آنالیز طیف سنجی انواع روغن خوراکی

آنالیز روغن خوراکی با استفاده از تکنیک طیف سنجی

مقدمه

🔬🌾 آنالیز طیفی روغن خوراکی یک زمینه مطالعاتی جذاب است که شامل استفاده از تکنیک های طیف سنجی مختلف برای تجزیه و تحلیل و تعیین ترکیب، کیفیت و اصالت روغن های مشتق شده از منابع مختلف مانند روغن زیتون، روغن آفتابگردان یا روغن نارگیل است. 🥥🌿

این روش ها می توانند اطلاعات ارزشمندی در مورد مشخصات اسیدهای چرب، سطوح اکسیداسیون، آلاینده ها و مواد تقلبی موجود در روغن خوراکی ارائه دهند و به اطمینان از ایمنی و اصالت مواد غذایی کمک کنند.

این شگفت انگیز است که چگونه فناوری می تواند به ما کمک کند تا بفهمیم چه چیزی در غذای ما وجود دارد! با ما همراه باشید تا در این باره بیشتر بدانیم.

اهمیت کیفیت روغن خوراکی

نوع تغذیه و غذای مصرفی تأثیری کاملاً مستقیم بر حفظ سلامت بدن انسان دارد. این نکته­ کاملاً مشهودی است و بنابراین، آگاهی از کیفیت آنها بسیار مهم و کلیدی است.

روغن خوراکی، بخش اصلی تغذیه، به ویژه برای ما ایرانیان محسوب می شود و به عنوان یک غذای مهم و ضروری در زندگی روزمره، با سلامت و ایمنی افراد ارتباط دارد.

فاکتورهای مهم روغن خوراکی

1- پایداری اکسیداتیوی

به طور معمول، یک نمونه روغن خوراکی زمانی که در معرض هوا یا جریان اکسیژن، گرما، نور، کاتالیزورها و غیره قرار می­ گیرد، اکسید می­ شود.

پایداری اکسیداتیوی انواع روغن‌ خوراکی، یعنی مقاومت آن‌ ها در برابر فرآیند اکسیداسیون، شاخص مهمی از عملکرد و ماندگاری است که به ترکیبات آنها و شرایطی که روغن‌ خوراکی تحت آن قرار می‌ گیرد، بستگی دارد.

اکسیداسیون روغن خوراکی کیفیت روغن را کاهش داده و در نهایت باعث ایجاد ترشیدگی در روغن می شود که با طعم و بو همراه است. همه روغن ها در معرض اکسیداسیون هستند و نمی توانید آن را به طور کامل متوقف کنید، اما راه هایی برای کاهش آن وجود دارد.

در طول فرآیند گرمایش نیز علاوه بر اینکه اکسیداسیون چربی اتفاق می افتد، تجزیه محصول صورت می‌ گیرد و ترکیبات مضری مانند آلدئید، کِتون، اسیدهای چرب ترانس، هیدروکربن‌ های آروماتیک چند حلقه‌ ای و غیره ایجاد می‌ شوند که ارزش غذایی روغن خوراکی را کاهش داده و باعث ایجاد تغییر در بو، رنگ و حتی سرطان می شوند.

مراحل اکسیداسیون روغن خوراکی

به طور کلی، اکسیژن با پیوندهای دوگانه موجود در لیپیدها، به دنبال مکانیزم رادیکال آزاد، به نام اکسیداسیون خودکار (auto-oxidation)، واکنش می دهد که کاملاً پیچیده است و به نوع لیپید مورد استفاده و شرایط فرآوری بستگی دارد.

استفاده از فرآیندهای حرارتی مانند سرخ کردن، استریل کردن، هیدرولیز و غیره، اکسیداسیون لیپیدها را تسریع می کند. واکنش‌ های مختلف در طول اکسیداسیون لیپید به طور همزمان و با سرعت‌ های مختلف رخ می‌ دهد.

علاوه بر این، اتواکسیداسیون روغن خوراکی با حضور اسیدهای چرب آزاد، مونو و دی اسیل گلیسرول ها، فلزاتی مانند آهن و ترکیبات اکسید شده حرارتی تسریع می شود.

