مقاله اصلاح و تثبیت آنتوسیانینها به منظور افزایش پایداری رنگ

بخشی از مقاله

اصلاح و تثبیت آنتوسیانینها به منظور افزایش پایداري رنگ

چکیده:

آنتوسیانینها بزرگترین گروه رنگدانه هاي محلول در آب در قلمرو گیاهان هستند و به دسته ايناماز ملکولها به
فلاونوئیدها تعلق دارند. آنها مسئول ایجاد خصوصیات رنگی تعداد زیادي از گل ها، میوه جات و بري ها هستند و

میتوانند به عنوان رنگهاي طبیعی در سیستمهاي غذایی مورد استفاده قرار بگیرند. آنتوسیانینها ملکول هایی هستند که در مواد غذایی ناپایدار هستند. آنها به دلیل داشتن ظاهري جذاب و پر رنگ و همچنین دارا بودن خاصیت آنتی اکسیدانی نسبت به رنگهاي مصنوعی از مقبولیت بیشتري نزد مصرف کننده برخوردار هستند. همان طور که ذکر شد آنتوسیانینها ملکولهایی هستند که در سیستمهاي غذایی ناپایدار بوده و پایداري رنگ آنها تحت تاثیر عواملی چون

PH، حلالها، دما، ساختار و غلظت آنتوسیانین ها، اکسیژن، نور، آنزیم و ... می تواند تغییر کند. بنابراین براي افزایش پایداري آنتوسیانینها، باید عواملی را که باعث ناپایداري و یا پایداري آنتوسیانینها می شود شناسایی کرده و در جهت حذف یا تقویت آن عوامل اقدام کنیم. علاوه بر آن میتوان با اضافه کردن ترکیباتی به نام کوپیگمانها به محصول که باعث به وجود آمدن پدیده کوپیگمانتاسیون میشود باعث افزایش پایداري آنتوسیانینها و در نتیجه حفظ بهتر رنگ
شد. کوپیگمانتاسیون پدیدهاي است که در نهایت منجر به افزایش پایداري آنتوسیانینها میشود. این پدیده به چهار

روش میتواند صورت بگیرد: کوپیگمانتاسیون بین ملکولی – کوپیگمانتاسیون درون ملکولی – کوپیگمانتاسیون خود
مشارکتی و کوپیگمانتاسیون کمپلکس فلزي. مهمترین مکانیسم کوپیگمانتاسیون تشکیل ترکیبات بین ملکولی و درون

ملکولی است.

کلید واژه: آنتوسیانین، کوپیگمانتاسیون، کوپیگمان، آسیلاسیون، گلیکوزیلاسیون.

-1 مقدمه:

در چند سال اخیر علاقه به استفاده از رنگ هاي طبیعی به جاي رنگ هاي مصنوعی در علم صنایع غذایی افزایش
پیدا کرده است. آنتوسیانینها1 از مهمترین رنگ هاي طبیعی هستند که به این منظور مورد استفاده قرار میظاهرگیرند.

رنگی محصولات غذایی یکی از مهمترین پارامترها در صنایع غذایی است و می توان از رنگ به عنوان "اثر انگشت"

مواد غذایی یاد کرد. زیرا رنگ ماده غذایی می تواند تا حدودي ویژگی هاي عطر و طعم و همچنین کیفیت کلی محصول را تخمین بزند. نشان داده شده است که رنگ به عنوان اولین ویژگی به عنوان کیفیت ماده غذایی توسط

مشتري مورد ارزیابی قرار میگیرد پس توجه به این مساله از اهمیت ویژه اي برخوردار است.

احتیاج صنایع غذایی براي معرفی محصولات جدید با ظاهري خوش آیند، خط جدیدي از تحقیقات را براي دست
یابی به رنگ هاي جذاب غذایی با ظاهري متفاوت و نامتعارف ایجاد کرده است. البته در همین رابطه توجه به طبیعی

بودن و حدالامکان داشتن خصوصیات سلامتی باید مدنظر قرار گیرد.

-2 انواع رنگ ها:

رنگ مواد غذایی با توجه به منبع آنها ممکن است به 3 روش متفاوت تولید شود:

• رنگ هاي طبیعی:2 رنگدانه هاي آلی هستند که از منابع خوراکی طبیعی مشتق می شوند مثل آنتوسیانین ها.

