مقاله روش های نوین تولید رنگدانه های طبیعی

بخشی از مقاله

چکیده:

هدف: امروزه استفاده از رنگدانه های طبیعی یک نیاز روبه رشد در جوامع و صنایع مختلف غذایی میباشد. با توجه به غنی بودن طبیعت از رنگدانه های طبیعی، یافتن روشی برای استخراج هر چه بهتر و آسانتر این رنگدانه ها اهمیتی ویژه دارد. از جمله روش های نوین مورد استفاده در استخراح میتوان به روش ها ی استخراج و پیش تیمار هایی مثل استخراج با مایع فوق بحرانی، اولتراسوند، فشار هیدرواستاتیک بالا، میدان پالس الکتریکی و الکتروپلاسمولیزیز اشاره کرد.

نتایج و بحث:

نتایج به دست آمده از گردآوری و بررسی مطالعات نوین انجام شده در این زمینه نشان داد که از فاکتور های موثر در بازده عملیات استخراج درجه از هم پاشیدگی غشا سلول و نفوذپذیری آن است. از آنجا که استخراج مواد رنگی یک عملیات تراوش جامد- مایع است و مواد رنگی اغلب به سختی با غشا سلولی پیوند دارند، استخراج میتواند با استفاده از برخی روش های نوین از جمله روش های بررسی شده در این مقاله بهبود یابد.

نتیجه گیری کلی: در مطالعه ای دیده شد بعد از یک ساعت استخراج، میزان کل محتوای فنولیک نمونه های در معرض روش های نوین قرار گرفته 50 درصد بالاتر از نمونه های کنترلی بود. از این رو، فعالیت آنتی اکسیدانی عصاره هایی که تحت استخراج قرار گرفته اند با تیمار میدان پالس الکتریکی 4 بار، فشار هیدرواستاتیک 3 بار، اولتراسوند 2 بار بیشتر از نمونه های کنترلی است.

در کل استخراج جز به جز آنتوسیانین ها مورد مطالعه قرار داده شد نشان داد که استخراج انتخابی بر اساس نیمه ی گلوکزی مرتبط شده با آنتوسیانیدین ها، آنتوسیانین مونوگلوکوزید ها به وسیله ی میدان پالس الکتریکی بهتر از وقتی که دسته ی آسیل شده ای که با فشار هیدرواستاتیک بالا استخراج شده است.

واژه های کلیدی : روش های نوین استخراج، اولتراسوند، سیال فوق بحرانی، تیمارهای الکتریکی، فشار هیدرواستاتیک بالا

مقدمه:

همانطور که میدانیم رنگ یکی از خصوصیات مهم غذا است و نقش مهمی در مورد پذیرش قرار گرفتن غذا از طرف مصرف کننده ایفا میکند. هم چنین خریدار گاها کیفیت غذا را از روی رنگ ان قضاوت میکند. رنگدانه های غذا حالت و انتظار روانی و فیزیکی ای ایجاد میکنند که با تجربه، سنت، آموزش و محیط زیست توسعه یافته است.

به طور کلی کاربرد رنگ در غذا شامل : برگرداندن رنگ اصلی غذا، اطمینان از یکنواختی آن، رنگ امیزی غذای بدون رنگ، جایگزینی رنگ از دست رفته در طول عملیات میباشد. رنگدانه ها بر اساس منبعشان به سه دسته ی طبیعی، سنتزی و شبه طبیعی تقسیم میشوند. امروزه استفاده از رنگدانه های مصنوعی در مواد غذایی بسیار بحث برانگیز شده است.

متخصصان تغذیه بر این باورند که رنگدانه های طبیعی علاوه بر نداشتن زیان، سودمندی های سلامتی زیادی نیز دارند. از خصوصیات مثبت رنگدانه های طبیعی میتوان به ایمن بودن، سودمندی سلامتی و تقاضای زیاد مصرف کننده اشاره کرد اما با این حال همچنان در استفاده از رنگدانه های طبیعی با مشکلاتی نظیر پایداری کم آن ها و همچنین هزینه زیاد تهیه آنها روبه رو هستیم.

