د عاطف عشيبة يكتب: مضادات الأكسدة الطبيعية ودورها في الحد من الأكسدة وتدهور جودة الأغذية

وكيل معهد بحوث تكنولوجيا الأغذية- مركز البحوث الزراعية- مصر

تعتبر جودة الأغذية من الركائز الأساسية التي تحدد قيمتها التغذوية ومدى قبولها من قبل المستهلكين، حيث تشمل الجودة مجموعة من الخصائص الحسية مثل الطعم والرائحة واللون والقوام، إلى جانب الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكروبيولوجية .

تضمن هذه الخصائص سلامة المنتج وصلاحيته للاستهلاك. وتحقيق جودة عالية للأغذية لا يقتصر على مرحلة الإنتاج فقط، بل يمتد ليشمل جميع المراحل بدءًا من الحصاد أو الذبح، مرورًا بعمليات التداول والنقل والتخزين والتصنيع، وانتهاءً بمرحلة التوزيع والاستهلاك.

إن الحفاظ على جودة الأغذية يمثل تحديًا كبيرًا نظرًا لتعرضها المستمر لعوامل عديدة قد تؤدي إلى تدهورها وفقدانها لخصائصها المميزة، وهو ما ينعكس سلبًا على القيمة الغذائية والصحية، فضلًا عن الخسائر الاقتصادية.

ومن أبرز العوامل المسببة لتدهور جودة الأغذية عمليات الأكسدة التي تعد من أكثر التفاعلات الكيميائية شيوعًا وخطورة. حيث تلعب دورًا محوريًا في تدهور جودة الأغذية نتيجة تأثيرها المباشر على المكونات الغذائية الأساسية.

فالدهون والزيوت تُعَد من أكثر العناصر عرضةً للأكسدة، حيث يؤدي تحللها إلى تكوين مركبات ثانوية مسؤولة عن ظهور نكهات وروائح غير مرغوبة تُعرف بالتزنخ، بالإضافة إلى فقدان جزء من قيمتها الغذائية. كما تؤثر الأكسدة على البروتينات من خلال تكسر بعض الأحماض الأمينية وتغيير البنية الفراغية للبروتين، مما ينعكس سلبًا على خواصه الوظيفية والهضمية.

ولا يقتصر الأمر على ذلك، إذ تُسهم الأكسدة أيضًا في تدهور الفيتامينات الحساسة مثل فيتامين A وC وE، وهي فيتامينات ذات أهمية حيوية لدورها كمضادات أكسدة طبيعية في الجسم. أما الأصباغ الطبيعية، مثل الكاروتينات والكلوروفيل، فتتعرض هي الأخرى للتلف بفعل الأكسدة، الأمر الذي يؤدي إلى فقدان اللون المميز وانخفاض جاذبية الغذاء من الناحية الحسية. وبذلك تُعَد الأكسدة أحد أبرز العوامل الكيميائية التي تُسهم في تقليل القيمة الغذائية والحسية للأغذية وتسريع تلفها أثناء التخزين والتداول.

وعليه، فإن دراسة دور الأكسدة كأحد أهم أسباب تدهور جودة الأغذية تعد خطوة أساسية لفهم آليات هذا التدهور ووضع استراتيجيات فعالة للحد منه، مثل استخدام مضادات الأكسدة الطبيعية، وتحسين ظروف التخزين والتعبئة بما يضمن الحفاظ على جودة الأغذية وسلامتها لأطول فترة ممكنة.

