SINTEF Fiskeri og havbruk AS 1 Harskning, kan det måles? Spektroskopiske metoder i industriell matanalyse Rica Hell Hotel 6.april Ivar Storrø, SINTEF Fiskeri og havbruk as.

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 2 Min interesse for harskning Industrien fikk vage og uklare svar fra forskerne Hvilken metode var best for analyse av harskning Tolkningen av resultatene var ikke enkelt Mekanismen for harskning er ikke kjent i detalj Litteraturen om harskning av varierende kvalitet. Hvorfor er nå dette så vanskelig?

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 3 Harskning er kjemi !!!! Må følge kjemiske lover Massekonservering Reaksjonskinetiske lover Red-oks balanser Støkiometri Reproduserbarhet Kjemisk reaksjonsteknologi kopler analysedataene sammen Hvorfor fokusere på antioksidanter når man ikke har klarlagt hvordan prooksidantene virker

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 4 Hva vi ønsker å bidra til: Harskning skal kunne forutsies når tilstrekkelig bakgrunnsinformasjon er kjent. PREDIKTIV HARSKNING (FETTSYREOKSIDASJON)

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 5 Harskning? Oksidativ spalting av dobbeltbindinger i umettede fettsyrer Dannelse av aldehyder og karboksylsyrer med kortere kjedelengder Mer flyktige forbindelser Lukt - Smak

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 6 Hvorfor måle harskning Et næringsmiddels harskhet. (statisk) Tilstand Harskningshastighet. (dynamisk) Δtilstand/Δtid

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 7 Produkter ved oksidasjon UMETTEDE FETTSYRER PEROKSYFETTSYRER Flyktige produkter Hydroperoxy epidioksider Dihydroperoksider Epoxyforbindelser Ketodiener Hydroksyforbindelser Ikkeflyktige karbonyler Dimerer og polymerer HydrokarbonerAlkoholerAldehyderSyrerCO 2 O2O2

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 8 Analyse av sluttprodukter Gir en blanding av ulike sluttprodukter: Alkoholer, ketoner, aldehyder (malondialdehyd), syrer, polymerer, sykliske forbindelser. Blandingsforholdet mellom de ulike sluttproduktene varierer med kjemiske betingelser (fettsyresammensetning, metallioner, pH og temperatur)

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 9 Oksydasjon av ω3 og ω6 fettsyrer Terskelverdier (ug/g) Propanal1,6 Pentanal0,15 Hexanal0,15 2-heptenal0,63 2-octenal1,0 2/3 nonenal0,1/0, decadienal0,28 2-pentylfuran2,0 Terskelverdier (ug/g) 2-pentenal0,046 3-hexenal0,09 2,4-heptadienal0,055 2,6 nonadienal0,002 3,6-nonadienal0,0015 2,4,7-decatrienal0,15 1 penten-3-one0,003 Omega 6Omega 3 E.N.Frankel 1997

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 10 Analyse av mellomprodukter Mellomproduktene dannes og nedbrytes kontinuerlig. Gjør det problematisk å bestemme oksidasjonshastigheten. Benyttede mellomprodukter: PV Konjugerte di og triener

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 11 Støkiometri En umettet fettsyreCa: 20 ulike mellom- og sluttprodukter 15 umettede fettsyrerCa. 150 ulike mellom- og sluttprodukter Lipider fra fisk: Konklusjon En full massebalanse er meget ressurs- og tidkrevende Sensitiviteten (basert på masse) til de teknikker som skal måle mellom- og sluttprodukter må være høyere enn de som benyttes for reaktanten. Sensitiviteten på molar basis bør være i samme størrelsesorden

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 12 Sensitivitet ved måling Sensorikk 0,003ug/g *100=300ug/kg/100 (MW)= 3uM (1-Penten-3-one) Endepunktsanlyse GC-MS:10 uM (1ppm= 1mg/l = 1000(ug/l)/100(MW)= 10 uM LC-MS:10 uM(1pg/ul=1ug/l*1000=1000/100(MW)= 10 uM) TBARS: 200 uM Peroksyfettsyrer LC-MS: 4 uM (1pg/ul=1ug/l*1000=1000/250(MW)= 4 uM) PV: 500 uM

