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Agricoltura moderna
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di Kristin Hals e Sofia Helena Lindahl, Reparto ricerca e sviluppo, Borregaard AS
L'etossichina ha, per decenni, stato ampiamente utilizzato come antiossidante nel settore dei mangimi, principalmente nel settore nautico.
Questo antiossidante inibisce l'ossidazione degli acidi grassi altamente insaturi nella farina di pesce e nell'insilato di pesce. L'etossichina ha la proprietà unica di essere in grado di dissolversi sia in fase acquosa che oleosa, a seconda del pH. Però, ci sono preoccupazioni relative all'uso di questo antiossidante (vedi Figura 1). A giugno 2017, la Commissione UE ha sospeso l'autorizzazione dell'etossichina per tutte le specie e categorie animali. Quindi, c'è bisogno di trovare una soluzione alternativa.
Borregaard ha sviluppato un nuovo prodotto alternativo contenente l'antiossidante propil gallato. Questo prodotto è ottimizzato per garantire alta qualità, così come prestazioni stabili del prodotto. La nuova combinazione di propil gallato, l'acido lignosolfonico e l'acido formico rappresentano una valida alternativa per il mercato.
introduzione
A giugno 2017, la Commissione UE ha sospeso l'autorizzazione dell'etossichina (vedi Figura 1) per tutte le specie e categorie animali [1]. L'etossichina è da decenni l'antiossidante di scelta, soprattutto nel settore ittico, al fine di prevenire l'irrancidimento di grassi e oli durante la lavorazione e lo stoccaggio.
Borregaard ha molti anni di esperienza nella valutazione dell'efficacia degli antiossidanti. Esistono diversi metodi disponibili sul mercato per testare la capacità antiossidante [2-5] e il dosaggio DPPH [6] è un metodo comunemente usato. A Borregaard, un DPPH sviluppato internamente (2, viene utilizzato il metodo basato sul 2-difenil-1-picrylhydrazyl) – il metodo BAU*, che sarà descritto più avanti in questo testo.
*Unità antiossidante Borregaard
Insilato di pesce
L'insilato di pesce contiene pesce, o parti di pesce, combinato con un additivo per stabilizzare l'insilato durante lo stoccaggio. Gli acidi organici di diverso tipo sono tipicamente usati come additivi per insilati. Nelle giuste condizioni, temperatura tra 5 e 40 °C e a pH tra 3,5 e 4,5, la massa del pesce inizierà a decomporsi.
In questo processo, chiamata autolisi, gli enzimi distruggono i muscoli, e si forma una massa liquida, il che è auspicabile data la sua facilità di movimentazione tramite pompe, tubazioni, ecc. (Vedi Figura 2). I lipidi marini contengono alti livelli di acidi grassi polinsaturi a catena lunga (PUFA). I PUFA sono facilmente ossidati dall'ossigeno, che provoca l'irrancidimento di grassi e oli e di conseguenza una diminuzione della qualità del prodotto. La farina e l'olio di pesce contengono concentrazioni relativamente elevate di PUFA e sono quindi particolarmente inclini all'ossidazione.
Per prevenire l'ossidazione dei PUFA nella farina e nell'olio di pesce, l'industria attualmente utilizza antiossidanti sintetici come:etossichina (E324), BHA (idrossi-anisolo butilato, E-320) e BHT (butilidrossitoluene, E321). Inoltre, vengono utilizzati anche antiossidanti naturali come i tocoferoli.
Screening degli antiossidanti
L'elenco degli antiossidanti approvati nei mangimi è limitato. In questo studio, diversi antiossidanti, sia sintetici che naturali, sono stati valutati. La capacità antiossidante è stata testata utilizzando il metodo BAU.
Il metodo BAU è un metodo basato sulla spettrofotometria, usando il radicale libero stabile DPPH, confrontare la capacità antiossidante dei ligninsolfonati e degli antiossidanti. Viene misurata la variazione di assorbanza di una soluzione contenente DPPH e composto(i) di interesse.
