بخشی از مقاله
چکیده- روش هاي غیر مخرب در کشاورزي از آن جهت که محصول مورد بررسی به چرخهي عرضه و مصرف برگشته و مشکلات نمونهگیري روش هاي مخرب را ندارند، حایز اهمیت میباشد. اندازهگیري سریع، غیر مخرب و دقیق عامل هاي کیفی میوهها از جمله میوهي گوجه فرنگی نظیر میزان مواد جامد محلول، pH و رنگ از اهمیت بالایی برخوردار میباشد. طیفسنجی رامان با توجه به بکارگیري انواع لیزرها، بلورهاي غیرخطی براي ایجاد طول موجهاي مختلف مورد نیاز، ابزار آشکار سازي و استفاده از نرم افزارهاي مدرن به طور فزآیندهاي در کشاورزي کاربرد پیدا کرده است. تحقیق حاضر تلاشی براي اندازهگیري غیر مخرب پارامترهاي کیفی میوهي گوجهفرنگی با استفاده از طیفسنجی رامان می باشد.
-1 مقدمه
روش هاي متعددي تاکنون براي کیفیت سنجی غیر مخرب محصولات کشاورزي ابداع شدهاند که تنها برخی از آنها در کشاورزي موفق بوده و از لحاظ فنی و صنعتی توجیه داشته باشند. روش هاي اپتیکی، مکانیکی، شیمیایی و امواج الکترومغناطیسی و صوتی در توسعه آزمون هاي غیرمخرب نقش اساس داشتهاند .[1] در بین روش هاي غیرمخرب، طیفسنجی پراکندگی رامان جذابیت فوقالعادهاي در میان محققان علوم پزشکی، دارویی و علوم زیستی پیدا نموده است، بطوریکه قویترین روش از بین روش هاي غیر مخرب قلمداد میشود .[2] طیفسنجی پراکندگی رامان نسبت به طیفسنجی رایج IR - که کاربردهاي وسیعی در کشاورزي پیدا کرده است - مزایاي برجستهاي دارد که به همراه کاربردهاي پزشکی و دارویی آن در [3] مطالعه شده است.
میوه گوجه فرنگی - Lycopersicon esculentum L. -
منبع غنی از آنتیاکسیدان، ویتامینها و ترکیبات غذایی میباشد و تشخیص دقیق میزان این ترکیبات در ارزیابی کیفی محصول عرضه شده به بازار نقش عمدهاي دارد .[4] روشهاي آزمایشگاهی مخرب، وقتگیر، و نیازمند کالیبراسیونهاي متعددند. مهمترین ویژگی ظاهري رسیدگی گوجهفرنگی رنگ می باشد که فاکتور مهمی در تصمیم گیري مشتري براي خرید آن است .[5]
-2 مواد و روشها
تحقیقی مبتنی بر تعیین غیر مخرب و سریع عاملهاي کیفی میوهها و به طور ویژه میوه گوجه فرنگی، با استفاده از طیفسنجی رامان تدوین گشت. تا بحال اندازهگیري بیش از یک عامل کیفی با استفاده از روش هاي طیفسنجی به دلیل پیچیدگی تفسیر و حجم زیاد متغیرها انجام نشدهاست. همچنین استفاده از پراکندگی رامان در اندازهگیري خصوصیات کیفی گوجهفرنگی و بخصوص رنگ و قند در منابع گزارش نشدهاست. بنابراین تحقیق حاضر در نوع خود در ایران و جهان جدید میباشد. در تحقیق حاضر دستگاه طیفسنج Thermo Nicolet از نوع پاشندگی - dispersive - براي بدستآوردن طیفهاي رامان مورد استفاده قرار گرفت.
لیزر 532 نانومتر با توان حداکثر 100 میلیوات به عنوان منبع نوري بکارگرفته شد اما به دلیل جلوگیري از اثرات فوتوشیمیایی و فوتوفیزیکی نور تک فام لیزر، به صورت نرم افزاري از توان منبع نوري کاسته شد و در تمام آزمایشات از توان لیزري 30 mW استفاده گردید. وضوح طیف هاي گرفته شده 2 cm-1 می باشد که در طیفسنجی رامان یک وضوح مناسب و ایدهآل به شمار میرود. پهناي نوار سیگنال هاي گرفته شده در محدوده اعداد موجی 400 -4000 cm-1 انتخاب شد که در محدوده IR قرارگرفته و بهترین محدوده جهت نمایش ترکیبات مولکولی می باشد.
آب میوه نمونههاي مورد آزمایش پس از انجام آزمایش هاي اپتیکی به آزمایشگاه صنایع غذایی منتقل شده و تستهاي pH، قند محلول و رنگ بر روي آنها انجام شد. طیف هاي بدست آمده با فرمت سیگنال دوبعدي وارد محیط Excel و Matlab شده و مورد پردازش قرار گرفتند. بدین ترتیب پیشزمینه فلورسانسی که به عنوان مهمترین مشکل پردازشی مطرح می باشد، حذف شد. همچنین جهت یافتن نوارهاي تعیین کننده مشتقگیري طیفها انجام شد. نتایج به صورت واضح توانستند نوارهاي موثر و تعیینکننده خصوصیات داخلی میوه را بروز دهند.