آلية حدوث الأكسدة في الأغذية

تعتبر الأكسدة من أهم التفاعلات غير المرغوبة التي تؤثر على جودة الأغذية، خاصةً تلك الغنية بالدهون غير المشبعة، حيث تؤدي إلى فقدان الخصائص الحسية والتغذوية وظهور مركبات سامة أو ضارة. وتُعرف العملية باسم الأكسدة الذاتية (Auto-oxidation)، وهي تفاعل معقد يتم عبر ثلاث مراحل رئيسية:

1- مرحلة البدء (Initiation)

• تبدأ العملية بتكوين الشقوق أو الجذور الحرة (Free radicals) نتيجة تعرض جزيئات الدهون لعوامل محفزة مثل: الحرارة، الضوء، الأشعة فوق البنفسجية، أو وجود أيونات المعادن (Fe²⁺, Cu²⁺).
• في هذه المرحلة، يتم انتزاع ذرة هيدروجين من الحمض الدهني غير المشبع (RH) لتكوين جذر حر (R•).

RH  → R˙+ H˙

2– مرحلة الانتشار (Propagation)

• يتفاعل الجذر الحر (R•) مع الأكسجين الجزيئي (O₂) لتكوين جذور بيروكسيلية (ROO•).
• هذه الجذور شديدة التفاعل وتقوم بانتزاع ذرة هيدروجين من جزيئات أخرى من الأحماض الدهنية، مولدة جذور حرة جديدة (R•) وبيروكسيدات دهنية (ROOH).
• تستمر هذه السلسلة التفاعلية بشكل متسلسل ومتضاعف.

R˙ + O₂ → ROO˙

ROO˙ + RH→ ROOH + R˙

3- مرحلة التوقف (Termination)

• تنتهي التفاعلات عندما تتجمع الجذور الحرة معًا لتكوين جزيئات مستقرة غير نشطة مثل (R-R) أو (ROOR).
• إلا أن المنتجات الوسيطة مثل البيروكسيدات (ROOH) تتحلل لاحقًا إلى مركبات ثانوية مثل الألدهيدات، الكيتونات، الكحولات، والهيدروكربونات، وهي المسؤولة عن النكهات غير المرغوبة (التزنخ) وتغير اللون.

آليات عمل مضادات الأكسدة الطبيعية لمنع الأكسدة في الأغذية

تلعب مضادات الأكسدة الطبيعية دورًا أساسيًا في الحد من تفاعلات الأكسدة في الأغذية، وذلك عبر عدة آليات رئيسية تهدف إلى تثبيط تكوين الشقوق أو الجذور الحرة أو تعطيل نشاطها، ومن أبرز هذه الآليات ما يلي:

1-التخلص من الجذور الحرة (Free radical scavenging):

تقوم مضادات الأكسدة، مثل الفينولات والفلافونويدات، بمنح ذرة هيدروجين أو إلكترون حر للجذور الحرة مما يحولها إلى جزيئات مستقرة غير نشطة، وبالتالي توقف سلسلة التفاعلات المؤكسدة. ومن أمثلة ذلك حمض الجاليك (Gallic acid) يعطي إلكترونًا للجذر الحر ويكسر سلسلة الأكسدة.

2- التخلص من الأكسجين النشط (Quenching of singlet oxygen):

الأكسجين النشط (Singlet oxygen, ¹O₂) هو صورة مثارة عالية الطاقة من الأكسجين تختلف عن حالته الطبيعية الأرضية (³O₂)، ويتميز بقدرته العالية على التفاعل مع الروابط المزدوجة (C=C) في الأحماض الدهنية غير المشبعة وكذلك الأصباغ الطبيعية مثل الكاروتينات والكلوروفيل.

وينشأ هذا النوع من الأكسجين غالبًا نتيجة تعرض الأغذية للضوء عبر التفاعلات الضوئية الكيميائية أو من خلال التفاعلات المحفزة بالمعادن والبيروكسيدات.

وتشكل هذه الصورة النشطة للأكسجين خطورة كبيرة على الأغذية، إذ تسرع من حدوث الأكسدة مقارنة بالأكسدة الذاتية العادية، مما يؤدي إلى تدهور سريع للدهون وظهور التزنخ، إضافة إلى فقدان الأصباغ الطبيعية المسؤولة عن الألوان الزاهية وتحلل الفيتامينات الحساسة مثل فيتامينات A وC وE، وهو ما ينعكس سلبًا على الجودة الغذائية والحسية للمنتجات الغذائية.

