• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi07. 06. 2022 | Heidi Thode

Kernemagnetisk resonans som redskab til at monitorere lipidoxidation i fødevareindustrien

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi07. 06. 2022 By Heidi Thode

Lipidoxidation er en af de vigtigste årsager til at forkorte levetiden af fødevareemulsioner, der er rige på umættede fedtsyrer, især på grund af dannelsen af off-flavor. Ved måling af forskellige lipidoxidationsprodukter kan kernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi give indsigt i mekanismerne.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2022 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Marie Hennebelle1, Vincent Boerkamp1, Donny Merkx1,2,3 og John van Duynhoven2,3

1 Wageningen University & Research, Laboratory of Food Chemistry, Holland
2 Unilever Food Innovation Centre, Holland
3 Wageningen University & Research, Laboratory of Biophysics, Holland

Industrielle tilgange til at forhindre lipidoxidation omfatter typisk kølekædeopbevaring, sofistikeret emballage og brugen af kunstige antioxidanter (E-numre). Men for at imødekomme den stigende efterspørgsel fra forbrugere efter mere bæredygtige og naturlige fødevarer, er der et behov for, at der udvikles nye strategier. Denne udvikling er i øjeblikket hæmmet af manglen på hurtige (high-throughput) analysemetoder, der kan give mekanistisk indsigt i de reaktioner, der er i spil. I denne henseende kan NMR-spektroskopi bruges til at identificere og kvantificere forskellige oxidationsprodukter.

Måling af forskellige oxidationsreaktioner 
Lipidoxidation er hovedsageligt styret af radikale kædereaktioner (figur 1). Ved primær oxidation udvindes et (bis)allylbrinte fra en umættet fedtsyre, hvilket giver et alkylradikal, der reagerer hurtigt med oxygen til dannelse af et peroxylradikal. Denne peroxylgruppe vil yderligere reagere med en anden umættet fedtsyre og på den ene side producere et nyt alkylradikal, der føder udbredelsescyklussen, og på den anden side et hydroperoxid, også omtalt som det primære produkt af lipidoxidation. I et senere stadie af lipidoxidationen resulterer nedbrydningen af hydroperoxider i forskellige sekundære oxidationsprodukter, såsom aldehyder og epoxider. Nogle af disse er flygtige og bidrager til dannelsen af off-flavor forbundet med lipidoxidation. Selvom reaktionerne er blevet udførligt beskrevet i olier, tilføjer grænsefladesammensætningen og den kolloide transportmekanisme i fødevareemulsioner en vis kompleksitet [1-3], og reaktionerne i et sådant system er indtil videre endnu ikke kortlagt.
Metoder, der almindeligvis anvendes til at vurdere lipidoxidation i fødevarer, inkluderer peroxidtal, thiobarbitursyre reaktive stoffer (TBARS), para-anisidin og hexanal. Disse analysemetoder er ofte tidskrævende. De formår heller ikke at give et omfattende overblik over lipidoxidationsprodukterne, der kan give indblik i de involverede reaktioner, da de for det meste udelukkende fokuserer på én type oxidationsprodukt. For nylig er NMR fremkommet som et lovende værktøj til at få mere mekanisk indsigt i lipidoxidationsveje. Elektron Spin Resonans (ESR) kan bruges til at kvantificere lipidradikaler dannet på et tidligt stadie, mens NMR-spektroskopi gør det muligt at overvåge dannelsen af flere lipidoxidationsprodukter, såsom hydroperoxider, aldehyder og epoxider (figur 1).

