آنالیز زعفران با اسپکتروفتومتر: تعیین کیفیت و تشخیص تقلب

اسپکتروفتومتری یکی از روش های شناخته شده برای تحلیل کمی مواد در شیمی، بیوشیمی، داروسازی و صنایع غذایی است. اسپکتروفتومتر های UV-Vis در بخش های کنترل کیفیت، پایش فرایند تولید، شناسایی آلاینده ها و مواد تقلبی و درجه بندی محصولات غذایی نقش مهمی دارند و غلظت موادی مانند ویتامین ها، رنگدانه ها، افزودنی ها و آلاینده ها را اندازه گیری می کنند.

یکی از مهم ترین کاربردهای این روش در صنایع غذایی ایران، تعیین کیفیت و عیار زعفران است. استانداردهای ملی و بین المللی، کیفیت زعفران را بر پایه اندازه گیری اسپکتروفتومتری سه ترکیب اصلی آن تعیین می کنند. در این مقاله با ترکیبات کلیدی زعفران، روش استاندارد آنالیز آن و کاربرد اسپکتروفتومتر در تشخیص تقلب زعفران آشنا می شوید.

اسپکتروفتومتری UV-Vis چگونه کار می کند؟

اسپکتروفتومتری UV-Vis بر پایه برهمکنش نور و ماده کار می کند. وقتی نور به یک ماده می تابد، ممکن است جذب، بازتاب، عبور، پراکنده یا شکسته شود. در اسپکتروفتومتری جذبی، از دو پدیده جذب و عبور استفاده می شود.

مولکول هایی که کروموفور دارند، بخش های مشخصی از نور فرابنفش یا مرئی را جذب می کنند. طبق قانون بیر لامبرت، میزان جذب نور در یک طول موج مشخص با غلظت ماده جاذب نسبت مستقیم دارد. بنابراین با اندازه گیری جذب نور، می توان نوع و غلظت ترکیبات موجود در نمونه را تعیین کرد.

مراحل اندازه گیری در اسپکتروفتومتر

1. آماده سازی نمونه: نمونه زعفران طبق روش استاندارد با آب مقطر عصاره گیری و صاف می شود. برای اندازه گیری ترکیبات اصلی زعفران به ریجنت خاصی نیاز نیست.

2. قرار دادن نمونه: عصاره در کووت کوارتز ریخته و در دستگاه قرار داده می شود. کووت کوارتز ضروری است، چون شیشه معمولی نور فرابنفش را جذب می کند.

3. عبور نور: نور به نمونه تابیده می شود؛ بخشی جذب و بقیه عبور می کند.

4. تفکیک نور: نور عبوری توسط توری پراش به طول موج های مختلف تفکیک می شود.

5. آشکارسازی: آشکارسازی مانند CMOS یا CCD شدت نور را در هر طول موج اندازه گیری می کند.

6. ثبت طیف و محاسبه: طیف جذبی نمونه نمایش داده می شود و پارامترهای کیفی محاسبه می شوند.

چه اسپکتروفتومتری برای آنالیز زعفران مناسب است؟

ترکیبات اصلی زعفران در ناحیه فرابنفش (۲۵۷ و ۳۳۰ نانومتر) و مرئی (۴۴۰ نانومتر) جذب دارند. بنابراین برای آنالیز زعفران به یک اسپکتروفتومتر UV-Vis نیاز است که ناحیه ۲۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر را پوشش دهد. دستگاه های ناحیه مرئی، مانند فتومترهای ساده، برای اندازه گیری کامل پارامترهای زعفران کافی نیستند.

زعفران و ترکیبات اصلی آن

زعفران گران ترین ادویه جهان و یک گیاه دارویی ارزشمند است که از کلاله های خشک شده گل گیاه Crocus sativus L. به دست می آید. این گیاه چندساله و پیازدار است و چون عقیم است، فقط از طریق پیاز (بنه) تکثیر می شود. هر گل زعفران یک کلاله سه شاخه قرمز رنگ دارد. برداشت گل زعفران در ایران حدود اواخر مهر تا اواخر آبان انجام می شود و کلاله ها پس از جدا شدن، خشک می شوند.

کیفیت زعفران بر پایه سه ترکیب اصلی آن تعیین می شود:

کروسین (عامل رنگ)

کروسین ها ترکیبات رنگی محلول در آب زعفران هستند که رنگ زرد و نارنجی آن را ایجاد می کنند. کروسین ها از اتصال قندها به مولکولی به نام کروستین تشکیل شده اند. کروستین یک آپوکاروتنوئید با هفت پیوند دوگانه مزدوج است که همین سیستم مزدوج، کروموفور جذب کننده نور مرئی است.

