Οξείδωση βιταμίνης C (ασκορβικό οξύ) &πρόληψη απώλειας βιταμίνης C

Μόλις πριν από λίγους αιώνες, Ευρωπαίοι (και πιθανότατα πολλοί άλλοι) ναυτικοί πέθαναν κατά δεκάδες κατά τη διάρκεια πολύμηνων θαλάσσιων ταξιδιών προς την Ανατολή. Τα ταξίδια στην Ανατολή, απαραίτητα για τους Ευρωπαίους εμπόρους για να αποκτήσουν αυτά τα αγαπημένα μπαχαρικά, υφάσματα και άλλα εμπορικά αγαθά, χρειάζονταν μήνες. Και όπως μπορείτε να φανταστείτε, δεν είχαν τα πιο φρέσκα τρόφιμα στο σκάφος.

Δεν θα έμειναν απαραίτητα από επαρκείς θερμίδες, τελείωσαν από αυτά τα τόσο σημαντικά φρούτα και λαχανικά. Ως εκ τούτου, ο λόγος για πολλούς από αυτούς τους θανάτους δεν ήταν η έλλειψη υδατανθράκων, πρωτεϊνών κ.λπ. Όχι, ήταν η έλλειψη βιταμίνης C (ασκορβικό οξύ). Πιθανότατα έχετε ξανακούσει για την ασθένεια:σκορβούτο.

Δυστυχώς, η ασθένεια και η θεραπεία της έπρεπε να ανακαλυφθεί αρκετές φορές, να ξεχαστεί ενδιάμεσα, προτού μπορέσει να προληφθεί σωστά. Και παρόλα αυτά, το σκορβούτο δεν έχει εξαφανιστεί εντελώς από τον κόσμο, απλώς δείχνει πόσο σημαντική είναι η λήψη αρκετής βιταμίνης C για το σώμα μας.

Για να κάνουμε τα πράγματα πιο περίπλοκα:το σώμα μας δεν μπορεί να φτιάξει τη δική του βιταμίνη C και, η βιταμίνη C είναι αρκετά ασταθής. Χάνεται πολύ εύκολα, αφήνοντας το ποτήρι με το χυμό πορτοκαλιού έξω για πολύ καιρό, αλλά ειδικά κατά την επεξεργασία του φαγητού. Ο ένοχος:οξείδωση της βιταμίνης C. Ευτυχώς, μόλις καταλάβετε πώς συμβαίνει αυτό, υπάρχουν τρόποι να το αποτρέψετε.

Η βιταμίνη C είναι ασκορβικό οξύ

Όταν διαβάζετε για τη βιταμίνη C, μπορεί να συναντήσετε το όνομα ασκορβικό οξύ. Το ασκορβικό οξύ είναι βιταμίνη C, είναι απλώς η χημική ονομασία. Όπως λέει και το όνομα, η βιταμίνη C είναι ένα οξύ. Αυτό σημαίνει ότι εάν προσθέσετε ασκορβικό οξύ στο νερό, θα γίνει το νερό ελαφρώς ξινό, η τιμή του pH θα πέσει κάτω από το 7. Το κάνει (όπως και κάθε οξύ) αυξάνοντας τη συγκέντρωση του πρωτονίου (Η) στο νερό.

Ο χημικός τύπος της βιταμίνης C είναι C₆ H₈ O₆ . Στον παρακάτω συντακτικό τύπο μπορείτε να δείτε πώς συνδέονται τα άτομα στο μόριο. Παρατηρήστε το δαχτυλίδι μέσα στη δομή. Αυτός ο δακτύλιος είναι πραγματικά πολύ σημαντικός για τη δραστηριότητα και τις ιδιότητες της βιταμίνης C. Ένας τέτοιος δακτύλιος είναι κοινός σε πολλά άλλα ειδικά μόρια τροφίμων και είναι ιδιαίτερα καλός στο να συγκρατεί τα ηλεκτρόνια.