میوه ها و سبزیجات و ضایعات صنعتی آنها از نظر رنگدانه های طبیعی مثل کاروتنوئید، کلروفیل، آنتوسیانین ها و بتالائین غنی میباشند. امروزه تولید صنعتی این رنگدانه ها در مقیاس تجاری رو به افزایش است. با وجود حضور بالای زنگدانه های در طبیعت، مصرف انها با محدودیت مواجه میگردد که میتوان یکی از دلایل آن را مقاومت دیواره سلولی یا غشا در مقابل خروج این رنگدانه های دانست.

از این رو انتخاب یک روش برای استخراج ترکیبات زیستی فعال درون سلولی شامل رنگدانه ها بستگی به زوایای مختلف از جمله مقاومت دیواره سلولی، مکان درون سلولی، پایداری و استفاده نهایی ترکیبات دارد. در این مقاله از میان روشهای پیشنهادی، برخی از جدید ترین روشهای تیماری و استخراجی - اولتراسوند، میدان پالس الکتریکی، الکتروپلاسمولیزیز، سیال فوق بحرانی،فشار هیدرواستاتیک بالا - را مورد مطالعه قرار میدهیم.

بحث : 

 فشار هیدرواستاتیک بالا:

قابلیت این روش به علت تخریب سلولی و در نتیجه بالا رفتن بازده استخراج بیان شده است. پتانسل عملکرد فشار هیدرواستاتیک بالا به خاصیت ماتریکس، انتخاب حلال، نسبت جامد به مایع، دما، فشار و زمان بستگی دارد. اسباب فشار هیدرو استاتیک بالا شامل 3 مکرو اتوکلاو با ظرفیت 25 میلی لیتر متصل به یک شیر میباشد. فشار به وسیله ی پمپ هیدرولیکی در ترکیب با تشدید کننده تولید میشود.

همچنین محیط انتقال دهنده فشار در این سیستم آب به همراه گلیکول - 20 به - 80 می باشد. به علت حرارت دهی آدیاباتیک دمای ابتدایی در طول ساخت فشار بالا می رود ولی هیچ وقت بیشتر از 4 درجه سانتی گراد نیست. دما در طول یک تا دو دقیقه بازیابی میشود. در این روش نمونه ها مورد فشار قرار گرفته و استخراج با نسبت جامد به مایع 1 به4.5 در یک لوله ی تفلونبا دریچه ی سیلیکونی انجام میگیرد.

به عنوان نمونه یکی از موارد استفاده از این تکنولوژی استخراج گزینشی آنتوسیانین ها میباشد. گروه های هیدروکسیل و متوکسیل بر روی قطبیت و پایداری آنتوسیانین ها اثر میگذارد. این اثر گذاری به ترتیب مالویدین بیشتر از پئونیدین، پتونیدین، دلفینیدین، سیانیدین می باشد. در مطالعه ای که بهینه سازی استخراح آنتوسیانین از پوست انگور همراه با فشار هیدرو استاتیک بالا مورد بررسی قرار گرفته بود.

مشاهده شد پارامتر هایی مانند زمان، شدت فشار، غلظت اتانول و دما تاثیر چشم گیری داشت. بیشترین ظرفیت آنتی اکسیدانی در استخراج با دمای 70 درجه سانتی گراد با استفاده از اتانول 50 درصد و فشار تا 200 مگا پاسکال به دست آمد. همچنین دیده شد که در کل ظرفیت آنتی اکسیدانی عصاره با افزایش زمان استخراج افزایش می یابد.

· الکتروپلاسمولیزیز:

الکتروپلاسمولیزیز یک عملیات پلاسمولیزیز است که ممکن است در اثر عبور جریان الکتریکی از میان سلول اتفاق بیفتد. در تیمار الکتروپلاسمولیزیز، شدت میدان الکتریکی، زمان عملیات، خصوصیات الکتریکی محصول، دمای عملیات و اندازه ذرات محصول فاکتور های دارای اهمیت هستند. تحقیقات مختلفی بر روی استفاده از الکتروپلاسمولیزیز در محصولات رب و آب میوه وجود دارد.

