنعتی موجب شکل گرفتن زمینه‌های تحقیقی در مورد افزودنی‌های شیمیایی تنظیم‌کننده اکسیداسیون شده است و این جستجو و تحقیق هنوز در حال پیشرفت است (۷۹).

۱-۲- اکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها
۱-۲-۱-اتواکسیداسیون
اتواکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها از طریق یک مکانیسم رادیکال آزاد خودتکثیری روی می‌دهد. بر اساس نظریه فارمر و بولاند واکنش زنجیره‌ای رادیکالی اتواکسیداسیون اسیدهای چرب غیراشباع از ۴ مرحلة: آغازی، انتشار، شکست هیدروپراکسیدها و پایانی تشکیل شده است (۵۵). از آن جا که واکنش مستقیم اسیدهای چرب غیراشباع از نظر ترمودینامیکی دشوار است،

تولید اولین رادیکال‌های لازم برای شروع واکنش از طریق تخریب هیدروپراکسیدهای از پیش تشکیل شده، کاتالیزورهای فلزی، حرارت، تابش نور و یا مکانیسم‌هایی که با کمک اکسیژن یک تابی صورت می‌گیرد، انجام می‌پذیرد. رادیکال اسید چرب از طریق جدا شدن هیدروژن از کربن تا آلفا متیلتیک در مولکول اسید چرب حاصل می‌شود.

به دنبال این مرحله اکسیژن به رادیکال اسید چرب حمله کرده، تولید رادیکال پراکسی می‌کند که این رادیکال‌ها مشابه با رادیکال آلکوکسی، هیدروژن را از گروه‌های آلفامتیلنیک دیگر مولکول‌های سوبسترا می‌گیرند و هیدروپراکسید و رادیکال‌های جدیدی از اسید چرب تولید کرده، باعث گسترش و انتشار اکسیداسیون می‌شوند.

LH: اسید چرب
L: رادیکال اسید چرب (الکیل)
LO: رادیکال آلکوکسی
LOO: رادیکال پراکسی
:LOOH هیدروپراکسید

به خاطر پایداری رزونانس رادیکال‌های اسید چرب، واکنش با جا به جایی در موقعیت پیوندهای مضاعف همراهی می‌شود که منجر به تشکیل ایزومرهای هیدروپراکسید می‌شود (۹۵). در حضور فلزات نادر یا حرارت پیوند اکسیژن- اکسیژن در هیدروپراکسید می‌شکند و به این ترتیب رادیکال‌های هیدروکسی و آلکوکسی تولید می‌شوند.

شکست همولیتیکی در هر طرف از گروه‌های آلکیل منجر به تشکیل فرآورده‌های مخصوصی می‌شود. رادیکال‌های وینیلیک که از شکست هیدروپراکسید به وجود می‌آیند با رادیکال‌های هیدروکسی واکنش کرده، تولید ۱-انول‌ها را می‌نمایند که در نتیجه عمل توتومریزاسیون به آلدئیدهای مربوطه تبدیل می‌شوند.

رادیکال‌های آزاد حد وسطی که در واکنش‌های قبل تولید می‌شوند می‌توانند از راه‌های مختلف واکنش کرده، ترکیبات دیمر، پلیمر و حلقوی را ایجاد کنند. این واکنش‌ها شامل ترکیب رادیکال‌های آلکیل با سایر رادیکال‌های آلکیل و یا رادیکال‌های آلکوکسی و اضافه شدن رادیکال‌های آزاد به پیوندهای مضاعف می‌باشند.

هیدروپراکسیدها به دلیل دارا بودن نقطه ذوب بالا و وزن مولکولی زیاد غیرفرار هستند، در نتیجه فاقد هرگونه طعم و بویی می‌باشند بنابراین در مرحله تولید آنها فساد روغن و چربی مشخص نمی‌شود، اما ترکیبات حاصل از تجزیه آنها فرار و عامل ایجاد طعم و بوی فساد هستند. این ترکیبات در درجه اول شامل مشتقات دارای گروه کربونیل (آلدئید و کتون‌ها) و در درجه دوم هیدروکربن‌هایی نظیر آلکان‌ها، آلکین‌ها، آلکیل فوران‌ها و الکل‌ها می‌باشند (۵۸).

شكل ۱-۱- چگونگي تشكيل محصولات ثانويه اكسيداسيون (آلدئيدها، كتون‌ها و الكل‌ها) از هيدروپراكسيدها.
۱-۲-۲- فتواکسیداسیون
فتواکسیداسیون یا اکسیداسیون حساس شده به نور در مواد غذایی اساساً از طریق مکانیسم زیر انجام می‌شود.

در این مکانیسم ۱S که یک حساس‌کننده نظیر کلروفیل است انرژی ماوراء بنفش را جذب کرده، برانگیخته می‌شود. حساس‌کننده برانگیخته شده می‌تواند به حساس‌کننده بنیادی یا یک‌تایی تبدیل شود و یا این که انرژی خود را به مولکول پایه اکسیژن که به فرم سه‌گانه (۳O2) می‌باشد منتقل کرده، تولید اکسیژن یک‌تایی کند (۴۷).

اکسیژن یک‌تایی که به شدت الکتروفیل است می‌تواند به طور مستقیم به اسیدهای چرب غیراشباع حمله کند و به خاطر چگالی الکترونی بالای پیوندهای مضاعف، تولید رادیکال پراکسی و نهایتاً هیدروپراکسید بنماید.