Elektron Spin Resonans (ESR) spektroskopi til måling af det tidlige lipidoxidation stadie
ESR-spektroskopi kan bruges til at monitorere radikaler og er blevet fremført som et lovende værktøj til at vurdere stabiliteten af fødevareemulsioner og effektiviteten af antioxidanter på et tidligt stadie af oxidationen (dvs. inden for timer eller dage afhængig af opbevaringsbetingelserne) sammenlignet med mere konventionelle metoder såsom peroxidtal, som typisk bruges over dage til uger [4]. På grund af deres høje reaktivitet og meget korte levetid (under 10-6 s) [5], påvises lipidradikaler normalt ved brug af en spintrap, der vil reagere med lipidradikalerne og danne et stabilt radikaladdukt, som herefter kan kvantificeres ved ESR. N-tert-butyl-α-phenylnitron (PBN) er en fedtopløselig spintrap, der almindeligvis anvendes til at monitorere autooxidation i fødevarer [6,7].
Ved at kombinere NMR med ESR-spektroskopi opdagede vi, at brugen af spintraps ændrer lipidoxidationsmekanismerne (figur 2). På den ene side hæmmer PBN dannelsen af hydroperoxider ved at fange peroxylradikaler. På den anden side nedbrydes PBN-addukter hurtigt til benzaldehyd, 2-methyl-2-nitrosopropan (MNP) og alkoxylradikaler, hvor de seneste fungerer som forløbere for aldehyder og muligvis andre sekundære produkter. Mens brugen af PBN-spintraps kan bruges til at rangordne effektiviteten af antioxidantruter, udelukker virkningen af PBN på oxidationsreaktionerne mekanistiske undersøgelser [4,8].

NMR-strategier til overvågning af forskellige lipidoxidationsproduktklasser i samme måling
NMR-metodikken har fordele ved at være en meget reproducerbar og hurtig analyse, der ikke kræver autentiske standarder for kvantificering. Når der arbejdes på rene olier eller ekstrakter af fødevarelipider, kan glycerolrygraden i triglycerider bruges som en intern standard. Af disse grunde har 1H NMR tiltrukket sig en del opmærksomhed i løbet af de sidste årtier i undersøgelser af lipidoxidation [9], og metoden har vist sig at give sammenlignelige resultater med de mere konventionelle, men også mere tidskrævende metoder.
En ulempe ved NMR-metoden er dens relativt lave følsomhed, hvilket kan gøre en nøjagtig kvantificering af forbindelser vanskelig, når de er til stede i lav koncentration. For at øge følsomheden kan der anvendes den strategi selektivt at excitere den del af NMR-spektret, der indeholder signaler af interesse. Ved at anvende sådanne selektive excitationssekvenser i 1H NMR-spektroskopi, kan hydroperoxider og aldehyder (dvs. henholdsvis primære og sekundære oxidationsprodukter) kvantificeres med en kvantificeringsgrænse (LOQ) på 0,03 mmol/kg olie [10]. Desuden formåede et studie ikke kun at identificere hydroperoxiderne baseret på deres vigtigste fedtsyreprecursor i vegetabilske olier (dvs. oliesyre, linolsyre og α-linolensyre), men også at generere information om specifikke strukturelle træk, såsom konformation af dobbeltbindingerne (cis eller trans) og positionen af hydroperoxidgruppen inden for (“indre”) eller uden for (“ydre”) dobbeltbindingssystemet (figur 3A).
For en nøjagtig identifikation og kvantificering af forbindelser ved 1H NMR, bør signalerne være fuldt opløst, dvs. ikke overlappe med andre signaler i spektret. Selvom dette ikke er et problem for hydroperoxiderne og aldehyderne, overlapper protonerne fra epoxider, som er en anden vigtig gruppe af oxidationsprodukter, hinanden, men også med de bisallyliske signaler fra flerumættede fedtsyrer [11]. I dette tilfælde kan en todimensional (2D) NMR-tilgang, såsom heteronuclear single quantum coherence (HSQC) anvendes. Ved at give information om både 1H og 13C kemiske skift giver en sådan 2D-tilgang mulighed for adskillelse og kvantificering af epoxider dannet under lipidoxidation (figur 3B) [12].

