بخشی از مقاله
مروری بر عصاره هیدروکلوئیدی برخی دانه های بومی ایران
چکیده
تغییرات در شیوه زندگی امروزی، افزایش سطح آگاهیهای عمومی نسبت به ارتباط میان رژیم غذایی و سلامتی، تمایل مصرفکنندگان به رژیمهای گیاهی و همچنین گرانی منابع هیدروکلوئیدی موجود، لزوم اهمیت به منابع جدید هیدروکلوئیدی را بیش از پیش بر ما روشن میسازد. همانگونه که ملاحظه میشود تحقیقات جالبی برای شناسایی منابع جدید و بررسی خواص عملکردی آنها صورت گرفته است، همچنین در کشور ایران، منابع بالقوهای برای هیدروکلوئیدها وجود دارد که سالها به صورت سنتی مورد استفاده قرار میگرفتند. دانه شاهی، ریحان، بالنگو شیرازی، قدومه شهری و شیرازی و دانه مرو از جمله دانههای بومی کشورمان هستند که علاوه بر خواص درمانی، حاوی مقادیر بالای صمغ بوده و با توجه به مصرف سنتی خوراکی، از پتانسیل بالایی برای تولید هیدروکلوئیدهای غذایی برخوردار میباشند. ما در این مقاله مروری به معرفی دانههای بومی، راندمان استخراج، رفتار رئولوژیکی و خواص عملکردی آنها پرداختیم.
واژههای کلیدی: هیدروکلوئید بومی، بالنگو، ریحان، شاهی، قدومه ، مرو.
-1 مقدمه
هیدروکلوئیدها، بیوپلیمرهایی با وزن مولکولی بالا و آبدوست هستند که به عنوان اجراء عملگر در فرمولاسیونهای غذایی جهت افزاش قوام، ژل کنندگی، کنترل ریز ساختار، بافت، عطر و طعم و زمان نگهداری استفاده میشوند.[1] استفاده از هیدروکلوئیدها در صنایع غذایی در سالهای اخیر به شدت گسترش یافته است. صمغها بواقع کلوئید حقیقی محسوب نمی-شوند،امّا بیشتر پلیمرهای با اندازه کلوئیدی 10) تا 1000 انگستروم) دارای خصوصیات کلوئیدی نظیر حفظ مواد معلق در محیط و نیز رویتپذیری زیر میکروسکوپ میباشند. در حقیقت، صمغها یا هیدروکلوئیدها در بیشتر موارد محلولهای ملکولی تشکیل میدهند.[2] ویژگیهای عملکردی متعدد هیدروکلوئیدها منجر به کاربرد گسترده آنها در محصولات غذایی میشود. این خصوصیات که دامنه وسیعی از چسبندگی تا قابلیت جریان را شامل میشوند، ناشی از خصوصیات پایه و اصلی مشترک بین همهی صمغها یعنی ویسکوزیته وافزایش قوام است. درجه غلیظکنندگی صمغها متفاوت است، به طوری که تعداد کمی از آنها در غلظتهای نسبتاً زیاد، گرانروی اندکی ایجاد میکنند. امّا بیشتر صمغها در غلظتهای بسیارکم (معمولاً کمتر از 1 درصد)، گرانروی زیادی ایجاد کرده، خواص بافتی و ارگانولپتیکی فرآوردههای غذایی را به طرز معنیداری تحت تاثیر قرار میدهند.