مشخص شده که اکسیژن یک‌تایی ۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ بار سریع‌تر از اکسیژن سه‌تایی واکنش می‌کند (۸۶). به این ترتیب در مقایسه با اتواکسیداسیون، فتواکسیداسیون واکنشی بسیار سریع‌تر است. هم‌چنین مکانیسم اکسیداسیون از نظر نوع و مقدار هیدروپراکسیدهای حاصله متفاوت می‌باشد. (شكل ۱-۲).

شكل ۱-۲- تفاوت هيدروپراكسيدهاي حاصل از اتواكسيداسيون و فتواكسيداسيون اسيدلينولئيك.
این فتواکسیداسیون که به فتواکسیداسیون نوع دوم معروف است توسط غیرفعال‌کننده‌های نور از جمله کاروتنوئید‌ها کند یا متوقف می‌شود. این ترکیبات مانع از انتقال انرژی نور به مولکول‌های حساس‌کننده می‌شوند.

در نوع دیگر فتواکسیداسیون که به فتواکسیداسیون نوع اول معروف است، حساس‌کننده بعد از تحریک شدن توسط نور مستقیماً با اسید چرب واکنش داده، رادیکال آزاد آن را به وجود می‌آورد که در صورت حضور اکسیژن در محیط، مشابه با اتواکسیداسیون، تولید هیدروپراکسید می‌کند. ترکیبات آنتی‌اکسیدان قادر به تأخیر یا توقف این نوع از فتواکسیداسیون می‌باشند (۸۹ و ۲).

۱-۲-۳- اکسیداسیون آنزیمی
آنزیم لیپوکسی ژناز قادر به کاتالیز اکسیداسیون تعدادی از اسیدهای چرب غیراشباع به ویژه اسیدهای لینولئیک، لینولنیک و آراشیدونیک به هیدروپراکسیدهای مربوطه‌شان می‌باشد. برای فعال شدن آنزیم لیپوکسی ژناز ابتدا باید یون فرو (که در جایگاه فعال آنزیم قرار دارد) به یون فریک تبدیل شود، این عمل توسط یک مولکول هیدروپراکسید انجام می‌پذیرد.

مکانیسم عمل این آنزیم در شکل ۱-۳ مشخص شده است.
برخلاف واکنش‌های غیرآنزیمی که در انها پراکسیداسیون روغن‌ها و چربی ها به وسیله رادیکال آزاد میانجی‌گری می‌شود، واکنش لیپوکسی ژنازی از نظر ربایش اولیه هیدروژن و ورود بعدی اکسیژن دارای تخصص یافتگی شکلی و فضایی می‌باشد.

حداکثر سرعت واکنش اکسيداسیون توسط آنزیم لیپوکسی ژناز در دامنه حرکتی ۲۰-۰ درجه سانتی‌گراد انجام می‌گیرد لذا در فرآیندهای حرارتی روغن، این آنزیم دناتوره و غیرفعال شده، در زمان نگهداری و مصرف مشکل‌ساز نخواهد بود. علاوه بر فعالیت آنزیم لیپوکسی ژناز، اکسیداسیون آنزیمی اسیدهای چرب از طریق اکسیژن فعال حاصل از واکنش آنزیماتیک نیز رخ می‌دهد. در این حالت اکسیژن منجر به تشکیل رادیکال‌های فعال و واکنش‌های زنجیره‌ای مشابه با اتواکسیداسیون می‌گردد (۷۶ و ۲).

۱-۳- پرواکسیدان‌ها
پرواکسیدان‌ها ترکیباتی هستند که بر روی واکنش‌های مختلف اکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها تأثیر گذاشته بر سرعت آنها می‌افزایند. شناسایی این فاکتورها در انتخاب مناسب‌ترین روش نگهداری مؤثر می‌باشد. مهم‌ترین پرواکسیدان‌ها عبارتند از:‌ دما، رطوبت، نور، یون‌ها فلزی، آنزیم‌ها و ترکیبات دارای هم.

شکل ۱-۳- مکانیسم اکسیداسیون آنزیمی توسط لیپوکسی ژناز.
۱-۳-۱- دما
همانند سایر واکنش‌های شیمیایی، با افزایش دما، سرعت اکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها افزایش می‌یابد. به طور مثال در فرآورده‌های بوگیری شده به إزاء هر ۱۵ درجه سانتی‌گراد (در دامنه ۶۰- ۲۰ درجه سانتی‌گراد) سرعت اکسیداسیون دو برابر می‌شود.

باید توجه داشت که تأثیر دما به ویژه بر روی اتواکسیداسیون می‌باشد و اثر چندانی بر فتواکسیداسیون ندارد. (سرعت اکسیداسیون به ازء افزایش هر ۱۰ درجه سانتی‌گراد دو برابر می‌شود ).

افزایش دما بر سرعت تولید رادیکال‌های آزاد و تجزیه آنها می‌افزاد و مدت زمان لازم برای سپری شدن مرحله اکسیداسیون کند را کاهش می‌دهد. دما نه تنها بر سرعت اکسیداسیون بلکه بر مکانیسم واکنش نیز اثر می‌گذارد. در دماهای پایین، عمده‌ترین مکانیسم، واکنش‌های مربوط به تولید هیدروپراکسید می‌باشد. در این حالت، ترکیبات غیراشباع کاهش نمی‌یابند اما در دمای بالا به میزان قابل توجهی از بندهای مضاعف اشباع می‌گردند (۸۱ و ۵۵).