کلروفیل ها و ترکیبات فنولی باعث کاهش اتواکسیداسیون روغن در تاریکی می شوند و کاروتنوئیدها، توکوفرول ها و فسفولیپیدها بسته به سیستم روغن، هم فعالیت آنتی اکسیدانی و هم فعالیت پرواکسیدانی را نشان می دهند.

در اکسیداسیون فوتوسنتزی، کلروفیل به عنوان فاکتور فوتوسنتز کننده و تشکیل دهنده O2 عمل می کند. با این حال، کاروتنوئیدها و توکوفرول ها اکسیداسیون را از طریق خاموش کردن O2 کاهش می دهند.

علاوه بر موارد ژنتیکی روغن، دما، نور، غلظت اکسیژن، نوع فرآوری، ترکیب اسیدهای چرب و مدت زمان استفاده نیز عوامل محیطی هستند که بر پایداری اکسیداتیوی روغن خوراکی تأثیر می گذارند.

2- اسیدیته

مقدار اسید (AV)، به عنوان شاخص محتوای اسیدهای چرب آزاد در روغن، پارامتر مهمی برای ارزیابی کیفیت روغن خوراکی و همچنین درجه­ پالایش آن است.

هر چه AV روغن کمتر باشد، به این معنی است که کیفیت، تازگی و درجه پالایش آن بهتر است. AV بالای روغن خوراکی ممکن است منجر به ناراحتی دستگاه گوارش انسان، اسهال و آسیب کبدی شود.

روغن خوراکی با مقدار اسیدیته­ بیش از mg/g 3 غیرمجاز محسوب می‌ شود و بنابراین نمی‌ توان آن را مستقیماً مصرف کرد و باید تصفیه شود.

روش شیمیایی استاندارد برای تعیین AV، آنالیز تیتراسیون است که بسیار زمان بر، فشرده و به مقادیر زیادی حلال آلی نیاز دارد.

3- رنگدانه­ ها

رنگدانه های موجود در روغن خوراکی گیاهی، رنگ متمایز هر نوع روغن و بنابراین، کیفیت آن را تعیین می­ کنند.

به علاوه، ترکیب شیمیایی نسبی رنگدانه ها در طول عمر روغن متفاوت است و به عوامل زیادی از جمله نوع جنس روغن (عامل ژنتیکی)، شرایط اقلیمی و محیطی، وضعیت رسیده بودن میوه در زمان برداشت، نگهداری و نمونه برداری، فرآیند تولید روغن و شرایط نگهداری محصول نهایی بستگی دارد.

بنابراین، علاوه بر تعیین میزان رنگدانه ها و درجه بندی محصولات روغن، می توان تازگی یا طول عمر آنها را نیز حدس زد.

4- ناخالصی ها

علاوه بر موارد ذکر شده در بالا، ممکن است روغن‌ خوراکی با کیفیت بالا، توسط برخی از تاجران و تولید کنندگان سودجو با روغن‌ های بی‌ کیفیت، حتی با روغن‌ های ضایعاتی (روغن‌ های سرخ کردنی مستعمل) ترکیب شود.

فقدان فناوری شناسایی موثر و سیستماتیک برای تقلب در روغن خوراکی به شدت احساس می­ شود، زیرا این امر نه تنها برای سلامت و ایمنی مصرف کنندگان، بلکه برای منافع اقتصادی تاجران و تولیدکنندگان نیز خطر ساز است.

بنابراین، این موضوعات بسیاری از محققان را برانگیخته است تا روش‌ های آسان‌ تر و سریع‌ تری را برای تجزیه و تحلیل فاکتورهای مهم روغن خوراکی و شناسایی تقلب ایجاد کنند.

کاربرد تکنیک طیف سنجی در تعیین کیفیت روغن خوراکی

طیف ­سنجی یکی از روش های نوین و سریع آنالیز مواد غذایی است که به طور گسترده در طبقه ­بندی و شناسایی روغن­ های خوراکی کاربرد دارد.

برای مثال، طیف‌ سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) همراه با شیمی سنجی برای تعیین کمیت روغن زیتون فوق بکر در مقایسه با روغن‌ های گیاهی خوراکی ارزان‌ تر و تأیید اعتبار روغن‌ های گیاهی خوراکی (ذرت، بادام‌ زمینی، کلزا و روغن سویا) استفاده شده است.

طیف‌ سنجی فروسرخ نزدیک (NIRS) نیز به طور گسترده در آنالیز روغن، از جمله احراز هویت جغرافیایی، شناسایی تقلب­ ها، تعیین مقدار پراکسید و مقدار ید استفاده شده است.

برای تعیین کمی AV روغن­ های خوراکی  نیز طیف سنجی رامان و فلورسانس نیز استفاده گسترده­ ای داشته اند.

در مقایسه با سایر روش‌ های آنالیز طیف‌ سنجی و کروماتوگرافی، روش طیف‌ سنجی فرابنفش- مرئی (UV-Vis) ساده، پایدار و مقرون‌ به‌ صرفه است و به‌ طور گسترده در بسیاری از زمینه‌ ها کاربرد دارد و در آزمایشگاه‌ ها نیز بسیار رایج است.

مراحل طیف سنجی روغن خوراکی

مزایای اسپکتروفتومتری

1️⃣ غیر مخرب

تکنیک های اسپکتروفتومتری امکان تجزیه و تحلیل غیر مخرب را فراهم می کنند، به این معنی که نمونه روغن نیازی به تغییر یا مصرف در طول فرآیند آزمایش ندارد.

این یک مزیت است، زیرا امکان اندازه گیری های مکرر را فراهم می کند و در صورت نیاز نمونه را برای آنالیزهای بیشتر حفظ می کند.

2️⃣ تجزیه و تحلیل سریع

روش های اسپکتروفتومتری به طور کلی سریع و کارآمد هستند و نتایج سریعی را ارائه می دهند. این به ویژه در کاربردهای صنعتی که در آن تعداد زیادی از نمونه ها باید در یک بازه زمانی کوتاه تجزیه و تحلیل شوند مفید است.

3️⃣ حساسیت بالا

ابزارهای اسپکتروفتومتری بسیار حساس هستند و می توانند حتی مقادیر کم ناخالصی موجود در روغن مانند آلاینده ها یا مواد تقلبی را شناسایی و کمیت کنند.

4️⃣ طیف وسیعی از پارامترها

اسپکتروفتومتری امکان تجزیه و تحلیل پارامترهای مختلف مرتبط با کیفیت روغن مانند رنگ، میزان جذب و عبور و فلورسانس را فراهم می کند. این پارامترها اطلاعات ارزشمندی در مورد ترکیب، خلوص و تجزیه روغن ها ارائه می دهند.

ترکیبات کلی روغن

5️⃣ تطبیق پذیری

روش های اسپکتروفتومتری را می توان برای آنالیز انواع روغن ها از جمله روغن های گیاهی، اسانس ها و روغن های پایه نفتی استفاده کرد. این تطبیق پذیری، اسپکتروفتومتری را به ابزاری ارزشمند در صنایع مختلف از جمله مواد غذایی، دارویی و نظارت بر محیط زیست تبدیل می کند.

کاربردهای مختلف اسپکتروفتومتری

🌟 در اینجا برخی از کاربردهای خاص اسپکتروفتومتری برای آنالیز روغن خوراکی وجود دارد:

1️⃣ ارزیابی کیفیت

تکنیک‌ های اسپکتروفتومتری می‌توانند کیفیت روغن‌ های غذایی را با اندازه‌ گیری پارامترهایی مانند رنگ،  ارزیابی کنند. این اندازه‌گیری‌ ها می‌ تواند وجود آلاینده‌ ها، اکسیداسیون یا تخریب را نشان دهد که به اطمینان از تازگی و خلوص روغن خوراکی کمک می‌ کند.

تعیین رنگدانه های موجود در روغن خوراکی با استفاده از اسپکتروفتوتری

2️⃣ احراز هویت

از اسپکتروفتومتری می توان برای احراز هویت روغن های غذایی و شناسایی هرگونه تقلب یا جایگزینی استفاده کرد.