علاوه بر این، نوع ویسکوزیته یا رفتار جریان صمغها متفاوت بوده و از جهت دیگری اهمیت دارد. رفتار جریان یا رئولوژی محلول صمغها و نیز سیستمهای غذایی مایع میتوانند بر خواص ارگانولپتیکی و در نتیجه به قابلیت پذیرش محصول غذایی تأثیر بگذارند. از این منظر، خصوصیات رئولوژیکی محلول صمغ کمک مفیدی در انتخاب صمغ مناسب برای یک فرآورده یا فرمولاسیون غذایی خاص میباشند.دومین خصوصیت اصلی صمغها قابلیت ژلدهی است که بر خلاف خصوصیت اول تنها در
تعداد معدودی از صمغها مشاهده میشود. ژلهای شدن پدیدهای است که مستلزم بهم پیوستگی یا ایجاد پیوندهای عرضی میان زنجیرههای پلیمری برای تشکیل یک شبکه پیوسته سه بعدی می باشد. این شبکه به منظور تشکیل یک ساختار سخت که مقاوم به جریان یافتن تحت تأثیر فشار است آب را به تله انداخت یا تثبیت میکند. فقط تعداد معدودی از صمغها قادر به تشکیل ژل هستند، و در این بین نوع ژل حاصل و بافت آن بطور بسیار گستردهای متفاوت هستند. علاوه بر خصوصیات غلیظکنندگی و ژل زایی، هیدروکلوئیدها دارای خصوصیات عملکردی ثانویهی زیادی می باشند که از بین آنها می توان به عامل اتصال، عامل ایجاد بدنه در محصول، ممانعت کننده از کریستالیزاسیون، عامل تصفیه کننده، عامل ابریکننده، فیبر رژیمی، جایگزین چربی، امولسیفایری، عامل ریزکپسوله کردن، تشکیل فیلم، پایدارکنندهی کف و... .[2] همچنین گزارش شده است برخی هیدروکلوئیدها (عمدتاً پلی ساکاریدهای زنجیره بلند) قادرند جذب روغن را طی سرخ کردن عمیق کاهش دهند.[8 -3] نکته مهم در باره مناسب بودن مواد برای پوششدهی محصولات سرخ شده، نفوذ پذیری به روغن آنهاست که این به قابلیت
انحلال روغن در پوشش و پخش مناسب آن در امتداد عرضی فیلم بستگی دارد.
هیدروکلوئیدها میتوانند از منابع حیوانی، گیاهی، میکروبی و حتی با روشهای کاملا شیمیایی تامین شوند، در حال حاضر کازئین، ژلاتین و نشاسته بیشترین میزان مصرف را در بین هیدروکلوئیدها دارند که کمبود و گرانی منابع حیوانی، شیوع برخی بیماریها مثل جنون گاوی، تغییر شیوه زندگی و تمایل به رژیمهای گیاهی لزوم توجه به منابع گیاهی و یافتن منابع جدید هیدروکلوئیدی، بهینه سازی استخراج، فرایند و بررسی ویژگیهای آنها را بیش از پیش بر ما روشن میسازد.[9] در چند دهه اخیر نیاز به هیدروکلوئیدها افزایش قابل توجهی یافته است. میزان درصد استفاده از هیدروکلوئیدها به امنیت تامین، کیفیت و قیمت آنها بستگی دارد. امروزه بازار مبادلات جهانی هیدروکلوئیدها بالغ بر 4/4 میلیاد دلار در سال میباشد که از دهه 1990 میلادی با سرعت 2 تا 3 درصد در حال رشد بوده است.[9]
دانهها از منابع قدیمی و سنتی صمغها هستند. اکثر دانهها حاوی مقادیر زیادی نشاسته جهت استفاده جوانه هستند و بسیاری هم حاوی پلیمرهای پلیساکاریدی دیگر با خصوصیت مشابه صمغها میباشند که آنها را تبدیل به منابع مفیدی برای استحصال هیدروکلوئیدها کرده است. از سالهای دور بسیاری دانهها مانند به، اسفرزه، لوبیای اقاقیا، گوار، تارا، تمریند و خردل به عنوان منابع صمغی مورد استفاده قرار میگرفتند، اگرچه برای مصارف غذایی و در تولید صنعتی تنها برخی از این صمغها اهمیت دارند. بررسی منابع نشان میدهد خانواده گالاکتومانانها در این میان پررنگترین نقش را ایفا میکند. تحقیقات زیادی طی سالهای اخیر برای یافتن منابع جدید هیدروکلوئیدی