پیکروکروسین (عامل طعم)

پیکروکروسین (C16H26O7) عامل طعم تلخ زعفران است. مقدار آن در زعفران های با درجه های تجاری مختلف متفاوت است.

سافرانال (عامل عطر)

سافرانال (C10H14O) عامل اصلی عطر زعفران است. این ترکیب فرار و آبگریز است و از تجزیه پیکروکروسین در طول خشک کردن و نگهداری زعفران تشکیل می شود.

تغییر ترکیبات زعفران در طول نگهداری

ترکیبات زعفران در طول زمان تغییر می کنند. پیکروکروسین ها به تدریج بخش قندی خود را از دست می دهند و به ترکیباتی مانند HTCC و در نهایت سافرانال تبدیل می شوند. پژوهش ها نشان داده اند که مقدار سافرانال در زعفران تازه کم است، در ماه های اول نگهداری افزایش می یابد و پس از مدتی کاهش پیدا می کند. کروسین نیز در طول زمان، به ویژه در معرض نور، گرما و رطوبت، تجزیه می شود و رنگ زعفران کاهش می یابد.

عوامل موثر بر کیفیت زعفران

کیفیت زعفران تحت تاثیر عوامل متعددی است:

• شرایط اقلیمی: دما، ارتفاع از سطح دریا و منطقه جغرافیایی

• خاک و کشت: نوع خاک، pH، کود، سیستم آبیاری، سن مزرعه و اندازه بنه

• برداشت و فرآوری: زمان برداشت و روش خشک کردن

• نگهداری: مدت، دما، رطوبت و تماس با نور

پژوهش ها همبستگی معناداری بین ارتفاع محل کشت و مقدار کروسین نشان داده اند.

استانداردهای کیفیت زعفران

استاندارد بین المللی ISO 3632 و استاندارد ملی ایران به شماره ۲۵۹ روش های ارزیابی کیفیت زعفران و تشخیص تقلب را تعیین کرده اند. این استانداردها زعفران را بر اساس مقدار ترکیبات اصلی آن به درجه های کیفی مختلف تقسیم می کنند. روش اسپکتروفتومتری یکی از روش های اصلی این استانداردها برای تعیین کیفیت است.

طول موج های جذب ترکیبات زعفران

نتایج به صورت جذب ویژه (E1%1cm) گزارش می شوند؛ یعنی جذب محلول یک درصد زعفران در کووت یک سانتی متری، که بر اساس وزن خشک نمونه و با در نظر گرفتن رطوبت آن محاسبه می شود. به جذب ویژه کروسین در ۴۴۰ نانومتر، در بازار معمولا قدرت رنگ یا عیار رنگی زعفران گفته می شود.

درجه بندی کیفی زعفران

بر اساس استاندارد ISO 3632-1، حداقل مقادیر لازم برای هر درجه کیفی زعفران رشته ای به این صورت است:

روش استاندارد آنالیز زعفران با اسپکتروفتومتر

طبق استاندارد ISO 3632-2 و استاندارد ملی ایران، آنالیز زعفران به طور کلی در این مراحل انجام می شود:

1. آماده سازی: کلاله های زعفران پودر می شوند و مقدار مشخصی (حدود ۵۰۰ میلی گرم) دقیقا وزن می شود. رطوبت نمونه نیز جداگانه اندازه گیری می شود.

2. عصاره گیری: نمونه به یک بالن حجمی یک لیتری منتقل شده و حدود ۹۰۰ میلی لیتر آب مقطر به آن اضافه می شود.

3. هم زدن: محلول به مدت یک ساعت با همزن مغناطیسی و دور از نور هم زده می شود، چون کروسین به نور حساس است.

4. رساندن به حجم: با آب مقطر به حجم یک لیتر رسانده و دوباره مخلوط می شود.

5. رقیق سازی: ۲۰ میلی لیتر از این محلول برداشته و در بالن ۲۰۰ میلی لیتری با آب مقطر به حجم رسانده می شود.

6. صاف کردن: محلول به سرعت صاف می شود تا محلولی کاملا شفاف به دست آید.

7. اندازه گیری: طیف جذبی محلول در کووت کوارتز یک سانتی متری، با آب مقطر به عنوان شاهد، در محدوده ۲۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر ثبت و جذب در طول موج های ۲۵۷، ۳۳۰ و ۴۴۰ نانومتر خوانده می شود.

8. محاسبه: جذب ویژه هر پارامتر بر اساس جذب اندازه گیری شده، وزن نمونه و درصد رطوبت محاسبه می شود.

جزئیات دقیق روش، مانند نوع فیلتر و فرمول محاسبه، در متن استاندارد آمده است و آزمایشگاه ها باید دقیقا طبق آخرین نسخه استاندارد عمل کنند.