3️⃣ تشخیص آلرژی

روش های اسپکتروفتومتری می توانند مقادیر کمی از مواد آلرژی زا را در روغن های غذایی تشخیص دهند.

این امر به ویژه برای افراد مبتلا به آلرژی یا محدودیت های غذایی مهم است و به آنها اجازه می دهد تا در مورد روغن هایی که مصرف می کنند انتخاب آگاهانه داشته باشند.

4️⃣ کنترل فرآیند

اسپکتروفتومتری را می توان در فرآیندهای تولید ادغام کرد تا کیفیت روغن را در زمان واقعی نظارت کند. با تجزیه و تحلیل پارامترهای مختلف در مراحل مختلف تولید، به حفظ ثبات و بهینه سازی کیفیت محصول کمک می کند.

5️⃣ انطباق با مقررات

اسپکتروفتومتری وسیله ای قابل اعتماد برای انطباق با مقررات و استانداردهای ایمنی مواد غذایی فراهم می کند.

با آنالیز منظم روغن ها با استفاده از روش های اسپکتروفتومتری، تولیدکنندگان می توانند اطمینان حاصل کنند که محصولاتشان الزامات قانونی و انتظارات مصرف کننده را برآورده می کند.

مثال کاربردی

تعیین کیفیت روغن زیتون

یکی از مثال­ های کاربردی طیف ­سنجی در آنالیز مواد، تجزیه و تحلیل کمی طیف جذب کل نمونه‌ های روغن زیتون در محدوده­ طول موجی نزدیک به UV-Vis از nm 390 تا nm 720، برای تعیین غلظت چهار رنگدانه اصلی و پارامترهای دیگر است.

1️⃣ طیف جذب

اسپکتروفتومتری UV-Vis امکان اندازه گیری طیف جذب روغن زیتون را فراهم می کند. این طیف اطلاعاتی در مورد حضور و غلظت ترکیبات مختلف از جمله رنگدانه ها، ترکیبات فنلی و پیوندهای دوگانه مزدوج ارائه می دهد.

در حقیقت، رنگدانه‌ هایی که منحصراً از گیاهان سنتز می‌ شوند و تنها از طریق رژیم غذایی توسط انسان جذب می‌ شوند، به چهار دسته اصلی تقسیم می ­شوند:

• β-کاروتن
• لوتئین
• کاروتنوئیدها
• فئوفیتین A و فئوفیتین B از مشتقات کلروفیل

در ناحیه مرئی (400-700 نانومتر)، روغن زیتون ممکن است پیک یا نواحی جذب اضافی را نشان دهد که می توان به وجود رنگدانه هایی مانند کلروفیل ها و کاروتنوئیدها نسبت داد که به رنگ روغن کمک می کنند. طول موج های خاص و شدت جذب به ترکیب و غلظت این رنگدانه ها بستگی دارد.

طیف جذب انواع روغن خوراکی زیتون

2️⃣ محتوای پلی فنل

برای تخمین میزان پلی فنول روغن زیتون می توان از طیف سنجی UV-Vis استفاده کرد. این معمولاً با اندازه گیری جذب در طول موج های خاص مرتبط با جذب ترکیبات فنلی انجام می شود. مقادیر جذب بالاتر نشان دهنده محتوای پلی فنل بالاتر است.

روغن زیتون معمولاً در ناحیه UV زیر 300 نانومتر جذب قوی نشان می دهد که در درجه اول به دلیل جذب پیوندهای دوگانه مزدوج موجود در ترکیباتی مانند فنل ها و توکوفرول ها است.

3️⃣ ارزش پراکسید (PV)

اسپکتروفتومتری UV-Vis را می توان برای تعیین میزان اکسیداسیون یا مقدار پراکسید استفاده کرد که میزان تخریب اکسیداتیو را نشان می دهد. تشکیل پراکسیدها در روغن باعث افزایش جذب در طول موج های خاص می شود.

4️⃣ ترکیب اسیدهای چرب

اگرچه اسپکتروفتومتری UV-Vis به تنهایی نمی تواند ترکیب اسیدهای چرب را تعیین کند، اما می توان از آن به همراه سایر روش ها، مانند کروماتوگرافی برای تخمین درصد اسیدهای چرب غیراشباع استفاده کرد.