و بررسی خواص عملکردی آنها صورت گرفته است. برای مثال چوی و همکاران((1993 ساختار شیمیایی و خواص فیزیکی موسیلاژ دانه خردل زرد را بررسی کردند و با صمغ گوار و گزانتان مقایسه نمودند. در این پژوهش مشاهده شد که راندمان استخراج 4/9 درصد نسبت به دانه اولیه میباشد. افزایش غلظت صمغ تا میزان 0/05 درصد سبب کاهش شدید کشش سطحی امولسیون روغن در آب شد، اما در غلظتهای بیشتر کاهش کشش سطحی به میزان کمتری صورت گرفت. صمغ دانه خردل زرد قبل از دیالیز، بیشترین میزان ظرفیت امولسون کنندگی و پایداری امولسیون را نشان داد و در تمام غلظتهای مورد مطالعه رفتار روان شونده با برش (سودلاستیک) داشت. مدل قانون توان به خوبی با رفتار صمغ دانه خردل برازش شد و شاخص رفتار جریان کاهش مییابد. ویسکوزیته محلول صمغی در حضور نمک و شکر و در محیظهای اسیدی و قلیایی افزایش پیدا کرد و افزایش دما منجر به کاهش ویسکوزیته گردید. به طور کلی صمغ دانه خردل زرد به عنوان جایگزین خوبی برای گزانتان شناخته شد.[10] در یک تحقیق دیگر، چوی و همکاران((1994 فرایند استخراج آبی صمغ دانه کتان را به روش سطح پاسخ بهینه یابی کردند، در این تحقیق اثر دمای استخراج، pH، نسبت آب به دانه بر راندمان، ویسکوزیته ظاهری و میزان پروتئین بررسی شد. دما مهمترین عامل شناخته شد که راندمان را تحت تاثیر قرار میداد. بیشترین ویسکوزیته در pH های اسیدی تا خنثی مشاهده شد و بر هم کنش دما و نسبت آب به دانه اثر زیادی بر ویسکوزیته ظاهری داشت. بهینه شرایط استخراج دمای 85 تا 90 درجه سانتیگراد، pH برابر 6/5 تا 7 و نسبت آب به دانه 13 به 1 شناخته شد. راندمان صمغ دانه کتان توسط این محققان 7/9 درصد گزارش گردید.[11] شنبلیله یک گیاه از خانواده بقولات میباشد و پلیساکارید ذخیرهای در آندوسپرم دانه، یک گالاکتومانان است که مشابه لوبیای اقاقیا، صمغ گوار و
تارا میباشد. برومر و همکاران در سال 2003 استخراج، تخلیص و خصوصیات فیزیکو شیمیایی صمغ دانه شنبلیله را مورد بررسی قرار دادند. آنهاگزارش کردند که هرچه دمای استخراج کمتر باشد، ناخالصی کمتری وارد صمغ میشود. صمغ تخم شنبلیله در غلظت پایین رفتار نیوتنی و در غلظتهای بالا رفتار وابسته به آهنگ برش (سودوپلاستیک) از خود نشان میداد. کشش سطحی تا غلظتی معین با افزایش غلظت کاهش و پس از آن افزایش یافت.[12] سیارینی و همکاران((2008 ساختار شیمیایی و خاص عملکردی عصاره دانه Gleditsia triacanthes را به عنوان منبع گالاکتومانانی بررسی کرده و راندمان، ظرفیت جذب آب، ظرفیت امولسیون کنندگی، کف زایی و پایدار کنندگی آن را گزارش نمودند.[13]
همانگونه که ملاحظه می شود تحقیقات جالبی برای شناسایی منابع جدید و بررسی خواص عملکردی آنها صورت گرفته است، همچنین در کشور ایران نیز منابع بالقوهای برای هیدروکلوئیدها وجود دارد که سالها به صورت سنتی مورد استفاده قرار میگرفتند. دانه شاهی، ریحان، بالنگو شیرازی، قدومه شهری و شیرازی و دانه مرو از جمله دانههای بومی کشورمان هستند که علاوه بر خواص درمانی حاوی مقادیر بالای صمغ بوده و با توجه به مصرف سنتی خوراکی، از پتانسیل بالایی برای تولید هیدروکلوئیدهای غذایی برخوردار میباشند.[14] هدف از این مقاله مروری معرفی برخی خواص عملکردی پنج دانه بومی ایران(دانه بالنگو شیرازی، ریحان ،شاهی، قدومه و دانه مرو) میباشد.