تلعب مضادات الأكسدة الطبيعية دورًا حيويًا في مواجهة الأكسجين النشط والتقليل من آثاره الضارة في الأغذية، وذلك عبر آليتين رئيسيتين. تتمثل الأولى في التخلص الفيزيائي، حيث تقوم بعض المركبات مثل الكاروتينات بامتصاص الطاقة الزائدة من الأكسجين النشط وإعادته إلى حالته الأرضية المستقرة (³O₂)، مع إطلاقها في صورة حرارة غير ضارة دون أن يحدث تغير كيميائي في بنية مضاد الأكسدة نفسه.

أما الآلية الثانية فهي التخلص الكيميائي، حيث يتفاعل مضاد الأكسدة مباشرة مع الأكسجين النشط ليتحول إلى صورة مؤكسدة أو مشتق جديد، بينما يعود الأكسجين إلى حالته الطبيعية، ومن أبرز الأمثلة على هذه المضادات الفينولات، التوكوفيرولات (فيتامين E)، وحمض الأسكوربيك (فيتامين C). وبذلك، فإن مضادات الأكسدة الطبيعية تساهم بفاعلية في الحد من قدرة الأكسجين النشط على تسريع الأكسدة، مما يساعد على الحفاظ على جودة الأغذية وإطالة فترة صلاحيتها.

 3- خلب أيونات المعادن (Metal chelation):

خلب أيونات المعادن (Metal chelation) يُعد من أهم الآليات التي تقوم بها مضادات الأكسدة الطبيعية للحد من تفاعلات الأكسدة في الأغذية. إذ إن وجود أيونات المعادن مثل الحديد (Fe²⁺/Fe³⁺) والنحاس (Cu²⁺/Cu⁺) يسرع بشكل كبير من تدهور الدهون والبروتينات والكربوهيدرات، وذلك من خلال دورها التحفيزي في تفاعلات الأكسدة، وأبرزها تفاعل فنتون (Fenton reaction)  الذي يُنتج الجذور الهيدروكسيلية (•OH) شديدة النشاط والقادرة على بدء سلسلة من التفاعلات التي تؤدي إلى تحلل الأحماض الدهنية غير المشبعة وفقدان القيمة الغذائية وظهور نكهات غير مرغوبة.

عند وجود مركبات خالبة مثل الأحماض الفينولية (كحمض الجاليك والكافيك) أو حمض الأسكوربيك، فإنها تمتلك مجموعات فعالة (مثل الهيدروكسيل والفينول) تستطيع تكوين روابط تساهمية مستقرة مع أيونات المعادن ، وتمنعها من التفاعل مع فوق أكاسيد الهيدروجين أو الأكسجين، وبالتالي تثبط تكوين الجذور الحرة الجديدة. بهذه الطريقة، تبطئ مضادات الأكسدة الطبيعية من معدل الأكسدة وتحافظ على جودة الغذاء واستقراره أثناء التداول والتخزين.

4- الحد من تكوين البيروكسيدات (Peroxide decomposition):

تلعب مضادات الأكسدة الطبيعية، مثل فيتامين E (توكوفيرول) وفيتامين C (حمض الأسكوربيك)، دورًا مهمًا في الحد من هذه التفاعلاتالأكسدة إذ يقوم فيتامين E بالتفاعل مع البيروكسيدات الدهنية عبر منحها إلكترونًا، مما يحولها إلى كحول (ROH) أكثر استقرارًا وأقل ضررًا، بينما يعمل فيتامين C كمضاد أكسدة ثانوي من خلال إعادة تنشيط فيتامين E بعد تأكسده، مما يضمن استمرارية كفاءته في تفكيك البيروكسيدات.

ونتيجة لذلك، تساهم هذه الآلية في تقليل تراكم البيروكسيدات غير المستقرة، والحد من تحولها إلى نواتج أكسدة ثانوية مسؤولة عن التزنخ، وبالتالي إبطاء التغيرات السلبية في الطعم والرائحة والقيمة الغذائية للأغذية.