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 13 Analyse av reaktantene Forbruk av fettsyrer: Konsentrasjon av hver enkelt flerumettet fettsyre. 1000g*0,6/250(MW)/15 = 0,16M = 160*10 3 uM Andel oksidert fettsyre: 3uM (sensorikk)/160*10 3 uM = 0,002% Forbruk av oksygen Oksygen bombe Oksygen absorpsjon Løst oksygen (dissolved oxygen) i vann Teknologi kjent fra fermenteringsteknologi Enklest å utføre i vandig miljø Krever emulsjoner, liposomer eller biologiske membraner Sensitivitet 5uM Online måling med polarografisk elektrode

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 14 Sensitivitet ved måling Sensorikk 0,003ug/g *100=300ug/kg/100 (MW)= 3uM (1-Penten-3-one) Endepunktsanlyse GC-MS:0,4 uM (derivatisering) LC-MS:10 uM(1pg/ul=1ug/l*1000=1000/100(MW)= 10 uM) TBARS: 200 uM Peroksyfettsyrer LC-MS: 4 uM (1pg/ul=1ug/l*1000=1000/250(MW)= 4 uM) PV: 500 uM Reaktantanalyse Løst oksygen 5uM, online analyse

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 15 Finansiering Expression of interest til EU 6 rammeprogram. SEAFOODplus Lipidtext. SINTEF skrev sammen med Charlotte Jacobsen (Danmarks Fiskeriundersøgelser) søknaden for Lipidtext (lipiddelen) Basis for Norges deltagelse: Utvikle et system for å måle lipidoksidasjon. Utvikle et system for å måle pro- og antioksidanter. Modellere fettsyreoksidasjonen ut fra reaksjonskinetiske data Benytte modellene for å rettlede andre deltagere i deres planlegging av forsøk. I retur: Verifisering av benyttet modell.

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 16 SEAFOODplus LIPIDTEXT (lipiddelen) Diffres (Danmark)(Charlotte Jacobsen, leder) SINTEF F&H (Ivar Storrø) MATFORSK(Tormod Næs) NTNU(Turid Rustad) Chalmers (Sverige)(Ingrid Underland) IMM/CSIC (Spania)(Isabel Medina) IFL (Island)(Rosa Jonsdottir) UNILEVER (England)(Nick Hedges) Det er fortsatt mulig for industri å delta i SEAFOODplus.

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 17 Arbeidsfordeling i Lipidtext Modellutvikling Liposomer/emulsjoner Emulsjoner Vasket fiskemuskel Hel fisk Norge Danmark Sverige Spania

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 18 Interpretation of data Measurement of oxygen uptake by liposomes Exponential and linear complex y = y o + ae -bx + r 2 x r = r 2 - r 1 Mozuraityte, Rustad, Storrø

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 19 Kinetikk: pro og antioksidanter Pro oksidanter: Fe, Heme-Fe Cu, Ni, Antioksidanter Tocoferoler EDTA Propylgalater BHA BHT Sitronsyre Fosforsyre Ascorbinsyre

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 20 Oppsummering. Det er utviklet et system for å måle harskning av fettsyrer. Systemet måler oksygenopptak i vandige løsninger Systemet er reproduserbart og effektivt Både effekter av prooksidanter og antioksidanter kan karakteriseres. Effekten av jern som prooksidant er nå karakterisert Systemet egner seg godt for å generere data for kinetisk modellering. Den første PREDIKTIVE modellen som beskriver jern- katalysert oksidasjon er utviklet. Systemet kan benyttes til å designe næringsmidler med maksimal lipidstabilitet. Lipidstabilitet kan økes uten bruk av antioksidanter.

SINTEF Fiskeri og havbruk AS 21 Harskning, kan det måles? JA! VI ER PÅ GOD VEI om vi kombinerer de riktige måleteknikkene, reaksjonskinetisk forståelse og kinetisk modellering