بخشی از مقاله
چکیده
اسپکتروسکوپی رزونانس مغناطیسی هسته ای - ان ام آر - یکی از متداول ترین تکنیکهای تحقیقاتی است که بوسیله شیمیست ها وبیوشیمیستها برای تشخیص ساختارهای مولکولی و نیز برای مطالعه فرایند واکنشهای شیمیایی استفاده میشود. روش تصویر برداری رزونانس مغناطیسی - ام ار آی - نیز که نوع دیگری از تکنولوژی ان ام آر می باشد، در رادیولوژی پزشکی بطور وسیع و به منظور تصویربرداری از بافتهای نرم و به جهت تشخیص بیماریهای ممکن استفاده می شود.
متخصصین صنایع غذایی نیز از این دو تکنیک برای انواع مختلفی از کاربردها در آنالیز غذایی و فراوری مواد غذایی استفاده می کنند. این بررسی با یک بررسی مروری خلاصه در مورد ان ام آر شروع شده و سپس به موارد استفاده وسیع ان ام آر در تحقیقات و صنایع غذایی می پردازد. موضوعات مورد بحث عبارتند از آنالیز ترکیب شیمیایی و شناسایی ساختاری اجزای عملکردی در مواد غذایی، تعیین ترکیب و فرمولاسیون در بسته بندی مواد، شناسایی معرف های غذایی، اپتیمم سازی پآرامترهای فراوری غذایی و بررسی کیفیت شیمیایی، فیزیکی و میکروبیولوژیکی محصولات غذایی.
این بررسی همچنین نظرات موافق و مخالف استفاده از ان ام آر در کاربردهای خاص در آنالیز محصولات غذایی مختلف مانند مشروبات، پنیر، میوه ها، سبزیجات، گوشت، ماهی و نوشیدنی ها - مانند عصاره گوجه فرنگی و رب، چای سبز و قهوه - و نیز روغنهای خوراکی را مورد بررسی قرار داده و چالشها و فرصتهای پیش رو در مورد کاربرد ان ام آر در صنایع غذایی را نیز بررسی می نماید.
مقدمه :
NMR میتواند محدوده وسیعی از ماتریکس های جامد و مایع را بدون هیچ دگرگونی و یا تولید زباله های خطرناک مورد استفاده قرار دهد . اگرچه که نفوذپذیری و ردیابی محدود NMR بایستی ارتقا داده شود ، هنوز هم NMR نسبت به دیگر ابزار های تجزیه ای مثل HPLC و GC و MS مزیتهای فراوانی دارد .تکنولوژی NMR در ابتدا ودر اواخر دهه 1940 به منظور شفاف سازی ساختار مولکولی در علم شیمی آلی به کار گرفته شد . هر چند که به کار بردن طیف نمایی NMR در علوم غذایی تا دهه 1980 به تاخیر افتاده بود ، که این امر در ابتدا به دلیل کمبود نظری های علمی و فنی و قیمت بالای تجهیزات و عدم طراحی بخش هایی از NMR برای اهداف غذایی بوده است .
اخیرا با پیشرفت NMR و ارتقاء دستورکارها برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده ها ، NMR به سرعت در رشته علوم غذایی گسترش یافته است . محدوده وسیعی از تحقیقات مرتبط با NMR غذا در رشته های مختلفی از علوم غذایی گنجانده میشود که شامل میکروب شناسی غذایی، علوم شیمی غذا ، مهندسی غذا و بسته بندی غذا است .
بر طبق اطلاعات ارائه شده ، مشخص شده است که NMR در غذاهای خاصی مورد استفاده قرار گرفته است برای مثال : پنیر ، میوه ، سبزیجات ، گوشت ، ماهی ، رب ، پالپ ، چای سبز ، قهوه و روغن
کاربردهای MRI/NMR برای تجزیه و تحلیل ساختار:
به دلیل اینکه بسیاری از غذاها از نظر پروتون غنی هستند و این پروتون از آب ، چربی ، کربوهیدرات و پروتئین سرچشمه میگیرد ، NMRپروتون رایج ترین نوع NMR است که به وفور در ترکیبات غذا شناسایی میشود . این ترکیبات برای تغذیه انسان ضروری هستند.