۱-۳-۲- رطوبت
تإثیر فعالیت آب بر روی سرعت اکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها پیچیده است. سرعت اکسیداسیون در حدود ۳/۰ به حداقل می‌رسد و در رطوبت‌های پایین‌تر و بالاتر از آن، سرعت واکنش افزایش می‌یابد. زمانی که رطوبت بسیار کم باشد، به دلیل هیدراسیون کمتر یون‌های فلزی، تماس با این یون‌ها با سوبسترا زیاد شده، سرعت اکسیداسیون افزایش می‌یابد. در بیش از ۳/۰، آب آزاد موجود در روغن با انتقال پرواکسیدان‌ها موجب افزایش مجدد سرعت اکسیداسیون می‌گردد (۲).

۱-۳-۳- نور
نور انرژی لازم برای افزایش سرعت اکسیداسیون را تأمین می‌کند. آزمایش‌های مختلف نشان داده است که شدت و طول موج نور بر اکسیداسیون مؤثر است، به طوری که در ناحیه ماوراء بنفش، جذب انرژی به حداکثر خود رسیده، اکسیداسیون با سرعت و شدت زیادی پیشرفت می‌کند. به عبارت دیگر با کاهش طول موج، بر سرعت واکنش‌های اکسیداسیون افزوده می‌شود (۲). این مطلب به خوبی در شکل ۱-۴ نشان داده شده است.

شکل ۱-۴- تأثیر طول موج نور بر سرعت واکنش‌های اکسیداسیون.
: روغن آفتابگردان. روغن بادام‌زمینی. :X روغن سویا. •: روغن سویای از قبل اکسیده شده که دوره القایی را پشت سر گذاشته است.

۱-۳-۴- یون‌های فلزی
یون‌های فلزات سنگین کاتالیزورهای بسیار قوی در اکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها می‌باشند. این یون‌ها هیدروپراکسید را به رادیکال آزاد تجزیه می‌کنند و در نتیجه واکنش‌های زنجیره‌ای رادیکالی اتواکسیداسیون را تسریع می‌نمایند. بنابراین شرط اصلی برای فعالیت آنها وجود هیدروپراکسیدها می‌باشد.

Men+ : یون فلزی
LOOH: هیدروپراکسیدها
روغن‌ها و چربی‌های تصفیه شده غالباً حاوی یون‌های فلزاتی مانند آهن، مس، منیزیم، کرم، نیکل، کبالت، روی و منگنز می‌باشند. حذف کامل این یون‌های غیراقتصادی است و به طور عمده ناشی از مواد خام، تجهیزات و دستگاه‌های فرآیند و حمل و نقل و مواد بسته‌بندی می‌باشند. تجمع یون‌های فلزات سنگین از عمر انبارداری روغن‌ها و چربی‌ها می‌کاهد.

حداکثر غلظت مجاز این ترکیبات بستگی به نوع یون فلزی و اسید چرب دارد. در روغن‌های خوراکی واجد اسید لینولئیک (آفتابگردان و جوانه ذرت) حداکثر غلظت مجاز برای آهن و مس به ترتیب ۰۳/۰ و ۰۱/۰ پی‌پی‌ام می‌باشد در حالی که این مقادیر برای روغن‌های دارای اسید اولئیک ۵ پی پی ام است.

فلزات سنگین علاوه بر واکنش با هیدروپراکسیدها می‌توانند با مولکول اسیدچرب نیز به صورت معادله زیر واکنش کرده، رادیکال آزاد اسید چرب را به وجود آورند. (اگرچه این مکانیسم برای شروع اتواکسیداسیون اهمیت چندانی ندارد).

زمانی که فلز به ظرفیت کمتر خود تبدیل شود (چه در واکنش با هیدروپراکسید و چه با اسید چرب) قادر است با اکسیژن ترکیب شده، کمپلکس‌های تولیدکننده یک‌تایی را به وجود آورد که از این طریق نیز موجب اکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها می‌شود (۵۵ و ۲).

۱-۳-۵- آنزیم‌ها و ترکیبات دارای هم
این ترکیبات که شامل لیپوکسی ژناز، پراکسیداز ، کاتالاز ، سیتوکرومC ، سیتوکروم P450 ، هموگلوبین و میوگلوبین هستند، علاوه بر بخش پروتئینی در ساختار غیرپروتئینی خود دارای هم می‌باشند. در اثر خرد شدن دانه‌های روغنی و استخراج روغن به کمک حلال و یا در اثر دناتوره شدن حرارتی، پیوندهای فلزی شکسته شده،

اتم هم آن آزاد می‌گردد و در واکنش‌های تجزیه هیدروپراکسید شرکت می‌کند، به این ترتیب سرعت اکسیداسیون را افزایش می‌دهد. بررسی‌های انجام شده بر روی سرعت پراکسیداسیون اسید لینولئیک در خصوص پراکسیداز و حرارت‌های مختلف نشان داده است که با افزایش دما (بیش از ۵۰ درجه سانتی‌گراد) از فعالیت آنزیم کاسته می‌شود، اما بر سرعت پراکسیداسیون اسید لینولئیک افزوده می‌شود.

سرعت اکسیداسیون در دماهای بالا، با دناتوره شدن کامل آنزیم فوق‌العاده افزایش می‌یابد. برخلاف پراکسیداز، آنزیم لیپوکسی ژناز تا زمانی که دناتوره نشده باشد، فعال‌ترین آنزیم در پراکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها محسوب می‌شود (۵۵ و ۲).

۱-۴- روش‌های جلوگیری از اکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها
به طور کلی روش‌های جلوگیری از اکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها را می‌توان تحت عناوین زیر بررسی نمود:
۱- بهینه‌سازی شرایط فرآیند به طوری که تا حد امکان عوامل پرواکسیدانی نظیر یون‌های فلزی، اکسیژن و رطوبت در فرآیند تولید محصول دخالت نداشته باشد.