مطالعات بیان میدارند که اعمال الکتروپلاسمولیزیز بازده اب میوه ها را افزایش داده و استخراج رنگدانه های طبیعی را تسهیل میکند. مطالعات محدودی بر روی استخراج کاروتنوئید ها و کلروفیل ها از میوه ها و سبزیجات وجود دارد. در مطالعه ای گوجه فرنگی و اسفناج که از نظر رنگدانه های طبیعی از جمله کاروتنوئید ها و کلروفیل ها غنی هستند و پتانسل تولید بالایی دارند به عنوان منبع رنگدانه های طبیعی مورد استفاده قرار گرفتند.

در این مطالعه تیمار با استفاده از سیستم الکتروپلاسمولیزیز از نوع مرسوم جعبه ای اجرا شد. این تیمار در سه ولتاژ متفاوت : 40، 60 و 80 ولتاژ بر ثانیه و با سه زمان تیمار متفاوت : 4، 8 ، 12 ثانیه استفاده شد. بعد از تیمار رنگدانه های طبیعی استخراج شده و فورا مورد آنالیز قرار گرفتند. برای اندازه گیری بتاکاروتن در اسفناج و گوجه فرنگی از روش اسپکتوفوتومتریک استفاده شد.

کاسترو و همکارانش دریافتند که هدایت الکتریکی با میزان مواد جامد کاهش میابد و هدایت الکتریکی به طرز معنی داری بر روی اجرای تیمار الکتریکی اثر میگذارد. همچنین غشای سلولی ضعیف تر و حساس تر به پالس های الکتریکی در محیطی با مقاومت یونی بالاتر خواهند بود. به علاوه این خصوصیت باعث بالاتر رفتن نفوذپذیری و تغییر ساختاری نیز میشود.

در این بررسی نتایج زیر به دست آمد : برای بتاکاروتن بیشترین تاثیر، افزایش بازده استخراج - %1/139 - ، در ولتاژ89 برای 4 ثانیه در گوجه فرنگی بود. میتوان گفت که EP بیشتر در استخراج بتاکاروتن از گوجه فرنگی موفق میباشد تا اسفناج. برای کلروفیل: بیشترین افزایش در کلروفیل a در ولتاژ 60 برای 8 ثانیه حاصل گردیده بود. برای لیکوپن: افزایش - - %4/112 با تیمار الکتروپلاسمولیزیز در ولتاژ 80 برای 4 ثانیه مشاهده گردید.

· اولتراسوند :

اولتراسوند ممکن است بر اساس محدوده ی فرکانس دسته بندی شود: اولتراسوند قوی - 20 تا 100 کیلوهرتز - و اولترا سوند تشخیصی 1 - تا 10 مگا هرتز - . وقتی که مایع به وسیله اولتراسوند اشعه دهی میشود حباب های ریزی در آن ظاهر میگردند، رشد و به شدت نوسان میکنند و حتی شدیدا میترکند اگر فشار آکوستیک به حد کافی بالا باشد، اتفاق افتادن این تخریب ها نزدیک سطح جامد باعث تولید پرش مایع و موج های شدید میشود.

به علاوه در این فاز مایع اطراف ذرات مخلوط کوچک با سرعت بالایی، دما و انتقال جرم و حتی پخش شدن اجزا درون سوراخ های ریز جامد را افزایش میدهد. در مطالعه ای استخراج رنگ چغندر به وسیله این تیمار مورد بررسی قرار گرفت. استخراج مواد رنگی از ریشه چغندر یک عملیات تراوش جامد-مایع است. از آنجایی که مواد رنگی به سختی با غشا سلولی پیوند دارند، استخراج میتواند با استفاده از برخی روش ها از جمله اولترا سوند بهبود یابد.