آب :
در طیف نمایی NMR بسامد سیگنال آبی که در نمونه غذایی است برای تعیین محتوای آب و پراکندگی آب در غذا مورد بررسی قرار میگیرد . در حقیقت MRI طیف توزیع آب در غذا و مولکولهای آن را به صورت بصری نشان میدهد . برای مثال MRI یک تصویر چند بعدی از ساختار درونی غذا را به تصویر میکشد . شدت سیگنالها در نواحی مختلف نمونه مستقیما متناسب با مولکولهای آب است .
با اندازه گیری های متوالی یک نمونه MRI میتواند دگرگونی ها را در غلظتهای آب کشف کند بعلاوه تغییرات آب در بافتهای غذا را مشخص میکند . اخیرا MRI نتایجی از اهمیت تغییرات رخ داده شده در املاح آب را در میان گوجه فرنگی ها در فصل مناسب ارائه کرده است . MRI اطلاعاتی در مورد املاح آب و ساختار طیفی گوجه فرنگی ها در نواحی مختلف را فراهم کرده است . بر مبنای اطلاعات مربوط به املاح آب و پراکندگی آن در محصولات و بر مبنای محل جغرافیایی کشت میتواند 70 نوع گوجه فرنگی متفاوت در اختیار داشت .
چربی و اسیدهای چرب :
قابلیت طیف نمایی NMR برای تجزیه و تحلیل چربی غذا نه تنها فقط شامل تعیین چربی کل است بلکه برای بازشناسایی اسیدهای چربی که در ساختار چربی نیز میباشد ، مورد استفاده قرار میگیرد.
به صورت متداول از GC برای تجزیه و تحلیل تکنیکی اسیدهای چرب مورد استفاده قرار میگیرد و از اینرو مکررا برای تایید نتایج تحلیلی NMR مورد استفاده قرار میگیرد . علاوه بر GC ، تجزیه و تحلیل املاح چربی توسط NMR و MRI با دیگر آزمایشات تحلیلی قابل قیاس است .
پروتئین / آمینواسید :
آمینو اسید به عنوان یک ترکیب مهم مطرح میشود که از ویژگی های پروتئینی غذا است . این ویژگی ها عبارتست از موادمغذی و پایداری دما و ...
بعلاوه H NMR امکان تحقیق بر روی کیفیت پروتئین های غذا را فراهم میکند .همچنین از NMR برای بازبینی بیشتر آمینواسیدها در مواد غذایی استفاده میکنند . برای مثال Consonni,Caglian,Guantieri,Simanto - 2011 - دریافتند که در زمان تست مشروب چندین آمینواسید در نقاط پیک طیف نمایی H NMR وجود دارد که شامل لیسین ، ترئونین ، آلانین میباشد. این داده ها اجازه میدهد که از NMR برای تحقیق در فصل محصول بهره برد و در مورد تاثیرات سالخوردگی بر روی غذاها بر اساس تغییرات ساختاری از NMR استفاده کرد.
استفاده ی بالقوه از NMR/MRI برای تجزیه و تحلیل های ساختمانی :
با استفاده از زمان سست سازی NMR نه تنها میشود ترکیبات غذا را تجزیه و تحلیل کرد بلکه میشود به داخل ساختار مواد غذایی دست یافت . زمان سست سازیNMR در MRI این اجازه را میدهد که کیفیت تصاویر را با هم مقایسه کرد . از اینرو قادر هستیم که از نظر بصری تغییرات ساختاری غذا را در روند پردازش و ذخیره سازی مشاهده کنیم . اطلاعات بدست امده از این داده ها اغلب منجر به تعیین ترکیب ساختار دلخواه میشود زیرا که میتوان تاثیر فیزیکی و شیمیایی بر روی ماده غذایی گذاشت . تحقیقات NMR و MRI شامل دو موضوع میشود: .1 شفاف سازی ساختار مواد غذایی خاص .2 تعیین تغییرات ساختاری که در غذا رخ میدهد .
از NMR برای تحقیق در مورد ترکیبات پیچیده استفاده میشود زیرا که این تصور وجود دارد که مواد غذایی تنها از یک ترکیب تشکیل نشده اند بلکه از شبکه ای از ترکیبات متفاوت نشات گرفته اند.