Ασκορβικό οξύ και ασκορβικό

Μπορείτε να βρείτε τον τύπο για την όξινη αντίδραση από το ασκορβικό οξύ παρακάτω. Είναι σημαντικό να γνωρίζετε ότι αυτή η αντίδραση είναι αναστρέψιμη. Δηλαδή μπορεί να πάει προς δύο κατευθύνσεις. Ο τρόπος που θα πάει εξαρτάται από τις εξωτερικές συνθήκες. Εάν υπάρχουν πολλά πρωτόνια (Η) στο σύστημα είναι πιο πιθανό να πάει από δεξιά προς τα αριστερά. Αντίστροφα, αν υπάρχουν ελάχιστα.

C₆ H₈ O₆ (ασκορβικό οξύ) ↔ C₆ H₇ O₆ (ασκορβικό) + H

Μόλις το ασκορβικό οξύ δώσει/απελευθερώσει το πρωτόνιό του, το όνομά του αλλάζει σε ασκορβικό (-ιόν). Το ασκορβικό μπορεί να σχηματίσει άλας όταν συνδέεται με θετικά φορτισμένα ιόντα όπως το νάτριο (Na) ή το ασβέστιο (Ca). Μπορείτε πραγματικά να αγοράσετε αυτά τα άλατα ασκορβικού από διάφορους κατασκευαστές.

Στο σώμα σας, καθώς και σε πολλά συστήματα τροφίμων, η πιο διαδεδομένη μορφή βιταμίνης C είναι το ασκορβικό, όχι το ασκορβικό οξύ.

Οξείδωση ασκορβικού οξέος

Θυμάστε πώς τα άτομα δημιουργούνται από έναν πυρήνα πρωτονίων και νετρονίων με ηλεκτρόνια να «επιπλέουν» γύρω; Στις περισσότερες χημικές αντιδράσεις είναι αυτά τα ηλεκτρόνια που μεταφέρονται μεταξύ των ειδών.

Το ασκορβικό δεν είναι πολύ σταθερό ιόν και τείνει να αποδίδει τα ηλεκτρόνια του υπό τις κατάλληλες συνθήκες. Το ονομάζουμε αντίδραση οξείδωσης, το ασκορβικό οξειδώνεται, χάνοντας μερικά από τα ηλεκτρόνια του. Μια αντίδραση οξείδωσης είναι ένα παράδειγμα αντίδρασης οξειδοαναγωγής. Κατά τη διάρκεια αυτού του τύπου αντίδρασης ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το ένα είδος στο άλλο. Αυτό θα έμοιαζε κάπως έτσι (στην πραγματικότητα είναι λίγο πιο περίπλοκο με άλλες αντιδράσεις σε εξέλιξη που περιλαμβάνουν ριζοσπάστες, αλλά έχουν αφεθεί η απλότητά μας):

C₆ H₇ O₆ (ασκορβικό) ↔ Γ₆ H₆ O₆ (δεϋδροασκορβικό οξύ) + 2 e + H

Σημειώστε ξανά ότι τα βέλη δείχνουν προς δύο κατευθύνσεις. Με άλλα λόγια, η αντίδραση μπορεί να προχωρήσει και με τους δύο τρόπους. Εξαρτάται πάλι από τις συνθήκες, ποιο από τα δύο συμβαίνει.

Δυδροασκορβικό οξύ

Το μόριο που σχηματίζεται λόγω της οξείδωσης του ασκορβικού είναι το αφυδροασκορβικό οξύ. Τόσο το ασκορβικό οξύ όσο και το δεϋδροασκορβικό οξύ συμμετέχουν σε ζωτικές λειτουργίες μέσα στο σώμα. Αυτές οι αντιδράσεις συνεχίζουν να πηγαίνουν πέρα ​​δώθε. Τα ηλεκτρόνια που λαμβάνονται επί του σκάφους ή αποχωρίζονται συμμετέχουν σε κάθε είδους αντιδράσεις. Αυτή η ικανότητα δωρεάς/λήψης ηλεκτρονίων είναι μία από τις κύριες λειτουργίες της βιταμίνης C στο σώμα.