5-التأثير التآزري (Synergistic effect):

التأثير التآزري بين مضادات الأكسدة يشير إلى الحالة التي تعمل فيها عدة مركبات مضادة للأكسدة معًا بطريقة تكاملية، بحيث تكون فعاليتها المشتركة أكبر من مجموع تأثير كل مركب بمفرده. فعلى سبيل المثال، عند تأكسد فيتامين E (توكوفيرول) أثناء تفاعله مع الجذور الحرة أو البيروكسيدات الدهنية، يفقد قدرته على الاستمرار في الحماية،

وهنا يأتي دور فيتامين C (حمض الأسكوربيك) الذي يعيد اختزال فيتامين E المتأكسد إلى صورته النشطة، مما يطيل من عمره الفعال داخل الوسط الغذائي.

بالإضافة إلى ذلك، فإن المركبات الفينولية قد تعزز هذا النظام من خلال قدرتها على التبرع بالإلكترونات أو الارتباط بالمعادن المحفزة للأكسدة، مما يقلل من معدل تكوّن الجذور الحرة. وبذلك فإن اجتماع أكثر من نوع من مضادات الأكسدة (مثل فيتامينات، فينولات، كاروتينات) يؤدي إلى شبكة دفاعية أكثر كفاءة واستقرارًا ضد الأكسدة مقارنةً باستخدام مضاد أكسدة واحد فقط.

في التطبيقات الغذائية، يظهر التأثير التآزري بوضوح عند الجمع بين أكثر من مضاد أكسدة لتحقيق حماية أكبر ضد التزنخ. فعلى سبيل المثال، في الزيوت النباتية يؤدي إضافة فيتامين E وحده إلى إبطاء الأكسدة بدرجة معينة، لكن عند تدعيمه بمستخلصات طبيعية غنية بالمركبات الفينولية تزداد فترة الصلاحية بشكل ملحوظ نتيجة التعاون بينهما في كسر سلاسل الأكسدة وتثبيط الجذور الحرة.

وبالمثل، في اللحوم المصنعة يستخدم الجمع بين مستخلص إكليل الجبل وفيتامين C لتحقيق تأثير مزدوج، حيث يعمل إكليل الجبل كمصدر غني بالفينولات المثبطة للأكسدة، بينما يساهم فيتامين C في تعزيز فعالية هذه المركبات والحفاظ على اللون الأحمر المرغوب، مما يبطئ من التدهور الحسي والكيميائي ويُطيل من العمر التخزيني للمنتج.

العوامل المؤثرة على فعالية مضادات الأكسدة الطبيعية

• تركيب الكيميائي للمركب

ترتبط قوة مضادات الأكسدة الطبيعية بوجود مجموعات الهيدروكسيل (–OH) على الحلقة العطرية. كلما زاد عدد هذه المجموعات زادت قدرة المركب على التبرع بالإلكترونات أو ذرات الهيدروجين، وبالتالي تعطيل الجذور الحرة ومنع سلسلة الأكسدة. مثال: مركبات الفلافونويدات (مثل الكيرسيتين) التي تحتوي على أكثر من مجموعة –OH تعتبر أكثر فعالية من مركبات أحادية الهيدروكسيل مثل الفينول البسيط.