۲- بهینه‌سازی شرایط بسته‌بندی و نگهداری محصول که عمدتاً شامل حذف اثر پرواکسیدانی حرارت و نور می‌باشد. گرچه در خصوص بازدارندگی از اثر نامطلوب اکسیژن می‌توان به کاربرد روش‌هایی از قبیل بسته‌بندی در خلاء انجماد و استفاده از آنزیم گلوکز اکسیداز اشاره نمود، اما از آنجا که اعمال این روش‌ها برای حذف کامل اکسیژن عملی نمی‌باشد و از دیدگاه اقتصادی نیز مقرون به صرفه نیستند، کاربرد چنین روش‌هایی توصیه نمی‌گردد.

۳- افزودن آنتی‌اکسیدان‌ها، که اغلب برای روغن‌های گیاهی به کار می‌رود و روش بسیار مؤثری در جلوگیری از اکسیداسیون می‌باشد.
۴- هیدروژنه کردن روغن‌های گیاهی که بر این اساس باندهای مضاعف موجود در اسیدهای چرب به صورت اشباع درآمده، به این تریب اکسیداسیون دشوار می‌گردد (۷۷ و ۴۱).

۱-۵- آنتی‌اکسیدان‌ها
بر طبق تعریف USDA آنتی‌اکسیدان‌ها ترکیباتی هستند که با کند کردن فساد، تندی و یا تغییر رنگ ناشی از اکسیداسیون، باعث حفظ و نگهداری مواد غذایی می‌شوند و در واقع از سرعت و شدت واکنش‌های شیمیایی می‌کاهند. از میان صدها ترکیب پیشنهاد شده برای ممانعت از فساد و اکسیداسیون مواد اکسید شدنی فقط تعداد کمی به عنوان فرآورده‌های قابل مصرف برای انسان می‌توانند مورد استفاده واقع شوند.

برای انتخاب آنتی‌اکسیدان‌ها ویژگی‌های زیر مطلوب و مناسب است:
۱- مؤثر بودن در تراکم‌های کم (۰۱/۰- ۰۰۱/۰ در صد).
۲- فقدان اثرات نامطلوب بر روی رنگ، بو، طعم و سایر خصوصیات مواد غذایی.
۳- سازگاری با مواد غذایی و سهولت کاربرد آن.

۴- پایداری تحت شرایط فرآیند و یا ذخیره‌سازی مواد غذایی.
۵- غیر سمی بودن ترکیب مورد نظر و فرآورده‌های اکسیداسیون آن.
۶- دارا بودن صرفه اقتصادی (۵۸).

۱-۵-۱- مکانیسم آنتی‌اکسیداسیون
آنتی‌اکسیدان‌ها به طرق مختلف از قبیل خنثی نمودن رادیکال‌های آزاد، پایدار ساختن هیدروپراکسید‌ها، مهار کاتالیزورها و غیرفعال کردن اکسیژن، نقش خود را ایفا می‌کنند. البته غالب آنتی‌اکسیدان‌ها از طریق گسیختن مکانیسم تکثیر زنجیره، در عمل اتو‌اکسیداسیون تداخل می‌کنند. در حقیقت این ترکیبات در فرآیند مزبور به کندی اکسید می‌شوند و اتواکسیداسیون طبیعی با تخریب کامل آنتی‌اکسیدان پیشرفت می‌کنند.

آنتی‌اکسیدان‌های فنلی که به طور معمول در مواد غذایی مصرف می‌شوند، به جز یک مورد استثناء دارای یک یا دو گروه هیدورکسیل (یک گروه هیدروکسیل در موقعیت ارتو یا پارا) می‌باشند. جانشین شدن اتم‌های هیدروژن در موقعیت‌های ارتو و پارا با گروه‌های آلکیل دانسیته الکترونی گروه OH را از طریق القایی افزایش می‌دهد.

تشکیل رزونانس غیرمتمرکز و عدم وجود مکان مناسب برای حمله مولکول اکسیژن، رادیکال‌‌های آنتی‌اکسیدان فنلی را به طور نسبی پایدار می‌سازد در نتیجه نه تنها رادیکال‌های آزاد جدید ایجاد نمی‌کند، بلکه می‌تواند با سایر رادیکال‌های آزاد موجود در محیط ترکیب شده، آنها را به ترکیبات خنثی و پایداری تبدیل نماید و از این طریق نیز مانع پیشرفت اتواکسیداسیون گردد.

مکانیسم عمل آنتی‌اکسیدان‌های فنلی (AH) به قرار زیر است.

قرار گرفتن گروه اتیل یا -nبوتیل به جای متیل در موقعیت‌های پارا فعالیت آنتی‌اکسیدانی را افزایش می‌دهد. در حالی که ورود گروه‌های آلکیل به ویژه گروه‌های دارای انشعاب، نظیر رادیکال‌های نوع سوم بوتیل در همین موقعیت، فعالیت آنتی‌اکسیدانی را تقلیل می‌دهد. این عمل تخریب آنتی‌اکسیدان را تحت شرایط حرارت‌های بالا و سایر شرایطی که ضمن تهیه غذاهای پختنی و سرخ کردنی به کار گرفته می‌شوند، به تأخیر می‌اندازد. این ترکیبات تحت عنوان آنتی‌اکسیدان‌های Carry- Through یا Carry- Over معرفی می‌شوند.