Δεδομένου ότι τόσο το δεϋδροασκορβικό οξύ όσο και το ασκορβικό οξύ σχετίζονται με το ανθρώπινο σώμα, γενικά η συνολική περιεκτικότητα σε βιταμίνη C είναι το άθροισμα αυτών των δύο.

Σύνοψη της συνολικής αντίδρασης

Αν αφήσουμε έξω το ενδιάμεσο βήμα του ασκορβικού (το οποίο θα δείτε συχνά να γίνεται στα σχολικά βιβλία), η συνολική αντίδραση ισορροπίας θα γίνει:

C₆ H₈ O₆ (ασκορβικό οξύ) ↔ C₆ H₆ O₆ (δεϋδροασκορβικό οξύ) + 2 e + 2 H

Συνολικά μπορούμε να πούμε ότι:η βιταμίνη C έχει την ικανότητα να μειώνει άλλα μόρια (και έτσι να οξειδώνεται η ίδια). Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να δωρίσει δύο ηλεκτρόνια σε ένα άλλο συστατικό. Οι ελαφρώς εκτεταμένες εκδοχές των χημικών αντιδράσεων που μόλις περιγράψαμε περιλαμβάνουν αρκετές ρίζες. Δεν θα μπούμε στις λεπτομέρειες αυτών, αλλά σημαίνει ότι η βιταμίνη C είναι ένα αντιοξειδωτικό. Αναστέλλει την οξείδωση άλλων μορίων που δεν πρέπει να οξειδωθούν.

Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο σε πολλές διαφορετικές καταστάσεις και παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στο ανθρώπινο σώμα. Η πρόληψη του σκορβούτου είναι μόνο ένας από τους πολλούς λόγους για τους οποίους η βιταμίνη C βοηθά το σώμα μας.

Απώλεια βιταμίνης C

Όσο το ασκορβικό οξύ και το δεϋδροασκορβικό οξύ συνεχίζουν να αντιδρούν μεταξύ τους, καμία βιταμίνη C δεν θα χαθεί. Ωστόσο, το δεϋδροασκορβικό οξύ μπορεί να αντιδράσει περαιτέρω σε μη αναστρέψιμες αντιδράσεις. Εάν συμβεί αυτό, χάνετε πραγματικά τη βιταμίνη C.

Γενικά, οι παραγωγοί τροφίμων (και οι καταναλωτές) δεν θέλουν να χαθεί η βιταμίνη C προτού μπορέσουμε να την καταναλώσουμε και να κάνει τη δουλειά της στο σώμα μας. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες τροφίμων έχουν διερευνήσει πώς να ελέγξουν τον ρυθμό της οξείδωσης της βιταμίνης C καθώς και την αποδόμηση του αφυδροασκορβικού οξέος. Έχουν βρεθεί πέντε παράμετροι που επηρεάζουν:

• Οξυγόνο
• Ιόντα μετάλλων
• pH του χυμού
• Φως
• Θερμοκρασία

1. Οξείδωση οξυγόνου και ασκορβικού οξέος

Η οξείδωση του ασκορβικού οξέος μπορεί να επιβραδυνθεί/να αποτραπεί εάν δεν υπάρχει οξειδωτικό. Με άλλα λόγια, πρέπει να υπάρχει ένα μόριο που θα δέχεται τα ηλεκτρόνια. Το οξυγόνο είναι γνωστό ότι είναι πολύ καλό οξειδωτικό. Στην πραγματικότητα, το όνομα "οξειδωτικό" προέρχεται από το οξυγόνο, καθώς το οξυγόνο ήταν ένα από τα πρώτα οξειδωτικά που ανακαλύφθηκαν.

Όταν αφήνεται ανοιχτό στον αέρα, ο οποίος περιέχει οξυγόνο, το ασκορβικό οξύ είναι επιρρεπές σε οξείδωση. Ως εκ τούτου, εάν δεν υπάρχει οξυγόνο, θα λάβει χώρα λιγότερη οξείδωση του ασκορβικού οξέος. Μπορεί να υπάρχουν άλλα οξειδωτικά, αλλά η ακύρωση αυτού του σημαντικού θα έχει σημαντικό αντίκτυπο.