Fremtidsperspektiver
Den igangværende udvikling af rutineforsøg med NMR-spektroskopi til identifikation og kvantificering af forskellige intermediære lipidoxidationsprodukter vil åbne nye muligheder for at opklare kompleksiteten af lipidoxidationsreaktioner i fødevarer. Metoderne kan bringe ny mekanistisk indsigt i de reaktioner, der er i spil, og bidrage til en tidlig vurdering af oxidativ stabilitet, der kan bruges i udviklingen af nye antioxidantstrategier. Desuden giver disse hurtige og bredtfavnende metoder mulighed for etablering af eksperimentelle databaser, der kan bruges til at generere matematiske modeller til at prædiktere holdbarheden af lipidholdige fødevarer, og dermed bedre forstå den virkning som fødevarernes sammensætning og opbevaringsbetingelser har på holdbarheden [13].

E-mail:
Marie Hennebelle: marie.hennebelle@wur.nl

Referencer
1. McClements D.J., Decker E.A. Lipid Oxidation in Oil-in-Water Emulsions: Impact of Molecular Environment on Chemical Reactions in Heterogeneous Food Systems. Journal of Food Science. 2000;65(8):1270-82.
2. Berton‐Carabin C.C., Ropers M.H., Genot C. Lipid oxidation in oil‐in‐water emulsions: Involvement of the interfacial layer. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2014;13(5):945-77.
3. Laguerre M., Tenon M., Bily A., Birtić S. Toward a Spatiotemporal Model of Oxidation in Lipid Dispersions: A Hypothesis‐Driven Review. European Journal of Lipid Science and Technology. 2020;122(3):1900209.
4. Merkx D.W.H., Plankensteiner L., Yu Y., Wierenga P.A., Hennebelle M., Van Duynhoven J.P.M. Evaluation of PBN spin-trapped radicals as early markers of lipid oxidation in mayonnaise. Food Chem. 2021;334:127578.
5. Pryor W.A. Free radicals in autoxidation and in aging. Free radicals in molecular biology, aging and disease. 1984:13-41.
6. Velasco J., Andersen M.L., Skibsted L.H. Electron spin resonance spin trapping for analysis of lipid oxidation in oils: inhibiting effect of the spin trap α-phenyl-N-tert-butylnitrone on lipid oxidation. Journal of agricultural and food chemistry. 2005;53(5):1328-36.
7. Velasco J., Andersen M.L., Skibsted L.H. Evaluation of oxidative stability of vegetable oils by monitoring the tendency to radical formation. A comparison of electron spin resonance spectroscopy with the Rancimat method and differential scanning calorimetry. Food Chem. 2004;85(4):623-32.
8. Silvagni A., Franco L., Bagno A., Rastrelli F. Thermoinduced lipid oxidation of a culinary oil: a kinetic study of the oxidation products by magnetic resonance spectroscopies. J Phys Chem A. 2010;114(37):10059-65.
9. Martínez‐Yusta A., Goicoechea E., Guillén M.D. A review of thermo‐oxidative degradation of food lipids studied by 1H NMR spectroscopy: influence of degradative conditions and food lipid nature. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2014;13(5):838-59.
10. Merkx D.W.H., Hong G.T.S., Ermacora A., Van Duynhoven J.P.M. Rapid quantitative profiling of lipid oxidation products in a food emulsion by 1H NMR. Analytical chemistry. 2018;90(7):4863-70.
11. Xia W., Budge S.M., Lumsden M.D. 1 H-NMR characterization of epoxides derived from polyunsaturated fatty acids. Journal of the American Oil Chemists’ Society. 2016;93(4):467-78.
12. Boerkamp V.J.P., Merkx D.W.H., Wang J., Vincken J-P., Hennebelle M, van Duynhoven JPM. Quantitative assessment of epoxide formation in oil and mayonnaise by 1H-13C HSQC NMR spectroscopy. Food Chem. 2022;In press.
13. Merkx D.W.H., Swager A., van Velzen E.J.J., van Duynhoven J.P.M., Hennebelle M. Quantitative and Predictive Modelling of Lipid Oxidation in Mayonnaise. Antioxidants. 2021;10(2):287.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Fødevarekemi

Seneste nyt fra redaktionen

Vil du stå i spidsen for et af Danmarks ældste fagblade – Dansk Kemi søger ny redaktør