در اکثر موارد آنتی‌اکسیدان‌های فنلی در غلظت‌های زیاد، به دلیل درگیر شدن در واکنش‌های مرحلة آغازی فعالیت خود را از دست داده، به عنوان پرواکسیدان عمل می‌کنند (۸۶، ۶۴ و ۴۱).

۱-۵-۲- طبقه‌بندی آنتی‌اکسیدان‌ها
اینگلد (۱۹۶۱) آنتی‌اکسیدان‌ها را به دو گروه تقسیم‌بندی کرد:‌ آنتی‌اکسیدان‌های اولیه که با رادیکال‌های چربی واکنش کرده، فرآورده‌های پایداری را به وجود می‌آورند و آنتی‌اکسیدان ثانویه یا ممانعت‌کننده که میزان شروع واکنش‌های زنجیره‌ای اکسیداسیون را از طرق مکانیزم‌های مختلف کند می‌کنند.

چیپاولت (۱۹۶۲) آنتی‌اکسیدان‌ها را به دو گروه آنتی‌اکسیدان‌های اولیه و سینرژیست‌ها طبقه‌بندی کرد. آنتی‌اکسیدان‌ها را هم‌چنین می‌توان به پنج نوع تقسیم‌‌بندی کرد: آنتی‌اکسیدان‌های اولیه، آنتی‌اکسیدان‌های ثانویه، خورندگان اکسیژن ، عوامل چلات کننده یا سکواسترانت‌ها و آنتی‌اکسیدان‌های آنزیمی. علاوه بر این موارد آنتی‌اکسیدان‌ها را می‌توان به انواع سنتزی و طبیعی نیز طبقه‌بندی نمود (۵۸).

۱-۵-۲-۱- سینرژیست‌ها و آنتاگونیست‌ها
سینرژیست‌ها موجب تقویت یا تداوم فعالیت آنتی‌اکسیدان‌های اولیه می‌شوند. این ترکیبات اغلب به تنهایی بر روی به تأخیر انداختن اکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها تأثیر کمی‌دارند.

یک تأثیر سینرژیستیک چشمگیر اغلب بین آنتی‌اکسیدا‌ن‌های اولیه و ثانویه یا بازدارنده روی می‌دهد. تعداد زیادی از هیدروکسی و آمینواسیدهای با وزن مولکولی کم دارای فعالیت سینرژیستیک مشخص هستند. با وجود این سینرژیسم ممکن است

بین آنتی‌اکسیدان‌های اولیه نیز روی دهد. سینرژیسم آنتی‌اکسیدان‌های اولیه BHA و BHT از نظر کاربرد عملی مهم است و ناشی از بیشتر بودن دهندگی هیدروژن نسبت به میزان مورد انتظار از مجموع دو آنتی‌اکسیدان می‌باشد. پیشنهاد شده است که در حضور BHA اکسیداسیون BHT تا زمانی که BHA مجدداً تولید شود افزایش می‌یابد.

پروپیل گالات‌ها و سایر انواع گالات‌ها سینرژیست‌های مؤثری برای BHT,BHA هستند. مکانیستم سینرژیسم برای کلیه این ترکیبات یکسان نیست. سینرژیست‌ها ممکن است به صورت عوامل از نو سازنده آنتی‌اکسیدان‌های اولیه عمل کنند، یا غیرفعال‌کننده پرواکسیدان‌های فلزی و یا تجزیه‌کننده هیدروپراکسید باشند. هم‌چنین ممکن است به عنوان انواع دیگری از آنتی‌اکسیدان‌های اولیه کمکی کنند (۵۸).

اثر سینرژیستی توکوفرول‌ها با اسید آسکوربیک و استرهای آن جالب توجه می‌باشد. این پدیده با استفاده از آلفاتوکوفرول و اسید آسکوربیک یا آسکوربیل پالمتیات مطالعه شده است. آلفاتوکوفرول به صورت آنتی‌اکسیدان شکننده زنجیر عمل می‌کند و رادیکال آلفاتوکوفرول حاصل پس از واکنش با اسید آسکوربیک، مجدداً آلفاتوکوفرول را به وجود می‌آورد.

شکل ۱-۵- اثر سینرژیستی اسید آسکوربیک بر آلفاتوکوفرول
در يك سيستم اكسيداسيون خارج از محيط زنده با استفاده از متيل لينولئات و اسيدآسكوربيك، در ابتدا آسكوربيك مصرف مي‌شود، در حالي كه آلفاتوكوفرول تا زماني كه بيشتر اسيد آسكوربيك تمام شود بدون تغيير باقي مي‌ماند. پيشنهاد شده است كه آلفانوكوفرول بسيار سريع‌تر از اسيد آسكوربيك راديكال‌هاي پراكسي را مي‌خورد، اما راديكال آلفاتوكوفرول با اسيد آسكوربيك واكنش كرده، مجدداً آلفاتوكوفرول به وجود مي‌آيد.

بر خلاف حالت سينرژيسم، گاهي استفاده توام از دو يا چند آنتي‌اكسيدان باعث تاثير منفي بر يكديگر و خنثي نمودن فعاليت آنها مي‌گردد، كه اين شرايط را اصطلاحاً آنتاگونيسم و به تركيبات فوق‌الذكر آنتاگونيست گويند (۴۳).

۱-۵-۲-۲- عوامل چلات‌كننده يا سكواسترانت‌ها
عوامل چلات‌كننده يا عواملي كه با يون‌هاي فلزي به ويژه مس و آهن تشكيل كمپلكس مي‌دهند، قادر به تاخير در واكنش‌هاي اكسيداسيون مي‌باشد. اسيدهاي سيتريك، فسقريك، آسكوربيك، تارتاريك، اتيلن‌دي‌آمين تترااستيك اسيد (EDTA) لستين ، برخي تركيبات فنلي و آمينواسيدهاي خاص از اعضاي اصلي اين گروه مي‌باشند.

برخي از اين تركيبات به خاطر سينرژيسم چشمگيري كه نشان مي‌دهند جزء گروه سينرژيست‌ها طبقه‌بندي مي‌شوند. برخي از سكواسترانت‌ها از جمله اسيد سيتريك علاوه بر چلات كردن يون‌هاي فلزي، داراي قدرت گيرندگي اكسيژن آزاد نيز مي‌باشند (۶۲).

شكل ۱-۶- چگونگي تشكيل كمپلكس بين اسيد سيتريك و يون‌هاي مس و سديم.
چلاته شدن به معناي تركيبي است كه با دارا بودن يكسري اتم‌هاي دهنده، مي‌تواند پيوند‌هاي كئوردينانسي را با يك فلز بشكل ساختار حلقوي بنام كمپلكس چلات با به‌طور ساده چلات را تشكيل بدهد. اتم‌هاي دهنده ليگاند بعد از اولين واكنش كئوردينانسي با فلز، به كمك زنجيرهايي با اتصال به مولكول‌هاي مياني ديگر اتم‌هاي چلات،

يك كمپلكس حلقوي شكلي را بوجود مي‌آورد. در اين حالت هر يك از حلقه‌ها در حضور اتم فلزي، به كمك بقيه اتم‌هاي چلات در همديگر گير مي‌كنند. براي تشريح كلمه چلات چنين مي‌توان گفت كه آن از كلمه Chela يا Claw به معني خرچنگ براي اينگونه از ساختارهاي مولكولي بكار برده مي‌شود [۲۸]. {A}

۳- ساختار شيمي چلات‌ها
از جمله ويژگي‌هاي چلاته‌كننده‌ها اين است كه پيوندهايي كئوردينانسي بين يك، دو و يا چند اتم فلزي (M) و مولكول‌هاي مواد چلاته‌كننده (ليگاند) كه در شكل‌هاي (۲-۱۰) نشان داده شده است، برقرار مي‌كنند. در اين نوع پيوند، اتم‌هاي ليگاند الكترون‌دهنده، و اتم هاي فلز الكترون گيرنده هستند زمانيكه پيوندهاي كئوردينانسي بين فلز و اتم‌هاي الكترون‌دهنده ليگان انجام گرفت،

اتم‌هاي الكترون‌دهند ليگاند در حضور يون فلزي حلقه‌هايي را تشكيل مي‌دهند و بدين شكل ساختار يك واكنش چلات را بوجود مي‌آورند. به ازاي پيوند هر اتم اضافي از ليگاند با يون فلزي باعث ايجاد يك حلقه ديگري از چلات مي‌شود.

مواد شيميايي چلاته كننده اغلب بي‌بار و در آب كم محلولند و بوسيله حلال‌هاي آلي مشخص قابل انحلال مي‌باشند. مواد شيميايي چلاته‌كننده آلي اغلب جزء اسيدهاي ضعيف بوده و داراي يك گروه دهنده دو دندانه‌اي هستند كه با كاتيون‌هاي فلزي كمپلكس‌هاي بي بار بوجود مي‌آورند. در اغلب موارد شماره ارتباط (كئوردينانسي) كاتيون فلزي دو برابر بار الكتريكي آن مي‌باشد.

معمولاً، يون‌هاي فلزي مي‌توانند با بيش از يك مولكول از مواد چلاته‌كننده وارد واكنش بشوند و برعكس يك مولكول ليگاند، نيز مي‌تواند با داشتن اتم‌هاي دهنده كافي با بيش از يك فلز وارد واكنش بشود.

۱۲- فاكتورهاي مؤثر بر پايداري كمپلكس چلات: [۲۸ و ۲۹]
يكي از پارامترهاي مؤثر بر پايداري كمپلكس‌هاي حاصل شده از عمل چلاته شدن، افزايش پايداري كمپلكس حاصل شده از ايجاد تشكيل حلقه مي‌باشد. پايداري بالاي چلات‌ها، بزرگترين نتيجه حاصل از افزايش آنتروپي حاصل شده از افزايش تعداد مولكول‌هاي آزاد مي‌باشد. افزايش پايداري حاصل شده از تشكيل حلقه‌ها به عنوان يكي از اثرات مهم چلات درنظر گرفته مي‌شود. پارامترهاي بسيار زيادي در پايداري چلات‌ها مؤثر هستند.

از جمله فاكتورهاي معمولي كه در اكثر سيستم‌هاي چلاته شدن اتفاق مي‌افتد عبارتند از:
۱- اندازه و تعداد حلقه‌ها.
۲- قابليت تعويض حلقه‌ها.
۳- طبيعت فلز و اتم‌هاي دهنده در كمپلكس‌هاي پرحلقه.
۴- اندازه‌ي حلقه‌اي كه بتوسط يون فلزي تشكيل مي‌شود.

در عمل چلاته شدن، عضوهايي كه داراي ۵ تا ۶ حلقه باشند، داراي پايداري بيشتري نسبت به بقيه حالت‌ها هستند. در همه گروه‌هاي مواد چلاته كننده، تغييرات ثابت پايداري معمولاً به بيشتر از يك پارامتري كه تا بحال شناخته شده است بستگي دارد.