DPPH non reagito è viola, ma dopo la reazione, cioè trasferimento di radicali liberi a, Per esempio, un antiossidante, la soluzione cambia colore in giallo. Il meno antiossidante necessario per spegnere il radicale DPPH, più forte è l'antiossidante.
Dalla proiezione, BHA, propil gallato e acido ascorbico hanno mostrato le più alte capacità antiossidanti. Sulla base di ulteriori studi di stabilità e solubilità, propil gallato (vedi Figura 3) è stato scelto per ulteriori test.
Lignosolfonati e capacità antiossidanti
La lignina è un polimero naturale. La parola 'lignina' deriva dalla parola latina 'lignum', significa legno. La lignina è l'elemento legante del legno e svolge un ruolo importante nel trasporto dell'acqua, metaboliti e nutrienti. Agisce come materiale incrostante e svolge molteplici funzioni essenziali per la vita della pianta.
La lignina conferisce rigidità alle pareti cellulari del legno e funge da legante tra le pareti cellulari, creando un materiale composito eccezionalmente resistente alla compressione e alla flessione. La lignina è uno dei polimeri organici più abbondanti sulla terra, superato solo dalla cellulosa.
I ligninsolfonati sono ramificati, biopolimeri idrosolubili prodotti dalla lignina. I polimeri naturali sono intesi come polimeri che sono il risultato di un processo di polimerizzazione che ha avuto luogo in natura, indipendentemente dal processo con cui sono stati estratti. Le unità monomeriche che costituiscono il polimero naturale della lignina possono essere viste in (Vedi Figura 4).
I prodotti a base di lignina servono come additivi in diverse applicazioni industriali e commerciali, e spesso sostituiscono i prodotti a base di petrolio come soluzione naturale rinnovabile. Basandosi su qualità intrinseche, e ulteriormente potenziato dalla modificazione chimica, i nostri prodotti a base di lignina offrono un insieme di funzioni unico e desiderabile per l'industria chimica in aree quali:additivi per calcestruzzo, disperdenti di pesticidi, espansori di batteria, prodotti chimici di perforazione del pozzo petrolifero, emulsioni, ceramica, leganti stradali, bypassare proteine e additivi per mangimi.
La lignina è nota per avere proprietà antiossidanti. Specialmente, i lignosolfonati idrosolubili hanno mostrato un effetto sinergico in combinazione con antiossidanti. I polifenoli sono spesso usati come antiossidanti. A causa della struttura molecolare fenolica dei ligninsolfonati, possono essere attribuite associazioni all'effetto antiossidante. Nella letteratura, è stato riportato l'effetto antiossidante dei lignosolfonati in varie applicazioni.
I ligninsolfonati sono disponibili come sali dell'acido lignosolfonico. La figura 5 fornisce un'illustrazione dell'acido lignosolfonico. I gruppi fenolici, e altre strutture facilmente ossidabili nell'acido lignosolfonico, possono agire come spazzini e stabilizzare i radicali liberi reattivi e potenzialmente dannosi.
Nel 2008, Borregaard ha depositato un brevetto riguardante l'uso dell'acido lignosulfonico come agente sacrificale per antiossidanti. Il brevetto descrive che gli antiossidanti testati erano meno degradati in una soluzione di acido organico se era presente acido lignosolfonico, cioè., l'acido lignosolfonico agisce come antiossidante sacrificale.
Stabilità del gallato di propile negli acidi organici
Uno studio di stabilità del gallato di propile in acido formico (85%), ed è stato eseguito acido formico (85%) contenente il 20% (p/p) di acido lignosolfonico. L'etossichina è stata inclusa come riferimento.
Il livello di inclusione di antiossidanti negli acidi era dello 0,35% (p/p). I contenitori da 25 litri sono stati stoccati all'aperto durante l'estate e l'inizio dell'autunno. La stabilità degli antiossidanti è stata testata regolarmente misurando il livello degli antiossidanti nei campioni. Le misurazioni sono state eseguite utilizzando la cromatografia liquida ad alta pressione in combinazione con la rivelazione UV (HPLC-UV).