نتایج نشان داد که بهبود چشم گیری در استخراج رنگ چغندر به کمک اولتراسوند دیده میشود. بر اساس آزمایش ها مشخص شد که مخلوط با نسبت 1 به 1 اتانول- اب به همراه اولتراسوند قوی 80 ولت برای سه ساعت استخراج بازده و استخراج بهتری را به دست میدهد. 8 درصد افزایش معنی دار در بازده استخراج با استفاده از اولتراسونند در مقایسه با روش های معمول به دست آمد. این روش همچنین میتواند به عنوان یک روش آنالیزی برای استخراج رنگدانه ها از واد گیاهی مثل چغندر استفاده شود.

· میدان پالس الکتریکی :

اخیرا شمار زیادی از مطالعات به سمت افزایش بازده استخراح با استفاده از تیمار های الکتریکی رفتند. یکی از این تیمار های میدان الکتریکی، تیمار میدان پالس الکترکی میباشد. - - PEF تحقیقات زیادی بر روی استخراج از اندام خاصی از بافت های گیاهی مثل رنگدانه های قرمز از ریشه چغندر قرمز، آنتوسیانین ها و فنولیک های انگور قرمز وجود دارد.

همچنین گزارش شده است که اعمال تیمار PEF بر روی گوشت میوه قبل از عملیات شراب گیری به شرابی تخمیر شده ی تازه تبدیل میشود که از نظر شدت رنگ، آنتوسیانین ها غنی تر است. لوپز و همکاران گزارش داده اند که استخراج بتانین از چغندر قرمز به وسیله میدان پالس الکتریکی بازده استخراج را افزایش میدهد. لازم به ذکر است که روش اعمال میدان پالس الکتریکی یک پیش تیمار غیر حرارتی محسوب میشود.

در این روش تشکیل حفره های کوچک به صورت تئوری به عنوان نتیجه ی قطبش یون ها در عرض غشا تفسیر میشود که غشای نارسانای الکتریکی را تا درجه ی از هم گسیختگی متراکم میکند. تیمار میدان پالس الکتریکی باعث تغییر معنی دار در خصوصیات الکتریکی بافت و رها سازی یون ها و رنگدانه های قرمز میشود. در این مطالعه افزایش در هدایت به طور کلی مستقل از فرکانس، در محدوده ی 1 تا 10 کیلو هرتز بود.

· سیالات فوق بحرانی

در این روش از دی اکسید کربن فوق بحرانی استفاده می شود. به عنوان مثال برای بازیافت لیکوپن از ضایعات کارایی مناسب است. چرا که ماده مورد استفاده در این روش باید محتوی رطوبتی پائینی داشته باشد - - %10-6 بنابراین میتوان مواد اولیه رابا خشک کن های کابینی بدون آسیب به محتوای لیکوپنی آن خشک کرد. خشک کردن باعث افزایش عمرماندگاری و غلظت لیکوپن می شود. .

مراحل استخراج بدین ترتیب است که ابتدا پوست از هسته جدا می شود و پس از خشک شدن در اکستراکتور تحت جریان مداوم سیال قرار می گیرد. در این روش دما، فشار و استفاده از کمک حلال نقش بسزایی را در راندمان استخراج ایفا می کنند و افراد متعددی اثر این فاکتورها را بر بازدهی استخراج و تخریب لیکوپن مورد بررسی قرار داده اند.

افزایش فشار، دما و استفاده از کمک حلال منجر به افزایش بازده ی استخراج می شود ولی افزایش دما باعث ایزومره شدن فرم ترانس به سیس می شود که خواص حسی و کاربردی فرم ترانس را ندارد .بررسی های متعدد و ادامه داری در جهت بهینه سازی فرایند راندمان بالا و تشکیل حداقل فرم سیس صورت گرفته است.

Vasapollo و همکاران در سال 2004 از نوعی روغن گیاهی به عنوان کمک حلال استفاده کرده و دما و فشار عملیاتی را به ترتیب در و درجه سانتیگراد 66و 450 بار قرار دادند. کاربرد این روغن گیاهی با اسیدیته پایین، که اثر حفاظتی بر رنگدانه را نیز بهبود می بخشد بازدهی در حدود % 60 را نیز به همراه داشت این نتیجه تا کنون مناسبترین راندمان را از نظر مقدار استخراج و تشکیل فرم سیس داشته است.