• رنگ هاي شبه طبیعی:3 به وسیله ترکیبات شیمیایی سنتز می شوند ولی ترکیب آنها همانند آن چیزي است

که در طبیعت یافت میشوند.
• رنگ هاي مصنوعی:4 این رنگ ها در طبیعت موجود نیستند و به وسیله ترکیبات شیمیایی ساخته می شوند

مثل تارتارازین و کاراموزین.

-3 آنتوسیانین ها به عنوان رنگ هاي غذایی:

استفاده از افزودنی هاي غیر طبیعی نسبت به افزودنی هاي طبیعی از محبوبیت کمتري در میان مصرف کننده
برخوردار است. رنگ ها نیز از این قاعده مستثنی نیستند و مصرف کنندگان میل بیشتري را به استفاده از رنگ هاي

طبیعی مثل آنتوسیانین ها از خود نشان می دهند. علل مختلفی در این رابطه وجود دارد که مهمترین آنها به شرح زیر
است:

• آنتوسیانین ها داراي ظاهري براق، جذاب و پر رنگ تري نسبت به رنگ هاي مصنوعی هستند.

• آنتوسیانین ها داراي خصوصیات آنتی اکسیدانی هستند و می توانند از بعد سلامتی هم مورد توجه قرار بگیرند.

• رنگ هاي مصنوعی به دلیل مسائل روانشناسی مقبولیت کمتري توسط مصرف کننده ها دارند چرا که
مصرف کنندگان بر این باور هستند که رنگ هاي طبیعی داراي خصوصیات سلامتی بخش بوده و رنگ هاي

سنتزي حالت سمی دارند.

البته باید توجه شود که استفاده از رنگ هاي طبیعی مثل آنتوسیانین ها می تواند محدودیت هایی را هم در پی
داشته باشد. مهمترین عیب آنتوسیانین ها به عنوان رنگ هاي طبیعی پایداري کم این ترکیب در سیستم هاي غذایی

هست بنابراین یافتن روش هایی براي پایدار سازي این ترکیبات مساله اي است که در صورت استفاده از آنها در
سیستم هاي غذایی باید مورد توجه قرار بگیرد. استفاده از آنتوسیانین ها در برخی از مواد غذایی در بعضی از کشورها

محدود شده است. آمریکا در این زمینه بیشترین محدودیت ها را اعمال کرده است. قدیمی ترین آنتوسیانین مورد استفاده در صنعت غذا انوسیانین1 بود که از گوشت میوه انگور استخراج شده بود و در سال 1879 در ایتالیا مورد
استفاده قرار می گرفت. امروزه عصاره انگور اغلب به عنوان رنگ در شکر شیرین سازي، محصولات لبنی، بستنی و ...

به کار می رود. آنتوسیانین ها به غیر از ویژگی هاي رنگی، داراي ویژگی هاي سلامتی بخش نیز هستند.

-4 خصوصیات آنتوسیانین ها و منابع طبیعی:

آنتوسیانین ها بزرگترین گروه رنگدانه هاي محلول در آب در قلمرو گیاهان هستند. آنتوسیانین ها به دسته اي از
ملکولها به نام فلاونوئیدها2 تعلق دارند. آنها مسئول ایجاد خصوصیات رنگی تعداد زیادي از گل ها، میوه جات و

بريها3 هستند. رنگدانه هاي طبیعی اکثرا در ارتباط با میوه هاي قرمز رنگ هستند ولی علاوه بر آن ممکن است در سبزیجات، ریشه ها، بقولات و غلات هم مشاهده شود. در شکل شماره 1 میتوانید طبقه بندي کلی فلاونوئید ها را مشاهده کنید.

از لحاظ شیمیایی این فلاونوئیدها به طور طبیعی در شکل گلیکوزیدي فلاویلیوم یا نمک 2 فنیل بنزوپیریلیوم دیده
می شوند. حدود 22 نوع آنتوسیانیدین شناسایی شده است که شش نوع از آنها مهمتر از بقیه بوده و شامل

پلارگونیدین، سیانیدین، فئونیدین، پتونیدین، مالویدین و دلفینیدین هستند. شکل شماره 2 ساختار این شش نوع آنتوسیانیدین مهم را نشان می دهد. بخش قندي آنتوسیانین ممکن است متفاوت باشد ولی به طور عمده گلوکوز،
رامنوز، گالاکتوز و یا آرابینوز است. بخش قندي ممکن است مونوساکارید و یا دي ساکارید باشد و ممکن است با

اسید فنولیک و یا اسیدهاي آلیفاتیک آسیله شود. گروههاي استخلافی در حلقه B (گروه هیدروکسیل و یا گروه

متوکسیل) ممکن است متفاوت باشد (جدول شماره .(1 گروههاي استخلافی روي حلقه B و حلقه C منجر به شکل

گیري ساختارهاي مختلف آنتوسیانینی میشود.