Top17. 09. 2025

Da vores redaktør, Hanne Christine Bertram, stopper, søger vi en redaktør til et af Danmarks ældste fagtidsskrifter, Dansk Kemi. Dansk Kemi bringer aktuel og dybdegående information om kemien og dens udvikling inden for industri, forskning og uddannelse. Bladet er desuden medlemsblad for Kemisk

Jubilæumsudgaven af Labdays i Aarhus er kommet godt fra start

BranchenytTop10. 09. 2025

Lige fra morgenstunden stod de første besøgende klar til at komme ind på LabDays messen, der i år afholdes i smilets by, Aarhus. Her kunne de finde oplagte udstillere, der gennem messens to dage står klar til at præsentere deres produkter, der inkluderer alt indenfor laboratorieverdenen. Der ud

Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

AktueltArtikler fra Dansk Kemi03. 09. 2025

Fra myten om den heroiske beregning til realistiske simuleringer af elektronoverførsel i åbne systemer med hukommelse. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Lea K. Northcote1,2 og

Grøn kemi, affald og plast

AktueltArtikler fra Dansk KemiGrøn omstilling26. 08. 2025

Grøn kemi – læren om hvordan kemi udføres bæredygtigt og sikkert – bliver kun vigtigere. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Christine Brænder Almstrup og Mikael Bols, Kemisk

Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiokemiBioteknologiMedicinalkemi20. 08. 2025

Riboflavin er et essentielt vitamin, der spiller en nøglerolle for vores sundhed samt for at opretholde et sundt tarmmikrobiom. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Emmelie Joe

Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiologi12. 08. 2025

Spredning af antibiotikaresistens kan ske via mineraloverflader. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Karina Krarup Svenninggaard Sand, associate professor, Globe Institute,

Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi04. 08. 2025

Et afsluttet ph.d.-projekt fra Institut for Fødevarer ved Aarhus Universitet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Julie Frost Dahl*, Sandra Beyer Gregersen og Milena Corredig,

Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi23. 06. 2025

Franz Hofmeister opløste æggehvide i vandige saltopløsninger. En artikel fra 1888 beskriver, hvordan nogle ioner får proteiner til at udfælde, mens andre ioner har den modsatte effekt. Fødevarekemien bruger stadig Hofmeister, men langt mere nuanceret. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3,

Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi17. 06. 2025

Hvis kløvergræs skal kunne anvendes som ny ressource til udvinding af fødevareproteiner, kan membranteknologi være vejen frem. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mette Lübeck, Mads

Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi09. 06. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I år fejrer man internt i IUPAC 20-året for offentliggørelsen af The Red Book (i det følgende blot "RB2005") med anbefalinger vedrørende

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Busch Vakuumteknik A/S

    OTTO Digital Services til systemer

  • DENIOS ApS

    Sådan får du op til 50 % mere lagerkapacitet

  • Holm & Halby

    VidensDage 2025: To dage med viden, visioner og værdi

  • Holm & Halby

    LAF kabinetter: Er du rustet til den nye EN12469 / Annex 1

  • Drifton

    Mød Drifton og DACOS på LabDays 2025 i Aarhus

  • DENIOS ApS

    Hvordan håndterer du noget, du ikke kan se?

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Vægtbytte er blevet opdateret: Nu får du flere muligheder

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch Vacuum Solutions fremviser avancerede produkter fra Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions på LabDays

  • Dansk Laborant-Forening/HK

    LABORANTER CAND.ALT.

  • Kem-En-Tec Nordic

    Lad os fortsætte traditionen – vi ses på LabDays!

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Vil du stå i spidsen for et af Danmarks ældste fagblade – Dansk Kemi søger ny redaktør

    17.09.2025

  • Jubilæumsudgaven af Labdays i Aarhus er kommet godt fra start

    10.09.2025

  • Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

    03.09.2025

  • Grøn kemi, affald og plast

    26.08.2025

  • Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

    20.08.2025

  • Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

    12.08.2025

  • Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

    04.08.2025

  • Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

    23.06.2025

  • Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

    17.06.2025

  • Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

    09.06.2025

  • Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

    02.06.2025

  • Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

    26.05.2025

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    19.05.2025

  • Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

    14.05.2025

  • Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

    14.05.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik