آنالیز روغن خوراکی با طیف سنجی نوری و اسپکتروفتومتر

آنالیز روغن خوراکی با طیف سنجی نوری، استفاده از تکنیک های مختلف طیف سنجی برای تعیین ترکیب، کیفیت و اصالت روغن هایی مانند روغن زیتون، آفتابگردان یا نارگیل است. این روش ها اطلاعات ارزشمندی درباره ترکیب اسیدهای چرب، میزان اکسیداسیون، آلاینده ها و تقلب در روغن ارائه می دهند و به تضمین ایمنی و اصالت مواد غذایی کمک می کنند.

در این مقاله ابتدا با مهم ترین فاکتورهای کیفیت روغن خوراکی آشنا می شویم و سپس کاربرد طیف سنجی نوری و دستگاه اسپکتروفتومتر را در آنالیز روغن، به ویژه روغن زیتون، بررسی می کنیم.

اهمیت کیفیت روغن خوراکی

نوع تغذیه تاثیر مستقیمی بر سلامت انسان دارد. روغن خوراکی بخش مهمی از رژیم غذایی روزانه، به ویژه در سبد غذایی ایرانیان است و کیفیت آن با سلامت و ایمنی مصرف کنندگان ارتباط مستقیم دارد. به همین دلیل کنترل کیفیت روغن خوراکی برای تولیدکنندگان، آزمایشگاه ها و نهادهای نظارتی اهمیت زیادی دارد.

فاکتورهای مهم کیفیت روغن خوراکی

۱. پایداری اکسیداتیو

روغن خوراکی در تماس با هوا، گرما، نور و کاتالیزورهایی مانند فلزات اکسید می شود. پایداری اکسیداتیو یعنی مقاومت روغن در برابر اکسیداسیون، که شاخص مهمی برای ماندگاری روغن است و به ترکیب روغن و شرایط نگهداری آن بستگی دارد.

اکسیداسیون کیفیت روغن را کاهش می دهد و در نهایت باعث تندی (ترشیدگی) روغن و تغییر طعم و بوی آن می شود. نمی توان اکسیداسیون را به طور کامل متوقف کرد، اما می توان آن را کاهش داد.

در فرایندهای حرارتی مانند سرخ کردن، علاوه بر اکسیداسیون، روغن تجزیه شده و ترکیباتی مانند آلدئیدها، کتون ها، اسیدهای چرب ترانس و هیدروکربن های آروماتیک چندحلقه ای ایجاد می شود. این ترکیبات ارزش غذایی روغن را کاهش می دهند، بو و رنگ آن را تغییر می دهند و برخی از آنها با افزایش خطر سرطان مرتبط دانسته شده اند.

سازوکار اکسیداسیون روغن

اکسیداسیون روغن به دو صورت اصلی انجام می شود:

• اکسیداسیون خودبه خودی (Autoxidation): اکسیژن هوا از طریق سازوکار رادیکال آزاد با پیوندهای دوگانه اسیدهای چرب واکنش می دهد. فرایندهای حرارتی این واکنش را تسریع می کنند. حضور اسیدهای چرب آزاد، مونو و دی آسیل گلیسرول ها، فلزاتی مانند آهن و ترکیبات اکسید شده نیز سرعت آن را افزایش می دهد.

• اکسیداسیون نوری (Photosensitized Oxidation): در حضور نور، کلروفیل به عنوان حساس کننده نوری عمل کرده و اکسیژن یکتایی (Singlet Oxygen) تولید می کند که بسیار سریع تر از اکسیژن معمولی با روغن واکنش می دهد.

برخی ترکیبات طبیعی روغن روی اکسیداسیون اثر می گذارند. کلروفیل ها و ترکیبات فنولی در تاریکی اکسیداسیون را کاهش می دهند. کاروتنوئیدها و توکوفرول ها با خنثی کردن اکسیژن یکتایی، اکسیداسیون نوری را کم می کنند، اما بسته به شرایط ممکن است اثر آنتی اکسیدانی یا پرواکسیدانی داشته باشند.

علاوه بر ویژگی های ذاتی روغن، دما، نور، غلظت اکسیژن، نوع فراوری، ترکیب اسیدهای چرب و مدت زمان استفاده نیز بر پایداری اکسیداتیو روغن اثر دارند.

۲. اسیدیته (عدد اسیدی)

عدد اسیدی (Acid Value یا AV) شاخص میزان اسیدهای چرب آزاد در روغن است و پارامتر مهمی برای ارزیابی کیفیت و درجه تصفیه روغن محسوب می شود. هرچه عدد اسیدی کمتر باشد، کیفیت، تازگی و درجه تصفیه روغن بهتر است.

در برخی استانداردها، روغن با عدد اسیدی بیش از 3 میلی گرم KOH بر گرم برای مصرف مستقیم مناسب نیست و باید تصفیه شود. عدد اسیدی بالا ممکن است به ناراحتی های گوارشی منجر شود.

روش استاندارد اندازه گیری عدد اسیدی، تیتراسیون است که زمان بر است و به مقدار زیادی حلال آلی نیاز دارد. به همین دلیل روش های طیف سنجی به عنوان جایگزین سریع تر مورد توجه قرار گرفته اند.

۳. رنگدانه ها

رنگدانه های موجود در روغن های گیاهی، رنگ مشخص هر روغن را ایجاد می کنند و با کیفیت آن مرتبط هستند. ترکیب رنگدانه ها به عواملی مانند رقم گیاه، شرایط آب و هوایی، میزان رسیدگی میوه هنگام برداشت، فرایند تولید و شرایط نگهداری بستگی دارد و در طول عمر روغن نیز تغییر می کند.

بنابراین با اندازه گیری رنگدانه ها، علاوه بر درجه بندی روغن، می توان تازگی و عمر آن را نیز تخمین زد.

۴. تقلب و ناخالصی

برخی تولیدکنندگان و فروشندگان سودجو ممکن است روغن های مرغوب را با روغن های ارزان تر یا حتی روغن های سرخ کردنی مستعمل مخلوط کنند. این کار هم سلامت مصرف کنندگان را تهدید می کند و هم به منافع تولیدکنندگان سالم آسیب می زند. به همین دلیل، توسعه روش های سریع و آسان برای تشخیص تقلب در روغن یکی از زمینه های مهم تحقیقاتی است.

کاربرد طیف سنجی نوری در آنالیز روغن خوراکی

طیف سنجی نوری یکی از روش های سریع و نوین آنالیز مواد غذایی است که در طبقه بندی و شناسایی روغن های خوراکی کاربرد گسترده ای دارد:

• طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR): همراه با روش های شیمی سنجی (Chemometrics) برای تشخیص تقلب در روغن زیتون فرابکر با روغن های ارزان تر و تایید اصالت روغن هایی مانند ذرت، بادام زمینی، کلزا و سویا استفاده شده است.

• طیف سنجی فروسرخ نزدیک (NIR): در تعیین منشا جغرافیایی روغن، تشخیص تقلب و اندازه گیری عدد پراکسید و عدد یدی به کار رفته است.

• طیف سنجی رامان و فلورسانس: در تحقیقات مختلف برای اندازه گیری عدد اسیدی روغن های خوراکی استفاده شده اند.

• طیف سنجی فرابنفش مرئی (UV-Vis): در مقایسه با سایر روش های طیف سنجی و کروماتوگرافی، ساده، پایدار و مقرون به صرفه است و در بیشتر آزمایشگاه ها وجود دارد.

مزایای اسپکتروفتومتری در آنالیز روغن خوراکی

غیرمخرب بودن

در بسیاری از روش های اسپکتروفتومتری، نمونه روغن در طول آزمایش تغییر نمی کند یا مصرف نمی شود. بنابراین امکان تکرار اندازه گیری و استفاده از همان نمونه برای آنالیزهای دیگر وجود دارد.

سرعت بالا

روش های طیف سنجی نوری سریع و کارآمد هستند. این ویژگی در صنعت که تعداد زیادی نمونه باید در زمان کوتاه آنالیز شود، بسیار مهم است.

حساسیت و دقت مناسب

دستگاه های طیف سنجی نوری حساس و دقیق هستند و می توانند مقادیر کم آلاینده ها یا مواد تقلبی را در روغن شناسایی و اندازه گیری کنند.

اندازه گیری پارامترهای متنوع

با اسپکتروفتومتری می توان پارامترهای مختلفی مانند رنگ، جذب، عبور و فلورسانس را اندازه گیری کرد که اطلاعات ارزشمندی درباره ترکیب، خلوص و میزان تخریب روغن ارائه می دهند.

کاربرد در انواع روغن ها

روش های اسپکتروفتومتری برای آنالیز روغن های گیاهی، اسانس ها و روغن های پایه نفتی قابل استفاده اند. به همین دلیل در صنایع غذایی، دارویی و پایش محیط زیست کاربرد دارند.

کاربردهای اسپکتروفتومتر در صنعت روغن خوراکی

• ارزیابی کیفیت: اندازه گیری پارامترهایی مانند رنگ و شاخص های اکسیداسیون برای تشخیص تخریب، آلودگی و تازگی روغن

• احراز اصالت: شناسایی تقلب یا جایگزینی روغن های مرغوب با روغن های ارزان تر

• کنترل فرایند تولید: پایش کیفیت روغن در مراحل مختلف تولید برای حفظ کیفیت یکنواخت محصول

• انطباق با استانداردها: آنالیز منظم روغن ها به تولیدکنندگان کمک می کند مطمئن شوند محصولاتشان با الزامات قانونی و استانداردهای ایمنی غذایی مطابقت دارد.

آنالیز روغن زیتون با اسپکتروفتومتر UV-Vis

روغن زیتون یکی از مهم ترین نمونه های کاربرد اسپکتروفتومتر UV-Vis در آنالیز مواد غذایی است. در ادامه مهم ترین پارامترهایی که با این روش بررسی می شوند را معرفی می کنیم.

اندازه گیری رنگدانه ها با طیف جذبی

در یکی از کاربردهای شناخته شده، طیف جذبی کامل نمونه های روغن زیتون در محدوده 390 تا 720 نانومتر ثبت و آنالیز می شود تا غلظت چهار رنگدانه اصلی آن تعیین شود:

• بتاکاروتن

• لوتئین

• فئوفیتین a

• فئوفیتین b

بتاکاروتن و لوتئین از خانواده کاروتنوئیدها و فئوفیتین ها از مشتقات کلروفیل هستند. این رنگدانه ها در ناحیه مرئی (400 تا 700 نانومتر) جذب مشخصی دارند و رنگ روغن زیتون را ایجاد می کنند. طول موج و شدت جذب به نوع و غلظت آنها بستگی دارد.

ضرایب جذب K232 و K270

یکی از مهم ترین آزمون های کیفیت روغن زیتون که در استانداردهای شورای بین المللی زیتون (IOC) تعریف شده، اندازه گیری جذب در ناحیه فرابنفش است:

• K232: جذب در طول موج 232 نانومتر که نشان دهنده دی ان های مزدوج و مرحله اولیه اکسیداسیون روغن است.

• K270: جذب در طول موج حدود 270 نانومتر که نشان دهنده تری ان های مزدوج و محصولات ثانویه اکسیداسیون است.

هرچه این مقادیر بیشتر باشد، روغن بیشتر اکسید شده است. این آزمون در درجه بندی روغن زیتون (مثلا فرابکر یا بکر) کاربرد دارد و می تواند نشانه ای از مخلوط شدن با روغن های تصفیه شده باشد.

عدد پراکسید (PV)

عدد پراکسید میزان محصولات اولیه اکسیداسیون روغن را نشان می دهد. روش مرجع اندازه گیری آن تیتراسیون یدومتری است، اما روش های اسپکتروفتومتری نیز برای اندازه گیری آن توسعه یافته اند که سریع تر هستند و به نمونه کمتری نیاز دارند.

محتوای پلی فنول

پلی فنول ها از ترکیبات آنتی اکسیدانی ارزشمند روغن زیتون هستند. برای اندازه گیری آنها، معمولا ترکیبات فنولی از روغن استخراج شده و پس از واکنش با معرف فولین سیوکالتو، جذب نمونه با اسپکتروفتومتر UV-Vis اندازه گیری می شود. جذب بیشتر نشان دهنده محتوای پلی فنول بیشتر است.

ترکیب اسیدهای چرب

اسپکتروفتومتر UV-Vis به تنهایی نمی تواند ترکیب اسیدهای چرب را تعیین کند. روش استاندارد برای این کار، کروماتوگرافی گازی (GC) است.

دلیل این موضوع آن است که اسیدهای چرب طبیعی روغن، مانند اسید اولئیک و لینولئیک، پیوندهای دوگانه غیرمزدوج دارند و فقط در طول موج های بسیار کوتاه (کمتر از حدود 200 نانومتر) جذب دارند. اما وقتی روغن اکسید می شود، پیوندهای دوگانه جابه جا شده و مزدوج می شوند و جذب در حدود 232 نانومتر ظاهر می شود. به همین دلیل UV-Vis برای پایش اکسیداسیون بسیار مفید است.

ترکیب اسیدهای چرب روغن زیتون به رقم زیتون، شرایط رشد و روش فراوری بستگی دارد. طبق استاندارد شورای بین المللی زیتون، محدوده اسیدهای چرب اصلی آن به این صورت است:

• اسید اولئیک: اسید چرب تک غیراشباع و جزء اصلی روغن زیتون، حدود 55 تا 83 درصد

• اسید لینولئیک: اسید چرب چندغیراشباع ضروری که بدن قادر به تولید آن نیست، حدود 2.5 تا 21 درصد

• اسید پالمیتیک: اسید چرب اشباع، حدود 7.5 تا 20 درصد

• اسید استئاریک: اسید چرب اشباع، حدود 0.5 تا 5 درصد

سوالات متداول درباره آنالیز روغن خوراکی

کیفیت روغن خوراکی با چه دستگاهی اندازه گیری می شود؟

دستگاه هایی مانند اسپکتروفتومتر UV-Vis، طیف سنج FTIR و NIR و دستگاه کروماتوگرافی گازی برای آنالیز کیفیت روغن خوراکی استفاده می شوند.

K232 و K270 در روغن زیتون چیست؟

ضرایب جذب در طول موج 232 و 270 نانومتر هستند که به ترتیب مرحله اولیه و ثانویه اکسیداسیون روغن زیتون را نشان می دهند.

چگونه می توان تقلب در روغن زیتون را تشخیص داد؟

روش هایی مانند طیف سنجی FTIR همراه با شیمی سنجی، طیف سنجی NIR و اندازه گیری ضرایب جذب UV برای تشخیص تقلب در روغن زیتون به کار می روند.

عدد اسیدی روغن چه چیزی را نشان می دهد؟

عدد اسیدی میزان اسیدهای چرب آزاد روغن را نشان می دهد و هرچه کمتر باشد، کیفیت و تازگی روغن بهتر است.

آیا اسپکتروفتومتر UV-Vis می تواند ترکیب اسیدهای چرب را تعیین کند؟

خیر، برای تعیین ترکیب اسیدهای چرب از کروماتوگرافی گازی استفاده می شود، اما UV-Vis برای پایش اکسیداسیون روغن بسیار کاربردی است.

جمع بندی

تکنیک های طیف سنجی نوری ابزارهایی سریع، قابل اعتماد و کارآمد برای آنالیز روغن خوراکی هستند و امکان کنترل کیفیت، احراز اصالت و انطباق با استانداردها را فراهم می کنند. با افزایش رقابت در بازار روغن خوراکی و انتظارات بالاتر مصرف کنندگان، نیاز به روش های تحلیلی سریع، غیرمخرب و معتبر بیش از پیش احساس می شود.

دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis با سرعت بالا، آماده سازی ساده نمونه و هزینه مناسب، یکی از کاربردی ترین ابزارها برای اندازه گیری رنگدانه ها، شاخص های اکسیداسیون و سایر پارامترهای کیفی روغن است. برای آشنایی با دستگاه های اسپکتروفتومتر بلورآزما، به صفحه اسپکتروفتومتر مراجعه کنید.

منابع

• Choe E., Min D. B., Mechanisms and Factors for Edible Oil Oxidation, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2006.

• International Olive Council (IOC), Trade Standard Applying to Olive Oils and Olive Pomace Oils.

• IntechOpen