۱۳- تأثير pH:
در رنج pHهاي قابل دسترسي در محلول آبي، اكثر مواد شيمايي شناخته شده، به دو شكل پروتوني و يا غيرپروتوني در حالت تعادل با بقيه مواد، بوجود مي‌آيند. يون‌هاي فلزي با يون‌هاي هيدروژن براي بدست آوردن اتم‌هاي دهنده با همديگر رقابت مي‌كنند. {A}

۱-۵-۳- آنتي اكسيدان‌هاي سنتزي
الف) بوتيليتد هيدروكسي آنيزول (BHA)
ايـن آنتي‌اكسيـدان از اواخر دهه ۱۹۴۰ شناخته شد و مورد مصـرف قرار گرفت. BHA يك آنتي‌اكسيدان مؤثر در چربي‌هاي حيواني و غذاهاي حاوي فرآورده‌هاي حيواني مي‌باشد و نظير اغلب آنتي‌اكسيدان‌هاي فنلي در روغن‌هاي گياهي غير اشباع ميزان تاثير محدودي دارد.

BHA فرّار است و به همين خاطر از نظر بسته‌بندي مواد غذايي مناسب است. اما در مورد چربي‌هايي كه براي سرخ كردن عميق به كار مي‌روند نامناسب و نامطلوب است. اما در مورد چربي‌هايي كه براي سرخ كردن عميق به كار مي‌روند نامناسب و نامطلوب مي‌باشد.

از ميان كاربردهاي متعدد BHA اين آنتي‌اكسيدان اساساً در محافظت از طعم و رنگ اسانس‌ها مفيد مي‌باشد و در حقيقت از اين نظر مؤثرترين آنتي‌اكسيدان مواد غذايي است. از نظر عملي BHA در كنترل اكسيداسيون اسيدهاي چرب كوتاه زنجير نظير آنهايي كه در روغن نارگيل و روغن هسته پالم وجود دارند و همچنين اسيدهاي چرب موجود در فرآورده‌هاي قنادي و فرآورده‌هايي كه از غلات تهيه مي‌شوند، مؤثر است. علاوه بر آن BHA يك سينرژيست مناسب برای پروپيل گالات محسوب مي‌شود (۹۰، ۸۵ و ۶۱).

ب) بوتيليتد هيدروكسي تولوئن (BHT)
اين آنتي‌اكسيدان از دهه ۱۹۵۰ در روغـن‌ها و چربي‌ها مورد استفـاده قرار گرفت. BHT تنها آنتي‌اكسيدان فنلي معمول و رايج است كه جانشين ارتو و پاراپلي‌فنل‌ها نمي‌شود.
BHT خواص مشابهي با BHA دارد، اما پايداري حرارتي آن به مراتب بيشتر است.

به طور مثال در درجه حرارت ۱۵۰ درجه سانتي‌گراد، ۶۰ تا ۷۰ درصد از فعاليت BHA كاسته مي‌شود در حالي كه در فرآيندهاي حرارتي بالاي ۱۷۵ درجه سانتي‌گراد تنها ۲۵ تا ۳۰ درصد BHT غير فعال مي‌باشد.

BHT , BHA ممكن است زماني كه در حرارت‌هاي بالا (حرارت‌هاي سرخ كردن) به مدت طولاني مورد استفاده قرار گيرند، در مواد غذايي بوي خاصي توليد كنند (۹۰، ۸۵ و ۶۱).

ج) ترت بوتيل هيدروكوئينون (TBHQ)
اين آنتي‌اكسيدان در سال ۱۹۷۲ توسط USFDA بعنوان يك آنتي‌اكسيدان مجاز معرفي شد. TBHQ نسبت به ساير آنتي‌اكسيدان‌هاي سنتزي از قدرت آنتي‌اكسيداني بيشتري برخوردار است. بر خلاف BHT, BHA فراريت نسبتاً كمي داشته، همچنين بر خلاف گالات‌ها، در حضور يون‌هاي آهن باعث تغيير رنگ روغن نمي‌شود. اين آنتي‌اكسيدان مشابه BHT در حرارت‌هاي بالا (۱۰۰ تا ۲۰۰ درجه سانتي‌گراد) مقاوم است.

TBHQ از نظر افزايش پايداري اكسيداتيو، بعنوان يك جايگزين يا يك مكمل براي عمل هيدروژناسيون روغن‌ها در نظر گرفته مي‌شود (۹۰، ۸۵ و ۶۱).
د) اسيد گاليك و گالات‌ها
اسيد گاليك (۳، ۴، ۵ – تري هيدروكسي اسيد بنزوئيك) پراكندگي زيادي در گياهان دارد و اغلب بعنوان جزئي از تانن‌هاي گياهي در نظر گرفته مي‌شود. تركيب فوق از اين نظر كه به صورت يك آنتي‌اكسيدان فنلي اوليه و يك سينرژيست رفتار مي‌كند، منحصر به فرد و مخصوص مي‌باشد.

گالات‌هايي با تعداد كربن بيشتر مانند اكتيل، دسيل و دودسيل عملاً در آب نامحلول هستند ولي به آساني در روغن‌ها و چربي‌ها حل مي‌شوند.

پروپيل گالات در به تاخير انداختن يا كند كردن اكسيداسيون لينولئات توسط ليپواكسيداز مؤثر مي‌باشد. اما در ممانعت از فساد اكسيداتيو كه توسط هماتين كاتاليز مي‌شود، اثر ندارد. گالات‌ها نظير توكوفرول‌ها از نظر فعاليت آنتي‌اكسيداني داراي تراكم يا غلظت بهينه هستند و اگر در ترازهاي بالاتر مورد استفاده قرار گيرند ممكن است به صورت پرواكسيدان عمل كنند. پروپيل گالات تنها استر اسيد گاليك است كه براي مواد غذايي در ايالات متحده مجاز مي‌باشد.