• البيئة الوسطية (pH – درجة الحرارة – نوع الغذاء) : فعالية مضادات الأكسدة ليست ثابتة، بل تتأثر بظروف الوسط الغذائي:
• درجة الحرارة: بعض المركبات مثل الفيتامين C يتحلل بسرعة عند التسخين، فيفقد جزءًا من قدرته المضادة للأكسدة.
• درجة pH الوسط: في البيئات الحامضية (pH منخفض) قد تتغير ثباتية المركبات أو قابليتها للتفاعل. على سبيل المثال، حمض الأسكوربيك (فيتامين C) يكون أكثر ثباتًا نسبيًا في الوسط الحامضي مقارنة بالوسط القاعدي.
• نوع الغذاء: تركيب الغذاء نفسه يلعب دورًا. في الأغذية الغنية بالدهون، تحتاج لمضادات أكسدة ذائبة في الدهون (مثل التوكوفيرولات)، بينما في العصائر أو الأغذية المائية يعمل فيتامين C بكفاءة أكبر.
• قابلية الذوبان

قابلية الذوبان تعد من أهم العوامل التي تحدد موقع وفعالية عمل مضادات الأكسدة داخل الغذاء. فمضادات الأكسدة الذائبة في الدهون، مثل التوكوفيرولات، تتركز في الطور الدهني وتحمي الزيوت والدهون مباشرة من تفاعلات الأكسدة، بينما تعمل مضادات الأكسدة الذائبة في الماء، مثل فيتامين C والبوليفينولات، في الطور المائي حيث تبطئ من أكسدة المكونات القابلة للذوبان في الماء وتعيق تكوين الجذور الحرة في هذا الوسط.

ويظهر هذا بوضوح في المنتجات الغذائية المعقدة مثل المستحلبات الزيتية/المائية (كمنتج المايونيز)، حيث تتطلب الحماية الكاملة وجود مضادات أكسدة فعالة في كلا الوسطين، لضمان إبطاء الأكسدة بشكل متكامل والحفاظ على الجودة الحسية والغذائية للمنتج.

• التركيز وطريقة الإضافة

التركيز وطريقة الإضافة يمثلان عاملًا حاسمًا في تحديد فعالية مضادات الأكسدة الطبيعية داخل الأغذية. فعند استخدام هذه المركبات بتركيزات معتدلة ومدروسة، فإنها تؤدي دورها بكفاءة في إبطاء أو منع الأكسدة مع الحفاظ على الصفات الحسية المرغوبة للمنتج الغذائي من حيث الطعم واللون والرائحة.

أما عند الإفراط في إضافتها، فقد يحدث العكس تمامًا، حيث تظهر آثار غير مرغوبة مثل الطعم المر أو النفاذ، تغيّر لون المنتج، أو حتى حدوث ظاهرة “التأكسد الذاتي” لبعض المركبات في حال تراكمها بمستويات عالية جدًا.

مثال واضح على ذلك هو مستخلص إكليل الجبل؛ إذ يساهم بتركيز منخفض في حماية الزيوت من التزنخ والحفاظ على جودتها، بينما يؤدي استخدامه بتركيز مرتفع إلى ظهور نكهة عشبية قوية وغير مقبولة تؤثر سلبًا على تقبل المستهلك.

أمثلة تطبيقية على آليات العمل

تظهر المصادر الطبيعية الغنية بالمركبات الفعّالة تنوعًا ملحوظًا في آليات عملها كمضادات أكسدة، مما ينعكس على التطبيقات الغذائية المختلفة. على سبيل المثال،

يحتوي قشر الرمان على حمض الجاليك والفلافونويدات، والتي تعمل على تثبيط الجذور الحرة، مما يجعله مناسبًا للحفاظ على جودة لحوم الدواجن والعصائر. أما إكليل الجبل، فيتميز بمركبات مثل الكارنوسول وحمض الروزمارينيك، والتي تُعطل الأوكسجين النشط، وهو ما يفسر استخدامه بكثرة في حماية الزيوت النباتية من التزنخ.

كذلك، تلعب القهوة الخضراء دورًا مهمًا بفضل احتوائها على حمض الكلوروجينيك القادر على تكسير البيروكسيدات، وبالتالي يشيع استخدامها في المخبوزات والحلويات. ومن ناحية أخرى، يُعد الشاي الأخضر غنيًا بالكاتيشينات التي توقف تفاعلات السلاسل التأكسدية، وهو ما يعزز قيمته كمكوّن طبيعي في مشروبات الطاقة.