سست سازی NMR در برگیرنده سست سازی جامد-مایع است که چربی ها جامد و مایع -یخ و آب را شامل میشود . اگر که ضریب انتشار در مقایسه با سرعت سست سازی کمتر باشد از حرکت و رفتار سست سازی آب به عنوان یک تحقیق ساختاری استفاده میشود یا از آن برای تعیین ظرفیت مواد غذایی در حفظ آب بهره برده میشود . تغییرات ریز ساختاری مستقیما بر روی کارکرد غذا تاثیر میگذارد . به عبارت دیگر در نمونه هایی که ضریب انتشار درمقایسه با سرعت سست سازی به سرعت صورت گرفته است ، از سست سازی آب در سطح وسیعی برای تحقیق در ساختار مواد غذایی بهره برده میشود ک تغییر ساختاری آنها در روند بهره برداری رخ داده باشد . غذاهایی که شامل بازبینی شده اند عبارتند از بستنی، کیک، پنیر، سیب زمینی ، نان ،شیر ، تخم مرغ و شکلات.
یکی دیگر از کاربردهایNMR و MRI تحقیق در مورد ساختارهای بلوری شکل نشاسته است . تفاوت در ساختارهای بلور نشاسته ، ناشی از منابع مختلف غذایی است که شامل ساختارهای بلورین از نوع A , B ,C , V است. ساختار بلورین نشاسته اجازه میدهد که منبع گیاهی نشاسته بازشناسایی شو د. ساختار بلورین از نوع A به طور معمول مربوط به نشاسته ی غلان مثل ذرت ، گندم یا برنج میباشد که دارای زنجیره های افقی کوتاه آمیلوپکتین هستند و انشعابات به یکدیگر کاملا متصل هستند. اختارهای بلورین از نوع B معمولا از میوه ها و قارچ ها نشات میگیرند و دارای زنجیرهای عرضی بلندی هستند و انشعابات از هم فاصله دارند . در حالیکه نوعC ترکیبی از ساختار بلورین A وB است و معمولا در سبزیجات یافت میشوند. به عبارت دیگر نوع V از گرده های پرده های داخلی هاگ ناشی میشود.
استفاده کاربردی از NMR/MRI برای تعیین کیفیت شیمیایی، فیزیکی و میکروبی مواد غذایی :
از NMR و MRI برای تعیین حالت شیمیایی و فیزیکی انواع مختلف مواد غذایی استفاده میشود . از MRI بطور بالقوه برای میکروب شناسی مواد غذاییمثل میوه ها، سبزیجات و همچنین گوشت استفاده میشود به طور معمول کنترل کیفیت غذا ا زنظر میکروب شناسی به تست میکروب شناسی مواد غذایی در مرحله تولید یا در پایان تولید وابسته است . MRI تصویری کامل و واقعی از جانوران میکروسکوپی نشان میدهد. دانشمندان به رابطه بین تغییرات تصاویر MRI و تغییرات در بافت سبزیجات اشاره کرده اند . زمانیکه شرایط غیر طبیعی رخ میدهد ، این شرایط به وضوح در تصاوی MRI مشاهده میشود. بر پایه این مشاهدات MRI تغییرات بافتی میوه هایی مثل لیمو ،هلو و آناناس را طی رسدن نشان میدهند.
Butz و همکاران - 2005 - با استفاده ازMRI/NMR میزان آب موجود در میوه ها را اندازه گیری کردند که این میوه ها شامل سیب ، گلابی ، هلو ، کیوی و پرتغال بودند.
علاوه بر اینکه NMR و MRI قادرند ویژگی های فیزیکی مواد غذایی را معلوم کنند ، قادر هستند کهدر تحقیق در مورد ویژگی های شیمیایی مواد غذایی استفاده شوند که این ویژگی های شیمیایی به تولیدات مواد غذایی مربوط است .
طیف نمایی NMR با تکنیکهای آماری تحلیلی ترکیب میشود و یکی از بهترین ابزارها برای تعیین کیفیت مواد غذایی میگردد. یکی دیگر از ترکیبهای این چنینی ، ترکیب نمودار SGE با NMR است که به طور خود کار نمونه را منتقل میکند و اندازه گیری مینماید و اطلاعات را تحلیل کرده و سپس گزارش میدهد و برای کنترل کیفیت شربتهای میوه مناسب است .
کاربرد NMR در بسته بندی مواد غذایی :
کیفیت بسته های مواد غذایی مستقیما به مشخصات بسته بندی برای حفظ و نگهداری مواد غذایی مرتبط است . MRI قادر است که برای بسته بندی مواد غذایی بهترین را برگزیند. در یک تحقیق که تاثیر اشعه گاما را بر روی بسته بندیهای مواد غذایی بوسیله NMR مشخص گردیده بود ، محققان دریافتند که بهترین پلیمر برای بسته بندی مواد غذایی پلی استایرن است زیرا که میتواند اشعه ها را تحمل کند