شکل :1 طبقه بندي کلی فلاونوئیدها

جدول :1 گروههاي استخلافی روي حلقه B و حلقه C منجر به شکل گیري ساختار هاي مختلف آنتوسیانینی میشود. میزان حداکثر جذب نور زمانی که R3 هیدروژن و یا گلوکوز باشد متفاوت بوده و در جدول زیر نشان داده شده است.

شکل :2 ساختار شش نوع آنتوسیانیدین مهم

از گیاهانی که منبع غنی از آنتوسیانین ها هستند می توان موارد زیر را نام برد:

زغال اخته – (blueberry) قره قاط – (cranberry) بیل بري – (bilberry) تمشک سیاه – (black raspberry)
تمشک قرمز – (red raspberry) شاه توت – (blackberry) بلک کورانت – (black currant) گیلاس – (cherry)

بادمجان eggplant)سیاه) – برنج – (black rice) انگور کونکورد – (concord grape) انگور مشک ( muscadine

قرمز– (grape کلم – (red cabbage) گلبرگ هاي بنفش (فرنگی–(violet petals توت .(strawberry)

شایع ترین آنتوسیانین ها در میوه جات در موقعیت OH –3 گلیکوزاته هستند – O – 3)کمترینمونوگلیکوزید) و

گستردگی مربوط به موقعیت OH –3 و O- 5-3) OH –3 دي گلیکوزید) است. ویژگی هاي رنگی به طور عمده

توسط گروه استخلافی حلقه B تحت تاثیر قرار می گیرد. به عنوان مثال استخلاف بیشتر گروه هیدروکسیل باعث می
شود طیف رنگی از سمت قرمز به سمت بنفش حرکت کند. (سیانیدینپلارگونیدین  دلفینیدین)

ماهیت قند (به عنوان مثال گلوکوز، آرابینوز، روتینوز، سامبوبیوز) – آسیله شده یا نشده بودن قند و موقعیت آن در

بخش آگلیکونی از فاکتورهاي مهم ساختاري است که روي ویژگی هاي رنگی پیگمان ها تاثیر گذار است.

-5 استخراج و آنالیز آنتوسیانین ها:

از آنجایی که آنتوسیانین ها در محلول هاي خنثی و قلیایی ناپایدار هستند بنابراین حلال هاي اسیدي آبدار مورد استفاده قرار می گیرند. این حلال علاوه بر پاره کردن غشاي سلولی باعث حل شدن پیگمان هاي محلول در آب هم می شود. معمولا اسید هیدروکلریک در غلظت کمتر از 1 درصد براي اسیدي کردن حلال موردنظر استفاده می شود.

بیشترین حلال هاي مورد استفاده در این زمینه محلول هاي هیدرو الکلیک شامل اتانول، متانول، n بوتانول، استن سرد، پروپیلن گلیکو است. بعد از عمل استخراج هر عملی که مربوط به تغلیظ می شود باید در دماي زیر 30 درجه سانتیگراد و در حضور خلاء صورت بگیرد تا تجزیه آنتوسیانین ها به حداقل مقدار خود برسد. جزء به جزء کردن،

جداسازي و آنالیز آنتوسیانین ها به وسیله تکنیک هاي متفاوتی می تواند صورت بگیرد که میتوان به موارد زیر اشاره

کرد:

• کروماتوگرافی لایه نازك (TLC1)

• کروماتوگرافی چندستونی (CC2)

• کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC3)

 کروماتوگرافی غیرهمسو با سرعتبالا (HSCCC1)
• کروماتوگرافی تفکیکی گریز از مرکز با کارایی بالا (HPCPC2)
• الکتروفورز مویی (CE3)
• اکتروفورز ناحیه اي مویرگی (CZE4)

ژل هاي مختلفی به منظور جداسازي آنتوسیانین ها استفاده می شود. به عنوان مثال می توان از سیلیکا ژل، انواع متفاوتی از پلی آمیدها، رزین هاي پلیمري نام برد.