در این روش ها، اسیدهای چرب بر اساس خواص شیمیایی آنها جدا شده و توسط سیستم های مختلف مختلفی مانند اسپکتروفتومتر UV یا رفرکتومترها شناسایی می شوند.

اسیدهای چرب طیف جذب منحصر به فردی ندارند زیرا بسته به عواملی مانند طول زنجیره کربن، درجه اشباع نشدن (تعداد پیوندهای دوگانه) و گروه های عاملی موجود می تواند متفاوت باشد.

به طور کلی، اسیدهای چرب نور ماوراء بنفش (UV) را عمدتاً به دلیل وجود پیوندهای دوگانه مزدوج جذب می کنند. موقعیت و تعداد پیوندهای دوگانه بر سطوح انرژی اوربیتال های مولکولی درگیر در فرآیند جذب تأثیر می گذارد.

روغن زیتون از اسیدهای چرب مختلفی تشکیل شده است که ترکیب آن به عواملی مانند تنوع زیتون، شرایط رشد و روش های فرآوری بستگی دارد. اسیدهای چرب اصلی موجود در روغن زیتون عبارتند از:

• روغن خوراکی زیتون با محتوای بالای اسید اولئیک، یک اسید چرب تک غیر اشباع، مشخص می شود و معمولاً حدود 55 تا 85 درصد از کل ترکیب اسیدهای چرب موجود در روغن زیتون را تشکیل می دهد.
• اسید لینولئیک، دیگر اسید چرب غیر اشباع است که بدن به تنهایی قادر به تولید آن نیست و غلظت آن در روغن زیتون، بین 4 تا 21 درصد متغیر است.
• اسید پالمیتیک یک اسید چرب اشباع است که معمولاً 7 تا 20 درصد از ترکیب اسیدهای چرب روغن زیتون را تشکیل می دهد.
• اسید استئاریک یکی دیگر از اسیدهای چرب اشباع شده است و به طور معمول حدود 0.5-5٪ از ترکیب اسیدهای چرب روغن زیتون را تشکیل می دهد.

اسیدهای چرب تک غیر اشباع، مانند اسید اولئیک، با یک پیوند دوگانه منفرد در نزدیکی وسط زنجیره کربن، ممکن است اوج جذب مشخصی را در محدوده UV نشان دهند.

اسیدهای چرب غیراشباع چندگانه (PUFAs)، حاوی پیوندهای دوگانه متعدد، می توانند الگوهای جذب پیچیده تری را نشان دهند.

وجود و چیدمان پیوندهای دوگانه مزدوج منجر به گسترش نوارهای جذب وسیع تری در ناحیه مرئی می شود. PUFA ها مانند اسید لینولئیک، نمونه ای از اسیدهای چرب با جذب برجسته در محدوده UV-Vis هستند.

طیف جذب روغن های زیتون و دانه سویا

سخن پایانی

به طور کلی، تکنیک های طیف سنجی، ابزارهای قابل اعتماد و کارآمد برای آنالیز روغن خوراکی ارائه می دهند که امکان کنترل کیفیت، انطباق با مقررات و احراز هویت محصول را فراهم می کند.

از سوی دیگر، نیاز به روش­ های تحلیلی سریع، غیرمخرب و معتبر با افزایش رقابت در زمینه روغن خوراکی و تقاضای مصرف کنندگان از استانداردهای بالا و محصولات با کیفیت بالا توجیه می ­شود.

مزیت اسپکتروفتومتری UV-Vis، آنالیز بسیار سریع و عدم وجود هرگونه عملیات جانبی برای نمونه است، طیف ­ها به دست می ­آیند و سپس، می­ توان آنها را با استفاده از یک روش مدل­ سازی ساده، تجزیه و تحلیل کرد.

این بر این فرض استوار است که اسیدهای چرب غیراشباع و دیگر فاکتورهای مهم در روغن خوارکی، جذب قوی تری در ناحیه UV-Vis نشان می دهند.

منابع

Mechanisms and Factors for Edible Oil Oxidation

Wikipedia

intechopen