-2 دانه بالنگو شیرازی
دانه بالنگو شیرازی1 ، به شکل بیضی به طول حدود سه میلیمتر و به صورت کشیده میباشد که از تیره نعناعیان به دست میآید؛ هیدروکلوئید دانه آن به طور عمده از پلیساکاریدها(61/74 درصد) تشکیل شده است. این گیاه به طور وسیعی در آسیا و شمال اروپا رشد میکند (شکل.(1 این دانه در هنگام قرار گرفتن در آب به راحتی متورم شده و مقدار زیادی موسیلاژ(صمغ محلول در آب) ایجاد میکند که در طب سنتی کاربردی گستردهای دارد.[17-15] صمغ دانه بالنگو از جمله هیدروکلوئیدهای بومی ایران میباشد که میتوان از آن در اکثر فرمولاسیونهای غذایی استفاده نمود.
شکل: 1 دانه و گیاه بالنگو
بهینهیابی شرایط استخراج ترکیبات هیدروکلوئیدی دانه بالنگو شیرازی توسط محمد امینی و همکاران((1386 مورد بررسی قرار گرفته است. این محققان از روش سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی چرخشپذیر به منظور بررسی تاثیر دما، نسبت آب به دانه، pH و غلظت NaCl بر راندمان، ویسکوزیته ظاهری، چرخش ویژه نوری و جذب صمغ استخراج شده از دانه بالنگو شیرازی و بهینهسازی عملیاتی فرایند استخراج صمغ مذکور بهره گرفتند.[18]
راندمان استخراج صمغ دانه مزبور در شرایط بهینه استخراج( دمای 85 درجه سانتیگراد، نسبت آب به دانه 57:1، 8/5 pH= و غلظت 0/05 مولار 35 (NaCl درصد میباشد.مقادیر گزارش شده در تحقیقات انتشار یافته برای صمغ دانه کتان 7/9 درصد، صمغ دانه شنبلیله 22 درصد، صمغ اپونتیا 19/4 درصد و صمغ دانه دوریان 1/2 درصد میباشد11]، 12، 19 و .[20 تاثیر جایگزینی مقادیر مختلف صمغهای کربوکسیمتیلسلولز و ثعلب با صمغ دانه بالنگو شیرازی بر خصوصیا بستنی سخت خامهای توسط بهرام پرور و همکاران(( 1387 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحقیقات نشان داد استفاده از صمغ بالنگو و نیز اثر سینرژیستی آن همراه با سایر صمغها منجر به کاهش اووران، افزایش ویسکوزیته و بهبود خصوصیات حسی بستنی میگردد. کاربرد بالنگو با توجه به بومی بودن این گیاه و نتایج حاصله، اقتصادی به نظر میرسد.[21]
-3 دانه ریحان
دانه ریحان1 یا تخم شربتی به عنوان گیاه بومی ایران، یکی از منابعی است که میتوان عصاره هیدروکلوئیدی (صمغ) از آن استخراج نمود (شکل(2، و بررسیهای اولیه نشان میدهند که این صمغ دارای خواص عملکردی مطلوبی میباشد 22] و .[23 در طب سنتی ایران از دانه و برگ ریحان به صورت جوشانده و دم کرده در رفع التهاب مجاری ادراری، رفع درد قفسه سینه و ریهها، به عنوان ادرارآور، تقویتکننده و رفع نفخ، برای تمدد اعصاب، رفع زخم معده و سوءهاضمه، به عنوان اشتهارآور، افزایش دهنده شیر مادر و برطرف کننده اسهال، به عنوان اکسپکتورانت و داروی آنفلولانزا استفاده میشود. ریحان به دلیل داشتن روغنهای اساسی خاص دارای فعالیت دارویی نظیر خواص آنتیاکسیدانی، ضدمیکروبی، ضدقارچی و ضدویروسی و ضدالتهابی میباشد. همچنین یکی دیگر از موارد مصرف دانه ریحان در تهیه نوشیدنیهای سنتی در ایران میباشد که ترکیبات هیدروکلوئیدی موجود در دانه ریحان با جذب آب و تشکیل لایه ژلی در اطراف دانه باعث ایجاد قوام خاصی در شربت نوشیدنی میشود. در ایران و در کشورهای جنوبشرقی آسیا مانند تایلند و سنگاپور دانه ریحان در تولید نوشیدنی های فرح بخش بستنی و فالوده بکار میروند. اسانس موجود در گیاه ریحان دارای خواص دارویی متعددی است که برخی از آنها در بالا ذکر شد. هنگامی که دانهی ریحان را در آب بخیسانیم، پریکارپ خارجی دانه به سرعت آب جذب کرده و متورم میشود. از آنجایی که دانهی ریحان خوراکی بوده و سالیان درازی در ایران و سایر کشورها مورد استفاده قرار میگرفته است این لایه موسیلاژی را میتوان جدا کرده و پس از خشک کردن به عنوان صمغ در فرآوردههای غذایی مورد استفاده قرار داد. صمغ دانه ریحان جزء صمغهای آنیونی طبقهبندی میشود. این صمغ حاوی 79/63 درصد کربوهیدرات و 10/32 درصد پروتئین است. گلوکز، گالاکتوز و مانوز به ترتیب با 29/6، 16/1 و 8/9 درصد عمدهترین قندهای تشکیل دهنده و پتاسیم با 2/64 درصد عمدهترین یون موجود در این صمغ گزارش شده است.