I dati di stabilità del gallato di propile sono presentati nella Figura 6a. Le prime misurazioni hanno mostrato un valore residuo del 58 percento del gallato di propile aggiunto nell'acido formico. Nella soluzione contenente acido lignosolfonico, il valore corrispondente era del 90 percento (vedi Figura 6a). Dopo 75 giorni, i valori corrispondenti erano 48 percento in acido formico e 63 percento nella soluzione contenente acido lignosolfonico.
I risultati mostrano chiaramente che l'aggiunta di acido lignosolfonico alla soluzione stabilizza e protegge il propil gallato meglio della soluzione contenente solo acido formico. Nella Figura 6b è dimostrato lo stesso effetto stabilizzante dell'acido lignosolfonico per l'etossichina.
Misurazione del grado di irrancidimento
Come controllo delle prestazioni del nuovo antiossidante nell'insilato di pesce, sono stati eseguiti test di irrancidimento. La misurazione del grado di ossidazione/irrancidimento comporta la verifica dei prodotti di degradazione primari e secondari. Il modo più comune è misurare il valore del perossido (PV), cioè misurare i prodotti di ossidazione primaria (principalmente idroperossidi), e per misurare il valore di anisidina (AV), cioè misurare i prodotti di ossidazione secondaria.
Lo stadio secondario dell'ossidazione si verifica quando gli idroperossidi si decompongono per formare carbonili e altri composti come le aldeidi. Quest'ultimo darà all'olio un odore rancido e viene misurato da AV.
È, perciò, importante misurare sia PV che AV e valutare i due parametri insieme. Questo è comunemente fatto calcolando il valore di ossidazione totale, TOTOX, che dà un quadro complessivo della qualità dell'olio; TOTOX =PV*2 + VA.
Prova di insilato di pesce su scala di laboratorio
Per preparare insilati di pesce sono state utilizzate miscele di propil gallato e acido lignosolfonico. Il salmone è stato tritato e tritato in un robot da cucina in laboratorio. Sono state preparate diverse soluzioni acide contenenti:
Nota:le soluzioni contenevano soprattutto l'80% p/p di acido formico 85% e ~ 20% p/p di acido lignosolfonico.
Il pesce macinato è stato mescolato con le diverse soluzioni acide e conservato in recipienti da due litri a bagnomaria a 23°C. Le soluzioni acide sono state aggiunte al pesce macinato per raggiungere il pH desiderato di 3,5-3,6. Sono stati realizzati campioni paralleli.
Campioni di olio estratto dal pesce macinato sono stati raccolti a diversi intervalli di tempo nell'arco di 11 settimane. I campioni di olio sono stati analizzati per i prodotti di irrancidimento, espressi come valori di perossido e anisidina. L'acidità nell'insilato di pesce è stata controllata per garantire un pH <4.
Stabilità dell'insilato di pesce
I valori TOTOX possono essere visualizzati nella Figura 7. Ciascun valore TOTOX viene calcolato dal PV e dall'AV misurati nei campioni. Dopo sei settimane, l'insilato stabilizzato con propilgallato e acido lignosolfonico avente lo stesso livello di TOTOX dell'insilato stabilizzato con etossichina.
Però, dopo 11 settimane, l'insilato stabilizzato con propilgallato e acido lignosolfonico ha valori di TOTOX inferiori rispetto all'insilato contenente etossichina. Non ci sono state differenze significative tra i due dosaggi di propil gallato testati.
Conclusione
Combinando i dati delle prove di conservazione e stabilità del pesce è chiaro che il propil gallato può sostituire l'etossichina come antiossidante negli additivi per insilati.
Borregaard ha sviluppato un nuovo additivo per insilati contenente acido formico/acido lignosolfonico e gallato di propile per l'industria dei sottoprodotti del pesce. Questo prodotto offre i seguenti vantaggi:
Riconoscimento
Il lavoro descritto è stato finanziato dalla BioBased Industries Joint Undertaking nell'ambito dei programmi Horizon 2020 European Union Funding for Research and Innovation nell'ambito del progetto BioForEver (BIObased products from FORestry via Economically Viable European Routes, convenzione di sovvenzione n. 720710).