-3 نتایج
مطابق تحقیقات قبلی که توسط طیفسنجی تشدیدي رامان - RRS - بر روي کارتنوئیدهاي برخی محصولات کشاورزي انجام شده است، این نوارها را میتوان به ارتعاشات ν1، ν2 و ν3 کارتنوئیدهاي α-carotene و β-carotene نسبت داد که به دلیل ارتعاشات کششی کربن – کربن C=C - و - C-C در زنجیره اصلی بوجود میآیند ]۶.[ به طور کلی طیفهاي ارتعاشی کارتنوئیدها سه منطقه مشخصه ارتعاشات کششی C-C را دارا هستند. همانطور که در شکل 1 دیده میشود، نوارهاي اصلی هر سه منطقه در محدوده اعداد موجی1030 cm-1، 1180 و 1540 در تمامی طیفها ظهور کرده است. از طرفی میوه گوجه فرنگی قرمز معمولی حاوي lycopene، β-carotene و γ-carotene می باشد .[7]
شکل:1 طیفهاي رامان در میوه گوجهفرنگی، - a - میوه در مرحله رسیدگی قرمز شدن - صورتی - - b - میوه کاملا رسیده، ارتفاع پیکهاي مربوط به کارتنوئیدها قابل توجه است چراکه مطابق رسم تحقیقات طیفسنجی یا از آزمایش استانداردهاي موجود با استفاده از روش هاي تجزیه دستگاهی و سپس بررسی طیفی این استانداردها می توان به موقعیت نوارها پی برد، و یا اینکه از روش هاي دیگر از جمله پایگاه طیفی بهره جست. از طرفی می دانیم که لیکوپن در زنجیره اصلی خود حاوي تعداد بیشتري پیوندهاي دوگانه کربن در مقایسه با کاروتنها می باشد.
بنابراین بررسی دقیقتر نوار ν1 در 1540، حضور کاروتنها را بیشتر توجیه میکند تا لیکوپن، در حالیکه ν2 در - C-C - 1180 cm-1 بیانگر حضور لیکوپن میباشد .نوار سوم نیز که ضعیفتر از بقیه عمل میکند به ارتعاشات کششی C-CH3 نسبت داده شده است .[8] نوار که در شکل 3 ظاهر شده است را میتوان به ارتعاش CH نسبت داد که مبین کربوهیدراتهاي موجود در میوه میباشد. همانطور که ملاحظه شد، این نوار ضعیف بوده و در شکل 1 به طور واضح قابل تشخیص نمی باشد - هرچند در تحلیل سیگنالی طیف با استفاده از مشتقگیري ظاهر میشود - و دلیل آن هم وجود نوار قویتر در محدوده کارتنوئیدهاست - 1030 cm-1 - که نوارهاي مجاور را پوششش میدهد. اما بطور کلی میتوان از همین طیف ضعیف نیز براي اندازهگیري مواد کربوهیدراتی از جمله قند بهره جست.
شکل :2 رابطه بین موقعیت عدد موج و تعداد پیوندهاي دوگانه C=C در زنجیره اصلی کارتنوئیدها نکته دیگر در مورد طیفها اختلاف قابل توجه در شدت نوارهاست که عمدتا مربوط به میزان رسیدگی میوه و در نتیجه مقدار کمی رنگدانه هاست. البته این مقایسه کمی بعد از تغییرات گوناگون و پردازش سیگنال هاي طیفی صورت گرفته است. بهنجارش طیفی به عدد یک با استفاده از روش تقسیم شدت نوارها انجام شده است تا اثرات مختلف آزمایش و دستگاه که عمدتا در شدت پیکها ظاهر میشود، از بین رفته و بتوان تحلیل کمی نیز انجام داد - شکل . - 4
بدیهی است که غلظت کارتنوئیدها میبایست در شدت پراکندگی رامان اثرگذار باشد، این نکته را به وضوح میتوان در شکل 4 مشاهده نمود. به طور مثال شدت نوار اول در میوه نیمه رسیده 0/00178 و در میوه بیش رسیده 0/00226 می باشد - اعداد نشان داده شده بعد از اعمال بهنجارش بوده و بنابراین مقدارشان کاهش یافته است - . با جمعبندي دلایل فوق، طیفسنجی رامان روش مناسبی است براي اندازهگیري کمی و کیفی رنگ موادي که حاوي رنگدانههاي از جنس کارتنوئیدها میباشند. بنابراین به طور قطع میتوان از این روش جدید در حوزه تشخیص رنگ مواد به صورت غیر مخرب بهره برد. اساسا به همین جهت است که روش طیفسنجی رامان در بسیاري از تحقیقات مربوط به رنگدانهها حتی در مباحث غیر کشاورزي مانند نقاشیهاي هنري و پزشکی گزارش شده است .[4]