Οι παραγωγοί λύνουν αυτό το πρόβλημα αφαιρώντας τον αερισμό του χυμού. Με τον απαερισμό του χυμού, το μεγαλύτερο μέρος του οξυγόνου θα φύγει από τον χυμό. Μετά τον εξαερισμό, όσο το δυνατόν λιγότερος αέρας θα μείνει στη φιάλη. Επομένως, συχνά γεμίζουν σε υψηλό επίπεδο.

Στο σπίτι είναι σημαντικό να αποθηκεύετε τον χυμό πορτοκαλιού σε κλειστό μπουκάλι, εάν δεν τον χρησιμοποιείτε απευθείας. Αυτό θα περιορίσει την ποσότητα οξυγόνου που εισέρχεται στο χυμό και οξειδώνει το ασκορβικό οξύ.

2. Μεταλλικά ιόντα και αντιδράσεις αναγωγής

Τα μεταλλικά ιόντα είναι επίσης καλά στη συμμετοχή στην οξείδωση και το αντίθετο, τις αντιδράσεις αναγωγής. Στην περίπτωση του ασκορβικού οξέος, τα μεταλλικά ιόντα μπορούν να καταλύσουν την αντίδραση. Αυτό σημαίνει ότι στην πραγματικότητα δεν χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, αλλά μπορούν να χρησιμεύσουν ως προσωρινός χώρος αποθήκευσης ηλεκτρονίων.

Εάν υπάρχει κάποια πρακτική συμβουλή που προκύπτει από αυτό, είναι ότι είναι καλύτερο να μην αποθηκεύετε το χυμό πορτοκαλιού σε ένα χάλκινο δοχείο. Τα ιόντα χαλκού θα επιταχύνουν πολύ την αντίδραση.

3. Το pH επηρεάζει πολύ την οξείδωση

Για πολλές αντιδράσεις, το pH επηρεάζει την ταχύτητα της αντίδρασης. Για αντιδράσεις που περιλαμβάνουν ένα όξινο ή αλκαλικό συστατικό, αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό.

Στην αντίδραση οξείδωσης του ασκορβικού οξέος που συζητήσαμε παραπάνω μπορείτε να δείτε ότι απελευθερώνει τόσο πρωτόνια (Η) όσο και ηλεκτρόνια (e). Αλλά, εάν το ασκορβικό οξύ βρίσκεται σε ένα πολύ όξινο περιβάλλον, θα υπάρχουν πολλά πρωτόνια γύρω του. Αυτό θα μπορούσε να επιβραδύνει την αντίδραση. Έχει βρεθεί ότι η αντίδραση λαμβάνει χώρα ταχύτερα σε pH 4 (Το εγχειρίδιο διατροφής για επεξεργαστές τροφίμων).

Σε pH υψηλότερο (άρα πιο αλκαλικό) ή χαμηλότερο (άρα πιο όξινο), η αντίδραση θα προχωρήσει πιο αργά. Δεδομένου ότι το pH ενός πορτοκαλιού είναι περίπου 3-4, ο χυμός πορτοκαλιού είναι στην πραγματικότητα ένα πολύ ωραίο μέρος για να συμβεί αυτή η αντίδραση.

Όσο το πορτοκάλι είναι ολόκληρο, δεν θα λάβει χώρα καμία αντίδραση, προστατεύεται από το οξυγόνο και το φως και όλα τα κύτταρα είναι ακόμα σε επαφή. Αλλά μόλις αρχίσετε να στύβετε και να ανακατεύετε, το πάρτι ξεκινάει!

4. Οξείδωση φωτός και βιταμίνης C

Είναι γνωστό ότι το φως επηρεάζει το ρυθμό οξείδωσης της βιταμίνης C, όπως συμβαίνει και με την οξείδωση του ελαιολάδου. Εξ ου και τα πράσινα μπουκάλια για το ελαιόλαδο και οι συχνά αδιαφανείς συσκευασίες μακροχρόνιας αποθήκευσης χυμού πορτοκαλιού.