محدودیت اندازه گیری سافرانال

جذب در ۳۳۰ نانومتر فقط مربوط به سافرانال نیست و ترکیبات دیگری مانند ایزومرهای کروسین نیز در این ناحیه جذب دارند. به همین دلیل عدد سافرانال در روش اسپکتروفتومتری یک شاخص تقریبی است و برای اندازه گیری دقیق آن از روش هایی مانند کروماتوگرافی گازی استفاده می شود.

مزایای اسپکتروفتومتری در آنالیز زعفران

• روش استاندارد: پذیرفته شده در استانداردهای ملی و بین المللی

• سرعت و سادگی: آماده سازی ساده با آب مقطر و اندازه گیری سریع

• هزینه کم: در مقایسه با روش های کروماتوگرافی

• نمونه کم: تنها نیم گرم زعفران برای آنالیز کافی است

• اطلاعات جامع: ارزیابی همزمان رنگ، طعم و عطر

تقلب های رایج در زعفران

در زنجیره های تامین پیچیده امروزی، تقلب در کالاهای گران قیمت مانند زعفران بسیار رایج است. شباهت زعفران تقلبی و اصل از نظر ظاهر، بو و رنگ، تشخیص آنها را برای مصرف کننده بسیار دشوار می کند. برای شرکت های توزیع کننده و صادرکننده، تقلب در زعفران می تواند به اعتبار برند آسیب جدی بزند و در بسیاری از کشورها با برچسب گذاری نادرست محصولات غذایی به شدت برخورد می شود.

برخی از تقلب ها علاوه بر فریب مصرف کننده، خطر سلامتی نیز دارند؛ به ویژه افزودن رنگ های مصنوعی غیرمجاز و مواد شیمیایی.

متداول ترین روش های تقلب در زعفران عبارت اند از:

• مخلوط کردن با بخش های گیاهی دیگر: مانند ابریشم ذرت، گل رنگ (کافشه)، گل همیشه بهار و پودر زردچوبه

• افزودن خامه زعفران یا کلاله های نامرغوب

• مخلوط کردن با زعفران کهنه

• افزایش وزن: با آغشته کردن به گلیسیرین، روغن، عسل یا شربت

• افزودن مواد معدنی و شیمیایی: مانند نشاسته، قندها، بورات سدیم، نیترات پتاسیم، کربنات کلسیم و سولفات باریم

• افزودن الیاف حیوانی: مانند الیاف گوشت خشک شده

• افزودن رنگ های مصنوعی: مانند تارترازین (E102)، کینولین زرد (E104)، زرد غروب (E110)، آزوروبین (E122) و اریتروزین (E127)

تشخیص رنگ های مصنوعی در زعفران

رنگ مهم ترین شاخص ظاهری کیفیت زعفران است و به همین دلیل، افزودن رنگ های مصنوعی یکی از رایج ترین تقلب هاست. افزودن هر نوع رنگ مصنوعی به زعفران طبق استانداردها غیرمجاز است و برخی از این رنگ ها، در صورت مصرف زیاد، نگرانی هایی برای سلامتی ایجاد می کنند.

رنگ های آزو

بسیاری از رنگ های مصنوعی خوراکی از خانواده رنگ های آزو هستند. این ترکیبات گروه عاملی R−N=N−R′ دارند که در آن R و R′ معمولا حلقه های آروماتیک هستند. بیش از نیمی از رنگ های تجاری جهان از این خانواده اند. تارترازین، زرد غروب و آزوروبین از رنگ های آزو هستند.

تارترازین (E102)

تارترازین رایج ترین رنگ مصنوعی زرد محلول در آب است که به زعفران بی کیفیت اضافه می شود تا آن را پررنگ تر و مرغوب تر نشان دهد. تارترازین بیشترین جذب را در حدود ۴۲۷ نانومتر دارد که بسیار نزدیک به جذب کروسین (۴۴۰ نانومتر) است. به همین دلیل وجود تارترازین می تواند عیار رنگی زعفران را به طور کاذب افزایش دهد.

زرد غروب (E110)

زرد غروب (Sunset Yellow) یک رنگ آزو است که طول موج بیشینه جذب آن به pH وابسته است؛ برای مثال، در شرایط اسیدی حدود ۴۸۰ نانومتر و در شرایط بسیار قلیایی حدود ۴۴۳ نانومتر گزارش شده است. در پژوهش ها روش های اسپکتروفتومتری حساسی برای اندازه گیری این رنگ گزارش شده است؛ از جمله روش های مبتنی بر تشکیل کمپلکس با یون مس یا اکسایش با پرمنگنات پتاسیم قلیایی.

کینولین زرد (E104)

کینولین زرد برخلاف رنگ های بالا، از خانواده رنگ های آزو نیست و به دسته کینوفتالون ها تعلق دارد. این رنگ ماهیت آنیونی دارد و بیشینه جذب آن در حدود ۴۱۴ نانومتر گزارش شده است.

