Harskning, kan det måles?

Presentasjon om: "Harskning, kan det måles?"— Utskrift av presentasjonen:

1 Harskning, kan det måles?
Spektroskopiske metoder i industriell matanalyse Rica Hell Hotel 6.april 2005. Ivar Storrø, 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?

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

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

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

6 Hvorfor måle harskning
Et næringsmiddels harskhet. (statisk) Tilstand Harskningshastighet. (dynamisk) Δtilstand/Δtid

7 Produkter ved oksidasjon
UMETTEDE FETTSYRER O2 PEROKSYFETTSYRER Flyktige produkter Dimerer og polymerer Hydroperoxy epidioksider Ikkeflyktige karbonyler Dihydroperoksider Hydroksyforbindelser Epoxyforbindelser Ketodiener Hydrokarboner Alkoholer Aldehyder Syrer CO2

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)

9 Oksydasjon av ω3 og ω6 fettsyrer
Omega 6 Omega 3 Terskelverdier (ug/g) Propanal 1,6 Pentanal 0,15 Hexanal 0,15 2-heptenal 0,63 2-octenal 1,0 2/3 nonenal 0,1/0,03 2-4 decadienal 0,28 2-pentylfuran 2,0 Terskelverdier (ug/g) 2-pentenal 0,046 3-hexenal 0,09 2,4-heptadienal 0,055 2,6 nonadienal 0,002 3,6-nonadienal 0,0015 2,4,7-decatrienal 0,15 1 penten-3-one 0,003 E.N.Frankel 1997

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

11 Støkiometri En umettet fettsyre Ca: 20 ulike mellom- og sluttprodukter
Lipider fra fisk: 15 umettede fettsyrer Ca. 150 ulike mellom- og sluttprodukter 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

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

13 Analyse av reaktantene
Forbruk av fettsyrer: Konsentrasjon av hver enkelt flerumettet fettsyre. 1000g*0,6/250(MW)/15 = 0,16M = 160*103uM Andel oksidert fettsyre: 3uM (sensorikk)/160*103uM = 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

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

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.

16 SEAFOODplus LIPIDTEXT (lipiddelen) www.seafoodplus.org
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.

17 Arbeidsfordeling i Lipidtext
Modellutvikling Liposomer/emulsjoner Emulsjoner Vasket fiskemuskel Hel fisk Norge Danmark Sverige Spania

18 Interpretation of data
r = r2 - r1 Exponential and linear complex y = yo+ ae-bx + r2x Measurement of oxygen uptake by liposomes Mozuraityte, Rustad, Storrø

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

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.

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