Ωστόσο, η ακριβής επίδραση του φωτός είναι πολύπλοκη. Ο ακριβής μηχανισμός δεν είναι ακόμα γνωστός σε μένα. Η γενική συμβουλή όμως είναι να διατηρείτε τον χυμό πορτοκαλιού σε σκοτεινό μέρος.

5. Θερμοκρασία &ρυθμός αντίδρασης

Η θερμοκρασία καθορίζει την κίνηση των μορίων στα τρόφιμα. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο περισσότερα άτομα και μόρια θα κινούνται. Αυτό καθιστά πιο πιθανό τα μόρια να συναντηθούν μεταξύ τους και έτσι να αντιδράσουν. Επομένως, μια υψηλότερη θερμοκρασία οδηγεί συχνά σε υψηλότερο ρυθμό αντίδρασης. Αυτό ισχύει επίσης για την οξείδωση της βιταμίνης C, όπως έχει διερευνηθεί από ερευνητές στον χυμό φράουλας.

Αντίδραση Maillard της βιταμίνης C

Μόλις η βιταμίνη C οξειδωθεί, μπορεί να αντιδράσει περαιτέρω σε πολλές διαφορετικές οδούς. Ένα από αυτά είναι η αντίδραση Maillard. Η αντίδραση Maillard προκαλεί μαύρισμα πολλών τροφίμων μέσω μιας πολύ περίπλοκης σειράς αντιδράσεων.

Εκτός από την αντίδραση Maillard, υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους το αφυδροασκορβικό οξύ μπορεί να αντιδράσει περαιτέρω. Αλλά προς το παρόν, δεν θα τα συζητήσουμε με μεγάλη λεπτομέρεια, θα ήταν πάρα πολλά. Επίσης, η προσπάθεια αποτροπής της οξείδωσης του ασκορβικού οξέος είναι πιθανώς ένας καλύτερος τρόπος από την πρόληψη αυτών των άλλων αντιδράσεων. Το δεϋδροασκορβικό οξύ είναι απλώς λιγότερο σταθερό και πιθανότατα πιο δύσκολο να ελεγχθεί.

Πήρα το μάθημα μου? Εάν δεν θέλετε να κολλήσετε σκορβούτο, μην αποθηκεύετε το χυμό πορτοκαλιού σας σε χάλκινο τηγάνι, σε ζεστό μέρος, με πολύ οξυγόνο σε μεγάλο ηλιακό φως. Απλώς στύψτε τα πορτοκάλια σας και πιείτε την ίδια μέρα. Σκεφτείτε αν θέλετε να στύψετε ή να ανακατέψετε…

Πηγές

Buettner, G.R., Schafer, F.Q, Ascorbate (βιταμίνη C) και η αντιοξειδωτική της χημεία, σύνδεσμος

Domitrovic, R., Vitamin C στην πρόληψη και θεραπεία ασθενειών, 2006, Biocemia Medica 2006;16(2)89–228, σύνδεσμος

HACIŞEVKĐ, Aysun, AN OVERVIEW OF ASCORBIC ACID BIOCHEMISTRY, 2009, J. Fac. Pharm, Ankara 38 (3) 233-255, σύνδεσμος; για να μάθετε περισσότερα για το ρόλο της βιταμίνης C στο σώμα

Henry, C.J.K., Chapman, C. The nutrition manual for food processors, 2002, κεφάλαιο 10, link

Richardson, T., Finley, J.W., Chemical changes in food processing, 1985, Springer Science, σύνδεσμος

Roth, K., and Streller , S., Vitamin C Deficiency – Part 3, 4-March 2014, Chemie in Unserer Zeit/Wiley-VCH, DOI: 10.1002/chemv.201400009

Wikipedia, Αντιοξειδωτικό, σύνδεσμος

Wikipedia, Chemistry of ascorbic acid, link

Βιβλίο για τη διατροφή για επεξεργαστές τροφίμων για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την αποικοδόμηση της βιταμίνης C.

Ένα βιβλίο για τις αλλαγές που συμβαίνουν κατά την επεξεργασία των τροφίμων.