اما عده‌اي از كشورهاي اروپايي اجازه استفاده از آلكيل گالات‌خاي بالاتر را نيز داده‌اند. هنگامي كه گالات‌خاي مختلف در غلظت‌خاي اكي‌مولار به كار گرفته شوند فعاليت آنتي‌اكسيداني تقريباً مساوي دارند اما افزايش حلاليت استرها با تعداد كربن بيشتر يك مزيت مشخص آنها مي‌باشد. گالات‌ها آنتي‌اكسيدان‌هاي Carry- Through نيستند و لذا در شرايط پختن، كبابي كردن و سرخ نمودن افت زيادي پيدا مي‌كنند. گالات‌ها با يون‌هاي فلزي چلات نشده مثل مس و آهن كمپلكس‌هاي رنگي ايجاد مي‌كنند (۵۸).

ساختمان‌ شيميايي برخي از آنتي‌اكسيدان‌هاي سنتزي در شكل ۱-۷ نشان داده شده است.

شكل ۱-۷- ساختمان شيميايي مهم‌ترين آنتي‌اكسيدان‌هاي سنتزي.

۱-۵-۳-۱- اثرات سوء آنتي‌اكسيدان‌هاي سنتزي
آنتي‌اكسيدان‌هاي سنتزي كه به صورت وسيعي در مواد غذايي مورد استفاده قرار مي‌گيرند از نظر بيوشيميايي و خواص سمي در حيوانات آزمايشگاهي مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. اين مطالعات نشان داده است كه برخي از آنها باعث ايجاد سرطان، تومور و اختلالاتي در قسمت‌هاي مختلف بدن موجود زنده مي‌گردند. در ذيل اثرات سوء اين تركيبات مورد بررسي قرار گرفته است.

الف ) BHT
BHT در حيوانات آزمايشگاهي منجر به صدمات بافتي از جمله بافت‌هاي ريه، قلب، كبد، دستگاه توليد مثل، غدد فوق كليوي و كليه‌ها مي‌گردد. همچنين اختلالاتي در مكانيسم انعقاد خون به وجود مي‌آورد. خوراندن رژيم حاوي BHT (دوز ۱درصد) به موش، سبب كاهش وزن بدن و افزايش اندازه كبد و مغز مي‌شود.

از اثرات متابوليت‌ها BHT مانند BHT-OOH ، بعنوان تشديدكننده تومورهاي پوستي در موش و BHT-QM، بعنوان عامل ايجاد مسموميت ريوي گزارش‌هايي در دست است. تاثير بر روي تيروئيد، اختلال در سنتز DNA و سرطان‌زايي BHT در موش و تشكيل غدد سرطاني پيش معده و غدد پوستي در موش صحرايي و خوكچه هندي نيز گزارش شده است (۹۸، ۹۷، ۹۳ و ۱۷).

ب) BHA
BHA سبب بروز عوارض توكسيكولوژي در دستگاه گوارش جوندگان مي‌شود. همچنين در موش صحرايي عامل خونريزي پرده جنب و صفاق در دوران جنين مي‌باشد. خوراندن رژيم غذايي حاوي BHA به سگ‌ها منجر به واكنش‌هاي آلرژيك و اختلال در سيستم متالوليكي مي‌شود. BHA نيز مانند BHT قادر به افزايش وزن كبد در موش مي‌باشد (۹۸، ۹۷ و ۱۷).

ج) TBHQ
بر اساس گزارش‌هاي كميته بين‌المللي تخصصي مواد افزودني ، شواهدي مبني بر جهش‌زا بودن TBHQ در بدن موجود زنده به دست آمده است (۱۵).
د) گالات‌ها
تماس با گالات‌ها منجر به عوارض پوستي مي‌شود. رژيم‌هايي غذايي حاوي گالات‌ها در موش موجب كاهش وزن بدن شده كه در دراز مدت محدوديت رشد و تخريب بافت كليه‌ها را به دنبال دارد. در مجموع سميت BHT از ساير آنتي‌اكسيدان‌ها بيشتر بوده، گالات‌ها اثرات سوء كمتري را دارا مي‌باشند.

۱-۵-۴- آنتي‌اكسيدان‌هاي طبيعي
۱-۵-۴-۱- آنتي‌اكسيدان‌هاي گياهي
گياهان منابع غني از آنتي‌اكسيدان‌هاي طبيعي هستند (۲۲). تركيبات آنتي‌اكسيداني گياهي به طور كلي ماهيت فنلي داشته، شامل تركيباتي نظير توكوفرول‌ها، كاروتنوئيدها، اسيدهاي فنلي (مشتقات اسيد بنزوئيك و اسيد سيناميك )، فلاونوئيدها و دي‌ترپن‌ها مي‌باشند.

تركيبات فنلي گياهي اكسيد شده، با پروتئين‌ها و ساير اجزاء تركيب مي‌شوند و به اين ترتيب گياهان را در برابر آسيب‌هاي بافتي محافظت مي‌كنند، بعلاوه اين تركيبات در گياهان ممكن است به صورت سيستم‌هاي دفاعي در برابر موجودات علف‌خور عمل كنند. فرآوره‌هاي فرعي فتوسنتز نيز ممكن است سطوح بالايي از اكسيژن، راديكال‌هاي آزاد و انواع اكسيژن واكنش‌گر را توليد كنند. به اين ترتيب گياهان براي بقاي خود از هزاران تركيب آنتي‌اكسيداني بهره مي‌برند (۱۳۰).