راندمان استخراج آن در شرایط بهینه استخراج حدود 20 درصد میباشد. انرژی فعالسازی پایین صمغ دانه ریحان باعث شده است گرانروی محلول را در دماهای بالا حفظ نماید. بررسیها حاکی از رفتار سل-ژل بخش پلیساکاریدی عصاره این گیاه در دماهای بالاتر از 40 درجه سانتیگراد بوده است. مقاومت این صمغ به فرایندهای حرارتی نظیر استریل کردن و انجماد/ خروج از انجماد مورد تایید قرار گرفته است. مقایسه خواص ویسکوالاستیک نشان داده است صمغ دانه ریحان، مادهای شبه جامد همچون گزانتان است.[26 -24] صمغ دانه ریحان به دلیل وجود خصوصیاتی از جمله سودوپلاستیسیته بالا، قابلیت حل شدن در آب سرد، وجود تنش تسلیم، ویسکوزیته سرعت برشی صفر بالا، پایداری حرارتی، مقاومت به انجماد، خروج از انجماد،
رفتار شبه ژل و خصوصیات امولسیفایری، قابلیت کاربرد به عنوان پایدار کننده خوب در برخی از فرمولاسیونهای غذایی مانند مایونز وسس سالاد و بستنی را دارد27]و .[28 صمغ دانه ریحان قادر است میزان جذب روغن را طی سرخ کردن عمیق کاهش دهد وحتی در مقایسه با پوششهای سلولزی توانسته میزان جذب روغن را بیشتر کاهش دهد.[8]
شکل :2 دانه و گیاه ریحان
-4 دانه شاهی
دانه شاهی با نام علمی لپیدیوم ساتیوم1 از خانوادهی کروسیفرا بوده و در انگلیسی عموما تحت عنوان شاهی باغی نامیده میشود (شکل .(3 دانههای گیاه شاهی دارای خواص درمانی متعددی از جمله ملین، شیرافزا، ادرار آور، نیروبخش، مسکن، ضد نفخ میباشد. موسیلاژ دانهها تسکین دهنده سوزشهای پوشش مکوسی روده است. دانهها همچنین در درمان اسهال و ناراحتیهای پوستی ناشی از ناخالصیها و سموم موجود در داخل خون و بزرگی مزمن طحال گزارش شده است.[29] دانهها از لحاظ مورفولوژی مشابه دانه و جوانه به ترتیب 17-12 درصد و 3-2 درصد از جرم دانه راتشکیل میدهند. دانه شاهی حاوی رطوبت، پروتئین، چربی خاکستر و آلکالوئید، سیناپین( استر کولین اسید سیناپیک)، اسید سیناپیک، اسید ارونیک و مواد موسیلاژی است. جزئی که برای ایجاد ویسکوزیته و تشکیل ژل ضروری است، پوسته میباشد که عمدتا حاوی پلیساکارید است. شرایط استخراج بهینه با استفاده از رویهی سطح پاسخ بررسی شده است؛ پلیمر صمغ متشکل از کربوهیدرات با گروههای عملگر کروکسیل و هیدروکسیل میباشد. قندهای اصلی تشکیل دهندهی صمغ دانهی شاهی عبارتند از مانوز، آرابینوز، گالاکتورونیک اسید، گالاکتوز، رامنوز و گلوکز. حضور دو اسید ارونیک( مجموعا گالاکتورونیک و گلوکورونیک (%15 در صمغ بیانگر طبیعت پلیالکترولیت آن میباشد.