محدودیت اسپکتروفتومتری در تشخیص رنگ ها

اگرچه اسپکتروفتومتری روشی ساده و سریع است، اما رنگ های مصنوعی و ترکیبات طبیعی زعفران ممکن است طیف های بسیار مشابه و همپوشان داشته باشند. همچنین طیف برخی رنگ ها به pH وابسته است. به همین دلیل، اسپکتروفتومتری به تنهایی همیشه برای تشخیص قطعی رنگ های مصنوعی کافی نیست.

استانداردها برای تشخیص قطعی رنگ های مصنوعی، ابتدا استخراج و جداسازی رنگ ها را با روش هایی مانند کروماتوگرافی لایه نازک (TLC) یا کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) توصیه می کنند. پس از جداسازی، رنگ ها با مشاهده لکه ها و ثبت طیف UV-Vis آنها شناسایی می شوند. برای آشنایی بیشتر، مقاله کروماتوگرافی را بخوانید.

روش های کروماتوگرافی دقت بالایی دارند، اما به تجهیزات گران تر، آماده سازی پیچیده تر و زمان بیشتری نیاز دارند. به همین دلیل، اسپکتروفتومتری UV-Vis معمولا به عنوان روش غربالگری سریع و تعیین درجه کیفی، و کروماتوگرافی برای تایید نمونه های مشکوک استفاده می شود.

آنالیزور زعفران بلورآزما

آنالیزور زعفران بلورآزما بر پایه اسپکتروفتومتر دو پرتو OPAL با آشکارساز CMOS طراحی شده است. این دستگاه محدوده فرابنفش و مرئی را پوشش می دهد، با نگهدارنده چندخانه امکان قرار دادن همزمان یک نمونه شاهد و چهار نمونه زعفران را دارد و پارامترهای کروسین، پیکروکروسین و سافرانال را به طور مستقیم محاسبه و نمایش می دهد. علاوه بر آنالیز زعفران، همه قابلیت های یک اسپکتروفتومتر دو پرتو را برای سایر آنالیزهای آزمایشگاهی نیز دارد.

برای مشاهده مشخصات کامل، به صفحه آنالیزور زعفران مراجعه کنید و برای آشنایی با سایر دستگاه ها، مقاله اسپکتروفتومتر ایرانی بلورآزما را بخوانید. کارشناسان بلورآزما آماده ارائه مشاوره رایگان برای انتخاب دستگاه مناسب هستند.

سوالات متداول درباره آنالیز زعفران

عیار زعفران چگونه اندازه گیری می شود؟

با اسپکتروفتومتر UV-Vis و طبق استاندارد ISO 3632 و استاندارد ملی ۲۵۹، با اندازه گیری جذب عصاره آبی زعفران در طول موج های ۲۵۷، ۳۳۰ و ۴۴۰ نانومتر.

کروسین زعفران چیست؟

ترکیب رنگی محلول در آب زعفران که رنگ آن را ایجاد می کند و در حدود ۴۴۰ نانومتر جذب دارد.

زعفران درجه یک چه ویژگی دارد؟

طبق ISO 3632، جذب ویژه کروسین آن حداقل ۲۰۰ و پیکروکروسین آن حداقل ۷۰ است و سافرانال آن بین ۲۰ تا ۵۰ قرار دارد.

آیا اسپکتروفتومتر می تواند تقلب زعفران را تشخیص دهد؟

اسپکتروفتومتر روشی مناسب برای غربالگری و تعیین کیفیت است، اما برای تایید قطعی رنگ های مصنوعی، روش های کروماتوگرافی مانند TLC یا HPLC توصیه می شود.

چرا آنالیز زعفران باید دور از نور انجام شود؟

چون کروسین به نور حساس است و تجزیه آن باعث کاهش عیار اندازه گیری شده می شود.

جمع بندی

اسپکتروفتومتری UV-Vis روش استاندارد ملی و بین المللی برای تعیین کیفیت زعفران است. با اندازه گیری جذب عصاره آبی زعفران در طول موج های ۴۴۰، ۲۵۷ و ۳۳۰ نانومتر، مقدار کروسین (رنگ)، پیکروکروسین (طعم) و سافرانال (عطر) تعیین و زعفران درجه بندی می شود. این روش ساده، سریع و کم هزینه است و برای غربالگری تقلب نیز کاربرد دارد، هرچند برای تایید قطعی رنگ های مصنوعی بهتر است در کنار روش های کروماتوگرافی استفاده شود.

منابع

• ISO 3632-1 و ISO 3632-2, Spices — Saffron (Crocus sativus L.)

• استاندارد ملی ایران شماره ۲۵۹، زعفران

• Detection of Erythrosine in Saffron