-6 پایداري آنتوسیانین ها و فرم هاي تعادلی:

تخریب آنتوسیانین ها ممکن است در مرحله استخراج و همچنین نگهداري صورت بگیرید. بنابراین براي اینکه

آنتوسیانین ها به عنوان رنگ در غذاها مورد استفاده قرار بگیرند باید یک دانش صحیح از فاکتورهایی که باعث پایداري آنتوسیانین ها می شوند داشته باشیم. اولین فاکتور مهم و جالب که با رنگ آنتوسیانین ها در ارتباط هست PH

محیط است. آنتوسیانین ها با توجه به PH محیط داراي فرم هاي تعادلی مختلفی هستندمختلفومی توانند به 5 فرم
وجود داشته باشند: کاتیون فلاویلیوم – باز کربوونیل – چالکون – باز کوینونویدال – باز آنیون کوینونویدال (شکل

شماره .(3

رنگ قرمز آنتوسیانین ها در PH هاي اسیدي مشهود است. در محلول هایی با PH بالاي 3/5 مقداري از رنگ

آنتوسیانین ها کاهش پیدا می کند. این رنگ در شرایط PH فیزیولوژیک در محیط هاي طبیعی ممکن است از شدت رنگ بیشتري برخوردار باشد که ناشی از پدیده ها و روابط مابین پیگمان ها در محیط هاي طبیعی است.

راهکارهایی مثل آسیلاسیون باعث افزایش پایداري آنتوسیانین ها می شود. آسیلاسیون به دلیل داشتن خاصیت هیدروفوب گروه آسیل به عنوان محافظ هسته فلاویلیومی عمل کرده و باعث کاهش هیدرولیز آنتوسیانین می شوددر.

تصویر زیر می توانید دو نوع آنتوسیانین آسیله شده را مشاهده کنید. شکل شماره 4، آنتوسیانیدینی را نشان می دهد که با دو واحد مونوساکارید گلیکوزیله شده و یک گروه آسیلی آلیفاتیک به آن باند شده است. در شکل شماره 5

آنتوسیانیدین با یک دي ساکارید و یک مونوساکارید گلیکوزیله شده و یک گروه آسیلی آروماتیک به آن باند شده
است.

مهمترین بخش آنتوسیانین بخش آگلیکونی آن یعنی کاتیون فلاویلیوم است که داراي پیوند هاي دوگانه کنژوگه
است و مسئول جذب نور در محدوده ي 500 نانومتر است که باعث می شود رنگ پیگمان قرمز قسمتبهنظر برسد.

آگلیکونی آنتوسیانیدین نامیده می شود که معمولا در محل هاي ( 4' –3' –7 –5 –3) و یا ( - 4' – 3' –7 –5 – 3

(5' داراي استخلافاتی است. امروزه 22 نوع آنتوسیانیدین شناسایی شده است که می توانید در جدول شماره 2
مشاهده کنیدبه. 6 مورد مهم آنتوسیانیدین ها قبلا اشاره شد.

شکل: 3 فرمهاي تعادلی سیانیدین – O –3 گلوکوزید با توجه به PH محیط

شکل :4 آنتوسیانیدینی با دو واحد مونوساکارید گلیکوزیله شده و یک گروه آسیلی آلیفاتیک

شکل :5 آنتوسیانیدینی با یک دي ساکارید و یک مونوساکارید گلیکوزیله شده و یک گروه آسیلی آروماتیک

آنتوسیانیدین ها به ندرت در طبیعت پیدا می شوند. این ترکیبات در گل ها، میوه جات و بريها عمدتا به شکل گلیکوزیله شده یعنی به فرم آنتوسیانین مشاهده می شوند. آنتوسیانین ها حلالیت و پایداري بیشتري نسبت به آنتوسیانیدین ها دارند که این موضوع به خاطر گلیکوزیلاسیون آنتوسیانین ها است.

آنتوسیانین ها به وسیله تعدا واحد گلیکوزیلی که دارند طبقه بندي می شوند. مونوگلیکوزیدها شامل یک بخش
قندي هستند که اصولا به گروه 3 هیدروکسیلی بخش آگلیکونی متصل می شود. آنتوسیانین هایی که در بخش 3' و 4'

گلیکوزیله شده اند ولی بخش c-3 آنها گلیکوزیله نشده در گل هاي آبی و پیاز قرمز شناسایی شده اند.

در آنتوسیانین هاي دي گلیکوزید دو بخش قندي به گروه –3 هیدروکسیل و –5 هیدروکسیل و یا به ندرت به -3
هیدروکسیل و -7 هیدروکسیل متصل می شوند. به علاوه ممکن است هر دو مونوساکارید به c-3 متصل شده باشند.

در تري بهگلیکوزیدها دو بخش قندي c-3 و یکی از آنها به یاc-5 و c-7 متصل می شود.در آنتوسیانین هاي تري