رفتار جریان صمغ دانه شاهی با مدل قانون توان قابل توصیف میباشد که نشانگر رفتار رقیق شونده با برش(شبه پلاستیک) این صمغ است، میزان شل شوندگی حتی خیلی بیشتر از میزان مشاهده شده برای صمغ گزانتان بوده است-31] .[34 راندمان استخراج صمغ دانه شاهی در شرایط بهینه استخراج حدود 8 درصد میباشد که در مقایسه با سایر دانهها بومی مزبور در این مطالعه کمتر میباشد. خصوصیات رئولوژیکی نشان دهندهی استعداد بالای این صمغ به عنوان قوام دهنده می-باشد. صمغ دانه شاهی در غلظتهای بسیار پایین از نظر خواص ویسکوالاستیک شبیه یک محلول(شبه مایع)، در غلظتهای بالاتر مشابه یک محلول غلیظ رفتار میکند33] و.[34 صمغ دانه شاهی دارای ساختار زنجیری نیمه سخت است که یکی از خصوصیات مفید برای تشکیل تجمعات و درگیریهای ماکرومولکولی مناسب است33]و .[35 رضوی و همکاران (2011) نشان دادند که برای تشکیل شبکه سه بعدی ژل به غلظت حدود 4/4 درصد از این صمغ نیاز میباشد. با توجه به نیروی مورد نیاز برای نفوذ پروب، عصاره صمغی دانه شاهی، سفتترین ژل را تشکیل میدهد( در مقایسه با صمغهای حاصل از دانه قدومه
شهری، قدومه شیرازی و مرو). میتوان چنین فرض کرد که پیوندهای تشکیل شده قوی تر بوده و یا تعداد رشتههای پلیمری بیشتری جهت تشکیل شبکهی ژلی کنار هم قرار میگیرند.[36] همچنین ناجی و همکاران (2012 ) در تحقیقاتشان نشان داده اند صمغ دانه شاهی را میتوان بعنوان یک اصلاح کننده بافت در فرمولاسیون محصولات غذایی که در شرایط دمایی بالایی نظیر بلانچینگ، پاستوریزاسیون، استریلیزاسیون و صنایع آرایشی و بهداشتی فراوری میشوند، مورد استفاده قرار داد.[37] پاسبان و همکاران (2014) در تحقیقات خود نشان دادند که دانه شاهی اثر مثبتی در ظرفیت کف کنندگی پوره قارچ دکمهایی سفید1 دارد و قابل مقایسه با انواع تجاری نظیر گزانتان میباشد؛ که علت این امر را میتوان به فعالیت سطحی ترکیباتی نظیر ماکرومولکولی و همچنین گلیکوپروتئین یا پلیساکاریدپروتئین نسبت داد. همچنین آنها بیان کردند که این صمغ به دلیل خواص دارویی زیاد میتواند جایگزین مناسبی برای صمغ گزانتان در محصولات کفی2 باشد.[38]
معینی فیض آبادی و همکاران (1392) در تحقیقات خود نشان دادند که میتوان از صمغ دانه شاهی بهعنوان یک جایگزین مناسب در فرمولاسیون سس مایونز استفاده کرد و به دلیل اینکه این صمغ قادر است آب موجود در فاز پیوسته را باند نماید نقش موثری در ثبات و پایداری امولسیون دارد. عصاره هیدروکلوئیدی دانه شاهی میتوان یک بازار مناسب جهت جایگزینی برای بعضی از هیدروکلوئیدهای موجود فراهم نماید. از آنجایی که آگاهی بسیار خوبی از موارد کاربرد دارویی این دانه ایجاد شده است، بدیهی است مواد غذایی فرموله شده با صمغ دانه شاهی هم به خوبی توسط مصرف کنندگان مورد پذیرش قرار میگیرد.[39]
